Liraglutyd w leczeniu osteoartrozy – nowe możliwości i wyzwania

Czy osteoartroza wymaga nowatorskiego podejścia?

Osteoartroza (OA) to wieloczynnikowa wyniszczająca choroba stawów wpływająca na funkcjonowanie i dobrostan zarówno ludzi, jak i zwierząt. W 2020 roku dotknęła ona 595 milionów ludzi na całym świecie, a przewiduje się, że liczba ta niemal podwoi się do 2050 roku. OA jest najczęstszą degeneracyjną chorobą stawów u ludzi i główną przyczyną niepełnosprawności na świecie. Ponieważ stan zapalny odgrywa kluczową rolę w OA, a ból jest podstawowym objawem klinicznym tej choroby, leczenie często ma charakter objawowy i obejmuje niesteroidowe leki przeciwzapalne oraz kortykosteroidy. Jednak te terapie są raczej paliatywne niż modyfikujące przebieg choroby i wiążą się z szeregiem działań niepożądanych. Ze względu na starzejącą się populację i rosnący poziom otyłości, częstość występowania OA szybko wzrasta, podkreślając pilną potrzebę zaspokojenia wciąż niezaspokojonej potrzeby klinicznej w zakresie opracowania skutecznych opcji leczenia.

Agoniści receptora glukagonopodobnego peptydu-1 (GLP-1RA), takie jak liraglutyd, są często stosowane w leczeniu zaburzeń metabolicznych, w tym otyłości i cukrzycy typu 2, ponieważ stymulują produkcję insuliny i obniżają poziom glukozy we krwi. Ostatnio zasugerowano, że mogą one stanowić potencjalną nową drogę w leczeniu OA. Wykazano, że liraglutyd wspierał zależne od dawki zmniejszenie stężenia kilku mediatorów zapalnych (tlenku azotu [NO], prostaglandyny E2 [PGE2] i interleukiny-6 [IL-6]) w mysich pierwotnych chondrocytach stymulowanych ludzką IL-1β, a także w mysich makrofagach linii komórkowej RAW 264.7 stymulowanych lipopolisacharydem (LPS). Dodatkowo, liraglutyd zmniejszał ekspresję mRNA i białka syntazy NO, cyklooksygenazy-2 oraz czynnika martwicy nowotworów (TNF) w pierwotnych chondrocytach po indukcji stanu zapalnego.

Wcześniejsze badania na szczurach wykazały również, że liraglutyd prowadził do zmniejszenia ekspresji białka IL-6, TNF, a także składnika p65 z kompleksu jądrowego czynnika kappa-łańcucha lekkiego wzmacniacza aktywowanych komórek B w chondrocytach poddanych stresowi retikulum endoplazmatycznego w porównaniu z nieleczonymi kontrolami. Dodatkowo badania przeprowadzone na modelu OA u szczurów indukowanym monojodooctanem (MIA) wykazały zmniejszone poziomy TNF, IL-6 i IL-1β w chrząstce stawowej, gdy liraglutyd był podawany podskórnie codziennie przez 28 dni. Poza analizą odpowiedzi molekularnej na liraglutyd in vitro, wykazano również, że dostawowe podanie liraglutydu (1, 2, 5 i 20 μg) w podobnym modelu szczurzym zmniejszyło odpowiedź bólową (test von Freya), podkreślając działanie przeciwbólowe GLP-1RA.

Czy liraglutyd może zmienić paradygmat leczenia OA?

Chociaż na podstawie powyższych danych wydaje się istnieć logiczna podstawa do rozważenia zastosowania liraglutydu w OA, niewiele wiadomo na bardziej szczegółowym poziomie, a nieliczne istniejące dane kliniczne wydają się niejednoznaczne. W niedawnym randomizowanym kontrolowanym badaniu klinicznym, 3 mg/dziennie podskórnego podawania liraglutydu przez okres 52 tygodni (po 8-tygodniowej interwencji dietetycznej) spowodowało znaczną utratę wagi u pacjentów z OA kolana i wysokim BMI, ale nie poprawiło bólu kolana w porównaniu z placebo. Inne wyniki uzyskano w badaniu kohorty z Szanghaju dotyczącej osteoartrozy oraz w badaniu STEP 9. W kohorcie z Szanghaju u 1807 pacjentów z klinicznie potwierdzoną OA kolana i cukrzycą typu 2, którzy przeszli co najmniej 2 lata terapii GLP-1RA, wykazano o 17% niższy wynik bólu (WOMAC) w czasie w grupie leczonej GLP-1RA w porównaniu z pacjentami nieleczonymi. Dodatkowo, to samo badanie wykazało zmniejszenie szybkości utraty chrząstki (pokazane przez MRI) i zmniejszoną częstość operacji kolana u osób, które otrzymały leczenie GLP-1RA. Ponadto, w badaniu STEP 9 wykazano, że GLP-1RA poprawił ból związany z OA kolana przy cotygodniowych 2,4 mg iniekcjach podskórnych (bez wcześniejszej interwencji dietetycznej), mierzony o 34% niższym wynikiem bólu WOMAC w porównaniu z placebo po 68 tygodniach. Wyniki te potwierdzają obiecujący potencjał GLP-1RA jako kandydata terapeutycznego z możliwymi efektami modyfikującymi przebieg choroby. Aby właściwie ocenić wpływ GLP-1RA na procesy zapalne w chorym stawie, potrzebne są dalsze badania.

Głównym celem opisywanego badania było pogłębienie wiedzy na temat wpływu GLP-1RA na biomarkery zapalne i metabolizmu chrząstki w płynie maziowym, po pojedynczym wstrzyknięciu dostawowym LPS i późniejszym leczeniu liraglutydem. Wybrano model konia, ponieważ stawy ludzkie i końskie są w dużej mierze podobne, podobnie jak odpowiednie patologie OA. Te podobieństwa doprowadziły do uznania konia za jeden z najlepszych modeli dużych zwierząt w badaniach stawów. Ta wysoka wartość translacyjna dla kliniki ludzkiej jest uzupełniona faktem, że koń jest gatunkiem docelowym sam w sobie, z dużą potrzebą kliniczną poprawy leczenia zaburzeń stawów, więc pozytywne wyniki mogą potencjalnie służyć samemu gatunkowi. W tym badaniu najpierw zbadano wpływ liraglutydu na biomarker zapalny w mediach hodowlanych z odpowiednich typów komórek stymulowanych IL-1β i LPS. Następnie liraglutyd został przetestowany w końskim modelu ostrego zapalenia błony maziowej indukowanego LPS, który umożliwia ocenę zarówno mediatorów zapalnych, jak i metabolizmu chrząstki poprzez analizę sekwencyjnych próbek płynu maziowego.

W badaniu najpierw potwierdzono obecność receptora GLP-1 (GLP-1R) w końskiej chrząstce i tkance błony maziowej za pomocą immunohistochemii. Analiza sekwencji wykazała 90,28% zgodności między ludzkimi i końskimi sekwencjami GRP-1R. Następnie zbadano wpływ liraglutydu na biomarker zapalny CCL2 w mediach hodowlanych z odpowiednich typów komórek stymulowanych IL-1β i LPS. Zarówno krew pełna, jak i komórki jednojądrzaste krwi obwodowej (PBMC) stymulowane LPS lub IL-1β wykazywały znacznie zwiększoną produkcję CCL2. Leczenie liraglutydem (8 μM) skutecznie zmniejszało stężenie CCL2 w obu warunkach stymulowanych w porównaniu z warunkami tylko z IL-1β lub LPS.

Czy model konia potwierdza działanie liraglutydu?

Podobne wyniki uzyskano w pierwotnych chondrocytach i synoviocytach końskich. W obu typach komórek stymulacja IL-1β lub LPS zwiększała stężenie CCL2 w mediach hodowlanych. W chondrocytach zarówno 0,5 jak i 8 μM liraglutydu zmniejszało indukowaną IL-1β i LPS odpowiedź CCL2. Synoviocyty wykazywały inny wzorzec reakcji – w synoviocytach stymulowanych IL-1β zastosowanie liraglutydu nie spowodowało zmniejszenia stężenia CCL2, jednak w synoviocytach stymulowanych LPS, 0,5 μM liraglutydu wykazało znaczące zmniejszenie stężenia CCL2, ale 8 μM liraglutydu nie.

Po potwierdzeniu działania przeciwzapalnego liraglutydu na komórki zapalne pochodzące z krwi in vitro, przeprowadzono eksperyment in vivo, aby ocenić jego przekładalność. Wykorzystano model ostrego zapalenia błony maziowej indukowanego LPS u koni, który umożliwia ocenę zarówno mediatorów zapalnych, jak i metabolizmu chrząstki poprzez analizę sekwencyjnych próbek płynu maziowego. Zastosowano projekt kontrolowany placebo, w którym leczenie i placebo (liraglutyd vs roztwór Ringera) były losowo przydzielane do lewego i prawego stawu międzynadgarstkowego każdego zwierzęcia. Zapalenie błony maziowej indukowano w czasie 0 h sterylnym LPS, a dwie godziny później podawano dostawowo 1 ml 6 mg liraglutydu lub placebo. Płyn maziowy zbierano w sześciu punktach czasowych.

Pomimo że LPS przewidywalnie zwiększył poziomy biomarkerów zapalnych i metabolizmu chrząstki, liraglutyd w dawce 6 mg na staw nie zmienił znacząco tych poziomów biomarkerów płynu maziowego w porównaniu z placebo, co jest sprzeczne z wynikami in vitro i modelami OA u gryzoni. Nie zaobserwowano również znaczącej różnicy w asymetrii ruchu głowy w punkcie czasowym 8 h w porównaniu z pomiarem wyjściowym, co sugeruje brak efektu przeciwbólowego.

Jakie wyzwania ujawniają wyniki badań klinicznych?

Badanie to potwierdziło obecność GLP-1R w końskiej chrząstce i tkance błony maziowej oraz wykazało, że in vitro liraglutyd zmniejszał produkcję CCL2 w stymulowanej krwi końskiej, PBMC, chondrocytach i synoviocytach. Jednak in vivo liraglutyd nie złagodził znacząco wzrostu biomarkerów płynu maziowego związanych ze stanem zapalnym i metabolizmem chrząstki w końskim modelu ostrego zapalenia błony maziowej indukowanego LPS, co jest sprzeczne z wynikami in vitro.

Obecność GLP-1R została potwierdzona w różnych typach tkanek, w tym w chrząstce i błonie maziowej. Badanie to stanowi pierwszy dowód na obecność i bioskuteczność GLP-1R w końskiej chrząstce i błonie maziowej, za pomocą IHC i badań funkcjonalnych z udziałem komórek odpornościowych, a także chondrocytów i synoviocytów wczesnego pasażu. Zaobserwowane efekty przeciwzapalne liraglutydu tylko częściowo potwierdzają naszą hipotezę i uzasadniają dalsze badanie potencjalnego szerszego zastosowania GLP-1RA w stanach zapalnych stawów u koni.

Inni wykazali obecność GLP-1R na komórkach odpornościowych. W obecnym badaniu wykorzystano PBMC i krew pełną jako zastępnik komórek odpornościowych obecnych w stawie, podobnie jak wcześniej zgłaszano, a nasze ogólne ustalenia wykazały zmniejszenie CCL2 w mediach hodowlanych końskich PBMC poddanych działaniu IL-1β i LPS, gdy leczono liraglutydem. To, wraz z zaobserwowanym zmniejszeniem odpowiedzi CCL2 indukowanej LPS w krwi pełnej, sugeruje, że liraglutyd może zmniejszyć odpowiedź zapalną w komórkach odpornościowych. Nasze ustalenia są zgodne z badaniami, które wykazały redukcję odpowiedzi indukowanej LPS IL-6, NO i PGE2 w mysich makrofagach. Biorąc pod uwagę, że CCL2 jest ważnym czynnikiem w progresji patologii OA, w tym stanu zapalnego i degradacji chrząstki, ten efekt liraglutydu sugeruje możliwą opcję leczenia w celu zmniejszenia zapalenia błony maziowej o niskim stopniu obserwowanego w OA.

Obecne badanie dodatkowo potwierdza pogląd, że liraglutyd może potencjalnie służyć jako leczenie przeciwzapalne w stawie, pokazując zmniejszenie poziomów CCL2 w końskich chondrocytach stymulowanych IL-1β i LPS, gdy leczono liraglutydem. Podobne efekty zaobserwowano w synoviocytach stymulowanych LPS, jednak nie gdy stymulowano IL-1β. Optymalna dawka liraglutydu nie została jeszcze ustalona i może różnić się w zależności od gatunku lub rodzaju stanu zapalnego. Wcześniejsze badanie wykazało zdolność liraglutydu w stężeniach tak niskich jak 50 i 100 nM do łagodzenia stresu oksydacyjnego indukowanego TNF i zmniejszenia ekspresji genów IL-6 i CCL2 w ludzkich chondrocytach. Inne badania wykazały zmniejszenie mediatorów zapalnych zarówno w chondrocytach, jak i makrofagach, gdy były narażone na liraglutyd w dawkach od 0,0066 do 3,4 μM, przy czym najbardziej znaczące efekty zaobserwowano przy 3,4 μM. Podczas gdy nasz schemat dawkowania częściowo pokrywał się z ich badaniem, zbadaliśmy również wpływ wyższej dawki. W naszym badaniu jednak zastosowanie dawki 8 μM skutkowało podobnymi lub słabszymi właściwościami przeciwzapalnymi w porównaniu z 0,5 μM w końskich chondrocytach i synoviocytach.

Badanie to stanowi pierwsze badanie efektów dostawowo podawanego liraglutydu u dużego zwierzęcia, wykorzystując dobrze ugruntowany model ostrego zapalenia błony maziowej indukowanego LPS u koni. Chociaż LPS przewidywalnie zwiększył poziomy biomarkerów zapalnych i metabolizmu chrząstki, liraglutyd w dawce 6 mg na staw nie zmienił znacząco tych poziomów biomarkerów płynu maziowego w porównaniu z placebo, co jest sprzeczne z wynikami in vitro i modelami OA u gryzoni. Rozbieżność między wynikami in vitro i in vivo podkreśla wyzwania związane z przełożeniem efektów z mniejszych modeli zwierzęcych na większe, a także z in vitro na in vivo. W tym względzie obecny model indukowany LPS jest znacznie różny od modelu MIA, który, w zależności od użytej dawki MIA, powoduje zapalenie błony maziowej, a także punktację chrząstki do erozji i niszczenia kości. Co istotne, ostry i przejściowy charakter modelu LPS przedstawia potencjalne wyjaśnienia obserwowanego braku bioskuteczności in vivo. Badania na ludziach sugerują, że długotrwała ekspozycja na liraglutyd może być bardziej korzystna w zarządzaniu progresją OA w porównaniu z jednorazowym wstrzyknięciem, podkreślając rozbieżność w schematach leczenia między badaniami na zwierzętach i ludziach. Model MIA u szczurów dodatkowo wykazał zdolność liraglutydu do zmniejszenia ekspresji białek związanych ze stanem zapalnym w chrząstce, poprawy wyników ciężkości zapalenia błony maziowej i spowodowania zmniejszonej odpowiedzi bólowej. Jest to sprzeczne z obecnym badaniem, w którym nie znaleziono efektów przeciwbólowych, chociaż zastosowano znacznie inną metodę kwantyfikacji bólu.

Podsumowanie

Osteoartroza (OA) jest powszechną chorobą degeneracyjną stawów, która do 2050 roku może dotknąć prawie 1,2 miliarda ludzi na świecie. Dotychczasowe leczenie koncentruje się głównie na łagodzeniu objawów, nie modyfikując przebiegu choroby. Badania nad liraglutydem, agonistą receptora GLP-1, wykazały jego potencjalne działanie przeciwzapalne w warunkach laboratoryjnych. Badania na modelach zwierzęcych i komórkowych potwierdziły obecność receptora GLP-1 w chrząstce i błonie maziowej oraz zdolność liraglutydu do zmniejszania produkcji markerów zapalnych. Jednak wyniki badań klinicznych są niejednoznaczne – niektóre wskazują na skuteczność w redukcji bólu i spowolnieniu degradacji chrząstki, inne nie wykazują istotnej poprawy. Szczególnie interesujące są rozbieżności między wynikami badań in vitro a in vivo, co podkreśla złożoność problemu i potrzebę dalszych badań nad optymalnym dawkowaniem i schematem leczenia.