Fenofibrat inaczej działa na serce w zależności od wieku – nowe odkrycia naukowców

Jak zaprojektowano badanie fenofibratu na modelu szczurów?

W badaniu kohortowym przeprowadzonym na szczurach Wistar-Han porównano wpływ fenofibratu (FF) na mięsień sercowy w zależności od wieku i dawki. Eksperyment obejmował młode (4-miesięczne) i stare (24-miesięczne) szczury, którym podawano FF w dawce 0,1% lub 0,5% w paszy przez 30 dni.

Badana populacja składała się z samców szczurów podzielonych na grupy kontrolne oraz otrzymujące różne dawki FF. W każdej grupie wiekowej i dawkowej znajdowało się 8-10 zwierząt. Dawka 0,5% FF odpowiadała około 260 mg/kg u młodych i 210 mg/kg u starych szczurów, natomiast dawka 0,1% FF wynosiła około 52 mg/kg u młodych i 42 mg/kg u starych osobników. Wybór 30-dniowego okresu leczenia oparto na wcześniejszych badaniach sercowo-naczyniowych oceniających agonistów PPARα u gryzoni, ponieważ ten przedział czasowy pozwala uchwycić przebudowę serca wywołaną lekiem, minimalizując jednocześnie zakłócenia wynikające z długoterminowych adaptacji systemowych i związanej z wiekiem atrofii.

Jak fenofibrat wpływa na strukturę i funkcje serca?

Starsze szczury charakteryzowały się podwyższonym poziomem trójglicerydów i cholesterolu całkowitego w surowicy w porównaniu z młodszymi. Wysoka dawka FF obniżała stężenie trójglicerydów tylko u starych szczurów, podczas gdy poziom cholesterolu zmniejszał się po niskiej dawce FF u młodych szczurów i po wysokiej dawce u starych. Markery uszkodzenia mięśni (LDH i CK) nie wykazywały zmian zależnych od wieku ani leczenia FF. Wysokie dawki FF zwiększały poziom kreatyniny w surowicy w obu grupach wiekowych, ale efekt był bardziej wyraźny u starszych zwierząt. Chociaż taki wzrost może sugerować upośledzenie czynności nerek, u pacjentów wydaje się to być przejściowym efektem terapii FF, często obserwowanym i generalnie odwracalnym po przerwaniu stosowania leku.

Badania histologiczne wykazały, że mięsień sercowy starych szczurów charakteryzował się bardziej zdezorganizowaną strukturą w porównaniu z młodymi osobnikami. Leczenie młodych szczurów FF w obu dawkach nie wpłynęło na morfologię mięśnia sercowego. Natomiast u starych szczurów wysoka dawka FF znacząco zwiększyła odkładanie kolagenu w obszarach okołonaczyniowych i śródmiąższowych, wskazując na nasilenie procesów włóknienia. Barwienie Oil Red O wykazało, że w kardiomiocytach starych szczurów w porównaniu z młodymi występowało więcej złogów lipidowych. W obu grupach wiekowych wysoka dawka FF zwiększała frakcję powierzchni zajmowanej przez kropelki lipidowe.

Jakie molekularne zmiany wywołuje fenofibrat?

Analizy immunohistochemiczne wykazały, że immunoreaktywność NPPA (prekursor peptydu natriuretycznego typu A) była podobna u młodych i starych szczurów kontrolnych. Leczenie FF zwiększało obszar wybarwienia NPPA, przy czym efekt był bardziej wyraźny u starych szczurów. Immunoreaktywność VEGFB (czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego B) była trzykrotnie wyższa w mięśniu sercowym starych szczurów kontrolnych w porównaniu z młodymi. W obu grupach wiekowych nie zaobserwowano istotnych zmian po leczeniu FF, choć wystąpiła zależna od dawki tendencja do zmniejszonej immunoreaktywności.

Analiza ekspresji genów i białek związanych z metabolizmem energetycznym wykazała, że podstawowe poziomy PPARα były podobne w sercach młodych i starych szczurów kontrolnych. Leczenie FF nie wpłynęło na względną zawartość białka PPARα w mięśniu sercowym młodych ani starych szczurów. Podobnie, młode i stare szczury nie wykazywały różnic związanych z wiekiem w stosunku aktywnej fosfo-AMPK do AMPK. Leczenie FF nie wpłynęło na ten stosunek u młodych szczurów, jednak u starych 0,5% FF wykazywało tendencję do zwiększania stosunku p-AMPK/AMPK.

Poziom białka PGC1α, głównego regulatora metabolizmu mitochondrialnego, był dwukrotnie niższy u starych szczurów kontrolnych niż u młodych. W mięśniu sercowym młodych szczurów żadna dawka FF nie zmieniała względnej zawartości PGC1α. Jednak 0,1% FF zwiększało poziom PGC1α w mięśniu sercowym starych szczurów.

Ekspresja genów kodujących enzymy oksydacji kwasów tłuszczowych (FAO) była częściowo obniżona u starych szczurów. W mięśniu sercowym starych zwierząt kontrolnych podstawowe poziomy ekspresji genów Cpt1 (karnitynopalmitylotransferaza 1) i Lcad (dehydrogenaza acylo-CoA, długołańcuchowa) były niższe niż u młodych, podczas gdy poziomy mRNA Acox (oksydaza acylo-CoA 1) i Mcad (dehydrogenaza acylo-CoA, średniołańcuchowa), a także białka MCAD były podobne w obu grupach wiekowych. Interesujące jest, że 0,1% FF i 0,5% FF u młodych szczurów zwiększały ekspresję genu Acox1, ale nie Cpt1. Ponadto ekspresja genu i białka Mcad oraz poziomy mRNA Lcad nie wykazywały zmian po leczeniu FF u młodych szczurów. U starych szczurów tylko niższa dawka FF zwiększała ekspresję Acox1, podczas gdy żadna dawka FF nie wpływała znacząco na ekspresję genów Cpt1, Mcad lub Lcad.

Zmierzono również poziomy mRNA genu białka wiążącego element regulujący sterole 2 (Srebf2), który uczestniczy w metabolizmie lipidów poprzez regulację genów biosyntezy i wychwytu cholesterolu. Ekspresja mRNA Srebf2 u szczurów kontrolnych nie była zależna od wieku. U młodych szczurów wyższa dawka FF zwiększała ekspresję Srebf2, podczas gdy u starych żadna dawka nie wpływała znacząco na poziomy mRNA Srebf2.

Przeanalizowano również ekspresję fosfofruktokinazy, izoformy mięśniowej (PFKM), która katalizuje ograniczający szybkość etap glikolizy i odgrywa ważną rolę w chorobach układu sercowo-naczyniowego. Poziomy mRNA i białka PFKM nie były zależne od wieku. Leczenie młodych szczurów 0,1% FF wiązało się ze zmniejszoną ekspresją białka PFKM, chociaż bez odpowiednich zmian na poziomie transkrypcyjnym. Jednak nie zaobserwowano zmian w poziomie PFKM po podaniu 0,5% FF. W przeciwieństwie do młodych, u starych szczurów poziomy białka PFKM wykazywały tendencję wzrostową po 0,1% FF, ale nie po wyższej dawce, podczas gdy ekspresja mRNA Pfkm nie była zmieniona przez leczenie.

Ekspresja dwóch sirtuin zaangażowanych w regulację metabolizmu energetycznego, SIRT1 i SIRT3, nie zmieniała się z wiekiem i była również w większości niezależna od leczenia FF. W żadnej grupie wiekowej szczurów leczonych FF nie zaobserwowano zmian w poziomach białka i mRNA SIRT1 i SIRT3 w sercu w porównaniu z kontrolą. Co ciekawe, tylko u młodych szczurów ekspresja genu Sirt3 była niższa po podaniu 0,5% FF w porównaniu do 0,1% FF.

Jak interpretować kliniczne znaczenie wyników badania?

Sugerowany mechanizm nasilenia włóknienia mięśnia sercowego przez wysoką dawkę FF u starych szczurów może obejmować stres oksydacyjny. U szczurów leczonych bardzo wysokimi dawkami agonistów PPARα, uszkodzenie strukturalne serca było związane z wyraźną stymulacją FAO, prowadzącą do przeciążenia metabolicznego. Te warunki mogą być pogorszone w starzejących się sercach, które wykazują zmniejszoną FAO i zmniejszoną elastyczność metaboliczną. W takim przypadku przyspieszenie FAO wywołane przez FF może prowadzić do zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu i stresu oksydacyjnego, które mogą aktywować szlaki profibrotyczne (np. TGF-β/SMAD), zwiększając odkładanie kolagenu.

Wyniki badania sugerują, że odpowiedź mięśnia sercowego na fenofibrat zależy od wieku i dawki. U starszych szczurów wysoka dawka FF może nasilać włóknienie mięśnia sercowego, zwiększając jednocześnie ekspresję PGC-1α i fosfo-AMPK oraz, w większym stopniu niż u młodych, stymulować wewnątrzkomórkową akumulację lipidów i markery hipertrofii serca. Obserwacje te budzą obawy dotyczące wpływu fenofibratu na zdrowie serca w starszym wieku, choć konieczne są dalsze badania oceniające funkcję serca.

Istotnym ograniczeniem badania jest brak bezpośredniej oceny funkcji serca, np. za pomocą echokardiografii. Bez korelacji danych z wskaźnikami wydajności serca nie można stwierdzić, czy zmiany morfologiczne i molekularne wywołane przez FF przekładają się na klinicznie istotne upośledzenie. Podobnie, pomiar specyficznych biomarkerów uszkodzenia serca, takich jak troponiny sercowe i CK-MB (frakcja sercowa kinazy kreatynowej), byłby bardziej informatywny niż markery integralności tkanki mięśniowej oceniane w badaniu. Ponadto, testy aktywności metabolicznej i enzymatycznej mogłyby rzucić więcej światła na wyniki dotyczące odpowiedzi molekularnej związanej z FF w starzejącym się sercu.

Wyniki badania podkreślają znaczenie optymalizacji dawki i zależnej od wieku odpowiedzi na fibraty przy opracowywaniu strategii terapeutycznych dla osób starszych. Dane sugerują, że osoby starsze bez zaawansowanej dyslipidemii lub patologii serca mogą być narażone na niekorzystne przebudowanie mięśnia sercowego podczas leczenia fenofibratem z powodu związanej z wiekiem zmniejszonej elastyczności metabolicznej mięśnia sercowego.

Podsumowanie

Przeprowadzone badanie kohortowe na szczurach Wistar-Han wykazało, że wpływ fenofibratu (FF) na mięsień sercowy różni się w zależności od wieku i dawki. Analiza obejmowała młode (4-miesięczne) i stare (24-miesięczne) szczury, którym podawano FF w dawkach 0,1% lub 0,5% przez 30 dni. U starszych szczurów wysoka dawka FF powodowała nasilenie włóknienia mięśnia sercowego oraz zwiększoną akumulację lipidów. Badanie wykazało również zmiany w ekspresji genów związanych z metabolizmem energetycznym, szczególnie widoczne u starszych osobników. Zaobserwowano, że stare szczury wykazywały odmienną odpowiedź metaboliczną na FF w porównaniu z młodymi, co może mieć istotne implikacje kliniczne. Wyniki sugerują potrzebę ostrożności w stosowaniu wysokich dawek fenofibratu u osób starszych oraz konieczność indywidualizacji dawkowania w zależności od wieku pacjenta.