The role of vitamin K in osteoporosis

According to the World Health Organization (WHO), osteoporosis is a “progressive systemic skeletal disease characterized by low bone mass and microarchitectural deterioration of bone tissue, with a consequent increase in bone fragility and susceptibility to fracture." The consequences of these fractures can be serious, sometimes life-threatening; the economic costs of treating fractures are also considerable. Alternative methods of treating osteoporosis have been researched in recent decades, and vitamin K (VK) has been found to be a viable therapeutic. This dissertation investigates scientific evidence on the role of VK in osteoporosis. VK is a fat-soluble vitamin required for blood clotting. VK has two main structures: vitamin K1 (VK1) and vitamin K2 (VK2). Different absorption rates, tissue distribution, and bioavailability reflect structural differences between VK1 and VK2. Although they have structural differences, both function as co-factor for the γ-glutamyl carboxylase enzyme (GGCX) in the conversion of glutamic acid (Glu) residues into γ-carboxyglutamic acid (Gla) residues in vitamin K-dependent proteins (VKDPs), involved in hepatic and extrahepatic activity. VKDPs involved in bone metabolism include osteocalcin (OC), matrix G1a protein (MGP), Gla Rich Protein (GRP), Growth Arrest Specific Protein 6 (Gas6), and protein S. OC is the most abundant VKDP in bone. During bone mineralization, osteoblasts produce OC, which binds to calcium ions and hydroxyapatite crystals to modulate bone size and structure. According to studies, VK2, especially menaquinone-7, has more positive results than VK1 in terms of improving bone mineral density (BMD) and decreasing the risk of fractures. In addition, VK2 suppresses IKB phosphorylation and reduces NF-κB activation, resulting in a decrease in the generation of pro-inflammatory cytokines implicated in osteoporosis physiopathology. VK2 also acts as a ligand for the steroid and xenobiotic receptor (SXR) or pregnane X receptor (PXR), increasing the transcription of genes for extracellular matrix proteins to preserve bone structure.Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), a osteoporose é uma "doença sistémica progressiva caracterizada por baixa massa óssea e deterioração microarquitectónica do tecido ósseo, com um consequente aumento da fragilidade óssea e da suscetibilidade à fratura". As consequências destas fraturas podem ser graves, por vezes com risco de vida; os custos económicos do tratamento das fraturas são também consideráveis. Métodos alternativos de tratamento da osteoporose têm sido pesquisados nas últimas décadas, e a vitamina K (VK) tem sido considerada uma terapêutica viável. Esta dissertação investiga provas científicas sobre o papel da VK na osteoporose. A VK é uma vitamina lipossolúvel necessária para a coagulação do sangue. A VK tem duas estruturas principais: vitamina K1 (VK1) e vitamina K2 (VK2). Diferentes taxas de absorção, distribuição dos tecidos e biodisponibilidade refletem diferenças estruturais entre VK1 e VK2. Embora tenham diferenças estruturais, ambas funcionam como cofator da enzima γ-glutamil carboxilase (GGCX) na conversão de resíduos de ácido glutâmico (Glu) em resíduos de γ-carboxiglutâmico (Gla) em proteínas dependentes de vitamina K (VKDPs), envolvidas em atividade hepática e extra-hepática. Os VKDPs envolvidos no metabolismo ósseo incluem osteocalcina (OC), Matrix G1a Protein (MGP), Gla Rich Protein (GRP), Growth Arrest Specific Protein 6 (Gas6), e proteína S. OC é o VKDP mais abundante em osso. Durante a mineralização óssea, os osteoblastos produzem OC que se liga aos iões de cálcio e cristais de hidroxiapatite para alterar tamanho e estrutura óssea. De acordo com estudos, VK2 especialmente menaquinona-7, tem resultados mais positivos do que VK1 em termos de melhoria da BMD e de diminuição do risco de fraturas. VK2 funciona como um cofator na atividade de GGCX. Além disso, VK2 suprime a fosforilação IKB e reduz a ativação de NF-κB, resultando numa diminuição da geração de citocinas pró-inflamatórias implicadas na fisiopatologia da osteoporose. VK2 atua também como um ligante para o recetor esteroide e xenobiótico (SXR) ou recetor X pregnante (PXR), aumentando a transcrição de genes das proteínas de matriz extracelular para preservar a estrutura óssea