Mechanisms of Statin-Induced Myopathy

L’avvento degli inibitori della HMG-CoA reduttasi, o statine, negli anni ’80 come agenti altamente efficaci per l’abbassamento del colesterolo lipoproteico a bassa densità (LDL-C) ha rivoluzionato il trattamento dell’ipercolesterolemia, un fattore di rischio a lungo stabilito per la malattia coronarica prematura. Infatti, una recente meta-analisi prospettica dei dati di più di 90.000 partecipanti a 14 studi clinici randomizzati ha rivelato che una riduzione mediata da una statina di 1 mmol/L (40 mg/dL) nel LDL-C, sostenuta per 5 anni, può produrre una riduzione proporzionale degli eventi vascolari maggiori di circa il 23%.1 Riduzioni maggiori di LDL-C, che possono essere ottenute con una terapia intensiva con statine, come esemplificato nei recenti studi Pravastatin o Atorvastatin Evaluation and Infection Therapy-Thrombolysis in Myocardial Infarction 22 (PROVE IT-TIMI 22), Treating to New Targets (TNT), e Reversal of Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering (REVERSAL) che prevedono l’uso di atorvastatina (80 mg/d), producono riduzioni maggiori del rischio di malattie vascolari.2-4 È importante notare che le riduzioni del rischio sono proporzionali alla riduzione assoluta di LDL-C1, e inoltre il beneficio clinico può essere evidente con un trattamento intensivo con statine già 30 giorni dopo l’inizio nei pazienti con sindrome coronarica acuta, con una significativa diminuzione della morbi-mortalità cardiovascolare.5

Le statine non solo presentano un rapporto beneficio/rischio notevolmente elevato, ma sono anche caratterizzate da un profilo di sicurezza con un’eccellente tolleranza.6,7 Tuttavia, le statine possono esercitare effetti tossici sul muscolo scheletrico che vengono generalmente definiti miopatia, e la cui incidenza complessiva è tipicamente <0,1% dei pazienti in monoterapia con statine.6 Sebbene la miopatia possa riferirsi a qualsiasi malattia muscolare, la recente consulenza clinica sull’uso e la sicurezza delle statine ha differenziato la mialgia come dolore o debolezza muscolare in assenza di elevazione della creatinchinasi (CK), e la miosite come sintomi muscolari avversi associati a un aumento dei livelli di CK.7 La rabdomiolisi è una forma grave di miosite che comporta mioglobulinuria, che può generare insufficienza renale acuta. Sebbene la rabdomiolisi associata al trattamento con statine sia molto rara (meno di un caso fatale su 5 milioni di pazienti), tuttavia il dolore e la debolezza muscolare sono più frequenti e possono colpire il 7% dei pazienti in monoterapia con statine, con una mialgia che contribuisce fino al 25% di tutti gli eventi avversi associati all’uso delle statine.8 Gli effetti di questi effetti collaterali muscolari subclinici non dovrebbero essere sottovalutati, tuttavia, in quanto riducono la compliance del paziente con possibile interruzione della terapia, limitano l’attività fisica, riducono la qualità della vita e, soprattutto, possono in definitiva privare il paziente dislipidemico ad alto rischio CV del beneficio clinico del trattamento con statine. Tali sintomi muscolari diventano particolarmente pertinenti nel contesto dei recenti studi clinici che hanno convalidato la riduzione ottimizzata della morbi-mortalità CV utilizzando la terapia con statine ad alte dosi, e in particolare perché l’aumento del dosaggio delle statine è strettamente associato all’aumento del rischio di effetti collaterali muscolari.6,8 Nonostante l’uso diffuso della terapia con statine in tutto il mondo, il meccanismo (o i meccanismi) alla base della miopatia indotta dalle statine rimane controverso e poco compreso.9 È in questo scenario che Urso e colleghi in questo numero di Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, concentrandosi sulla capacità delle statine di modificare la risposta muscolare allo stress da esercizio e applicando la tecnologia microarray allo stato dell’arte al tessuto bioptico muscolare di volontari sani, ci forniscono il nuovo concetto che una maggiore degradazione delle proteine attraverso la via dell’ubiquitina proteasoma può rappresentare un meccanismo chiave alla base della mialgia da statine.10

Il protocollo sperimentale merita una considerazione speciale. Profili genetici nel muscolo scheletrico (vastus lateralis) di giovani volontari maschi normolipidemici (n=8) randomizzati al placebo o al trattamento con atorvastatina ad alte dosi (80 mg/d) per 4 settimane sono stati confrontati su un microarray che rappresenta 14 500 geni ben caratterizzati. Un programma di esercizio eccentrico delle gambe è stato sovrapposto a questo protocollo al basale e dopo il trattamento o placebo; biopsie muscolari bilaterali sono state ottenute 8 ore dopo l’esercizio al basale e dopo 4 settimane, una gamba è stata esercitata, l’altra gamba non esercitata agendo come controllo. In questo modo, un totale di 4 biopsie sono state ottenute per ogni soggetto, con biopsie sia non esercitate che esercitate al basale e dopo il trattamento o placebo; ogni paziente ha agito come proprio controllo, limitando così la variabilità interindividuale. Tutti i soggetti erano privi di sintomi muscolari e hanno esibito livelli di CK normali durante tutto il protocollo.

Sulla base specifica del confronto dei profili genici nelle gambe non esercitate al basale e 4 settimane, espressione di solo 2 geni è stato significativamente cambiato, prestando così sostegno all’ipotesi degli autori che bassa variabilità fisiologica nell’espressione genica si è verificato con il tempo e tra le gambe. Quando si confrontano le gambe esercitate con quelle non esercitate, numerosi geni (80) sono stati espressi in modo diverso tra le gambe ed erano principalmente coinvolti nel ciclo e nella crescita cellulare, nella trasduzione del segnale, nella trascrizione e nel metabolismo delle proteine. Il trattamento con statina senza esercizio è stato associato a solo 5 geni differenzialmente espressi di cui 2 erano calmodulina e una proteina soppressore del tumore con attività enzimatica di coniugazione dell’ubiquitina; al contrario, l’esercizio eccentrico che danneggia i muscoli più la statina ha aumentato questo profilo di espressione di 11 volte. Quando raggruppati in categorie funzionali, gli effetti più marcati della statina sull’espressione genica sono stati visti sulla trascrizione e la degradazione delle proteine attraverso il percorso dell’ubiquitina proteasoma (UP) (incrementi del 14% al 23% e dell’8% al 18%, rispettivamente). I modelli di espressione di 4 geni in quest’ultimo percorso (FBX32, FBX03, RNF128, e UBE2M) sono stati poi esplorati dal test QRT-PCR dei livelli di mRNA dei tessuti, con la conferma dell’upregulation di FBX03 (E3 ligasi), RNF128, e UBE2ML (enzima coniugante E2). Significativamente, gli aumenti di mRNA per i componenti del percorso UP nel muscolo scheletrico umano dopo l’esercizio eccentrico in assenza di trattamento con statine sono stati riportati in precedenza.11,12 Come influisce quindi il trattamento con statine sulle alterazioni del turnover proteico nel muscolo scheletrico stimolato dall’esercizio eccentrico con danno miofibrillare?

Nelle cellule dei mammiferi, la via proteolitica ubiquitina-proteasoma-dipendente catalizza la degradazione selettiva delle proteine anormali e a vita breve (ad esempio, oncoproteine, soppressori tumorali, fattori trascrizionali, regolatori del ciclo cellulare).13 Nel muscolo scheletrico, questa via è anche responsabile della degradazione delle proteine miofibrillari a vita lunga, comprese l’actina e la miosina.14 Ci sono 2 fasi principali in questo percorso. In primo luogo, i substrati sono poliubiquitinati in un processo strettamente controllato dagli enzimi di ubiquinazione.13 La poliubiquitinazione richiede il coinvolgimento sequenziale dell’enzima attivatore dell’ubiquitina (E1), dell’enzima coniugatore dell’ubiquitina (E2) e infine della ligasi dell’ubiquitina (E3) che riconosce i substrati del sistema dell’ubiquitina e coniuga l’ubiquitina ad essi. Queste ubiquitin ligasi formano una famiglia di proteine eccezionalmente grande, con >500 ligasi E3 distinte nelle specie di mammiferi. In una seconda fase, i substrati poliubiquitinati sono selettivamente riconosciuti e degradati dal proteasoma 26S.14

In virtù della regolazione dei livelli di proteine intracellulari, la proteolisi (degradazione) ubiquitina-dipendente media una grande varietà di funzioni cellulari e metacellulari (organismo), tra cui la crescita cellulare, divisione, differenziazione, trasduzione del segnale, risposta allo stress, morte cellulare programmata, embriogenesi, immunità e attività del sistema nervoso. Infatti, è ormai chiaro che la degradazione proteica rivaleggia, e spesso supera, la classica regolazione della massa proteica tramite trascrizione e traduzione in termini di importanza.14

In contrasto con la via UP, l’upregolazione dei geni del catabolismo proteico, che in genere hanno come obiettivo strutture muscolari complesse, aumenta la scissione di grandi proteine strutturali la cui degradazione può essere completata dal sistema UP. Per spiegare i cambiamenti nel macchinario degradativo delle proteine potenziati dallo stress muscolare sovrapposto a uno sfondo di trattamento con statine, gli autori propongono l’ipotesi che l’inserimento di una statina nella membrana cellulare del miocita possa indurre un certo grado di instabilità quando viene sottoposto a stress da esercizio eccentrico, innescando l’attivazione di cascate proteolitiche intracellulari.15 Tale ipotesi è coerente con l’aumento osservato in una serie di geni implicati nel catabolismo delle proteine, oltre a quelli del sistema UP. In che misura tale instabilità della membrana cellulare possa essere correlata (1) all’indice di lipofilia della statina, (2) alla dose di statina, (3) all’emivita plasmatica della statina e alle caratteristiche farmacocinetiche e (4) all’esposizione cumulativa del tessuto muscolare alle singole statine e ai loro metaboliti, rimane indeterminata.

Oltre alle alterazioni dei profili di espressione dei geni implicati nel turnover proteico, marcate riduzioni dell’espressione genica apoptotica (4 volte) e infiammatoria con aumento dei geni trascrizionali sono state ugualmente indotte dal trattamento con statine su uno sfondo di danno muscolare. Questi risultati sollevano la possibilità che la statina più esercizio attenua la morte programmata delle cellule muscolari rispetto al solo esercizio, potenziando così i processi di riparazione cellulare, sopprimendo contemporaneamente i geni della risposta infiammatoria, un effetto protettivo potenzialmente sinergico.

Gli eleganti studi di Urso et al10 non consentono di valutare la possibilità che meccanismi oltre al percorso UP possono contribuire agli effetti delle statine sul metabolismo muscolare scheletrico. Infatti, il piccolo numero di soggetti e l’alta severità applicata ai cambiamenti nell’espressione genica può aver sottopotenziato il potenziale per rilevare la modulazione delle vie biologiche chiave. Tale è il caso per i geni che codificano le proteine mitocondriali, come 4 geni sono stati downregulated nell’intervallo di 1.1- a 1.4-fold, fallendo il criterio di rigore per 1.5-fold cambiamento con P<0.005. Allo stesso modo, effetti minori di statina più esercizio sono stati osservati per i geni del metabolismo del colesterolo (ad esempio, 1.25-fold downregulation del gene del recettore LDL). Questi risultati non sono incoerenti con i dati in letteratura sull’effetto della terapia con statine ad alte dosi sul metabolismo del colesterolo e ubichinone nel muscolo scheletrico umano e sulla funzione mitocondriale. Così i dati di Paiva et al16 indicano che le statine alterano il metabolismo degli steroli nel muscolo scheletrico rilevato come una marcata diminuzione (fino al 66%) del rapporto colesterolo:colesterolo, un marker di colesterologenesi, ma anche occasionalmente rilevato come ridotti livelli di ubichinone muscolare. Inoltre, l’accumulo di gocce lipidiche nelle biopsie muscolari di pazienti con sintomi muscolari è indicativo dell’aumento del contenuto di steroli e lipidi durante il trattamento con statine.17 Inoltre, l’interpretazione dei test sulla funzione mitocondriale suggerisce che si verifica una diminuzione del numero o del volume mitocondriale, o di entrambi, che di per sé può spiegare la mialgia indotta dalle statine senza elevazione della CK16; tale patologia può precedere una sintomatologia muscolare più grave.

Mettendo in evidenza la modulazione dei geni della via UP come bersagli chiave dello stress da esercizio e del danno muscolare associato al trattamento con statine, gli studi di Urso et al10 servono a sottolineare ancora una volta la nostra parziale comprensione dei meccanismi alla base della potenziale miotossicità delle statine, soprattutto ad alte dosi18,19 (Figura). Infatti, dato che le ubiquitin ligasi come FBX03 mostrano un’alta specificità di substrato per la degradazione concertata delle proteine da parte della via UP, è di particolare interesse determinare il suo bersaglio proteico (s); in questo modo, l’interfaccia interattiva tra il danno muscolare indotto dall’esercizio e il trattamento con statine può essere identificato.

Infine, va sottolineato che nuove iniziative di ricerca sono urgentemente necessarie in questa importante area terapeutica; tali sforzi dovrebbero essere focalizzati sull’impatto delle statine sulla funzione e la biogenesi mitocondriale, sulla stabilità della membrana, sul metabolismo dei lipidi e degli steroli, sul turnover delle proteine, sul turnover cellulare e sulle cascate di segnalazione nel tessuto muscolare.

Footnotes