Mekanismer for Statin-induceret myopati

Med fremkomsten af HMG-CoA-reduktasehæmmere, eller statiner, i 1980’erne som yderst effektive midler til sænkning af lavdensitetslipoprotein-kolesterol (LDL-C) revolutionerede behandlingen af hyperkolesterolæmi, en længe etableret risikofaktor for tidlig koronar hjertesygdom. En nyere prospektiv metaanalyse af data fra mere end 90 000 deltagere i 14 randomiserede kliniske forsøg viste, at en statinmedieret reduktion af LDL-C på 1 mmol/L (40 mg/dL), som opretholdes i 5 år, kan medføre en proportional reduktion i større vaskulære hændelser på ca. 23 %.1 Større reduktioner i LDL-C, som kan opnås med intensiv statinbehandling, som eksemplificeret i de nylige forsøg med Pravastatin eller Atorvastatin Evaluation and Infection Therapy-Thrombolysis in Myocardial Infarction 22 (PROVE IT-TIMI 22), Treating to New Targets (TNT) og Reversal of Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering (REVERSAL), der omfatter brug af atorvastatin (80 mg/d), giver større reduktioner i risikoen for vaskulær sygdom.2-4 Det er vigtigt, at risikoreduktionerne er proportionale med den absolutte reduktion af LDL-C1 , og desuden kan der være klinisk fordel ved intensiv statinbehandling allerede 30 dage efter iværksættelse hos patienter med akut koronarsyndrom, med en betydelig nedsættelse af den kardiovaskulære morbi-mortalitet.5

Statiner udviser ikke blot et bemærkelsesværdigt højt benefit/risiko-forhold, men er ligeledes kendetegnet ved en sikkerhedsprofil med fremragende tolerance.6,7 Ikke desto mindre kan statiner udøve toksiske virkninger på skeletmuskulaturen, der generelt betegnes som myopati, og hvis samlede forekomst typisk er <0,1 % af patienter, der modtager statinmonoterapi.6 Selv om myopati kan henvise til enhver muskelsygdom, blev der i den nylige kliniske rådgivning om brug og sikkerhed af statiner skelnet mellem myalgi som muskelsmerter eller muskelsvaghed uden forhøjelse af kreatinkinase (CK) og myositis som negative muskelsymptomer i forbindelse med forhøjede CK-niveauer.7 Rhabdomyolyse er en alvorlig form for myositis, der involverer myoglobulinuri, som kan medføre akut nyresvigt. Selv om rhabdomyolyse i forbindelse med statinbehandling er meget sjælden (mindre end ét fatalt tilfælde pr. 5 millioner patienter), er muskelsmerter og muskelsvaghed ikke desto mindre mere hyppige og kan påvirke 7 % af patienterne i statinmonoterapi, idet myalgi bidrager med op til 25 % af alle bivirkninger i forbindelse med statinbrug8 . Virkningerne af disse subkliniske muskulære bivirkninger bør imidlertid ikke undervurderes, da de reducerer patientens compliance med mulig afbrydelse af behandlingen, begrænser fysisk aktivitet, reducerer livskvaliteten og vigtigst af alt kan i sidste ende fratage den dyslipidæmiske patient med høj CV-risiko den kliniske fordel ved statinbehandling. Sådanne muskulære symptomer bliver særligt relevante i forbindelse med de seneste kliniske forsøg, som har valideret en optimeret reduktion af CV-morbi-mortaliteten ved hjælp af højdosis statinbehandling, og især fordi en forøgelse af statindoseringen er tæt forbundet med en øget risiko for muskulære bivirkninger.6,8 På trods af den udbredte brug af statinbehandling på verdensplan er den eller de mekanismer, der ligger til grund for statininduceret myopati, fortsat kontroversielle og dårligt forstået.9 Det er i dette scenario, at Urso og kolleger i dette nummer af Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, ved at fokusere på statiners evne til at ændre muskulær respons på belastning ved træning og ved at anvende den nyeste mikroarray-teknologi på muskelbiopsivæv fra raske frivillige, giver os det nye koncept, at øget proteinnedbrydning via ubiquitinproteasomvejen kan repræsentere en nøglemekanisme, der ligger til grund for statin-myalgi.10

Den eksperimentelle protokol fortjener særlig opmærksomhed. Genprofiler i skeletmuskulaturen (vastus lateralis) hos unge normolipidæmiske mandlige frivillige (n=8), der blev randomiseret til enten placebo eller højdosisbehandling med atorvastatin (80 mg/d) i 4 uger, blev sammenlignet på et mikroarray, der repræsenterer 14 500 velkarakteriserede gener. Et program med excentrisk benøvelse blev overlejret denne protokol ved baseline og efter behandling eller placebo; bilaterale muskelbiopsier blev udtaget 8 timer efter træning ved baseline og efter 4 uger, idet det ene ben var blevet trænet, mens det andet utrænede ben fungerede som kontrol. På denne måde blev der i alt udtaget 4 biopsier for hver forsøgsperson, med både uøvede og trænede biopsier ved baseline og efter behandling eller placebo; hver patient fungerede som sin egen kontrol, hvilket begrænsede den interindividuelle variabilitet. Alle forsøgspersoner var fri for muskelsymptomer og udviste normale CK-niveauer under hele protokollen.

På det specifikke grundlag af sammenligning af genprofiler i ikke-øvede ben ved baseline og 4 uger var ekspressionen af kun 2 gener signifikant ændret, hvilket giver støtte til forfatternes hypotese om, at der opstod lav fysiologisk variabilitet i genekspression med tiden og mellem benene. Ved sammenligning af trænede og ikke-trænede ben blev talrige gener (80) udtrykt forskelligt mellem benene, og de var primært involveret i cellecyklus og vækst, signaltransduktion, transkription og proteinmetabolisme. Statinbehandling uden træning var kun forbundet med 5 differentielt eksprimerede gener, hvoraf 2 var calmodulin og et tumorsuppressorprotein med ubiquitinkonjugerende enzymaktivitet; derimod øgede excentrisk muskelskadende træning plus statin denne ekspressionsprofil med 11 gange. Når de blev grupperet i funktionelle kategorier, sås de mest markante virkninger af statin på genekspressionen på transkription og proteinnedbrydning via ubiquitinproteasomvejen (UP) (stigninger på henholdsvis 14 % til 23 % og på 8 % til 18 %). Ekspressionsmønstrene for 4 gener i sidstnævnte vej (FBX32, FBX03, RNF128 og UBE2M) blev derefter undersøgt ved QRT-PCR-analyse af mRNA-niveauer i væv, med bekræftelse af opregulering af FBX03 (E3-ligase), RNF128 og UBE2ML (E2-konjugerende enzym). Det er bemærkelsesværdigt, at der tidligere er rapporteret om stigninger i mRNA’er for komponenter af UP-vejen i human skeletmuskulatur efter excentrisk træning uden statinbehandling11,12 . Hvordan påvirker statinbehandling så ændringerne i proteinomsætningen i skeletmuskulaturen stimuleret af excentrisk træning med myofibrillær skade ?

I pattedyrceller katalyserer den ubiquitin-proteasomafhængige proteolytiske vej den selektive nedbrydning af unormale og kortlivede proteiner (f.eks. onkoproteiner, tumorsuppressorer, transkriptionelle faktorer, cellecyklusregulatorer).13 I skeletmuskulaturen er denne vej også ansvarlig for nedbrydningen af langlivede myofibrillære proteiner, herunder aktin og myosin.14 Der er 2 hovedtrin i denne vej. For det første polyubiquitineres substrater i en proces, der er nøje kontrolleret af ubiquinationsenzymer.13 Polyubiquitinering kræver den sekventielle involvering af ubiquitin-aktiverende enzym (E1), ubiquitin-konjugerende enzym (E2) og endelig ubiquitin-proteinligase (E3), der genkender substrater af ubiquitinsystemet og konjugerer ubiquitin til dem. Disse ubiquitinligaser udgør en usædvanlig stor proteinfamilie med >500 forskellige E3-ligaser i pattedyrsarter. I et andet trin genkendes og nedbrydes polyubiquitinerede substrater selektivt af 26S-proteasomet.14

I kraft af reguleringen af niveauerne af intracellulære proteiner medierer ubiquitinafhængig proteolyse (nedbrydning) en lang række cellulære og metacellulære (organismiske) funktioner, herunder cellevækst, -deling, differentiering, signaltransduktion, stressrespons, programmeret celledød, embryogenese, immunitet og aktiviteter i nervesystemet. Faktisk står det nu klart, at proteinnedbrydning rivaliserer med og ofte overgår den klassiske regulering af proteinmassen ved transkription og translation i betydning.14

I modsætning til UP-vejen øger opregulering af gener for proteinkatabolisme, som typisk er rettet mod komplekse muskelstrukturer, spaltning af store strukturelle proteiner, hvis nedbrydning kan afsluttes af UP-systemet. For at redegøre for ændringer i proteinnedbrydningsmaskineriet, der potentieres af muskelstress overlejret på baggrund af statinbehandling, foreslår forfatterne den hypotese, at indsættelse af et statin i myocytcellemembranen kan fremkalde en vis grad af ustabilitet, når den udsættes for excentrisk træningsstress, hvilket udløser aktivering af intracellulære proteolytiske kaskader.15 En sådan hypotese er i overensstemmelse med den observerede forhøjelse af en række gener, der er involveret i proteinkatabolisme, ud over dem i UP-systemet. I hvilken grad en sådan instabilitet i cellemembranen kan være relateret (1) til statinlipofilicitetsindekset, (2) til statindosis, (3) til statinplasmahalveringstid og farmakokinetiske egenskaber og (4) til den kumulative eksponering af muskelvæv for individuelle statiner og deres metabolitter, er endnu ubestemt.

Ud over ændringer i ekspressionsprofiler af gener, der er involveret i proteinomsætning, blev markante reduktioner i apoptotisk (4-foldig) og inflammatorisk genekspression med stigning i transkriptionelle gener ligeledes induceret af statinbehandling på baggrund af muskelskader. Disse resultater giver mulighed for, at statin plus motion dæmper programmeret muskelcelledød i forhold til motion alene, hvorved de potentialiserer processerne for cellulær reparation, samtidig med at de samtidig undertrykker gener for inflammatorisk respons, en potentielt synergisk beskyttende effekt.

De elegante undersøgelser af Urso et al10 giver ikke mulighed for at vurdere muligheden for, at andre mekanismer end UP-vejen kan bidrage til statinernes virkninger på skeletmuskelmetabolismen. Faktisk kan det lille antal forsøgspersoner og den høje stringens, der blev anvendt på ændringer i genekspression, have undervurderet potentialet til at påvise modulation af vigtige biologiske veje. Dette er tilfældet for gener, der koder for mitokondrieproteiner, da 4 gener blev nedreguleret i intervallet 1,1- til 1,4-foldigt og ikke opfyldte stringenskriteriet for 1,5-foldig ændring med P<0,005. Ligeledes blev der observeret mindre virkninger af statin plus motion for gener for kolesterolmetabolisme (f.eks. 1,25-fold nedregulering af LDL-receptorgenet). Disse resultater er ikke i modstrid med data i litteraturen om virkningen af højdosis statinbehandling på kolesterol- og ubiquinonmetabolismen i den menneskelige skeletmuskel og på mitokondriefunktionen. Således viser dataene fra Paiva et al16 , at statiner ændrer sterolmetabolismen i skeletmuskulaturen, der påvises som et markant fald (op til 66 %) i forholdet lathosterol:kolesterol, en markør for kolesterologenese, men også lejlighedsvis påvises som reducerede ubiquinonniveauer i musklerne. Desuden er ophobning af lipiddråber i muskelbiopsier fra patienter med muskelsymptomer tegn på en stigning i både sterol- og lipidindholdet ved statinbehandling17 . Endvidere tyder fortolkning af mitokondriefunktionsanalyser på, at der sker et fald i mitokondrieantal eller -volumen eller begge dele, hvilket i sig selv kan forklare statininduceret myalgi uden CK-forhøjelse16; en sådan patologi kan gå forud for mere alvorlige muskelsymptomer.

Mens de fremhæver modulering af generne i UP-vejen som centrale mål for træningsstress og muskelskader i forbindelse med statinbehandling, tjener undersøgelserne af Urso et al10 til endnu en gang at understrege vores delvise forståelse af de mekanismer, der ligger til grund for statiners potentielle myotoksicitet, især ved høj dosis18,19 (figur). Da ubiquitinligaser som FBX03 viser høj substratspecificitet for samordnet proteinnedbrydning via UP-vejen, er det af særlig interesse at bestemme dens proteinmål; på denne måde kan den interaktive grænseflade mellem træningsinduceret muskelskade og statinbehandling identificeres.

Finalt skal det understreges, at der er et presserende behov for nye forskningsinitiativer inden for dette vigtige terapeutiske område; en sådan indsats bør fokusere på statiners indvirkning på mitokondriefunktion og -biogenese, på membranstabilitet, på lipid- og sterolmetabolisme, på proteinomsætning, på celleomsætning og på signalkaskader i muskelvæv.

Fodnoter