Pathogenetic Role of Bone Metabolism Markers in the Development of Osteoporosis and Osteopenia (Review)
DOI:
https://doi.org/10.37482/2687-1491-Z246Keywords:
bone tissue, remodelling, resorption, bone formation, osteoporosis, osteopenia, cytokines, RANKL/ RANK/OPG systemAbstract
According to the World Health Organization, osteoporosis is one of most common pathologies of the musculoskeletal system. Abnormal bone remodelling is known to lead to the progression of osteoporosis and osteopenia and a significant increase in the risk of bone fractures. To study the processes of bone tissue resorption and formation, various indicators are used that reflect the activity of the cellular elements of bone tissue and the state of its matrix. The purpose of this review was to analyse current concepts about the pathogenetic role of bone metabolism markers and regulators in the development of osteoporosis and osteopenia for the earliest possible diagnosis of these pathologies. We reviewed 570 literature sources retrieved from the digital databases PubMed, PubMed Central, eLIBRARY.RU as well as the search platforms Google Scholar, SpringerLink and Elsevier published between 2009 and 2023. The search was performed in Russian and English using the following keywords and their combinations: bone tissue, remodelling, resorption, bone formation, osteoporosis, osteopenia, cytokines, RANKL/RANK/OPG system. The exclusion criteria narrowed the list to 47 most significant studies providing comprehensive insights into certain aspects of osteoporosis and osteopenia. The literature analysis showed that some markers of bone tissue remodelling, as well as inflammatory mediators, have pathogenetic significance in the development of osteoporosis and osteopenia and can be used for early diagnosis of these diseases. Searching for new molecular markers of abnormal bone remodelling appears to be a promising area of research on osteoporosis and osteopenia.
Downloads
References
Гальченко А.В. Влияние факторов образа жизни на метаболизм костной ткани и риск развития остеопороза // Профилакт. медицина. 2022. Т. 25, No 6. С. 96–107. https://doi.org/10.17116/profmed20222506196
Игнатьев А.М., Турчин Н.И. Инструментальные и биохимические показатели состояния костной ткани при остеомаляции и остеопорозе // Травма. 2020. Т. 21, No 6. С. 16–20. https://doi.org/10.22141/1608-1706.6.21.2020.223883
Байрамов А.А., Маевский Е.И., Зеленер А.О., Каронова Т.Л., Шабанов П.Д. Процессы костного ремоделирования на этапах коррекции экспериментального индуцированного остеопороза // Вестн. Новгор. гос. ун-та. 2020. No 1 (117). С. 23–29. https://doi.org/10.34680/2076-8052.2020.1 (117).23-29
Васильева Л.В., Беззубцева Е.Н., Гостева Е.В., Евстратова Е.Ф. Роль генетических и метаболических нарушений при остеопорозе // Мед. вестн. Юга России. 2021. Т. 12, No 1. С. 6–13. https://doi.org/10.21886/2219-8075-2021-12-1-6-13
Долгова Л.Н., Красивина И.Г. Остеопороз и остеопения у пациентов с метаболическим синдромом // РМЖ. Мед. обозрение. 2015. Т. 23, No 17. С. 1006–1009.
Ялаев Б.И., Хусаинова Р.И. Эпигенетическая регуляция ремоделирования костной ткани и ее роль в патогенезе первичного остеопороза // Вавилов. журн. генетики и селекции. 2023. Т. 27, No 4. С. 401–410. https://doi.org/10.18699/VJGB-23-48
Симрок В.В., Адунц А.Г., Румянцева З.С. Маркеры костного обмена, витамин D и паратгормон у женщин в динамике лечения постменопаузального остеопороза ибандронатом // Унив. клиника. 2020. No 3 (36). С. 12–17. https://doi.org/10.26435/uc.v0i3 (36).598
Вербовой А.Ф., Пашенцева А.В., Шаронова Л.А. Остеопороз: современное состояние проблемы // Терапевт. арх. 2017. Т. 89, No 5. С. 90–96. https://doi.org/10.17116/terarkh201789590-97
Дудинская Е.Н., Браилова Н.В., Кузнецова В.А., Ткачева О.Н. Остеопороз у пожилых пациентов // Остеопороз и остеопатии. 2019. Т. 22, No 3. С. 34–40. https://doi.org/10.14341/osteo12352
Кабалык М.А. Биомаркеры и участники ремоделирования субхондральной кости при остеоартрозе // Тихоокеан. мед. журн. 2017. No 1 (67). С. 36–41.
Машейко И.В. Биохимические маркеры в оценке процессов ремоделирования костной ткани при остеопении и остеопорозе // Журн. Гродн. гос. мед. ун-та. 2017. Т. 15, No 2. С. 149–153.
Киселёва И.В. Изменение маркеров метаболизма костной ткани в сыворотке крови у больных с остеопорозом // Соврем. проблемы науки и образования. 2014. No 3. Ст. 552.
Singh S., Kumar D., Lal A.K. Serum Osteocalcin as a Diagnostic Biomarker for Primary Osteoporosis in Women // J. Clin. Diagn. Res. 2015. Vol. 9, No 8. Р. RC04–RC07. https://doi.org/10.7860/JCDR/2015/14857.6318
Kumalasari C., Siregar M.F.G., Edianto D., Tobing C.L., Adella C.A. Correlation of Osteocalcin Urine Levels with Bone Mass Density in Menopause Women in H. Adam Malik General Hospital Medan // Indian J. Public Health Res. Dev. 2020. Vol. 11, No 1. Р. 1011–1016. https://doi.org/10.37506/v11/i1/2020/ijphrd/193969
Маркевич Т.Н. Щелочная фосфатаза как маркер метаболизма кости // Достижения фундаментальной, клинической медицины и фармации: материалы 77-й науч. сессии сотрудников ун-та. Витебск: Витеб. гос. мед. ун-т, 2022. C. 265–266.
Белова С.В., Гладкова Е.В., Ульянов В.Ю. Нарушение субхондрального ремоделирования и активация перекисного окисления липидов в патогенезе ранней стадии остеоартроза // Профилакт. и клин. медицина. 2023. No 2 (87). С. 34–40. https://doi.org/10.47843/2074-9120_2023_2_34
Saad M.A., Aboelwafa R.A., Elsayed E.H. Could Procollagen Type I N-Terminal Propeptide (PINP) and Bone Alkaline Phosphatase (B-ALP) Be Valid Alternative Diagnostic Markers to Dual X-Ray Absorptiometry (DEXA) in Elderly Females with Osteoporosis? An Egyptian Radiological and Laboratory Monocentric Study // Egypt. Rheumatol. Rehabil. 2021. Vo l. 48. Art. No 20. https://doi.org/10.1186/s43166-021-00069-y
Захаров И.С., Колпинский Г.И., Ушакова Г.А., Вавин Г.В. Биохимические маркеры в диагностике нарушений ремоделирования костной ткани при остеопорозе // Вестн. Авиценны. 2013. No 4 (57). С. 119–123.
Jagtap V.R., Ganu J.V. Effect of Antiresorptive Therapy on Urinary Hydroxyproline in Postmenopausal Osteoporosis // Indian J. Clin. Biochem. 2012. Vol. 27, No 1. P. 90–93. https://doi.org/10.1007/s12291-011-0185-4
Adugani S., Bannimath G., Sastry P. A Review on Biomarkers in Clinical Osteoporosis – Significance of Hydroxyproline // Biomed. Biotechnol. Res. J. 2021. Vol. 5, No 3. Р. 245–251. https://doi.org/10.4103/bbrj.bbrj_91_21
Vijaya V., Gurupadayyaa B.M., Chandana R.S., Manusmitha S.S., Raikar P.P., Purushotham S. Analysis of a Urinary Biomarker Hydroxyproline for Clinical Assessment in Osteoporosis Patients // Anal. Bioanal. Chem. Res. 2021. Vo l. 8, No 4. Р. 481–491. https://doi.org/10.22036/ABCR.2021.266629.1581
Гребенникова Т.А., Трошина В.В., Белая Ж.Е. Маркеры и генетические предикторы остеопороза в клинической практике // Consilium Medicum. 2019. Т. 21, No 4. С. 97–102. https://doi.org/10.26442/20751753.2019.4.190323
Demir M., Ulas T., Tutoglu A., Boyaci A., Karakas E.Y., Sezen H., Ustunel M., Bilinc H., Gencer M., Buyukhatipoglu H. Evaluation of Oxidative Stress Parameters and Urinary Deoxypyridinoline Levels in Geriatric Patients with Osteoporosis // J. Phys. Ther. Sci. 2014. Vo l. 26, No 9. Р. 1405–1409. https://doi.org/10.1589/jpts.26.1405
Кузьмина Д.А., Воронцов П.В. Биохимические методы оценки костного метаболизма. Маркеры и их клиническое значение // Медицина: теория и практика. 2018. Т. 3, No S. С. 99–106.
Богданов М.В. Биохимические и генетические маркеры костного ремоделирования при остеопорозе у детей // Сб. науч. тез. и ст. «Здоровье и образование в XXI веке». 2009. Т. 11, No 2. С. 178–179.
Закиров Ф.Х., Красильников А.А., Лубышев Е.А., Чубанова Г.Р. Перспективы использования биомаркеров остеопороза в диагностике и лечении // Хирург. практика. 2019. No 1 (37). С. 45–47. https://doi.org/10.17238/issn2223-2427.2019.1.45-47
Сухарева А.С. Изучение концентрации маркера костной деструкции β-CrossLaps в сыворотке крови женщин в периоде постменопаузы, проживающих в северном регионе // Высшая школа: научные исследования: материалы межвуз. науч. конгр. М.: Инфинити, 2019. Ч. 1. С. 68–73.
Modagan P., Chand L., Menon G., Aruna L.P., Silambanan S. Association of N-Terminal Telopeptide-1 with BMD in Patients with Osteopenia and Osteoporosis // Res. Results Biomed. 2022. Vol. 8, No 1. Р. 82–90. https://doi.org/10.18413/2658-6533-2022-8-1-0-6
Bai R.-J., Li Y.-S., Zhang F.-J. Osteopontin, a Bridge Links Osteoarthritis and Osteoporosis // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022. Vol. 13. Art. No 1012508. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.1012508
Al-Nejjar B.I., Abdul-Rasheed O.F., Al-Shamaa G.A. The Values of Osteopontin and Bone Specific Alkaline Phosphatase in Diagnosis of Osteoporosis. A Comparative Study // Med. J. Babylon. 2015. Vol. 12, No 4. Р. 986–998.
Vancea A., Serban O., Fodor D. Relationship Between Osteopontin and Bone Mineral Density // Acta Endocrinol. (Buchar.). 2021. Vo l. 17, No 4. Р. 509–516. https://doi.org/10.4183/aeb.2021.509
Поворознюк В.В., Резниченко Н.А., Майлян Э.А. Роль иммунных факторов в патогенезе постменопаузального остеопороза // Проблемы остеологии. 2013. Т. 16, No 3. С. 3–7.
Нуруллина Г.М., Ахмадуллина Г.И. Костное ремоделирование в норме и при первичном остеопорозе: значение маркеров костного ремоделирования // Арх. внутрен. медицины. 2018. Т. 8, No 2 (40). С. 100–110. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2018-8-2-100-110
Игнатенко Г.А., Майлян Э.А., Немсадзе И.Г., Румянцева З.С., Чурилов А.В., Глазков И.С., Мирович Е.Д. Роль цитокинов в ремоделировании костной ткани в норме и патологии // Тавр. мед.-биол. вестн. 2020. Т. 23, No 1. С. 133–139. https://doi.org/10.29039/2070-8092-2020-23-1-133-139
Игнатенко Г.А., Немсадзе И.Г., Мирович Е.Д., Чурилов А.В., Майлян Э.А., Глазков А.Э., Румянцева З.С. Роль цитокинов в ремоделировании костной ткани и патогенезе постменопаузального остеопороза // Мед. вестн. Юга России. 2020. Т. 11, No 2. С. 6–18. https://doi.org/10.21886/2219-8075-2020-11-2-6-18
Xu J., Yu L., Liu F., Wan L., Deng Z. The Effect of Cytokines on Osteoblasts and Osteoclasts in Bone Remodeling in Osteoporosis: A Review // Front. Immunol. 2023. Vo l. 14. Art. No 1222129. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1222129
Галашина Е.А., Гладкова Е.В., Ульянов В.Ю. Биологические маркеры метаболизма субхондральной кости и иммунные факторы воспаления на ранних стадиях первичного остеоартроза (обзор) // Журн. мед.-биол. исследований. 2022. Т. 10, No 3. С. 275–286. https://doi.org/10.37482/2687-1491-Z106
Zha L., He L., Liang Y., Qin H., Yu B., Chang L., Xue L. TNF-α Contributes to Postmenopausal Osteoporosis by Synergistically Promoting RANKL-Induced Osteoclast Formation // Biomed. Pharmacother. 2018. Vo l. 102. Р. 369–374. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.03.080
Царенок С.Ю., Горбунов В.В. Содержание цитокинов сыворотки крови и состояние минеральной плотности костной ткани у женщин с остеопорозом коморбидным ИБС // Забайкал. мед. вестн. 2015. No 4. С. 22–26.
Al-Daghri N.M., Aziz I., Yakout S., Aljohani N.J., Al-Saleh Y., Amer O.E., Sheshah E., Younis G.Z., Al-Badr F.B.M. Inflammation as a Contributing Factor Among Postmenopausal Saudi Women with Osteoporosis // Medicine (Baltimore). 2017. Vo l. 96, No 4. Art. No e5780. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000005780
Майлян Э.А., Резниченко Н.А., Игнатенко Г.А. Сывороточные уровни цитокинов при постменопаузальном остеопорозе // Крым. журн. эксперим. и клин. медицины. 2018. Т. 8, No 1. С. 36–42.
Сагаловски С., Кунце П., Шенерт М. Роль цитокиновой системы RANKL-RANK-OPG и катепсина К в патогенезе остеопороза: достижения и перспективы в лечении заболевания // Клиницист. 2012. No 2. С. 9–16. https://doi.org/10.17650/1818-8338-2012-6-2-9-16
Рожнова О.М., Фаламеева О.В., Садовой М.А. Патофизиология костной ткани при остеопорозе (обзор литературы) // Междунар. журн. приклад. и фундам. исследований. 2015. No 9, ч. 4. С. 666–669.
Ono T., Hayashi M., Sasaki F., Nakashima T. RANKL Biology: Bone Metabolism, the Immune System, and Beyond // Inflamm. Regen. 2020. Vol. 40. Art. No 2. https://doi.org/10.1186/s41232-019-0111-3
Azizieh F.Y., Shehab D., Jarallah K.A., Gupta R., Raghupathy R. Circulatory Levels of RANKL, OPG, and Oxidative Stress Markers in Postmenopausal Women with Normal or Low Bone Mineral Density // Biomark. Insights. 2019. Vo l. 14. Art. No 1177271919843825. https://doi.org/10.1177/1177271919843825
Астрейко М.О. Роль маркеров регуляции остеокластогенеза при остеопорозе // Бюл. Сев. гос. мед. ун-та. 2020. No 1. С. 225–226.
Ramli F.F., Chin K.-Y. A Review of the Potential Application of Osteocyte-Related Biomarkers, Fibroblast Growth Factor-23, Sclerostin, and Dickkopf-1 in Predicting Osteoporosis and Fractures // Diagnostics (Basel). 2020. Vol. 10, No 3. Art. No 145. https://doi.org/10.3390/diagnostics10030145
