Des chercheurs de l'UCSF et de l'UC Davis ont résolu une énigme de longue date sur la façon dont les os des femmes qui allaitent restent solides même lorsqu'elles perdent du calcium dans le lait.
Une hormone récemment découverte, qui renforce les os des femmes qui allaitent, pourrait également favoriser la guérison des fractures osseuses et traiter l’ostéoporose dans la population générale. Des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco et de l’Université de Californie à Davis ont montré que chez la souris, l’hormone connue sous le nom d’hormone cérébrale maternelle (CCN3) augmente la densité et la résistance des os.
Leurs résultats, publiés le 10 juillet dans Naturerésolvez une énigme de longue date sur la façon dont les os des femmes restent relativement robustes pendant l'allaitement, même lorsque le calcium est retiré des os pour soutenir la production de lait.
L'un des aspects remarquables de ces résultats est que si nous n'avions pas étudié les souris femelles, ce qui est malheureusement la norme dans la recherche biomédicale, nous aurions pu passer complètement à côté de cette découverte. Cela souligne à quel point il est important d'observer les animaux mâles et femelles tout au long de leur vie pour obtenir une compréhension complète de la biologie.
Holly Ingraham, PhD, auteur principal du nouvel article et professeur de pharmacologie moléculaire cellulaire à l'UCSF
Plus de 200 millions de personnes dans le monde souffrent d’ostéoporose, une fragilisation sévère des os qui peut entraîner des fractures fréquentes. Les femmes sont particulièrement exposées à l’ostéoporose après la ménopause en raison de la baisse des niveaux d’œstrogène, une hormone sexuelle qui favorise normalement la formation osseuse. Les niveaux d’œstrogène sont également faibles pendant l’allaitement, mais l’ostéoporose et les fractures osseuses sont beaucoup plus rares pendant cette période, ce qui suggère qu’un autre facteur que l’œstrogène favorise la croissance osseuse.
Le laboratoire d'Ingraham avait déjà découvert que chez les souris femelles, mais pas chez les souris mâles, le blocage d'un récepteur d'œstrogène particulier présent dans certains neurones d'une petite zone du cerveau entraînait une augmentation considérable de la masse osseuse. Ils soupçonnaient qu'une hormone présente dans le sang était responsable de la solidité des os, mais ils n'avaient pas réussi à la trouver à l'époque – une quête qui s'est encore prolongée pendant la pandémie mondiale.
Dans le cadre de cette nouvelle étude, Ingraham et ses collaborateurs ont mené une recherche exhaustive sur cette hormone de formation osseuse et ont finalement identifié CCN3 comme le facteur responsable chez les femelles mutantes. Au départ, l'équipe a été surprise par ce résultat, car CCN3 ne correspondait pas au profil typique d'une hormone sécrétée par les neurones.
Leurs doutes ont disparu après avoir découvert la protéine CCN3 dans la même région du cerveau chez des souris femelles allaitantes. Sans production de CCN3 dans ces neurones sélectionnés, les souris femelles allaitantes ont rapidement perdu de la masse osseuse et leurs bébés ont commencé à perdre du poids, ce qui confirme l'importance de l'hormone dans le maintien de la santé osseuse pendant la lactation. Sur la base de cette découverte, ils appellent désormais la CCN3 hormone cérébrale maternelle (MBH).
Lorsque des stratégies visant à augmenter le taux de CCN3 circulant ont été mises en œuvre chez des souris adultes jeunes et âgées, femelles ou mâles, leur masse osseuse et leur résistance ont augmenté de façon spectaculaire au fil des semaines. Chez certaines souris femelles dépourvues d'œstrogènes ou très âgées, le CCN3 a pu plus que doubler la masse osseuse.
Lorsque le collaborateur scientifique d'Ingraham, Thomas Ambrosi, Ph. D., de l'UC Davis, a testé ces os, il a été surpris par leur résistance.
« Dans certaines situations, les os fortement minéralisés ne sont pas meilleurs ; ils peuvent être plus fragiles et se briser plus facilement », a-t-il expliqué. « Mais lorsque nous avons testé ces os, ils se sont révélés beaucoup plus solides que d'habitude. »
Ambrosi a étudié de près les cellules souches présentes dans les os, responsables de la génération de nouveaux os, et a découvert que lorsque ces cellules étaient exposées au CCN3, elles étaient beaucoup plus susceptibles de générer de nouvelles cellules osseuses.
Pour tester la capacité de l'hormone à favoriser la guérison osseuse, les chercheurs ont créé un patch hydrogel qui pourrait être appliqué directement sur le site d'une fracture osseuse, où il libérerait lentement le CCN3 pendant deux semaines. Chez les souris âgées, les fractures osseuses ne guérissent généralement pas bien. Cependant, le patch CCN3 a stimulé la formation de nouvel os sur le site de la fracture, contribuant ainsi à une guérison plus jeune de la fracture.
« Nous n'avons jamais réussi à obtenir ce type de résultat de minéralisation et de guérison avec une autre stratégie », a déclaré Ambrosi. « Nous sommes vraiment impatients de poursuivre cette démarche et d'appliquer potentiellement le CCN3 dans le contexte d'autres problèmes, comme la repousse du cartilage. »
Les chercheurs prévoient de mener des études futures sur les mécanismes moléculaires du CCN3, ses niveaux chez les femmes qui allaitent, ainsi que le potentiel de l’hormone à traiter diverses affections osseuses.
Le Dr Muriel Babey, co-auteur principal et médecin-chercheur encadré au sein de la division d'endocrinologie de l'UCSF, souhaite commencer à étudier l'impact du CCN3 sur le métabolisme osseux dans les situations de maladies cliniquement pertinentes. En partenariat avec le programme Catalyst de l'UCSF, le Dr William Krause, scientifique principal et co-responsable de ce projet, commencera à traduire ces nouveaux résultats.
« La perte osseuse ne se produit pas seulement chez les femmes ménopausées, mais aussi souvent chez les survivantes du cancer du sein qui prennent certains inhibiteurs hormonaux, chez les athlètes féminines d'élite plus jeunes et hautement entraînées, et chez les hommes plus âgés dont le taux de survie relatif est plus faible que celui des femmes après une fracture de la hanche », a déclaré Ingraham. « Il serait incroyablement intéressant que le CCN3 puisse augmenter la masse osseuse dans tous ces scénarios. »
