A osteoporose é uma doença metabólica crónica, principalmente relacionada com a falta de estrogénio no corpo após a menopausa. Estudos no país e no estrangeiro confirmaram que o stress oxidativo desempenha um papel importante na patogénese da osteoporose, e que as espécies reactivas de oxigénio produzidas pelo stress oxidativo têm um efeito na actividade e função dos osteoblastos e osteoclastos no organismo; o licopeno é um forte antioxidante que existe na natureza e que é amplamente encontrado em frutas e vegetais frescos. Uma vez que o stress oxidativo desempenha um papel importante na patogénese da osteoporose e o licopeno tem propriedades antioxidantes, os estudiosos no país e no estrangeiro previram que o consumo de licopeno pode prevenir a ocorrência de osteoporose, e conduziram muitos estudos básicos e clínicos sobre este tópico. Este artigo analisa a investigação actual sobre o licopeno na osteoporose no país e no estrangeiro.
Visão geral da osteoporose
Ao longo da vida, o tecido ósseo é constantemente reconstruído por um processo que envolve a lise de tecido ósseo antigo por osteoclastos e a formação de novo tecido ósseo por osteoblastos [1, 2], um processo complexo no qual uma variedade de citocinas estão envolvidas e desempenham papéis importantes sob regulação genética. Estes factores incluem interleucinas, factores de crescimento transformadores, factores de necrose tumoral, factores estimulantes de colónias e outros. Através de acções autocrinas e parácrinas, estes factores influenciam a diferenciação, proliferação, maturação e activação dos osteoblastos e osteoclastos, regulando o equilíbrio entre reabsorção óssea e reconstrução óssea. Se este equilíbrio for perturbado, a osteoporose ocorre quando a expressão do gene osteoclasta é aumentada e a expressão do gene osteoblasta é deficiente [3]. A osteoporose é ainda principalmente uma doença metabólica, que se caracteriza essencialmente por uma redução da massa óssea no tecido ósseo e uma degradação da microestrutura óssea, com o consequente aumento da fragilidade do osso e uma elevada susceptibilidade à fractura [5]. A osteoporose pós-menopausa é a forma mais comum de osteoporose primária e é causada por uma diminuição do estrogénio no corpo e um aumento da actividade osteoclasta, resultando em perda óssea. No entanto, o mecanismo de como a deficiência de estrogénio aumenta a actividade osteoclasta não é bem compreendido [6]. Jenny M.L et al[8] mostraram que a deficiência de estrogénio levou a uma diminuição da concentração de antioxidantes de tiol nos osteoclastos, o que aumentou a sensibilidade dos osteoclastos à sinalização do gene osteoclastos, e aumentou a mediada por ROS sobreprodução de citocinas (por exemplo IL-1, TGF-a), todas elas aumentando a actividade osteoclasta e, em última análise, levando ao desenvolvimento da osteoporose.
Stress oxidativo e antioxidantes
O stress oxidativo no corpo é o resultado de um sistema de defesa enfraquecido ou de uma produção excessiva de espécies reactivas de oxigénio (ROS), que são radicais livres contendo oxigénio produzidos pelo metabolismo aeróbio nos organismos vivos e consistem principalmente em aniões superóxidos (O2-), grupos hidroxilo (-OH) e peróxido de hidrogénio (H2O2) [9]. Em condições fisiológicas normais, as espécies reactivas de oxigénio são continuamente produzidas e necrófagas pelos antioxidantes do organismo, tais como superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GSH2px) e alguns antioxidantes de baixo peso molecular [10]. Quando este equilíbrio é perturbado devido ao envelhecimento, cancro e deficiência de estrogénio, o stress oxidativo causado pelo aumento anormal das ROS causa uma série de danos oxidativos ao organismo, tais como o ataque de ácidos gordos polinsaturados causando peroxidação lipídica e alterando a estrutura e função das membranas biológicas e receptores de superfície da membrana celular; danificando os grupos sulfidrilo e amino de proteínas causando desnaturação proteica, ligação cruzada e perda de actividade enzimática; danificando o ADN levando a O stress oxidativo acelera a senescência celular e a morte ao afectar muitas citocinas tais como o factor nuclear (NF-κB), as kinases proteicas activadas por mitógeno (MAPKs), P53 e o factor de choque térmico (HSF) [11, 12].
Stress oxidativo, antioxidantes e osteoporose
As espécies reactivas de oxigénio produzidas pelo stress oxidativo desempenham um papel importante na patogénese da osteoporose. Estudos epidemiológicos [13,14,15] demonstraram que certos antioxidantes como as vitaminas C, E e β-caroteno reduzem a incidência da osteoporose e o risco de fractura em mulheres com osteoporose. Os antioxidantes eram significativamente inferiores no soro das mulheres com osteoporose [16], e houve um aumento das espécies reactivas de oxigénio e uma diminuição das enzimas antioxidantes como a superóxido dismutase (SOD) em ratos ovariectomizados [17]. Num estudo de ratos modelo de osteoporose pós-menopausa, Isomura H et al. mostraram que o stress oxidativo está envolvido na patologia de doenças ósseas metabólicas como a osteoporose, como evidenciado pela redução da actividade da fosfatase alcalina e da calcitonina do salmão no sangue de ratos modelo[18], enquanto nos últimos anos, através de um estudo controlado do estado de stress oxidativo em 22 pacientes osteoporóticos em comparação com mulheres normais da mesma faixa etária, o Yousefzadeh G et al [19] confirmaram ainda que os pacientes osteoporóticos estão num estado de stress oxidativo elevado e que doses moderadas de antioxidantes podem ser benéficas para os pacientes osteoporóticos. Num estudo sobre a relação entre BMD e radicais oxigenados e antioxidantes em homens com osteoporose, Yalin S [20] descobriu que os níveis de SOD em pacientes osteoporóticos estavam negativamente correlacionados com BMD, sugerindo que o stress oxidativo também desempenha um papel importante na patogénese da osteoporose nos homens. Para revelar ainda mais a relação entre osteoporose e stress oxidativo e antioxidantes, Ozqocmen S [21] et al. realizaram um ensaio clínico controlado sobre a relação entre antioxidantes intraeritrocíticos e densidade mineral óssea e reacções redox in vivo após a toma de medicamentos para o tratamento da osteoporose, e mostraram que as actividades de peróxido de hidrogénio e glutatião peroxidase foram significativamente reduzidas em mulheres com osteoporose, enquanto que a peroxidação lipídica Isto sugere que o desenvolvimento da osteoporose está associado a um aumento do stress oxidativo e a uma diminuição dos antioxidantes, e que o tratamento farmacológico da osteoporose funciona reduzindo as reacções redox no corpo e melhorando o funcionamento do sistema antioxidante. Embora os estudos acima referidos tenham demonstrado uma correlação entre o stress oxidativo e a osteoporose, os mecanismos detalhados de acção do stress oxidativo e da osteoporose a nível celular e molecular não são bem compreendidos.
Stress oxidativo, antioxidantes e osteoclastos
Muitos factores regulam a diferenciação e proliferação dos osteoclastos e a sua capacidade de promover a reabsorção óssea; alguns investigadores [22] demonstraram que as espécies reactivas de oxigénio desempenham um papel importante neste processo, com espécies reactivas de oxigénio, tais como o peróxido de hidrogénio e o anião superóxido estimulando o factor de osteoclastos através do sinal extracelular regulado de kinases (ERKs) e a proteína de ligação do elemento de resposta cAMP da via da cinase do ovo (PKA-CREB) Kim H et al [23] investigaram a relação entre o estado redox e o osteoclasto e a reabsorção óssea in vivo através da análise da glutatião sintetase, enzima limitadora da taxa de síntese do glutatião e conteúdo total de glutatião e sulfidrílico in vivo. O estudo concluiu que o estado de stress oxidativo no corpo foi elevado juntamente com o aumento da osteoclastogénese e reabsorção óssea. Quando os níveis de stress oxidativo eram elevados a um certo nível, a osteoclastogénese e a reabsorção óssea eram consistentemente inibidas. Vaaraniemi J et al [24] descobriram que os osteoclastos promovem a reabsorção da matriz óssea a nível celular, secretando ácido e lisozima no espaço de reabsorção entre a membrana celular e a superfície óssea. Os osteoclastos promovem a reabsorção óssea através da secreção de ácidos e enzimas lisossómicas tais como a histona K no espaço de reabsorção entre a membrana celular e a superfície óssea. Esta função de reabsorção-promotriz óssea é obtida através da secreção de espécies reactivas de oxigénio pela fosfatase ácida anti-tartrato (TRACP) do osteoclasto nas vesículas citosólicas, causando a degradação do colagénio e outras proteínas.
Os antioxidantes estão também intimamente relacionados com a função osteoclasta. Nakagawa H [25] mostrou que o EGCGS induziu a morte osteoclasta principalmente através do grupo hidroxila na sua estrutura molecular. Lean J et al [26] descobriram que a expressão do antioxidante thioredoxin-1 Trx foi significativamente aumentada em osteoblastos e que a proliferação de osteoblastos foi significativamente aumentada após a transfecção de células RAW264.7 com a expressão plasmídeo Trx. Outros estudos mostraram que o oxidante promoveu a proliferação dos osteoclastos ao estimular a expressão do Trx nos osteoclastos, resultando num aumento da expressão das citocinas intracelulares que promovem a proliferação celular. A adição de antioxidantes como o peróxido de glutatião impediu a expressão de Trx e, portanto, a proliferação de osteoclastos. A adição de antioxidantes como a catalase [27], estrogénio [28] e homocisteína [29] ao meio de cultura celular também demonstrou reduzir a produção de espécies reactivas de oxigénio nas células. Foi feita a hipótese de que os antioxidantes naturais também podem ter a capacidade de neutralizar a produção de espécies reactivas de oxigénio em osteoclastos, inibindo assim a reabsorção óssea osteoclástica.
Stress oxidativo e antioxidantes e osteoblastos
O efeito do stress oxidativo na mineralização do osteoblasto foi investigado por Arai M [30], que adicionou o oxidante H2O2 ao meio das células MC3T3-E1 do osteoblasto; descobriram que o nível de mineralização das células MC3T3-E1 foi reduzido para metade e que a expressão do factor de transcrição Nrf2, que regula as enzimas antioxidantes, foi aumentada. Também encontraram um aumento na expressão genética do factor de transcrição Nrf2, que regula as enzimas antioxidantes, e descobriram que a expressão dos marcadores derivados de ossos Runx2, ALP, e BSP era significativamente inferior à do grupo de células não tratadas com H2O2. Isto sugere que o stress oxidativo inibe a mineralização osteoblasto através da upregulação de genes reguladores de enzimas antioxidantes. O efeito do stress oxidativo nos osteoblastos foi também investigado a nível molecular por Chan WH et al[31] , que descobriram que os antioxidantes afectaram a produção de espécies reactivas de oxigénio e os níveis intracelulares de ATP nos osteoblastos, levando à lise nuclear e à morte celular. Trataram células osteossarcoma ROS17/2.8 com factor de necrose tumoral а (TNF-а) (10ng/ml) e descobriram que o mRNA intracelular para a proteína salivar óssea (BSP), que desempenha um papel importante na mineralização óssea, foi significativamente reduzido após 24 horas, enquanto o pré-tratamento com o antioxidante N-acetil-cisteína (20Mm), seguido da adição de TNFu-а após 30 minutos foi O conteúdo de mRNA do BSP intracelular não foi significativamente reduzido, sugerindo assim que muitas substâncias afectam a função do osteoblasto através do stress oxidativo intracelular.Nam SH[33] et al. descobriram que o H2O2 regula a actividade intracelular do Ca2+ nos osteoblastos aumentando a libertação de Ca2+ da piscina intracelular de Ca2+, levando em última análise à morte do osteoblasto.Vali B[34] et al. investigaram Vali B [34] investigou o efeito do galato de epigalocatequina (EGCG), um antioxidante, nos osteoblastos e descobriu que impedia a produção de espécies reactivas de oxigénio em osteoblastos e estimulava a diferenciação dos osteoblastos, promovendo a formação de nódulos mineralizados. É evidente do acima exposto que o stress oxidativo e os antioxidantes afectam a proliferação e diferenciação dos osteoblastos através de uma variedade de vias, influenciando em última análise a formação e mineralização dos cordões.
Licopeno e stress oxidativo
O licopeno é um potente antioxidante encontrado na natureza e não pode ser sintetizado no corpo humano. O licopeno é obtido na dieta principalmente a partir de vegetais e frutos frescos, sendo o tomate o que mais contém, seguido de melancia e uvas roxas. A absorção do licopeno é mais favorável em tomates tratados termicamente do que em tomates não tratados, uma vez que o licopeno aquecido é convertido da sua estrutura original de todos os transes para o isómero cis [35]. A ingestão média diária de licopeno dos alimentos varia entre pessoas de diferentes países e regiões, com uma média de 8,2 mg/dia. Um estudo mostrou que uma ingestão diária de 7 mg de licopeno durante 14 dias reduziu os danos oxidativos ao ADN nos linfócitos do sangue periférico [36]. Outro estudo mostrou que uma dose diária de 30mg a 75mg de licopeno era segura e benéfica sem efeitos secundários, e que níveis superiores a 75mg/dia não tinham um efeito significativo nos níveis sanguíneos de licopeno [37].
O licopeno é um carotenóide porque a sua estrutura química contém 13 ligações duplas, 11 das quais são conjugadas, o que determina as suas fortes propriedades antioxidantes. O licopeno é duas vezes mais redutor que o β-caroteno e 10 vezes mais redutor que a vitamina E [38]. Esta poderosa função redutora tem-lhe permitido desempenhar um papel importante na prevenção de doenças humanas crónicas. A partir de investigações epidemiológicas iniciais mostrando que o consumo de licopeno reduziu a incidência de cancro da próstata [36], investigadores posteriores descobriram gradualmente através de investigações epidemiológicas e ensaios de intervenção in vitro que o consumo de licopeno não só previne o cancro, mas também doenças coronárias, hipertensão, diabetes, metaplasia, infertilidade feminina e doenças neurodegenerativas [39]. Todos estes efeitos estão relacionados com a função antioxidante do próprio licopeno, incluindo a protecção das lipoproteínas protoplasmáticas, do ADN linfocitário e das proteínas séricas dos danos oxidativos [40]. Com base neste princípio antioxidante, os investigadores descobriram que o licopeno também tem um papel importante na prevenção e tratamento da osteoporose.
Licopeno e osteoclastos
Os estudos relacionados com licopeno e osteoclastos são relativamente pouco relatados. RAO et al [41] mostraram que os osteoclastos foram extraídos da medula óssea de fémures de ratos e cultivados, e depois o licopeno e a hormona da tiróide foram adicionados ao meio de cultura juntos ou separadamente em diferentes concentrações. Esta inibição foi associada à inibição do sistema TRACP oxidase em osteoblastos e, portanto, à síntese e secreção de ROS intracelular. Incubámos osteoblastos com diferentes concentrações de licopeno e descobrimos que diferentes concentrações de licopeno (10-7 a 10-5) tiveram um efeito nos osteoblastos (artigo a ser publicado).
Licopeno e osteoblastos
Kim et al [42] foram os primeiros a adicionar licopeno ao meio de osteoblasto SaOS-2 e com o tempo o número de células SaOS-2 no meio aumentou, a partir do qual concluíram que o licopeno estimulou a proliferação de células osteoblasto SaOS-2 de forma dependente do tempo, e os seus resultados mostraram que o licopeno teve um efeito na proliferação de fosfatase alcalina osteoblasto mais madura ( O licopeno também teve um efeito estimulante na actividade da fosfatase alcalina (um marcador de diferenciação dos osteoblastos) em osteoblastos mais maduros, mas não em osteoblastos jovens. O nosso estudo também confirmou que o licopeno em diferentes concentrações de licopeno promoveu a proliferação de osteoblastos, a expressão de fosfatase alcalina e a mineralização óssea. O mecanismo exacto da acção do licopeno sobre os osteoblastos a nível molecular não é bem compreendido e precisa de ser investigado com mais profundidade.
Licopeno e osteoporose pós-menopausa
Os estudos clínicos sobre licopeno e osteoporose são relativamente mal notificados, mas os dados epidemiológicos sugerem que o consumo de fruta e vegetais frescos ricos em licopeno reduz significativamente o risco de osteoporose [44]. Recentemente, Rao L.G [45] et al. realizaram um ensaio clínico de 7 dias com alimentos contendo licopeno em 13 mulheres na pós-menopausa com idades compreendidas entre os 50-60 anos e finalmente mediram a correlação entre os níveis de licopeno sérico de jejum, peroxidação lipídica, conteúdo proteico sulfídico, peptídeo amino-terminal reticulado com colagénio I (NTX, reabsorção óssea) e fosfatase alcalina óssea (formação óssea). À medida que o licopeno sérico aumentava, a oxidação proteica (grupos proteína sulfidrilo) diminuiu significativamente, juntamente com uma redução significativa dos níveis de NTX no sangue. Isto sugere que o licopeno pode reduzir o stress oxidativo no corpo, impedindo assim o desenvolvimento da osteoporose.
Em conclusão, ficou demonstrado que o licopeno interfere no processo patológico de desenvolvimento da osteoporose ao afectar a função dos osteoblastos e osteoclastos através da sua função antioxidante, prevenindo e retardando assim o aparecimento da osteoporose. No entanto, não há muitas provas sobre isto, por exemplo, o mecanismo de acção directa da função antioxidante do licopeno não é bem compreendido, e há uma falta de estudos validados em animais e de grandes estudos clínicos sobre os efeitos do licopeno na osteoporose. Estamos actualmente a realizar estudos animais sobre licopeno e osteoporose e esperamos que num futuro próximo a terapia do licopeno alimentar possa ser utilizada como uma alternativa às drogas para o tratamento da osteoporose ou como um adjunto eficaz às drogas para o tratamento da osteoporose.