Conexión entre metabolismo óseo y sistema vascular en diabetes mellitus tipo 2. Identificación de nuevas dianas terapéuticas

• Autores: Sheila González Salvatierra
• Directores de la Tesis: Manuel Muñoz Torres (codir. tes.), Beatriz García Fontana (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2024
• Idioma: español
• ISBN: 9788411952156
• Número de páginas: 168
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
• Resumen
  • español

    La diabetes mellitus tipo 2 (DM2) se ha catalogado como la epidemia del siglo XXI. Esta enfermedad metabólica crónica representa una de las más importantes emergencias sanitarias a nivel mundial, debido a su acelerado crecimiento de prevalencia y a su elevada tasa de mortalidad causada por complicaciones asociadas, entre las que destacan las enfermedades cardiovasculares (ECV). Cada vez hay una mayor evidencia científica que respalda la existencia de un eje de conexión entre el metabolismo óseo y el sistema vascular. En concordancia, existe una elevada prevalencia de pacientes con DM2 que padecen fragilidad ósea y ECV de forma simultánea, poniendo de manifiesto la presencia de mecanismos fisiopatológicos comunes entre ambas patologías. Este hecho ha generado un interés significativo en la identificación de biomarcadores relacionados con el metabolismo óseo en el contexto de las enfermedades vasculares. Sin embargo, en la actualidad, los conocimientos sobre los mecanismos de conexión específicos que vinculan el metabolismo óseo y el sistema vascular siguen siendo limitados. En este contexto, este trabajo de investigación profundiza en el estudio de proteínas implicadas en el metabolismo óseo que desempeñan además un papel fundamental en la fisiopatología de la DM2 y en el desarrollo de ECV asociadas a la misma. En particular, esta Tesis Doctoral se centra en el estudio de la función de osteoglicina y esclerostina, ya que se hipotetiza que estas proteínas óseas juegan un importante papel a nivel vascular y que su modulación podría ser crucial tanto para el diagnóstico de ECV asociadas con la DM2 como para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas y preventivas para abordar estas complicaciones. Por un lado, en base a la controversia descrita en la literatura científica con respecto a la función de osteoglicina en las enfermedades vasculares, junto con la falta de comprensión sobre su papel en la homeostasis glucémica en humanos, se estudió la implicación de esta proteína en diversas ECV. En primer lugar, se evaluó su utilidad como biomarcador de la función renal alterada en DM2, para lo que se determinaron los niveles séricos de osteoglicina en pacientes con DM2 y tasa de filtrado glomerular estimada (TFGe) normal, en pacientes con DM2 y TFGe ligeramente reducida, y en sujetos control. Nuestro estudio transversal mostró un incremento de osteoglicina sérica en pacientes con DM2 y una TFGe ligeramente reducida, en comparación con los otros grupos de estudio, independientemente del sexo y la edad. Además, los niveles circulantes de osteoglicina se asociaron de forma independiente con una función renal levemente alterada en los pacientes con DM2. Estos resultados sugieren que el nivel sérico de osteoglicina podría considerarse como un biomarcador indicativo de una incipiente disfunción renal en pacientes con DM2, independientemente de la presencia de albuminuria. Este hallazgo respalda la potencial utilidad clínica de la osteoglicina como una herramienta diagnóstica y preventiva para mitigar la progresión del daño renal en pacientes con DM2. En segundo lugar, se analizó la implicación de la osteoglicina en el desarrollo de la aterosclerosis asociada a la DM2. En este caso, se determinaron los niveles de osteoglicina tanto en suero como en tejido vascular procedente de pacientes con DM2, con presencia/ausencia de ECV, así como de sujetos control, para analizar la asociación entre esta proteína y la aterosclerosis en DM2. Además, se evaluó el efecto de la sobreexpresión de osteoglicina en células del músculo liso vascular (CMLV) expuestas a condiciones calcificantes, simulando así el entorno fisiopatológico de la DM2. Nuestros resultados mostraron un aumento de los niveles séricos de osteoglicina en pacientes con DM2 en comparación con los controles no diabéticos; sin embargo, esta elevación no se asoció al desarrollo de aterosclerosis en esta población. Aunque, se mostró una posible relación entre la osteoglicina y marcadores de resistencia a la insulina como el nivel de triglicéridos y el índice de triglicéridos/colesterol de lipoproteínas de alta densidad; a nivel vascular, no se encontraron diferencias en la expresión de osteoglicina entre los diferentes grupos de estudio. Adicionalmente, los análisis in vitro revelaron que la sobreexpresión de osteoglicina en CMLV en condiciones calcificantes aumenta la proliferación celular, aunque no afecta a la apoptosis, y regula al alza la expresión de autotaxina, la cual está implicada en procesos inflamatorios. En base a estos resultados, sugerimos que la osteoglicina puede jugar un papel en la homeostasis glucémica, siendo un potencial biomarcador de resistencia a la insulina en pacientes con DM2. Además, aunque la osteoglicina no parece ser un determinante clave en la patogénesis de la aterosclerosis en pacientes con DM2 de forma directa, podría participar indirectamente en el desarrollo del proceso aterosclerótico a través de la activación de la vía autotaxina/ácido lisofosfatídico y la proliferación de las CMLV. Esto abre la puerta al estudio de la osteoglicina como potencial diana terapéutica en la DM2. Por otra parte, se profundizó en la función de la esclerostina, una proteína antagonista de la vía Wnt/β-catenina inhibidora de la formación ósea, a nivel vascular. Recientemente se ha demostrado que su influencia no se limita exclusivamente a la regulación del metabolismo óseo, sino que también desempeña un papel en la integridad vascular, actuando como un modulador crucial de la señalización de la vía Wnt/β-catenina en el contexto de las ECV. A pesar de estos avances, el papel específico de la esclerostina en las ECV aún no ha sido completamente esclarecido. Por tanto, en este trabajo científico analizamos por primera vez el papel perjudicial o protector de la esclerostina en el desarrollo de la aterosclerosis asociada a la DM2. Para ello, se cuantificaron los niveles de esclerostina en muestras séricas y de tejido vascular procedentes de pacientes con DM2, con presencia/ausencia de ECV, así como de sujetos control. Además, se evaluó el efecto de la sobreexpresión de esclerostina en CMLV expuestas a condiciones calcificantes, simulando en parte el entorno fisiopatológico de la DM2. Nuestros resultados demostraron un aumento de los niveles séricos de esclerostina en pacientes con DM2 y ECV en comparación con los controles sanos (especialmente en los varones). Además, los niveles séricos más elevados de esclerostina se asociaron de forma independiente con la ECV en pacientes con DM2 y se hallaron correlaciones significativas entre los niveles circulantes de esclerostina y factores de riesgo cardiovascular (edad, duración de la diabetes, TFGe, colesterol de lipoproteínas de baja densidad, calcio sérico y presión arterial diastólica) y la periostina. Además, se mostró un aumento de la expresión de esclerostina en los vasos calcificados procedentes de pacientes con DM2 y ECV en comparación con los vasos no calcificados de los sujetos de control. Por último, se observó una implicación de la esclerostina en la disminución de los depósitos de calcio, así como en la supervivencia celular y en la regulación de la expresión de diferentes marcadores óseos y de genes inflamatorios en las CMLV bajo condiciones calcificantes. Estos hallazgos sugieren que la esclerostina podría desempeñar un papel protector en el desarrollo de la aterosclerosis en pacientes con DM2. En base a estos resultados, el tratamiento con anti-esclerostina para la enfermedad ósea debe utilizarse con precaución. En resumen, esta investigación traslacional aborda la comprensión de la función fisiopatológica de osteoglicina y esclerostina, destacando su impacto en la fisiología vascular. Este análisis resulta crucial para avanzar en el diagnóstico temprano de la ECV y en el desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas, abordando tanto las alteraciones en el metabolismo óseo como en el sistema vascular, mejorando así la calidad de vida de los pacientes con DM2.

  • English

    2 diabetes mellitus (T2D) has been catalogued as the epidemic of the 21st century. This chronic metabolic disease represents one of the most significant global health emergencies due to its accelerated prevalence growth and high mortality rate caused by associated complications, prominently cardiovascular diseases (CVD). There is increasing scientific evidence supporting the existence of an axis of connection between bone metabolism and the vascular system. Accordingly, there is a high prevalence of patients with T2D who suffer from bone fragility and CVD, highlighting the presence of common pathophysiological mechanisms between both pathologies. This fact has generated significant interest in the identification of biomarkers related to bone metabolism in the context of vascular diseases. However, current knowledge of the specific connecting mechanisms linking bone metabolism and the vascular system remains limited. In this context, this research delves into the study of proteins involved in bone metabolism that also play a fundamental role in the pathophysiology of T2D and in the development of CVD associated with it. In particular, this Doctoral Thesis focuses on the study of the function of osteoglycin and sclerostin, since it is hypothesized that these bone proteins play an important role at the vascular level and that their modulation could be crucial for the diagnosis of CVD associated with T2D and for the development of new therapeutic and preventive strategies to address these complications. On the one hand, based on the controversy described in the scientific literature regarding the function of osteoglycin in vascular diseases, together with the lack of understanding of its role in glycemic homeostasis in humans, the involvement of this protein in several CVD was studied. First, we evaluated its usefulness as a biomarker of impaired kidney function in T2D by determining serum osteoglycin levels in T2D patients and normal estimated glomerular filtration rate (eGFR), in T2D patients and mildly decreased eGFR, and in control subjects. Our cross-sectional study showed an increase in serum osteoglycin level in T2D patients and mildly decreased eGFR compared to the other groups, independent of sex and age. In addition, circulating osteoglycin levels were independently associated with mildly impaired kidney function in patients with T2D. These results suggest that serum osteoglycin level could be considered as a biomarker indicative of incipient kidney dysfunction in patients with T2D, independent of the presence of albuminuria. This finding supports the potential clinical utility of osteoglycin as a preventive tool to mitigate the progression of kidney damage in patients with T2D. Second, the involvement of osteoglycin in the development of atherosclerosis associated with T2D was analyzed. In this case, osteoglycin levels were determined in both serum and vascular tissue from patients with T2D, with presence/absence of CVD, as well as in control subjects, to analyze the association between this protein and atherosclerosis in T2D. In addition, we evaluated the effect of osteoglycin overexpression in vascular smooth muscle cells (VSMCs) under calcified environments, simulating the pathophysiological environment of T2D. Our results showed a higher in serum osteoglycin levels in T2D patients compared to non-diabetic controls; however, this increase was not associated with the development of atherosclerosis in this population. Although, a possible relationship was shown between osteoglycin and markers of insulin resistance such as triglyceride level and triglyceride/highdensity lipoprotein cholesterol ratio. At the vascular level, no differences in osteoglycin expression were found between the different study groups. Additionally, in vitro analyses revealed that osteoglycin overexpression in VSMCs under calcified environments increases cell proliferation, although it does not affect apoptosis, and upregulates the expression of autotaxin, which is involved in inflammatory processes. Based on these results, we suggest that osteoglycin may play a role in glycemic homeostasis, being a potential biomarker of insulin resistance in patients with T2D. Furthermore, although osteoglycin does not appear to be a key determinant in the pathogenesis of atherosclerosis in patients with T2D directly, it could participate indirectly in the development of the atherosclerotic through the activation of the autotaxin/lysophosphatidic acid pathway and the proliferation of VSMCs. This opens the door to the study of osteoglycin as a potential therapeutic target in T2D. On the other hand, the function of sclerostin, an antagonist protein of the Wnt/β-catenin pathway that inhibits bone formation, has been further studied at the vascular level. Recently, it has been shown that its influence is not exclusively limited to the regulation of bone metabolism, but also plays a role in vascular integrity, acting as a crucial modulator of Wnt/β- catenin pathway signaling in the context of CVD. Despite these advances, the specific role of sclerostin in CVD has not yet been fully elucidated. Therefore, in this scientific study we analyzed for the first time the detrimental or protective role of sclerostin in the development of atherosclerosis associated with T2D. To this end, sclerostin levels were quantified in serum and vascular tissue samples from patients with T2D, with presence/absence of CVD, as well as in control subjects. In addition, we evaluated the effect of sclerostin overexpression in VSMCs under calcified environments, simulating in vitro the pathophysiological environment of T2D. Our results demonstrated increased serum sclerostin levels in patients with T2D and CVD compared to healthy controls (especially in males). Furthermore, higher serum sclerostin levels were independently associated with CVD in patients with T2D and significant correlations were found between serum sclerostin levels and cardiovascular risk factors (age, duration of diabetes, eGFR, low-density lipoprotein cholesterol, serum calcium, and diastolic blood pressure) and periostin. Furthermore, increased sclerostin expression was shown in calcified vessels from patients with T2D and CVD compared to non-calcified vessels from control subjects. Finally, we observed an involvement of sclerostin in the decrease of calcium deposition, as well as in cell survival and in the regulation of the expression of different bone markers, and of inflammatory genes in VSMCs under calcifying conditions. These findings suggest that sclerostin could play a protective role in the development of atherosclerosis in patients with T2D. Based on these results, anti-sclerostin treatment for bone disease should be used with caution. In summary, this translational research focuses on understanding the pathophysiological function of osteoglycin and sclerostin, highlighting their impact on vascular physiology. This analysis is crucial to advance in the early diagnosis of CVD and in the development of preventive and therapeutic strategies, addressing both alterations in bone metabolism and in the vascular system, thus improving the quality of life of patients with T2D.