Alteraciones óseas asociadas al Síndrome Metabólico en ratas: evaluación preclínica de un tratamiento oral con metformina

Abstract

Introducción. El síndrome metabólico (SM) se define por la presencia de tres o más factores de riesgo cardiovascular en un individuo, incluyendo: obesidad central, triglicéridos elevados, colesterol de lipoproteínas de alta densidad (HDL) reducido, hipertensión, glucemia por encima del intervalo de referencia en ayunas y/o intolerancia a la glucosa. Además, los pacientes que se encuentren medicados para controlar su hipertrigliceridemia, colesterol HDL bajo, hipertensión y/o hiperglucemia también se incluyen en esta definición. La metformina (MET), insulino-sensibilizante, se prescribe con frecuencia para el tratamiento del SM y/o diabetes mellitus tipo 2. Hemos demostrado previamente efectos osteogénicos directos de MET sobre los osteoblastos y células progenitoras mesenquimáticas presentes en la médula ósea (MSC). En ratas, el tratamiento con esta droga previene alteraciones óseas inducidas por una diabetes experimental con déficit parcial de insulina, dado que aumenta en MSC la expresión del factor de transcripción Runx2, producción de colágeno tipo 1, expresión de fosfatasa alcalina (FAL) y capacidad de mineralización de la matriz extracelular. Además, MET mejora la formación y reparación ósea en ratas no diabéticas. Numerosos estudios epidemiológicos han proporcionado evidencia convincente que relaciona el consumo de fructosa con el riesgo de obesidad, diabetes, enfermedad cardiovascular y SM. La introducción del jarabe de maíz con alto contenido de fructosa como edulcorante principal para bebidas gaseosas ha aumentado considerablemente el problema. Para imitar el estado de la enfermedad en humanos, muchos modelos animales con SM se basan en la administración de un solo tipo de dieta o una combinación de las mismas, como altas en carbohidratos y/o altas en grasas. En roedores, una dieta rica en fructosa induce cambios metabólicos y clínicos compatibles con el SM, como aumento de peso corporal y adiposidad, hiperlipidemia con hipertrigliceridemia, hiperuricemia, hipertensión, intolerancia a la glucosa y disminución de la sensibilidad a la insulina. Además, esta dieta puede generar una acumulación sistémica de productos finales de glicación avanzada (AGEs) como resultado de la presencia de hiperglucemia. Nuestros estudios experimentales y los de otros autores han demostrado que los AGEs pueden causar reacciones inflamatorias y estrés oxidativo que es perjudicial para el desarrollo y la supervivencia de las células óseas. Aunque existe evidencia clínica contradictoria con respecto a las consecuencias del SM sobre la integridad esquelética, la mayoría de los estudios apuntan a efectos negativos. El SM también se ha asociado con una mayor incidencia de periodontitis con pérdida de hueso alveolar y caída de piezas dentarias. En estudios preclínicos, hemos demostrado previamente que las ratas alimentadas con una dieta rica en fructosa durante 5 semanas desarrollan SM, con efectos anti- osteogénicos en las MSCs, pero sin cambios en la microarquitectura ósea (evaluado por tomografía computada periférica cuantitativa (pQCT) e histomorfometría estática/dinámica). En dichos estudios, la microarquitectura ósea tampoco se vio afectada por un tratamiento de 3 semanas con MET, aunque el tratamiento conjunto con dicho fármaco y fructosa previno los efectos anti-osteogénicos del SM sobre MSC. Hipótesis. El aumento en el tiempo de exposición a una dieta rica en fructosa inducirá efectos negativos en la microarquitectura ósea, los cuales pueden ser prevenidos mediante el tratamiento simultáneo con MET. Objetivos. Se planteó el objetivo general de investigar la posible asociación entre el SM y las alteraciones del tejido óseo en ratas, para lo cual se plantearon los siguientes objetivos específicos: a) investigar in vivo las posibles alteraciones óseas consecutivas a la inducción de resistencia insulínica, dislipidemia e hipertensión, en un modelo de ratas alimentadas con una dieta rica en fructosa; b) investigar el efecto ex vivo del SM sobre el potencial osteogénico de MSCs; c) evaluar la posible modulación de las alteraciones óseas consecutivas a un SM inducido por fructosa, con un tratamiento con MET. Materiales y métodos. Los estudios se hicieron en ratas que recibieron solución de fructosa al 20% ad libitum (grupo F) para generar el SM. Como vehículo (grupo Veh), se usaron ratas que recibieron agua corriente ad libitum. En los ensayos en los que se evaluaron los efectos de la MET, esta se administró en el agua de bebida en una dosis de 100 mg/kg/día (grupos M y FM). Se hicieron estudios de histomorfometría estática y dinámica de la metáfisis tibial proximal y el cuerpo de la segunda vértebra lumbar, estudios de histomorfometría dinámica de la diáfisis tibial, análisis por tomografía computada cuantitativa periférica (pQCT), pruebas biomecánicas, e histomorfometría de maxilar superior para evaluar pérdida de hueso alveolar. Además, se evaluó el potencial osteogénico de las MSCs, y se midió la expresión de factores de transcripción de cada linaje celular. Resultados. Una dieta rica en fructosa de 12 semanas indujo anomalías en el metabolismo de glucosa y lípidos compatibles con SM en ratas Wistar, pero no se presentaron alteraciones esqueléticas. Asimismo, 10 semanas de co-tratamiento con MET previnieron las anomalías metabólicas del SM; sin embargo, también aumentó la pérdida de hueso alveolar maxilar y alteró varios parámetros estructurales tanto del hueso trabecular como del cortical. Es importante destacar que estas alteraciones estructurales parecieran reflejarse en el desempeño biomecánico de los huesos. Se están realizando más estudios para evaluar los mecanismos celulares y moleculares por los que la MET podría estar afectando el metabolismo óseo en este modelo experimental, así como sus posibles consecuencias a largo plazo. En cuanto a los experimentos ex vivo, las MSCs derivadas de animales tratados con fructosa presentaron un menor potencial osteogénico, el cual fue completamente prevenido por el co- tratamiento con MET (grupo FM). Sin embargo, las MSCs derivadas de animales tratados sólo con MET (grupo M, frente a Veh) mostraron una reducción significativa en la actividad de FAL y producción de colágeno tipo 1. Conclusión. En este modelo de ratas con SM inducido por fructosa durante un tiempo prolongado (12 semanas) no se observaron alteraciones biomecánicas óseas, ni cambios detectables por histomorfometría estática o dinámica. Sin embargo, el tratamiento prolongado con MET (en presencia o ausencia de SM) se asoció con pérdida de hueso alveolar maxilar y alteraciones en la microarquitectura del hueso trabecular y cortical apendicular que afectarían su comportamiento biomecánico.