Benvävnaden i skelettet genomgår kontinuerlig remodellering, mer omfattande i trabekulärt ben än i kortikalt, vilket leder till att ungefär 10 procent av benmassan omsätts per år. Remodellering initieras av att osteoklaster resorberar ben genom att både lösa ut mineralkristaller och degradera matrixproteiner, varvid en resorptionslakun uppstår. Denna fylls därefter med nytt ben genom att osteoblaster rekryteras till resorptionslakunen och där bildar ny benmatrix, som sedan mineraliseras (Figur 1). Under fysiologiska förhållanden råder en balans mellan omfattningen av osteoklastisk resorption och osteoblastisk benbildning, och individen bibehåller mängden benmassa.
Vid vissa patologiska tillstånd, t ex reumatoid artrit, parodontit och metastaserande maligna tumörer, förändras balansen lokalt, oftast på sådant sätt att resorptionen blir mer omfattande än nybildningen, vilket då leder till osteolys. Ibland förändras balansen i omvänd riktning så att i stället en sklerotisk reaktion uppstår i skelettet. Vid postmenopausal osteoporos bildas på grund av östrogenbrist många fler osteoklaster än normalt, varför antalet remodelleringsställen ökar generellt i skelettet. Östrogenbristen leder också till att osteoblaster bildar mindre mängd ben, vilket ytterligare bidrar till förlust av benmassa.
Även om det är väl dokumenterat att östrogen (och även androgen) är ett viktigt hormon i skeletal remodellering är kunskapen om molekylär reglering av remodelleringscykeln mycket bristfällig. Att belastning på något sätt påverkar benmassan är dock ställt utom tvivel – brist på belastning leder snabbt till minskad benmassa, medan vissa typer av ökad belastning kan regionalt öka mängden ben. Det är i stort sett okänt vilka molekyler som är involverade.
Baserat på kliniska och experimentella studier, som bla visar att kemisk eller kirurgisk denervering påverkar benmassan, och på immunhistokemiska arbeten [1], bland annat från Karolinska institutet [2], som visar att skelettet innehåller ett stort nätverk av sensoriska och autonoma nervfibrer, har vi och andra grupper studerat om signalmolekyler uttryckta i skeletala nervfibrer kan påverka benceller [3]. Dessa studier har visat att både osteoblaster och osteoklaster uttrycker receptorer för neuropeptider, katekolaminer, biogena aminer, GABA, puriner, pyrimidiner och neurotrofiner [3]. De flesta av dessa receptorer har visats vara funktionella och påverkar bencellernas aktivitetet. Vi har till exempel visat att preosteoblaster uttrycker receptorer för neuropeptiden vasoaktiv intestinal peptid (VIP) av typen VIP2-receptorer, men inte VIP-receptorer av typ 1 eller PACAP/VIP-receptorer. När preosteoblaster differentieras till benbildande osteoblaster induceras uttrycket för VIP typ 1-receptorer [4]. Mogna osteoklaster uttrycker VIP typ 1-receptorer och PACAP/VIP-receptorer, men inte VIP typ 2-receptorer [3]. Stimulering av VIP-receptorer i osteoblaster leder till ökad aktivitet av alkaliskt fosfatas, ett enzym som är associerat med ökad anabol aktivitet i skelettet [3]. Stimulering av VIP-receptorer i osteoklaster påverkar dessa cellers benresorberande förmåga [3]. Vi har också visat att VIP reglerar bildning av osteoklaster i benmärg [3]. En sammanfattning av vilka signalmolekyler som påvisats i skeletala nervfibrer, vilka receptorer för dessa signalmolekyler som uttrycks i benceller och hur dessa olika receptorer reglerar osteoblaster och osteoklaster har nyligen publicerats [3].
Baserat på egna och andras resultat har vi postulerat existensen av ett samspel mellan signalmolekyler i skeletala nervfibrer och benceller, sk neuro-osteogen interaktion [1, 3] (Figur 2 A), och att förlust av dessa interaktioner kan vara betydelsefull för till exempel patogenesen av den mycket snabbt insättande hemi-osteoporos som patienter med stroke drabbas av.
Ytterligare evidens för att inte bara det perifera nervsystemet kan reglera benremodellering utan för att även det centrala nervsystemet har stor betydelse har nyligen presenterats av en forskargrupp i Houston och en annan i Sydney. Den amerikanska gruppen har i ett par mycket eleganta arbeten, publicerade i den synnerligen prestigefulla tidskriften Cell [5, 6], rapporterat att möss som saknar antingen leptin eller receptorn för leptin har stor benmassa, en fenotyp som hos möss med brist på leptin kan korrigeras med hjälp av cerebroventrikulär injektion av leptin, tydande på att effekten medieras av kärnor i hypotalamus. Den ökade benmassan hos dessa två typer av möss beror på ökad förmåga hos enskilda osteoblaster att bilda ben och är inte associerad med förändrad resorption. I det efterföljande arbetet visas att de hypotalamiska kärnorna som är involverade i kontrollen av osteoblaster är skilda från dem med vars hjälp leptin kontrollerar aptit och energiomsättning och att effekten medieras perifert av det sympatiska nervsystemet och av (beta)-adrenerga receptorer i osteoblaster (Figur 2 B).
Den australiska gruppen har skapat möss som saknar receptorer för neuropeptid Y (NPY), en av signalsubstanserna i nervsystemet och i skeletala nervfibrer. Såväl möss som saknar NPY-receptorer typ 2 generellt som möss som saknar dessa receptorer endast i hypotalamus får ökad benmassa [7]. Hur detta medieras perifert är dock ännu inte känt (Figur 2 B).
Det har sålunda ackumulerats ett stort antal observationer som tyder på att skeletal remodellering kontrolleras inte bara av systemiska hormoner och belastning utan även av nervsystemet. En möjlighet som postulerats, men testats experimentellt endast i begränsad omfattning, är att skeletala nervfibrers roll skulle kunna vara att mediera belastningens effekt på benceller. Det finns dock mer experimentell evidens för att dessa nervfibrer är viktiga för att reglera remodellering av ben vid frakturer och vid tillväxt av skelettet.


Serotonin och benceller
Förekomst av neuroreceptorer i benceller inkluderar även molekyler som är involverade i serotonerg signalering. Sålunda uttrycker osteoblaster och osteocyter ett antal olika subtyper av serotoninreceptorer (5-HT-receptorer) och även det protein som har förmåga att specifikt binda och transportera serotonin in i celler (5-HTT) [8, 9]. Detta protein är särskilt betydelsefullt i nervceller eftersom det bidrar till att minska serotonerg signalering i synapser genom att minska serotonin tillgängligt för signalering. Inhibition av 5-HTT med selektiva serotoninåterupptagshämmare (SSRI), till exempel fluoxetin (Prozac), används idag allt mer för farmakologisk behandling av depression. Osteoblastiska serotoninreceptorer har visats vara funktionella och potentierar parathormonstimulerad aktivering in vitro av gener involverade i transkriptionsfaktorn AP-1 [9]. Även receptorerna i osteocyter har visats vara funktionella och stimulerar frisättning av prostaglandin E2 vid serotoninaktivering.
Flerkärniga, terminalt differentierande osteoklaster med benresorberande förmåga bildas genom att enkärniga progenitorceller i hematopoetisk vävnad (makrofager/osteoklastprogenitorceller), under inverkan av cytokinerna M-CSF (macrophage colony-stimulating factor) och RANKL (receptor activator of NF-(kappa)B-ligand), prolifererar och differentierar för att slutligen fusioneras till osteoklaster [10]. Under denna process ökar uttrycket av 5-HTT i osteoklastprogenitorceller [11]. Inhibition av 5-HTT med fluoxetin leder till minskat upptag av serotonin och till hämmad differentiering av osteoklaster in vitro genom inhibition av transkriptionsfaktorn NF-(kappa)B [11]. I samma system leder aktivering av serotoninreceptorer till stimulering av NF-(kappa)B och ökad bildning av osteoklaster. Eftersom det inte finns några nervfibrer i dessa in vitro-system tyder data erhållna med fluoxetin på att bencellerna själva också kan producera serotonin.
Dessa iakttagelser in vitro öppnar möjligheten att behandling med SSRI skulle kunna påverka skeletal metabolism in vivo.


Serotonin och skeletal tillväxt
Även om serotonin har påvisats kunna ha betydelse för kraniofacial morfogenes och tillväxt [12] tyder de relativt få studier som gjorts på att SSRI under graviditet inte ökar risken för missbildning i skelettet. Inte heller uppvisar möss med homozygotisk deletion av 5-HTT-genen (5-HTT–/–), eller möss som behandlas med fluoxetin, några uppenbara förändringar i skelettets anatomi eller i skelettets längdtillväxt [13]. Förekomst av funktionella serotoninreceptorer och 5-HTT i benceller innebär att det finns en risk att SSRI kan påverka skelettet under prepubertal och pubertal tillväxt. Det finns dock endast en mycket begränsad fallstudie omfattande fyra individer (i åldern 11,6–13,7 år) som behandlats med SSRI. Resultaten tyder på att dessa ungdomar hade minskad tillväxt, eventuellt på grund av minskad insöndring av tillväxthormon. Större och mer välkontrollerade studier krävs dock innan man kan dra några slutsatser av dessa preliminära fynd.


Serotonin och benremodellering
Helt nyligen har en grupp i Portland rapporterat att möss som saknar 5-HTT har minskad benmassa i kraniet, kotor och femur beroende på förändringar i såväl kortikalt som trabekulärt ben [13]. Det trabekulära benet uppvisade minskat antal trabekler snarare än minskad trabekeltjocklek. Som en konsekvens av den minskade benmassan var brotthållfastheten lägre i femur hos de möss som saknade 5-HTT. Förändringarna i benmassan beror på minskad benbildning och var inte associerade med förändringar i osteoklastantal eller ökad osteoklastaktivitet, vilket är oväntat med tanke på att inte bara osteoblaster utan också osteoklaster uttrycker 5-HTT [11]. Med tanke på att farmakologisk hämning av 5-HTT in vitro leder till minskad osteoklastbildning [11] kunde man ha förväntat sig att deletion av genen för 5-HTT skulle ha lett till minskat antal osteoklaster.
Tekniken att slå ut genen för 5-HTT leder till att genen saknas i alla celler, och därmed finns en möjlighet att de fenotypiska förändringarna i skelettet inte primärt beror på avsaknad av genen i benceller. Förändringarna i skelettet hos 5-HTT–/–-möss var dock inte associerade med några förändringar i serumnivåerna av hormoner med känd effekt på skelettet [13]. Mer säkra bevis för att 5-HTT-genens koppling till benmassa beror på 5-HTT i osteoblaster kan erhållas när man med nyare tekniker selektivt har slagit ut genen i osteoblaster. Den molekylära mekanism med vilken 5-HTT reglerar benmassan är inte klarlagd. Det är dock mest troligt att effekten beror på ökad signalering i serotoninreceptorer på grund av att återupptaget av serotonin har inhiberats. Som påpekats ovan kan man inte med säkerhet ännu fastslå att det är serotoninsignalering i benceller som in vivo är ansvarig för de skele-tala effekterna. Det faktum att såväl serotoninreceptorer som 5-HTT uttrycks av benceller visar att en lokalt ökad mängd serotonin i skelettet kan tänkas vara direkt ansvarig för effekter i skelettet av SSRI.
Det är intressant att notera att även möss som saknar genen för dopamintransportören (DAT) har en skeletal fenotyp [14]. Dessa möss har också minskad benmassa och reducerad brotthållfasthet beroende på minskat antal bentrabekler, som också var tunnare och därför mindre i kontakt med varandra. Även det kortikala benet var tunnare hos dessa möss.
Några få studier av 5-HTTs betydelse för skelettet hos människa har publicerats. Dessa studier, som dock inte är kontrollerade för störande faktorer, tyder på att behandling med SSRI ökar risken för fraktur [15, 16]. I en annan studie har man funnit att kvinnor med depression har mindre benmassa utan att man har kunnat finna någon koppling till behandling med enskilda antidepressiva läkemedel. Två avsevärt mer välkontrollerade studier, som presenterades vid senaste mötet i september 2004 för American Society for Bone and Mineral Research i Seattle, visar att benmassan såväl hos äldre kvinnor [17] som hos män [18] minskar i höft [17], lårben och kotor [18] vid behandling med SSRI. Att inhibition av 5-HTT leder till minskad benmassa är förenligt med en rapport som också presenterades vid detta möte och som visar att en genetisk polymorfism i intron 2 för 5-HTT-genen hos människa, vilken tidigare visats leda till ökad aktivitet i promotorn för 5-HTT, är signifikant associerad med ökad bentäthet i höften [19].
Det finns sålunda ett antal olika studier som tyder på att hämning av 5-HTT kan leda till minskad benmassa, och det finns därför anledning att beakta möjligheten att patienter som behandlas med SSRI kan ha ökad risk för minskad benmassa och eventuellt även för ökat antal frakturer. Bilden är möjligen dock inte helt entydig eftersom en grupp från Boston, som också slagit ut genen för 5-HTT hos möss, tvärtemot vad gruppen i Portland nyligen publicerade [13] i abstract-form till mötet i september 2004 för American Society for Bone and Mineral Research i Seattle, rapporterade att mössen hade ökad benmassa utan att dock beskriva om detta berodde på ökad benbildning eller på hämmad benresorption [20]. Dessa data redovisades dock inte på postern under mötet.
Även om det finns anledning att uppmärksamma möjligheten att behandling med SSRI kan öka risken för sekundär osteoporos är det viktigt att samtidigt hålla i minnet att kliniska data för bentäthet och frakturer genererade i stora, välkontrollerade studier ännu inte är publicerade.
*
Potentiella bindningar eller jävsförhållanden: Inga uppgivna.
*
Studier vid författarens eget laboratorium har stötts av anslag från Vetenskapsrådet, Reumatikerförbundet, Konung Gustaf V:s 80-årsfond, Svenska Tandläkare-Sällskapet, Västerbottens läns landsting, Umeå universitet, SalusAnsvar, Belastningsskadecentrum samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.


Figur 1. All benvävnad, såväl i kortikalt som i trabekulärt ben, utkläds närmast benet av ett enda lager av osteoblaster. Detta innebär att allt ben är inneslutet av sammanhängande osteoblaster. När benvävnaden skall remodelleras initieras detta av att osteoklaster bildas i området. För att de sedan skall kunna resorbera benet drar sig osteoblaster åt sidan, efter det att de avlägsnat den icke mineraliserade osteoid som finns mellan osteoblaster och mineraliserat ben. Osteoklasterna kan därefter adherera till den mineraliserade benvävnaden och resorbera benet. När detta skett avlägsnar sig osteoklasterna, varefter osteoblaster aktiveras och bildar nytt ben i resorptionslakunen, och en remodelleringscykel är avslutad. Vad som karaktäriserar den benvävnad som skall remodelleras är okänt, liksom förstås även hur osteoklaster kan identifiera detta område. Det är också okänt vilka mekanismer som reglerar avslutandet av resorptionen, dvs hur en osteoklast vet att nu behöver inte mer ben resorberas.



Figur 2. A. Benbildande osteoblaster och bennedbrytande osteoklaster uttrycker receptorer inte bara för många hormoner och cytokiner utan också för en del signalsubstanser i nervsystemet. Således kan neuropeptider, katekolaminer, dopamin och serotonin reglera osteoblastisk benbildning. Signalmolekyler från nervsystemet kan också påverka differentiering och fusion av enkärniga preosteoklaster till osteoklaster. De påverkar också rörelseförmåga och resorptionsaktivitet i terminalt differentierade osteoklaster.



Figur 2B. Remodellering av ben styrs också av centrala nervsystemet. Leptin reglerar aktivitet i kärnor i hypotalamus som via sympatiska nervsystemet hämmar osteoblasters benbildande aktivitet; ju högre leptinstimulans, desto mindre benbildning. Receptorer för neuropeptid Y av subtypen NPY-receptorer typ 2 reglerar också osteoblastisk benbildning; avsaknad av dessa receptorer leder till ökad mängd ben. Mekanismen som medierar denna reglerande aktivitet av hypotalamusreceptorerna är inte kartlagd.