Mechanisms of Statin-Induced Myopathy

Pojawienie się w latach 80. inhibitorów reduktazy HMG-CoA, czyli statyn, jako wysoce skutecznych środków obniżających stężenie cholesterolu lipoprotein o małej gęstości (LDL-C) zrewolucjonizowało leczenie hipercholesterolemii, od dawna uznanego czynnika ryzyka przedwczesnej choroby wieńcowej. Rzeczywiście, niedawna prospektywna metaanaliza danych pochodzących od ponad 90 000 uczestników 14 randomizowanych badań klinicznych wykazała, że zmniejszenie stężenia LDL-C o 1 mmol/l (40 mg/dl) pod wpływem statyny, utrzymujące się przez 5 lat, może spowodować proporcjonalne zmniejszenie liczby poważnych zdarzeń naczyniowych o około 23%.1 Większe redukcje stężenia LDL-C, które można osiągnąć dzięki intensywnemu leczeniu statynami, czego przykładem są niedawne badania Pravastatin or Atorvastatin Evaluation and Infection Therapy-Thrombolysis in Myocardial Infarction 22 (PROVE IT-TIMI 22), Treating to New Targets (TNT) oraz Reversal of Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering (REVERSAL), w których stosowano atorwastatynę (80 mg/d), powodują większe zmniejszenie ryzyka chorób naczyniowych.2-4 Co ważne, redukcja ryzyka jest proporcjonalna do bezwzględnego zmniejszenia stężenia LDL-C1, a ponadto korzyści kliniczne mogą być widoczne przy intensywnym leczeniu statynami już po 30 dniach od rozpoczęcia terapii u pacjentów z ostrym zespołem wieńcowym, z istotnym zmniejszeniem śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych.5

Statyny nie tylko wykazują wyjątkowo wysoki stosunek korzyści do ryzyka, ale również charakteryzują się profilem bezpieczeństwa o doskonałej tolerancji.6,7 Niemniej jednak statyny mogą wywierać toksyczne działanie na mięśnie szkieletowe, które ogólnie określa się mianem miopatii i którego ogólna częstość występowania wynosi zwykle <0,1% u pacjentów otrzymujących monoterapię statynami.6 Chociaż miopatia może odnosić się do każdej choroby mięśni, w ostatnim raporcie klinicznym dotyczącym stosowania i bezpieczeństwa statyn rozróżniono mialgię jako ból lub osłabienie mięśni bez podwyższenia stężenia kinazy kreatynowej (CK) oraz zapalenie mięśni jako niekorzystne objawy mięśniowe związane ze zwiększonym stężeniem CK.7 Rabdomioliza jest ciężką postacią zapalenia mięśni z mioglobulinemią, która może prowadzić do ostrej niewydolności nerek. Chociaż rabdomioliza związana z leczeniem statynami jest bardzo rzadka (mniej niż jeden przypadek śmiertelny na 5 milionów pacjentów), to jednak bóle i osłabienie mięśni występują częściej i mogą dotyczyć 7% pacjentów stosujących monoterapię statynami, przy czym bóle mięśni stanowią do 25% wszystkich zdarzeń niepożądanych związanych ze stosowaniem statyn.8 Nie należy jednak lekceważyć skutków tych subklinicznych mięśniowych działań niepożądanych, ponieważ zmniejszają one stopień przestrzegania zaleceń lekarskich przez pacjentów, co może prowadzić do przerwania terapii, ograniczają aktywność fizyczną, obniżają jakość życia, a co najważniejsze, mogą ostatecznie pozbawić pacjentów z dyslipidemią obciążonych dużym ryzykiem CV korzyści klinicznych wynikających z leczenia statynami. Takie objawy mięśniowe nabierają szczególnego znaczenia w kontekście ostatnich badań klinicznych, w których potwierdzono optymalne zmniejszenie śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych przy zastosowaniu terapii dużymi dawkami statyn, a zwłaszcza w sytuacji, gdy zwiększenie dawki statyny wiąże się ściśle ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia mięśniowych działań niepożądanych.6,8 Mimo powszechnego stosowania terapii statynami na całym świecie mechanizm(y) leżący(e) u podstaw miopatii wywołanej przez statyny pozostaje(ą) kontrowersyjny(e) i słabo poznany(e).9 To właśnie w tym kontekście Urso i współpracownicy w tym numerze Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, koncentrując się na zdolności statyn do modyfikowania odpowiedzi mięśni na stres wysiłkowy i stosując najnowocześniejszą technologię mikromacierzy do tkanki mięśniowej pochodzącej z biopsji zdrowych ochotników, przedstawiają nam nowatorską koncepcję, zgodnie z którą zwiększona degradacja białek za pośrednictwem szlaku proteasomu ubikwitynowego może stanowić kluczowy mechanizm leżący u podstaw mialgii wywołanej przez statyny.10

Protokół eksperymentalny zasługuje na szczególną uwagę. Profile genów w mięśniu szkieletowym (vastus lateralis) młodych, normolipidemicznych ochotników płci męskiej (n=8), randomizowanych do leczenia placebo lub atorwastatyną w dużej dawce (80 mg/d) przez 4 tygodnie, zostały porównane na mikromacierzy reprezentującej 14 500 dobrze scharakteryzowanych genów. Program ekscentrycznych ćwiczeń nóg został nałożony na ten protokół na linii podstawowej i po leczeniu lub placebo; obustronne biopsje mięśni uzyskano 8 godzin po ćwiczeniach na linii podstawowej i po 4 tygodniach, przy czym jedna noga była ćwiczona, a druga niećwiczona służyła jako kontrola. W ten sposób uzyskano w sumie 4 biopsje dla każdego uczestnika, zarówno biopsje niewytrenowane, jak i wytrenowane, przy linii podstawowej i po leczeniu lub placebo; każdy pacjent działał jako jego własna kontrola, ograniczając w ten sposób zmienność międzyosobniczą. Wszyscy badani byli wolni od objawów mięśniowych i wykazywali prawidłowe poziomy CK przez cały czas trwania protokołu.

Na konkretnej podstawie porównania profili genów w niećwiczonych nogach na linii podstawowej i 4 tygodniach, ekspresja tylko 2 genów była znacząco zmieniona, co stanowi poparcie dla hipotezy autorów, że niska fizjologiczna zmienność w ekspresji genów wystąpiła z czasem i między nogami. Porównując kończyny ćwiczone i niećwiczone stwierdzono, że ekspresja wielu genów (80) różniła się pomiędzy kończynami i była głównie związana z cyklem komórkowym i wzrostem, transdukcją sygnału, transkrypcją i metabolizmem białek. Leczenie statyną bez ćwiczeń wiązało się tylko z 5 genami ulegającymi różnej ekspresji, z których 2 były kalmoduliną i białkiem supresorowym guza o aktywności enzymu sprzęgającego ubikwitynę; natomiast ekscentryczne ćwiczenia uszkadzające mięśnie plus statyna zwiększyły ten profil ekspresji 11-krotnie. Po pogrupowaniu na kategorie funkcjonalne, najbardziej wyraźny wpływ statyny na ekspresję genów zaobserwowano w zakresie transkrypcji i degradacji białek poprzez szlak proteasomu ubikwitynowego (UP) (wzrost odpowiednio o 14% do 23% i o 8% do 18%). Wzorce ekspresji 4 genów w tej ostatniej ścieżce (FBX32, FBX03, RNF128 i UBE2M) zostały następnie zbadane przez QRT-PCR poziomu mRNA w tkankach, z potwierdzeniem wzrostu FBX03 (ligazy E3), RNF128 i UBE2ML (enzymu sprzęgającego E2). Co istotne, już wcześniej donoszono o wzroście mRNA dla elementów szlaku UP w ludzkich mięśniach szkieletowych po ćwiczeniach ekscentrycznych przy braku leczenia statyną.11,12 Jak zatem leczenie statyną wpływa na zmiany w obrocie białek w mięśniach szkieletowych stymulowanych wysiłkiem ekscentrycznym z uszkodzeniem miofibryli?

W komórkach ssaków szlak proteolityczny zależny od proteasomu ubikwityny katalizuje selektywny rozpad nieprawidłowych i krótko żyjących białek (np. onkoprotein, supresorów nowotworów, czynników transkrypcyjnych, regulatorów cyklu komórkowego).13 W mięśniach szkieletowych szlak ten jest również odpowiedzialny za rozpad długo żyjących białek miofibrylarnych, w tym aktyny i miozyny.14 W szlaku tym wyróżnia się 2 główne etapy. Po pierwsze, substraty są polikwitynowane w procesie, który jest ściśle kontrolowany przez enzymy ubikwitynowe.13 Polikwitynacja wymaga sekwencyjnego zaangażowania enzymu aktywującego ubikwitynę (E1), enzymu sprzęgającego ubikwitynę (E2) i wreszcie ligazy ubikwityna-białko (E3), które rozpoznają substraty systemu ubikwitynowego i sprzęgają z nimi ubikwitynę. Te ligazy ubikwitynowe tworzą wyjątkowo dużą rodzinę białek, z >500 różnymi ligazami E3 u ssaków. W drugim etapie, polikwitynowane substraty są selektywnie rozpoznawane i degradowane przez proteasom 26S.14

Dzięki regulacji poziomu białek wewnątrzkomórkowych, proteoliza (degradacja) zależna od ubikwityny pośredniczy w wielu różnych funkcjach komórkowych i metakomórkowych (organizmu), w tym we wzroście komórek, podziale, różnicowaniu, transdukcji sygnału, odpowiedzi na stres, programowanej śmierci komórki, embriogenezie, odporności i czynnościach układu nerwowego. Rzeczywiście, jest teraz jasne, że degradacja białek rywalizuje, a często przewyższa klasyczną regulację masy białka przez transkrypcję i translację w znaczeniu.14

W przeciwieństwie do ścieżki UP, upregulacja genów katabolizmu białek, które zazwyczaj są ukierunkowane na złożone struktury mięśniowe, zwiększają rozszczepianie dużych białek strukturalnych, których degradacja może być zakończona przez system UP. Aby wyjaśnić zmiany w mechanizmach degradacji białek potęgowane przez stres mięśniowy nałożony na tło leczenia statynami, autorzy proponują hipotezę, że wprowadzenie statyny do błony komórkowej miocytów może wywoływać pewien stopień niestabilności podczas ekscentrycznego obciążenia wysiłkiem fizycznym, uruchamiając aktywację wewnątrzkomórkowych kaskad proteolitycznych.15 Taka hipoteza jest zgodna z obserwowanym wzrostem liczby genów zaangażowanych w katabolizm białek, oprócz genów systemu UP. W jakim stopniu taka niestabilność błony komórkowej może być związana (1) ze wskaźnikiem lipofilności statyny, (2) z dawką statyny, (3) z okresem półtrwania statyny w osoczu i charakterystyką farmakokinetyczną oraz (4) z łącznym narażeniem tkanki mięśniowej na poszczególne statyny i ich metabolity, pozostaje nieokreślone.

Oprócz zmian w profilach ekspresji genów zaangażowanych w obrót białek, znaczące redukcje ekspresji genów apoptotycznych (4-krotne) i zapalnych ze wzrostem genów transkrypcyjnych były w równym stopniu indukowane przez leczenie statyną na tle uszkodzenia mięśni. Wyniki te nasuwają przypuszczenie, że statyna i ćwiczenia fizyczne zmniejszają programowaną śmierć komórek mięśniowych w porównaniu z samymi ćwiczeniami, a tym samym nasilają procesy naprawy komórkowej, przy jednoczesnym hamowaniu genów odpowiedzi zapalnej, co stanowi potencjalnie synergistyczny efekt ochronny.

Eleganckie badania Urso i wsp.10 nie pozwalają na ocenę możliwości, że do wpływu statyn na metabolizm mięśni szkieletowych mogą przyczyniać się mechanizmy inne niż szlak UP. W istocie, mała liczba badanych i wysoki rygor zastosowany do zmian w ekspresji genów mogły osłabić potencjał do wykrycia modulacji kluczowych szlaków biologicznych. Tak jest w przypadku genów kodujących białka mitochondrialne, jako że 4 geny uległy downregulacji w zakresie od 1,1- do 1,4-krotnej, nie spełniając kryterium rygorystyczności dla 1,5-krotnej zmiany z P<0,005. Podobnie, niewielkie efekty działania statyny i ćwiczeń fizycznych obserwowano w przypadku genów metabolizmu cholesterolu (np. 1,25-krotna redukcja genu receptora LDL). Wyniki te nie są sprzeczne z danymi z piśmiennictwa dotyczącymi wpływu wysokodawkowanej terapii statynami na metabolizm cholesterolu i ubichinonu w ludzkich mięśniach szkieletowych oraz na funkcję mitochondriów. Tak więc dane Paiva i wsp.16 wskazują, że statyny zmieniają metabolizm steroli w mięśniach szkieletowych, co można wykryć jako wyraźne zmniejszenie (do 66%) stosunku lathosterol:cholesterol, markera cholesterogenezy, ale także sporadycznie jako zmniejszenie stężenia ubichinonu w mięśniach. Ponadto nagromadzenie kropli lipidowych w biopsjach mięśni pacjentów z objawami mięśniowymi wskazuje na wzrost zawartości zarówno steroli, jak i lipidów podczas leczenia statynami.17 Co więcej, interpretacja badań funkcji mitochondriów sugeruje, że dochodzi do zmniejszenia liczby lub objętości mitochondriów, lub obu, co samo w sobie może tłumaczyć wywołaną przez statynę mialgię bez podwyższenia CK16; taka patologia może poprzedzać poważniejsze objawy mięśniowe.

Podkreślając modulację genów szlaku UP jako kluczowych celów stresu wysiłkowego i uszkodzenia mięśni związanego z leczeniem statynami, badania Urso i wsp.10 służą podkreśleniu jeszcze raz naszego częściowego zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw potencjalnej miotoksyczności statyn, szczególnie w dużych dawkach18,19 (rysunek). Rzeczywiście, biorąc pod uwagę, że ligazy ubikwitynowe takie jak FBX03 wykazują wysoką specyficzność substratową dla zgodnej degradacji białek przez szlak UP, szczególnie interesujące jest określenie ich białkowego celu(ów); w ten sposób można zidentyfikować interaktywny interfejs między uszkodzeniem mięśni wywołanym wysiłkiem fizycznym a leczeniem statynami.

Na koniec należy podkreślić, że w tym ważnym obszarze terapeutycznym pilnie potrzebne są nowe inicjatywy badawcze; wysiłki takie powinny koncentrować się na wpływie statyn na funkcję i biogenezę mitochondriów, na stabilność błon, na metabolizm lipidów i steroli, na obrót białek, na obrót komórkowy i na kaskady sygnalizacyjne w tkance mięśniowej.

Przypisy

.