Statyny w terapii kardiomiopatii cukrzycowej – nowe perspektywy leczenia

Czym jest diabetyczna kardiomiopatia?

Diabetyczna kardiomiopatia (DCM) stanowi istotne powikłanie cukrzycy typu II (T2DM), charakteryzujące się przerostem kardiomiocytów, stanem zapalnym, włóknieniem okołonaczyniowym oraz apoptozą. DCM cechuje się również zmniejszonym wykorzystaniem glukozy i nieprawidłowym metabolizmem lipidów w kardiomiocytach, co prowadzi do zmian patologicznych skutkujących remodelingiem mięśnia sercowego i niewydolnością. Reakcja zapalna i powstawanie reaktywnych form tlenu to kluczowe aspekty przyczyniające się znacząco do rozwoju DCM i są zaangażowane w inicjowanie oraz progresję patologicznego remodelingu przerostowego, prowadzącego ostatecznie do niewydolności serca.

Długotrwała hiperglikemia sprzyja tworzeniu zaawansowanych produktów końcowej glikacji (AGEs). Interakcja AGEs z ich receptorem zwiększa wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS) i wywołuje aktywację szlaku czynnika jądrowego kappa B (NF-κB), co z kolei uruchamia procesy zapalne. Procesy te są mediowane przez prozapalny receptor toll-podobny-4 (TLR-4), co prowadzi do transkrypcyjnej regulacji w górę cytokin zapalnych. Ponadto, inflammasom NLRP3 (zawierający domenę wiążącą nukleotydy, bogaty w leucynę, zawierający domenę pirynową-3), interleukina 1-beta (IL-1β) oraz interleukina-18 (IL-18) wspólnie stymulują transformację fibroblastów w miofibroblasty i promują syntezę kolagenu. W rezultacie kaskada ta ostatecznie prowadzi do włóknienia serca, remodelingu i dysfunkcji.

Jakie statyny mogą wspierać kardioprotekcję?

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Narodowego Centrum Badawczego w Gizie w Egipcie miało na celu ocenę potencjalnych działań terapeutycznych rosuwastatyny (RVS) i pitawastatyny (PTS) w łagodzeniu powikłań kardiomiopatii związanych z T2DM indukowanej u szczurów przy użyciu modelu F/Fr/STZ (wysokotłuszczowa dieta/fruktoza/streptozotocyna). Badanie to dostarcza cennych informacji na temat mechanizmów zaangażowanych w kardioprotekcyjne działanie statyn poprzez modulację szlaku RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase), a także szlaków sygnałowych NF-κB/NLRP3 inflammasome i TLR4/NF-κB.

Szlak RISK odgrywa istotną rolę w kontekście DCM, obejmując serię zdarzeń sygnalizacyjnych zachodzących podczas fazy reperfuzji niedokrwiennego uszkodzenia serca. Szlak RISK składa się z kilku kinaz białkowych, w tym kinazy białkowej B (AKT), kinazy regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK) i kinazy syntazy glikogenu-3β (GSK-3β). Kinazy te uczestniczą w wielu funkcjach biologicznych, w tym przeżyciu komórek, kontroli apoptozy i metabolizmie.

Statyny, będące inhibitorami reduktazy hydroksymetyloglutarylo-koenzymu A (HMG-CoA), mają wpływ na obniżanie poziomu lipidów i korzyści sercowo-naczyniowe. Odgrywają one istotną rolę w kardioprotekcji poprzez skuteczne obniżanie poziomu cholesterolu lipoprotein o niskiej gęstości (LDL), zmniejszając tym samym ryzyko miażdżycy i chorób sercowo-naczyniowych. Ponadto statyny posiadają właściwości przeciwzapalne, poprawiają funkcję śródbłonka i stabilizują blaszki miażdżycowe.

Jak przeprowadzono badanie na modelu zwierzęcym?

W badaniu wykorzystano 32 dorosłe samce szczurów albinotycznych, które zostały podzielone na cztery grupy: grupę kontrolną, grupę z nieleczoną kardiomiopatią cukrzycową (DCM) oraz dwie grupy leczone doustnie RVS (10 mg/kg) lub PTS (0,8 mg/kg) raz dziennie przez cztery tygodnie. Cukrzycę indukowano poprzez karmienie szczurów dietą wysokotłuszczową z fruktozą przez osiem tygodni, a następnie podanie pojedynczej dawki streptozotocyny (35 mg/kg, i.p.) w siódmym tygodniu.

Na końcu eksperymentu przeprowadzono elektrokardiografię, a próbki krwi pobrano od szczurów na czczo pod lekką narkozą. Surowicę uzyskano przez wirowanie próbek i wykorzystano do analiz biochemicznych. Szczury uśmiercono następnie w znieczuleniu CO₂, a tkanki serca i aorty wypreparowano do dalszych badań histologicznych i biochemicznych.

Jakie zmiany biochemiczne, elektrofizjologiczne i zapalne zaobserwowano?

Wyniki badania wykazały, że szczury z DCM charakteryzowały się znacznie podwyższonymi poziomami glukozy w surowicy (2,7-krotnie) oraz lipidów (cholesterol całkowity i triglicerydy wzrosły odpowiednio 2,0- i 2,1-krotnie) w porównaniu z grupą kontrolną. Leczenie RVS i PTS spowodowało poprawę poziomu glukozy w surowicy odpowiednio o 41% i 33% w stosunku do grupy DCM. Ponadto leczenie RVS i PTS doprowadziło do znacznego obniżenia podwyższonych poziomów cholesterolu całkowitego i triglicerydów odpowiednio o 61% i 58% oraz o 57% i 45%.

W zakresie kurczliwości serca, u szczurów z DCM zaobserwowano 43% wzrost częstości akcji serca, 30% skrócenie odstępu R-R i 40% wzrost amplitudy załamka R w porównaniu z grupą kontrolną. Leczenie PTS lub RVS złagodziło te zmiany, zmniejszając częstość akcji serca odpowiednio o 16% i 17%, wydłużając odstęp R-R o 19% i 21% oraz zmniejszając amplitudę załamka R o 40% i 35%.

Jeśli chodzi o przewodnictwo i rytmiczność serca, u szczurów z DCM zaobserwowano znaczące zaburzenia, w tym 36% wydłużenie odstępu QRS i 90% wydłużenie odstępu QTc. Ponadto odnotowano znaczne obniżenie wysokości odcinka ST i skrócenie odstępu PR odpowiednio o 43% i 10%. PTS i RVS przeciwdziałały tym zaburzeniom, skracając odstęp QRS o 16% i 22% oraz odstęp QTc o 34% i 38%. Oba leki znacząco poprawiły odstęp PR o 7% i zwiększyły wysokość odcinka ST odpowiednio 2,0- i 1,8-krotnie.

Wyniki jednoznacznie wykazały znaczne wydłużenie odstępów QRS i QTc ze zmniejszeniem częstości akcji serca w kontekście DCM, zgodnie z innymi badaniami, które identyfikują te parametry jako możliwe wskaźniki niekorzystnego remodelingu serca i niestabilności elektrycznej. Wydłużony czas trwania QRS wskazuje na dyssynchronię komór i nieprawidłowości przewodzenia, często związane z gorszym rokowaniem z powodu podwyższonego ryzyka arytmii i nagłej śmierci sercowej. Wydłużenie QTc wskazuje na opóźnienie repolaryzacji serca i zwiększa ryzyko potencjalnie śmiertelnych arytmii, takich jak torsades de pointes.

W zakresie stresu oksydacyjnego, DCM indukowana modelem F/Fr/STZ wykazała znaczny wzrost obciążenia oksydacyjnego, co objawiało się 1,7-krotnym wzrostem zawartości malondialdehydu (MDA) w sercu. Ponadto wyniki wskazały na zmniejszenie zawartości glutationu (GSH) o 22% w porównaniu z grupą kontrolną. Leczenie RVS i PTS spowodowało znaczną redukcję zawartości MDA w tkankach serca odpowiednio o 41% i 39% oraz wzrost zawartości GSH o 28%.

Reaktywne formy tlenu mogą działać jako wyzwalacz kaskad zapalnych. Grupa DCM wykazała również znaczny wzrost zawartości inflammasomu NLRP3 oraz interleukiny-1β (IL-1β) w sercu, odpowiednio 3,2- i 2,9-krotnie w porównaniu z grupą kontrolną, wskazując na inicjację i zaostrzenie kardiomiopatii cukrzycowej z powodu kaskad zapalnych. Leczenie RVS lub PTS spowodowało redukcję NLRP3 odpowiednio o 52% i 62%, a także zmniejszenie poziomów IL-1β o 28% i 24%.

Badanie wykazało również, że model F/Fr/STZ indukował znaczące kaskady zapalne, co potwierdzono przez wyraźny wzrost całkowitych poziomów białka Akt i zmniejszenie p-GSK-3β odpowiednio o 40% i 58% w porównaniu z grupą normalną. RVS zmniejszył podwyższoną zawartość Akt w sercu o 15% w porównaniu z grupą kontrolną DCM. Dodatkowo, RVS i PTS spowodowały wzrost p-GSK-3β odpowiednio o 98% i 77% w stosunku do grupy DCM.

Szczury z DCM wykazały 6-krotny wzrost ekspresji genu NF-κB w sercu, który indukuje zdarzenia zapalne mediowane przez prozapalny TLR-4, co skutkuje znaczącym wzrostem ekspresji genu TLR-4 o 4,5-krotnie w porównaniu z grupą kontrolną. RVS i PTS znacząco zmniejszyły podwyższoną aktywność genu NF-κB odpowiednio o 32% i 52%, a także ekspresję genu TLR-4 o 37% i 48% w stosunku do grupy DCM. Wyniki te sugerują, że leczenie RSV lub PTS ma potencjalny efekt terapeutyczny w łagodzeniu szkodliwych zdarzeń zapalnych poprzez zatrzymanie kaskad zapalnych i tym samym ochronę przed powikłaniami sercowo-naczyniowymi związanymi z cukrzycą.

Podobnie, szczury cukrzycowe wykazały znaczny wzrost poziomu troponiny sercowej, wzrastając z 20,24 do 38,66 mg/białka tkankowego w porównaniu z grupą kontrolną. Jednakże leczenie RSV i PTS spowodowało znaczną poprawę troponiny sercowej odpowiednio o 37% i 33% w porównaniu z grupą DCM.

Co ujawniają badania histopatologiczne serca i aorty?

Badania histopatologiczne wykazały normalną architekturę mięśnia sercowego w grupie kontrolnej. Barwienie hematoksyliną i eozyną wykazało regularną histologiczną architekturę serca z miofibrylami i pęczkami mięśniowymi bez infiltracji komórkowej i normalnym unaczynieniem. Z drugiej strony, model DCM indukowany F/Fr/STZ wykazał wyraźne gromadzenie się komórek zapalnych w mięśniu sercowym, wraz z odkładaniem kolagenu w kardiomiocytach, wskazującym na wyraźne włóknienie między włóknami mięśnia sercowego. Towarzyszyły temu złogi tłuszczu w mięśniu sercowym. Grupa szczurów leczonych RSV wykazała niewielki naciek komórek zapalnych. Ponadto leczenie PTS wykazało normalną architekturę mięśnia sercowego, tj. normalne ułożenie włókien mięśnia sercowego, zorganizowanych w równoległy i jednolity wzór, a rozmiar kardiomiocytów został znormalizowany bez oznak przerostu lub zaniku.

Barwienie Masson’s Trichrome zostało użyte do oceny włóknienia złogów kolagenu w mięśniu sercowym. Ta technika barwienia specyficznie podkreśla włókna kolagenowe, które są kluczowymi markerami włóknienia. W tym badaniu barwienie Masson’s Trichrome ujawniło zwiększone odkładanie kolagenu w grupie DCM, wskazujące na obecność włóknienia mięśnia sercowego. Włóknienie jest ważną cechą patologiczną DCM, ponieważ nadmierne odkładanie kolagenu zakłóca normalną architekturę i funkcję serca. Akumulacja tkanki włóknistej może upośledzać kurczliwość mięśnia sercowego, promować remodeling serca i ostatecznie prowadzić do niewydolności serca.

U szczurów karmionych normalną dietą, komórki serca były ułożone w uporządkowany sposób. Grupa kontrolna DCM spowodowała strukturalną dezorganizację tkanki mięśnia sercowego, rozlane śródmiąższowe włóknienie mięśnia sercowego i okołonaczyniowe włóknienie związane z rozszerzonymi przekrwionymi naczyniami krwionośnymi. Ponadto grupa szczurów leczonych RSV wykazała umiarkowane włóknienie okołonaczyniowe. Podawanie PTS wykazało minimalne włóknienie okołonaczyniowe i normalną architekturę mięśnia sercowego.

Przeprowadzono badanie histopatologiczne tkanki aorty, a grubość błony środkowej oceniono za pomocą analizy obrazu barwionych hematoksyliną i eozyną sekcji przy powiększeniu ×200. Wyniki wykazały, że tkanki aorty z grupy kontrolnej nie-cukrzycowej wykazywały normalne struktury histologiczne ze średnią grubością błony środkowej 67,93 µm. Jednakże aorty szczurów cukrzycowych wykazały przerost ścian aorty ze zwiększoną grubością (średnia = 123,97 µm) z powodu akumulacji kolagenu w błonie środkowej, prawdopodobnie wynikającej ze zwiększonego spożycia tłuszczu w diecie i podawania STZ. Szczury cukrzycowe leczone RVS wykazały zmniejszenie grubości błony środkowej w porównaniu z nieleczoną grupą cukrzycową (średnia = 98,59 µm). Co istotne, leczenie PTS przywróciło wygląd aorty do prawie normalnego, z grubością błony środkowej zbliżoną do grupy kontrolnej (średnia = 73,38 µm).

Dodatkowo, średnicę kardiomiocytów mierzono przy powiększeniu ×400, wykazując różnice między grupami. Średnia średnica w grupie kontrolnej normalnej wynosiła 13,42 µm, podczas gdy wzrosła do 21,84 µm w nieleczonej grupie cukrzycowej. Leczenie RVS zmniejszyło średnicę do 16,49 µm, a PTS dodatkowo zmniejszyło ją do 15,45 µm.

Stopień włóknienia został oceniony półilościowo, a wyniki wykazały brak włóknienia w grupie kontrolnej normalnej (0). Grupa DCM wykazała znaczne włóknienie (+++), podczas gdy leczenie PTS zmniejszyło włóknienie do łagodnego stopnia (+), a leczenie RVS wykazało umiarkowane włóknienie (++) w porównaniu z grupą DCM. Wyniki te podkreślają różne stopnie włóknienia i podkreślają potencjalną skuteczność terapii w łagodzeniu zmian włóknistych w DCM.

Wyniki te zostały potwierdzone przez barwienie immunohistochemiczne kaspazy-1, które wykazało podwyższoną ekspresję kaspazy-1 w grupie DCM w porównaniu z grupą kontrolną normalną oraz grupami leczonymi RSV i PTS. Wysoka ekspresja kaspazy-1 jest kluczowa w patogenezie DCM ze względu na jej rolę w aktywacji inflammasomu i późniejszej odpowiedzi zapalnej.

Czy statyny otwierają nowe perspektywy w terapii DCM?

Badanie to wykazuje znaczący potencjał kardioprotekcyjny zarówno RSV, jak i PTS w kontekście DCM u szczurów. Te statyny skutecznie poprawiały funkcję serca, zmniejszały stres oksydacyjny i łagodziły szlaki zapalne, w tym inflammasom NLRP3 i sygnalizację NF-κB/TLR-4, a także szlak sygnałowy RISK. Leczenie statynami zajęło się również zaburzeniami równowagi sygnalizacji molekularnej w DCM. Ponadto badania histopatologiczne potwierdziły te wyniki, wykazując zmniejszenie nacieku komórek zapalnych i włóknienia.

Wyniki te zbiorowo podkreślają obiecującą rolę terapeutyczną statyn, szczególnie RSV i PTS, w łagodzeniu niekorzystnych skutków DCM i sugerują ich potencjalną rolę w zastosowaniach klinicznych w leczeniu tego schorzenia. Dalsze badania są potrzebne, aby określić, czy efekty te można powtórzyć w warunkach klinicznych, zwłaszcza wśród pacjentów z różnymi stadiami DCM lub chorobami współistniejącymi, takimi jak nadciśnienie i otyłość.

Badanie to dostarcza przekonujących dowodów na potencjał RSV i PTS w łagodzeniu DCM w modelach zwierzęcych, jednak przeniesienie tych wyników na pacjentów ludzkich wymaga starannego rozważenia kilku czynników. U ludzi dawkowanie, czas trwania leczenia i dane demograficzne pacjentów będą odgrywać kluczową rolę w określaniu skuteczności terapeutycznej i bezpieczeństwa RSV i PTS. Przyszłe badania powinny skupić się na projektowaniu randomizowanych badań kontrolowanych w celu oceny bezpieczeństwa i skuteczności RSV i PTS w różnorodnych populacjach ludzkich, uwzględniając różnice w odpowiedzi na leczenie. Ponadto badania powinny zbadać długoterminowe efekty RSV i PTS na funkcję serca, włóknienie i markery zapalne, aby ustalić ich potencjał terapeutyczny w ludzkiej DCM. Dodatkowo, łączenie RSV i PTS z innymi środkami terapeutycznymi może przynieść efekty synergistyczne, co uzasadnia dalsze badania nad terapiami skojarzonymi.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone przez egipskich naukowców wykazało znaczący potencjał terapeutyczny rosuwastatyny (RVS) i pitawastatyny (PTS) w leczeniu kardiomiopatii cukrzycowej. W modelu zwierzęcym obie statyny skutecznie redukowały poziom glukozy i lipidów w surowicy, a także łagodziły zaburzenia elektrofizjologiczne serca. Wykazano ich skuteczność w zmniejszaniu stresu oksydacyjnego i procesów zapalnych poprzez modulację szlaków RISK, NF-κB/NLRP3 i TLR4/NF-κB. Badania histopatologiczne potwierdziły, że leczenie statynami znacząco zmniejsza włóknienie mięśnia sercowego i przerost kardiomiocytów. Szczególnie obiecujące wyniki uzyskano w przypadku pitawastatyny, która niemal całkowicie przywracała normalną architekturę tkanki sercowej. Wyniki badań sugerują, że obie statyny mogą stanowić skuteczną opcję terapeutyczną w leczeniu kardiomiopatii cukrzycowej, choć konieczne są dalsze badania kliniczne potwierdzające ich skuteczność u ludzi.