Боль в пояснице вызывают стареющие остеокласты

В журнале eLife вышло исследование, посвященное гиперчувствительности позвоночника. На мышиных моделях авторы показали, что ее причиной служат стареющие остеокласты и ассоциированная с ними повышенная иннервация замыкательных пластинок позвонков. Препарат ABT263 (навитоклакс) способствовал снижению количества стареющих остеокластов у старых и страдающих нестабильностью позвоночника мышей, в результате чего у них нормализовалась иннервация замыкательных пластинок и значительно снижалась боль в пояснице.

Авторы использовали две мышиные модели для симуляции боли в пояснице. Одна была представлена старыми животными (24 месяца), а вторая — трехмесячными мышами, которым хирургически удаляли остистые отростки поясничных позвонков (L3–L5) вместе с надостными и межостистыми связками для моделирования нестабильности в поясничном отделе позвоночника. Контрольной группой служили молодые ложнооперированные мыши.

Гиперчувствительность позвоночника оценивали с помощью поведенческих тестов: тест фон Фрея, тесты с горячей пластиной и колесом активности, позволяющие оценить частоту отдергивания лапы в ответ на механический стимул и температуру, а также спонтанную активность животных. Животные, моделирующие боль в пояснице, двигались менее активно, достигали меньшей максимальной скорости, по сравнению с контролем, и передвигались на меньшие расстояния. Также они были более чувствительны к тепловым и механическим раздражителям.

Используя метод компьютерной микротомографии, ученые обнаружили, что костная составляющая замыкательных пластинок позвоночника у опытных животных была более пористой, чем у контрольных особей. Ткани замыкательных пластинок окрашивали на экспрессируемую в остеокластах TRAP (тартрат-резистентную кислую фосфатазу) и супрессор опухолей p16. У старых животных и молодых мышей, моделирующих нестабильность позвоночника, было обнаружено большее количество p16⁺ TRAP⁺ клеток по сравнению с молодыми контрольными животными. В этих же тканях была найдена бета-галактозидаза, связанная со старением (SA-βGal). Исходя из этого, авторы сделали вывод о присутствии скоплений стареющих остеокластов в замыкательных пластинках старых животных и животных с нестабильностью позвоночника.

После этого ученые проверили, можно ли снижать количество стареющих остеокластов. Для этого старым и моделирующим нестабильность позвоночника мышам вводили противоопухолевый препарат ABT263. Его применяли в дозировке 50 мг/кг в день в течение 7 дней (в контрольной группе использовали буферный раствор), после чего следовал двухнедельный перерыв, а затем курс повторялся. В результате число стареющих остеокластов значительно снижалось по сравнению с контролем.

После четырехнедельного лечения ABT263 ученые снова проводили поведенческие тесты, описанные ранее. Старые мыши, получавшие ABT263, демонстрировали улучшение показателей по всем тестам: больше и активнее двигались, стали менее чувствительными к тепловым и механическим раздражителям. Аналогичные результаты были показаны и в группе животных, моделирующих нестабильность позвоночника. В целом, эти результаты говорят о том, что уменьшение количества стареющих остеокластов при помощи ABT263 способствует снижению гиперчувствительности позвоночника.

Проведя компьютерную микротомографию и иммунохимический анализ замыкательных пластинок позвонков, авторы получили следующие результаты. У животных, получавших ABT263, уменьшалась пористость костей, значительно снижался уровень матриксной металлопротеиназы 13 (MMP13) и коллагена типа X (ColX) и уменьшалось количество TRAP⁺ остеокластов. Такие изменения были характерны для обеих опытных групп. В совокупности это свидетельствует о ключевой роли ABT263 в смягчении дегенерации позвоночника и поддержании ремоделирования замыкательной пластинки при боли в позвоночнике.

Ранее эта группа ученых обнаружила, что сенсорная иннервация в замыкательных пластинках связана с гиперчувствительностью позвоночника. Чтобы оценить роль стареющих остеокластов в сенсорной иннервации и боли, авторы провели окрашивание тканей замыкательных пластинок на пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP), маркер пептидергических ноцицептивных C-нервных волокон, и PGP9.5, маркер нервных волокон. В обеих модельных группах, получавших ABT263, было обнаружено меньше CGRP⁺ PGP9.5⁺ клеток, чем у животных, получавших буферный раствор. Также у модельных животных наблюдалось большое количество CD31⁺ Emcn⁺ (CD31 — маркер ангиогенеза, Emcn — маркер эндотелиальных клеток) кровеносных сосудов в области замыкательных пластинок —признак активной оссификации. Этот показатель снижался после лечения ABT263.

После этого с помощью RT-qPCR авторы провели скрининг экспрессии медиаторов, регулирующих иннервацию и рост нервных волокон, включая нетрин 1 (Netrin-1) и NGF. У старых и моделирующих нестабильность позвоночника мышей была повышена экспрессия генов, кодирующих нетрин 1 и NGF, а лечение ABT263 снижало ее. В совокупности эти результаты подчеркивают, что лечение ABT263 эффективно снижает гиперчувствительность позвоночника за счет уменьшения иннервации сенсорных нервов и кровеносных сосудов внутри замыкательной пластинки.

Таким образом, авторы продемонстрировали эффективность противоопухолевого препарата навитоклакса (ABT263) для лечения боли в пояснице у старых и страдающих нестабильностью позвоночника мышей. Кроме того, исследование показало роль стареющих остеокластов в появлении боли в спине.

Воздействуя на сигнальный путь Notch, можно предотвратить возрастную потерю костной массы