Mekanismer för statininducerad myopati

Med HMG-CoA-reduktashämmare, eller statiner, på 1980-talet, som mycket effektiva medel för att sänka lipoproteinkolesterol med låg densitet (LDL-C), revolutionerades behandlingen av hyperkolesterolemi, en sedan länge etablerad riskfaktor för för tidig kranskärlssjukdom. En nyligen genomförd prospektiv metaanalys av data från mer än 90 000 deltagare i 14 randomiserade kliniska prövningar visade att en statinmedierad minskning av LDL-C med 1 mmol/L (40 mg/dL) som upprätthålls i fem år kan ge en proportionell minskning av större kärlhändelser med cirka 23 %.1 Större minskningar av LDL-C, som kan uppnås med intensiv statinbehandling, vilket exemplifieras i de nyligen genomförda studierna Pravastatin or Atorvastatin Evaluation and Infection Therapy-Thrombolysis in Myocardial Infarction 22 (PROVE IT-TIMI 22), Treating to New Targets (TNT) och Reversal of Atherosclerosis with Aggressive Lipid Lowering (REVERSAL) som innefattar atorvastatin (80 mg/d), ger större minskningar av risken för vaskulära sjukdomar.2-4 Viktigt är att riskminskningarna är proportionella mot den absoluta minskningen av LDL-C1, och dessutom kan klinisk nytta visa sig med intensiv statinbehandling så tidigt som 30 dagar efter insättandet hos patienter med akut koronarsyndrom, med en betydande minskning av den kardiovaskulära morbi-mortaliteten.5

Statiner uppvisar inte bara ett anmärkningsvärt högt förhållande mellan nytta och risk, utan kännetecknas också av en säkerhetsprofil med utmärkt tolerans.6,7 Trots detta kan statiner utöva toxiska effekter på skelettmuskulaturen, som i allmänhet benämns myopati, och vars totala incidens är typiskt <0,1 % hos patienter som får monoterapi med statiner.6 Även om myopati kan avse vilken muskelsjukdom som helst, har man i den senaste kliniska rådgivningen om användning och säkerhet av statiner gjort åtskillnad mellan myalgi som muskelvärk eller muskelsvaghet i avsaknad av förhöjda kreatinkinasvärden (CK) och myosit som negativa muskelsymtom i samband med förhöjda CK-nivåer.7 Rhabdomyolys är en allvarlig form av myosit som innebär myoglobulinuri och som kan ge upphov till akut njursvikt. Även om rhabdomyolys i samband med statinbehandling är mycket sällsynt (mindre än ett dödligt fall per 5 miljoner patienter), är ändå muskelsmärta och muskelsvaghet mer frekventa och kan drabba 7 % av de patienter som får statinmonoterapi, och myalgi bidrar med upp till 25 % av alla biverkningar i samband med statinanvändning.8 Effekterna av dessa subkliniska muskelbiverkningar bör dock inte underskattas, eftersom de minskar patientens följsamhet med eventuellt avbrytande av behandlingen, begränsar den fysiska aktiviteten, minskar livskvaliteten och viktigast av allt kan i slutändan beröva den dyslipidemiska patienten med hög CV-risk den kliniska nyttan av statinbehandling. Sådana muskulära symtom blir särskilt relevanta i samband med nyligen genomförda kliniska prövningar som har bekräftat en optimerad minskning av CV-morbi-mortaliteten med hjälp av högdosstatinbehandling, och i synnerhet eftersom en ökning av statindosen är nära förknippad med en ökad risk för muskulära biverkningar.6,8 Trots den utbredda användningen av statinbehandling över hela världen är mekanismen/mekanismerna som ligger till grund för statininducerad myopati fortfarande kontroversiell(a) och dåligt förstådd(a).9 Det är i detta scenario som Urso och kollegor i detta nummer av Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, genom att fokusera på statinernas förmåga att modifiera muskelresponsen på träningsstress och genom att tillämpa den senaste tekniken för mikroarrayteknik på muskelbiopsivävnad från friska frivilliga, förser oss med det nya konceptet att ökad proteinnedbrytning via ubiquitinproteasomen kan utgöra en nyckelmekanism som ligger till grund för statin-myalgi.10

Det experimentella protokollet förtjänar särskild uppmärksamhet. Genprofiler i skelettmuskulaturen (vastus lateralis) hos unga normolipidemiska manliga frivilliga (n=8) som randomiserats till antingen placebo eller högdosbehandling med atorvastatin (80 mg/d) i 4 veckor jämfördes på ett mikroarray som representerar 14 500 välkaraktäriserade gener. Ett program med excentrisk benträning lades över detta protokoll vid baslinjen och efter behandling eller placebo; bilaterala muskelbiopsier togs 8 timmar efter träningen vid baslinjen och efter 4 veckor, där det ena benet hade tränats och det andra otränade benet fungerade som kontroll. På detta sätt erhölls sammanlagt fyra biopsier för varje försöksperson, med både otränade och tränade biopsier vid baslinjen och efter behandling eller placebo. Alla försökspersoner var fria från muskelsymtom och uppvisade normala CK-nivåer under hela protokollet.

På den specifika grunden av jämförelsen av genprofiler i otränade ben vid baslinjen och 4 veckor ändrades uttrycket av endast 2 gener signifikant, vilket ger stöd för författarnas hypotes att låg fysiologisk variabilitet i genuttryck förekom med tiden och mellan benen. Vid en jämförelse mellan tränade och otränade ben uttrycktes ett stort antal gener (80) differentiellt mellan benen och var främst involverade i cellcykling och tillväxt, signaltransduktion, transkription och proteinmetabolism. Statinbehandling utan träning var förknippad med endast 5 differentiellt uttryckta gener varav 2 var calmodulin och ett tumörsuppressorprotein med ubiquitinkonjugerande enzymaktivitet; däremot ökade excentrisk muskelskadande träning plus statin denna uttrycksprofil med 11 gånger. När de grupperades i funktionella kategorier sågs de tydligaste effekterna av statin på genuttrycket på transkription och proteinnedbrytning via ubiquitinproteasomvägen (UP) (ökningar på 14-23 % respektive 8-18 %). Uttrycksmönstren för fyra gener i den sistnämnda vägen (FBX32, FBX03, RNF128 och UBE2M) undersöktes sedan genom QRT-PCR-analys av mRNA-nivåer i vävnad, med bekräftelse av uppreglering av FBX03 (E3-ligas), RNF128 och UBE2ML (E2-konjugerande enzym). Betecknande nog har man tidigare rapporterat om ökningar av mRNA för komponenter i UP-vägen i mänsklig skelettmuskulatur efter excentrisk träning i avsaknad av statinbehandling11,12 . Hur påverkar då statinbehandling förändringar i proteinomsättningen i skelettmuskulatur som stimuleras av excentrisk träning med myofibrillär skada?

I däggdjursceller katalyserar den ubiquitin-proteasomberoende proteolytiska vägen den selektiva nedbrytningen av onormala och kortlivade proteiner (t.ex. onkoproteiner, tumörsuppressorer, transkriptionsfaktorer, cellcykelregulatorer).13 I skelettmuskulaturen är denna väg också ansvarig för nedbrytningen av långlivade myofibrillära proteiner, inklusive aktin och myosin.14 Det finns två viktiga steg i denna väg. För det första polyubiquitineras substrat i en process som kontrolleras noggrant av ubiquineringsenzymer.13 Polyubiquitinering kräver sekventiell inblandning av ubiquitinaktiverande enzym (E1), ubiquitinkonjugerande enzym (E2) och slutligen ubiquitinproteinligas (E3) som känner igen substrat i ubiquitinsystemet och konjugerar ubiquitin till dem. Dessa ubiquitinligaser utgör en exceptionellt stor proteinfamilj, med >500 distinkta E3-ligaser i däggdjursarter. I ett andra steg känns polyubiquitinerade substrat selektivt igen och bryts ned av 26S-proteasomen.14

I kraft av regleringen av nivåerna av intracellulära proteiner medierar ubiquitinberoende proteolys (nedbrytning) ett stort antal cellulära och metacellulära (organismiska) funktioner, inklusive celltillväxt, delning, differentiering, signaltransduktion, stressrespons, programmerad celldöd, embryogenes, immunitet och aktiviteter i nervsystemet. Faktum är att det nu står klart att proteinnedbrytning konkurrerar med, och ofta överträffar, klassisk reglering av proteinmassa genom transkription och translation i betydelse.14

I motsats till UP-vägen ökar uppreglering av gener för proteinkatabolism, som vanligtvis är inriktade på komplexa muskelstrukturer, klyvningen av stora strukturella proteiner, vars nedbrytning kan slutföras av UP-systemet. För att förklara förändringar i proteinnedbrytningsmaskineriet som förstärks av muskelstress överlagrad på en bakgrund av statinbehandling föreslår författarna hypotesen att införandet av ett statin i myocytens cellmembran kan framkalla en viss grad av instabilitet när den utsätts för excentrisk träningsstress, vilket utlöser aktivering av intracellulära proteolytiska kaskader.15 En sådan hypotes stämmer överens med den observerade förhöjningen av en rad gener som är involverade i proteinkatabolism, utöver de gener som ingår i UP-systemet. I vilken grad en sådan instabilitet i cellmembranen kan vara relaterad 1) till lipofilitetsindex för statiner, 2) till statindosen, 3) till halveringstid i plasma och farmakokinetiska egenskaper hos statiner och 4) till kumulativ exponering av muskelvävnad för enskilda statiner och deras metaboliter, är fortfarande obestämt.

Förutom förändringar i uttrycksprofilerna för gener som är involverade i proteinomsättningen inducerades markanta minskningar av apoptotiska (4-faldigt) och inflammatoriska genuttryck med ökning av transkriptionella gener likaså av statinbehandling på en bakgrund av muskelskada. Dessa resultat ger upphov till möjligheten att statin plus motion dämpar programmerad muskelcellsdöd jämfört med enbart motion, och därmed potentierar processer för cellulär reparation, samtidigt som de samtidigt undertrycker gener för inflammatorisk respons, en potentiellt synergisk skyddande effekt.

De eleganta studierna av Urso et al10 gör det inte möjligt att utvärdera möjligheten att mekanismer utöver UP-vägen kan bidra till statinernas effekter på skelettmuskulaturens ämnesomsättning. Faktum är att det lilla antalet försökspersoner och den höga stränghet som tillämpades på förändringar i genuttryck kan ha undervärderat potentialen att upptäcka modulering av viktiga biologiska vägar. Detta är fallet för gener som kodar för mitokondriella proteiner, eftersom fyra gener nedreglerades i intervallet 1,1- till 1,4-faldigt, och stränghetskriteriet för 1,5-faldig förändring inte uppfylldes med P<0,005. Likaså observerades mindre effekter av statin plus motion för gener för kolesterolmetabolism (t.ex. 1,25-faldig nedreglering av LDL-receptorgenen). Dessa resultat är inte oförenliga med uppgifter i litteraturen om effekten av högdosstatinbehandling på kolesterol- och ubikinonmetabolismen i mänsklig skelettmuskulatur och på mitokondriell funktion. Uppgifterna från Paiva et al16 visar att statiner förändrar sterolmetabolismen i skelettmuskulaturen, vilket visar sig i form av en markant minskning (upp till 66 %) av förhållandet mellan lathosterol och kolesterol, som är en markör för kolesterologenes, men som också ibland visar sig i form av minskade ubiquinnonnivåer i musklerna. Dessutom tyder ansamling av lipiddroppar i muskelbiopsier från patienter med muskelsymtom på en ökning av både sterol- och lipidinnehållet vid statinbehandling17 . Dessutom tyder tolkningen av analyser av mitokondriell funktion på att det sker en minskning av antalet mitokondrier eller volymen, eller båda, vilket i sig kan förklara statininducerad myalgi utan CK-förhöjning16; sådan patologi kan föregå allvarligare muskelsymtom.

Som understryker moduleringen av gener i UP-vägen som viktiga mål för träningsstress och muskelskador i samband med statinbehandling, tjänar studierna av Urso et al10 till att än en gång understryka vår partiella förståelse av de mekanismer som ligger till grund för statinernas potentiella myotoxicitet, särskilt vid höga doser18,19 (figur). Med tanke på att ubiquitinligaser som FBX03 uppvisar hög substratspecificitet för samordnad proteinnedbrytning genom UP-vägen, är det av särskilt intresse att fastställa dess proteinmål; på så sätt kan det interaktiva gränssnittet mellan ansträngningsinducerad muskelskada och statinbehandling identifieras.

Slutningsvis bör det betonas att nya forskningsinitiativ är brådskande inom detta viktiga terapeutiska område; sådana insatser bör inriktas på statinernas inverkan på mitokondriernas funktion och biogenes, på membranstabilitet, på lipid- och sterolmetabolism, på proteinomsättning, på cellomsättning och på signaleringskaskader i muskelvävnad.

Fotnoter