Rol del fitoestrógeno genisteína en los sistemas vascular y óseo

Abstract

Las calcificaciones vasculares y la osteoporosis son patologías prevalentes en mujeres postmenopáusicas. Ambos trastornos se caracterizan por una distorsión de la arquitectura natural del tejido, donde la inflamación y el estrés oxidativo son condiciones que subyacen. La existencia de posibles mecanismos fisiopatológicos compartidos presupone la posibilidad de nuevas estrategias terapéuticas comunes. Los resultados controvertidos sobre el riesgo/beneficio de la terapia de sustitución hormonal para prevenir patologías asociadas a la menopausia, ha incentivado la búsqueda de nuevas opciones de tratamiento. Los fitoestrógenos se posicionaron como una opción. En este trabajo de tesis se investigó el rol del fitoestrógeno Genisteína en los procesos celulares involucrados en la transformación ósea del lecho vascular, en la remodelación ósea y en la interacción óseo-vascular. A nivel vascular demostramos que la Genisteína regula los procesos celulares involucrados en la calcificación vascular. Empleando cultivos primarios determinamos que, en células endoteliales Genisteína estimula la síntesis de óxido nítrico, ejerce un balance positivo sobre el crecimiento celular favoreciendo su supervivencia frente al estrés oxidativo. Así mismo, en condiciones de inflamación, la Genisteína previene la expresión de moléculas de adhesión celular endoteliales y de integrinas monocíticas involucradas en la adhesión de los mononucleares al endotelio vascular. En células musculares lisas vasculares (CMLV) el tratamiento con el fitoestrógeno previene la transformación celular a linaje símil osteoblástico. En un modelo experimental de transdiferenciación ósea de CMLV, demostramos que la isoflavona reduce la actividad fosfatasa alcalina y la formación de nódulos de calcio en la matriz extracelular de CMLV. Los resultados se corroboraron por ensayos ex vivo, demostrando una marcada disminución en la formación de áreas de calcificación en el tejido aórtico intacto. A diferencia de la acción anti-ósea evidenciada en el sistema vascular, a nivel óseo la Genisteína estimula la osteoblastogénesis y la osteoclastogénesis. La diferenciación de preosteoblastos a osteoblastos maduros se demostró por la estimulación de marcadores tempranos de diferenciación (Runx-2 y REα), por el aumento de la actividad fosfatasa alcalina y del depósito de colágeno y, por la estimulación de la mineralización de la matriz extracelular. En cocultivos de osteoblastos-monocitos, y a través de análisis de cambios morfológicos y expresión de la enzima fosfatasa ácida tartrato resistente, se demostró que Genisteína favorece la maduración monocítica a osteoclastos diferenciados. Desde un punto de vista molecular, el mecanismo de acción del fitoestrógeno incluye la participación del receptor de estrógenos y la vía óxido nítrico sintasa. En su conjunto, los resultados de este trabajo de tesis evidencian una acción selectiva y diferencial de la Genisteína según el tipo celular sobre el cual actúa. Adicionalmente se demostró la existencia de una interacción bidireccional ósea-vascular favoreciendo el crecimiento celular y la angiogénesis. Si bien los datos aportados corresponden a ensayos in vitro en sistemas aislados, sugieren una potencial acción dual de la Genisteína a favor del mantenimiento de la arquitectura natural de ambos tejidos. De confirmarse estas acciones en modelos in vivo se aportaría fundamento para fomentar el consumo de fitoestrógenos como alternativa para promover la salud ósea y cardiovascular.

Although soy phytoestrogen are proposed to prevent or improve postmenopausal vascular and bone diseases, the currently available data are controversial and unclear. In this thesis we investigated the molecular and biochemical action of the isoflavone Genistein on the cellular events involved in vascular calcification and in bone remodeling. We also focused our attention on the interactions between bone and vascular cells. At vascular level, the data obtained supported the hypothesis that Genistein prevents in vitro vascular calcification. To that end, rat aortic vascular cell cultures and murine monocytes in vitro, exposed to Genistein were employed. Genistein down-regulated the expression of endothelial cell adhesion molecules and monocytes integrins, involved in stable leukocyte attachment induced by a pro-inflammatory environment. In endothelial cells, promotes nitric oxide synthesis and under oxidative stress favors cell growth and survival. On vascular muscle cells, the isoflavone markedly reduced cell proliferation and migration. In order to study vascular calcification, muscle cells transdifferentiation into osteoblasts like cells was evaluated. The expression of alkaline phosphatase and the presence of calcified nodules in the extracellular matrix were selected as features of vascular muscle cells transdifferentiation. Both osteoblastic markers were significantly reduced after Genistein treatment. These data were corroborated in ex vivo assays using aortic tissue, where the presence of calcified areas was significantly reduced by Genistein treatment. In contrast to this anti-osteogenic action, on bone cells Genistein promoted osteoblastogenesis and osteoclastogenesis. The isoflavone promoted calvaria preosteoblast differentiation with an earlier up-regulation of the estrogen receptor alpha gene expression and the enhancement of mRNA levels of the Runt-related transcription factor 1 mRNA expression. The differentiative effect was accompanied through, an increase of alkaline phosphatase activity, extracellular collagen deposition and increased matrix mineralization. Using co-cultures of osteoblasts and monocytes, and tartrate resistant acid phosphatase staining, we found that Genistein induced osteoclast differentiation from mononuclear blood cells. The mechanisms displayed by Genistein involved the participation of estrogen receptor and nitric oxide pathway. We also obtained evidence that Genistein acted through a bidirectional cross link between bone and vascular cells, that modulates cells growth and enhanced angiogenesis. Although our data arise from in vitro assays employing isolated cells and required confirmation using in vivo animal models, provide knowledge that support the hypothesis that phytoestrogens could be useful for cardiovascular and bone health.