Liraglutyd chroni serce w cukrzycy: przełom w leczeniu DCM

Kardiomiopatia cukrzycowa (DCM) to poważne powikłanie cukrzycy, charakteryzujące się dysfunkcją strukturalną i czynnościową mięśnia sercowego przy braku choroby wieńcowej, nadciśnienia czy wad zastawkowych. Według Międzynarodowej Federacji Cukrzycy, w 2024 roku na cukrzycę chorowało 588,7 miliona osób na świecie, a prognozy wskazują na wzrost do 852,5 miliona do 2050 roku. DCM przejawia się głównie apoptozą kardiomiocytów, przerostem i włóknieniem mięśnia sercowego oraz dysfunkcją skurczową i rozkurczową, co prowadzi do zwiększonego ryzyka niewydolności serca i nagłej śmierci. Obecnie brak skutecznych strategii terapeutycznych wykraczających poza ścisłą kontrolę glikemii, szczególnie gdy już doszło do uszkodzenia serca i dysfunkcji rozkurczowej.

Nowe badanie opublikowane w World Journal of Diabetes przez zespół naukowców z Chin przynosi przełomowe odkrycia dotyczące mechanizmu kardioprotekcyjnego liraglutidu – agonisty receptora GLP-1 – w DCM. Badacze wykazali, że lek ten nie tylko poprawia funkcję serca, ale działa poprzez specyficzny szlak molekularny związany z mitofagią – selektywnym usuwaniem uszkodzonych mitochondriów.

Dlaczego mitochondria są kluczowe w kardiomiopatii cukrzycowej?

Mitochondria to główne generatory energii w komórkach, szczególnie istotne dla serca – tkanki o wyjątkowo wysokim zapotrzebowaniu energetycznym. W cukrzycy serca pacjentów z tą chorobą przechodzą z metabolizmu glukozowego na niemal wyłącznie kwasy tłuszczowe jako źródło energii, co zwiększa stres oksydacyjny i prowadzi do dysfunkcji mitochondrialnej oraz uwolnienia czynników proapoptotycznych. Uszkodzone mitochondria wyzwalają mitofagię – selektywną formę autofagii, która usuwa defektowe organelle i przetwarza ich składniki. Skuteczna eliminacja uszkodzonych mitochondriów poprzez wzmocnioną mitofagię chroni kardiomiocyty przed uszkodzeniem cukrzycowym i łagodzi dysfunkcję serca.

Najlepiej poznanym mechanizmem ochronnym u ssaków jest mitofagia zależna od szlaku PINK1/Parkin. W odpowiedzi na stres mitochondrialny, kinaza PINK1 stabilizuje się na zewnętrznej błonie mitochondrialnej i aktywuje poprzez autofosforylację. Następnie rekrutuje ligazę ubikwitynową Parkin, fosforyluje ją w miejscu Ser65 i aktywuje jej aktywność E3, co promuje dalszą ubikwitynację białek błony mitochondrialnej. Poliubikwitynacja katalizowana przez Parkin prowadzi do rekrutacji białka adaptorowego p62 (SQSTM1), które wiąże zarówno ubikwitynę, jak i LC3. Autofagosomy następnie pochłaniają uszkodzone mitochondria i przenoszą je do lizosomów w celu degradacji.

Jak przeprowadzono badanie nad liraglutide w DCM?

Badacze zastosowali dwutorowe podejście eksperymentalne: model in vivo na szczurach oraz badania in vitro na kardiomiocytach noworodkowych szczurów (NRCM). Szczury Sprague-Dawley karmiono dietą wysokotłuszczową (HFD; 60% kcal z tłuszczu) przez 18 tygodni. Po czterech tygodniach HFD szczury otrzymywały iniekcje dootrzewnowe streptozotocyny (STZ) w dawce 30 mg/kg/dzień przez siedem kolejnych dni w celu wywołania niedoboru insuliny. Szczury z poziomem glukozy we krwi powyżej 16,7 mmol/L przez dwa kolejne dni uznano za cukrzycowe.

Szczury z cukrzycą losowo podzielono na trzy grupy (n=8 na grupę) i leczono przez 12 kolejnych tygodni: grupa DCM (0,9% roztwór soli fizjologicznej podskórnie), grupa niskodawkowa liraglutidu (100 μg/kg/dzień podskórnie) oraz grupa wysokodawkowa liraglutidu (200 μg/kg/dzień podskórnie). Szczury karmione normalną dietą i otrzymujące roztwór soli fizjologicznej stanowiły grupę kontrolną. Dysfunkcję serca indukowaną DCM weryfikowano za pomocą echokardiografii po sześciu tygodniach HFD.

W badaniach in vitro kardiomiocyty noworodkowe izolowano z serc 1-3-dniowych szczurów Sprague-Dawley i hodowano w warunkach wysokiej glukozy (25 mmol/L) plus palmitynian (250 μmol/L) – HG+PA – z lub bez różnych stężeń liraglutidu (50-300 nmol/L) przez 24 godziny. Aby zbadać szlaki sygnałowe zaangażowane w efekty ochronne liraglutidu, zastosowano inhibitor AMPK – związek C (5 μg/mL).

Czy liraglutyd poprawia funkcję serca w DCM?

Wyniki echokardiograficzne wykazały znaczący spadek funkcji serca u szczurów z DCM w porównaniu ze szczurami kontrolnymi, głównie w zakresie frakcji wyrzutowej lewej komory (LVEF), skrócenia frakcyjnego lewej komory (LVFS), końcoworozkurczowego wymiaru lewej komory (LVIDd) oraz końcowoskurczowego wymiaru lewej komory (LVIDs). W przeciwieństwie do tego, po 12 tygodniach leczenia liraglutyde w obu dawkach (100 i 200 μg/kg/dzień) zaobserwowano znaczącą poprawę funkcji serca (p<0,05–0,001).

Liraglutyd znacząco obniżył stężenie glukozy na czczo (FBG) u szczurów z DCM, z wyraźniejszą redukcją w grupie wysokodawkowej. Poziomy cholesterolu całkowitego (TC), triglicerydów (TG) i cholesterolu LDL były znacząco wyższe, podczas gdy cholesterol HDL był niższy u szczurów z DCM niż u szczurów kontrolnych – liraglutyd wyraźnie odwrócił te parametry w sposób zależny od dawki (p<0,05).

Jak liraglutyd wpływa na strukturę mięśnia sercowego?

Barwienie metodą Massona ujawniło znaczące włóknienie śródmiąższowe mięśnia sercowego u szczurów z DCM ze zwiększoną frakcją objętościową kolagenu. Po 12 tygodniach stosowania liraglutidu w obu dawkach włóknienie serca było wyraźnie zmniejszone w porównaniu z grupą DCM (p<0,01). Ponadto oznaczenie błony komórkowej za pomocą aglutyniny zarodków pszenicy (WGA) w celu określenia pola przekroju poprzecznego kardiomiocytów wykazało wyraźny przerost kardiomiocytów u szczurów z DCM w porównaniu ze szczurami kontrolnymi, który został silnie złagodzony przez liraglutyd.

Test TUNEL, który wykrywa pęknięcia jądrowego DNA podczas apoptozy, wykazał znacząco zwiększoną apoptozę serca u szczurów z DCM. W przeciwieństwie do tego niebieska fluorescencja reprezentująca apoptozę była wyraźnie słabsza po leczeniu liraglutyde, co wskazuje na zahamowanie apoptozy w kardiomiocytach szczurów z DCM (p<0,001). Western blotting potwierdził, że liraglutyd znacząco zmniejszył ekspresję cleaved caspase-3 – centralnego efektora apoptozy.

„Nasze wyniki pokazują, że liraglutyd wywiera efekty ochronne przeciwko uszkodzeniu tkanki sercowej u szczurów z DCM poprzez zahamowanie apoptozy kardiomiocytów, przerostu i włóknienia” – piszą autorzy badania.

Jaka jest rola mitofagii i szlaku AMPK-Parkin?

Badacze zaobserwowali, że białka związane z mitofagią – Parkin i PINK1 – oraz p-AMPK i AMPK, które regulują równowagę energetyczną i metabolizm, były wyraźnie obniżone w tkance serca szczurów z modelem DCM; zmiany te zostały częściowo odwrócone przez liraglutyd (p<0,05–0,01). Sugeruje to, że mitofagia i szlak AMPK mogą przyczyniać się do kardioprotekcji wywieranej przez liraglutyd.

W badaniach in vitro na kardiomiocytach noworodkowych liraglutyd w stężeniu 100, 200 i 300 nmol/L znacząco zwiększył przeżywalność komórek w sposób zależny od stężenia w warunkach HG+PA. Liraglutyd (200 nmol/L) złagodził apoptozę kardiomiocytów indukowaną przez HG+PA, co potwierdzono barwieniem TUNEL oraz western blottingiem (zmniejszenie cleaved caspase-3). Komórki poddane działaniu HG+PA wykazały znaczący wzrost cytoplazmatycznego cytochromu C, któremu towarzyszyło wyraźne zmniejszenie mitochondrialnego cytochromu C. Co istotne, liraglutyd zahamował uwalnianie cytochromu C indukowane przez HG+PA, a spadek cytoplazmatycznego cytochromu C korelował ze wzrostem we frakcji mitochondrialnej.

W jaki sposób liraglutyd przywraca funkcję mitochondrialną?

Badanie mitochondriów za pomocą sondy MitoTracker Red wykazało, że normalna sieć mitochondrialna charakteryzująca się rurowatymi mitochondriami była obecna w kontrolnych kardiomiocytach. W przeciwieństwie do tego mitochondria w NRCM indukowanych HG+PA były sfragmentowane, podczas gdy liraglutyd wyraźnie przywrócił morfologię mitochondrialną. Pomiary białek związanych z dynamiką mitochondrialną wykazały znaczące wzrosty białek związanych z podziałem mitochondriów (FIS1 i DRP1) oraz spadki białek związanych z fuzją mitochondrialną (MFN1, MFN2 i OPA1) w NRCM traktowanych HG+PA; zmiany te zostały znacząco złagodzone przez liraglutyd (p<0,01–0,001).

Produkcja mitochondrialnych reaktywnych form tlenu (mitoROS) była dramatycznie podwyższona w kardiomiocytach indukowanych HG+PA, podczas gdy liraglutyd znacząco zmniejszył zawartość mitoROS. Potencjał błony mitochondrialnej (MMP), oceniany za pomocą barwienia JC-1, był wyraźnie niższy niż w kontrolnych kardiomiocytach, ale został znacząco zwiększony po leczeniu liraglutyde. Ponieważ generowanie ATP poprzez łańcuch oddechowy jest główną funkcją mitochondriów, zmierzono zawartość ATP i ekspresję białek związanych z łańcuchem oddechowym (NDUFB8, SDHB, MTCO2, UQCR2 i ATP5A1). NRCM indukowane HG+PA wykazały znaczące redukcje w produkcji ATP i ekspresji tych białek; jednak oba parametry zostały wyraźnie zwiększone po interwencji liraglutyde (p<0,01–0,001).

Co dzieje się po zablokowaniu szlaku AMPK?

Aby zbadać, czy efekty ochronne liraglutidu na funkcję serca i mitochondriów występują poprzez wzmocnienie mitofagii zależnej od AMPK, zastosowano związek C – inhibitor AMPK. Związek C wyraźnie odwrócił indukowaną przez liraglutyd redukcję mitoROS w NRCM traktowanych HG+PA (p<0,001). Następnie MMP przywrócony przez liraglutyd został znacząco zmniejszony przez związek C. Związek C również pogorszył morfologię mitochondrialną, która została poprawiona przez liraglutyd.

Mikroskopia elektronowa transmisyjna (TEM) dodatkowo wykazała, że HG+PA zwiększyło frakcję spuchniętych mitochondriów i zmniejszyło względną gęstość grzebieni mitochondrialnych; efekty te zostały częściowo przeciwdziałane przez liraglutyd. W przeciwieństwie do tego, po interwencji związkiem C morfologia mitochondrialna ponownie wykazała częściową utratę grzebieni i wakuolizację, podobnie jak w grupie HG+PA, co sugeruje, że związek C zahamował korzystne efekty liraglutidu na mitochondria.

Ponadto testy TUNEL i western blotting wykazały, że liczba komórek TUNEL-pozytywnych oraz poziomy cleaved caspase-3 i cytoplazmatycznego cytochromu C były znacząco wyższe w grupie związku C niż w grupie liraglutidu, podczas gdy mitochondrialny cytochrom C był wyraźnie niższy (p<0,05–0,001). Te wyniki sugerują, że zahamowanie sygnalizacji AMPK odwraca efekty przeciwutleniające, poprawę morfologii mitochondrialnej i działania przeciwapoptotyczne indukowane przez liraglutyd.

Co więcej, w porównaniu z liraglutyde związek C zahamował mitofagię poprzez zmniejszenie kolokalizacji mitochondriów z lizosomami oraz zmniejszenie stosunku LC3-II/I i poziomów Parkin w NRCM. Dane te silnie wskazują, że liraglutyd chroni kardiomiocyty przed uszkodzeniem mitochondrialnym i apoptozą indukowaną przez HG+PA poprzez wzmocnienie mitofagii mediowanej przez szlak sygnałowy AMPK-Parkin.

Jakie są praktyczne implikacje dla leczenia pacjentów z cukrzycą?

To badanie wykazało znaczący efekt kardioprotekcyjny liraglutidu w DCM, poprawiając funkcję serca i hamując nadmierną apoptozę kardiomiocytów, przerost i włóknienie śródmiąższowe poprzez wzmocnienie funkcji mitochondrialnej. Co najważniejsze, efekt kardioprotekcyjny liraglutidu został osiągnięty poprzez promowanie mitofagii mediowanej przez aktywację szlaku sygnałowego AMPK-Parkin. Odkrycia te sugerują, że mitofagia mediowana przez AMPK-Parkin może być potencjalnym celem terapeutycznym dla skutecznego leczenia DCM lub niewydolności serca związanej z cukrzycą.

Liraglutyd, jako agonista receptora GLP-1, jest już szeroko uznawany za lek redukujący śmiertelność sercowo-naczyniową i zachowujący funkcję serca u pacjentów z cukrzycą, a jego efekty kardioprotekcyjne są niezależne od działania przeciwhiperglikemicznego. Dane z badania LEADER ujawniły niższe wskaźniki hospitalizacji z powodu zastoinowej niewydolności serca oraz zmniejszone ryzyko śmiertelności sercowo-naczyniowej i zgonów z wszystkich przyczyn wśród pacjentów z DCM otrzymujących terapię liraglutyde. Obecne badanie dostarcza mechanistycznego wyjaśnienia tych korzyści klinicznych, wskazując na szlak AMPK-Parkin jako kluczowy cel molekularny.

Dla klinicystów oznacza to potencjał wykorzystania liraglutidu nie tylko jako leku przeciwcukrzycowego, ale jako terapii ukierunkowanej na ochronę serca u pacjentów z ryzykiem niewydolności serca. Szczególnie mogą skorzystać pacjenci z już istniejącą dysfunkcją rozkurczową lub wczesnymi objawami DCM. Jednak należy pamiętać, że wyniki pochodzą z modelu zwierzęcego i wymagają potwierdzenia w badaniach klinicznych u ludzi. Konieczne są również badania nad długoterminowymi efektami oraz interakcjami z innymi terapiami stosowanymi w cukrzycy i chorobach serca.