Simwastatyna a nadciśnienie: Nowy mechanizm działania poprzez hamowanie 20-HETE

Czy simwastatyna zmienia reguły w leczeniu nadciśnienia?

Simwastatyna może hamować produkcję 20-HETE – nowy mechanizm działania przeciwnadciśnieniowego

20-Hydroksyeikozatetraenowy kwas (20-HETE) jest metabolitem kwasu arachidonowego produkowanym w organizmie człowieka głównie przez enzymy z rodziny cytochromu P450 (CYP4), w szczególności CYP4A11 i izoenzymy CYP4F. Enzymy te występują w dużych ilościach w wątrobie i nerkach, ale można je również znaleźć w płytkach krwi, mózgu i sercu. 20-HETE odgrywa istotną rolę w homeostazie układu sercowo-naczyniowego poprzez zwiększanie agregacji płytek krwi, wywoływanie skurczu naczyń, indukowanie stanu zapalnego, stymulowanie podziału komórek oraz zmniejszanie wydzielania insuliny z trzustki. Liczne badania wykazały, że podwyższone poziomy 20-HETE mają szkodliwy wpływ na układ sercowo-naczyniowy i są powiązane z chorobami takimi jak nadciśnienie tętnicze i niewydolność serca. Ponadto, zwiększoną ekspresję enzymów CYP syntetyzujących 20-HETE zaobserwowano w przypadku toksyczności sercowo-naczyniowej wywołanej przez NLPZ oraz doksorubicynę.

Statyny, które hamują reduktazę 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-koenzymu A, zmniejszają endogenną produkcję cholesterolu i są powszechnie stosowane w leczeniu hipercholesterolemii. Statyny dzielą się na krótko-, średnio- i długodziałające. Najpopularniejsze statyny to simwastatyna, atorwastatyna i rosuwastatyna. Oprócz korzystnego wpływu na profil lipidowy, statyny wykazują działanie plejotropowe w leczeniu chorób układu krążenia. Obniżają ciśnienie krwi i zwiększają dopływ krwi do serca poprzez indukcję śródbłonkowej syntazy tlenku azotu. Statyny są metabolizowane w wątrobie głównie przez enzymy CYP3A4 i CYP2C9.

Jeśli chodzi o wpływ statyn na rodzinę CYP4, Kocarek i Reddy (1996) odkryli, że statyny, szczególnie lowastatyna, simwastatyna i fluwastatyna, zwiększają ekspresję mRNA i białka CYP4A w hodowanych hepatocytach szczurzych oraz in vivo w wątrobie szczura. Natomiast prawastatyna miała minimalny wpływ na ekspresję CYP4A. Ponieważ 20-HETE pojawia się jako nowy cel terapeutyczny w leczeniu nadciśnienia, a statyny są znane ze swoich właściwości kardioprotekcyjnych i przeciwnadciśnieniowych, wciąż nie zbadano dokładnie ich wpływu na tworzenie 20-HETE.

Jak statyny wpływają na produkcję 20-HETE?

Badacze postanowili zbadać, czy powszechnie stosowane statyny mogą wpływać na produkcję 20-HETE. Przeprowadzili badania in vitro z wykorzystaniem ludzkich mikrosom wątrobowych oraz analizy dokowania molekularnego, aby ocenić wpływ simwastatyny, atorwastatyny i rosuwastatyny na tworzenie 20-HETE. W badaniach wykorzystano mikrosomy wątroby ludzkiej, ponieważ enzymy CYP450, w tym te syntetyzujące 20-HETE, są w dużym stopniu wyrażone w wątrobie, co pozwala na wyraźną ocenę wpływu statyn na produkcję 20-HETE.

Wyniki badania wykazały, że simwastatyna wykazuje zależną od dawki zdolność do hamowania tworzenia 20-HETE w mikrosomach ludzkiej wątroby, z wartością IC₅₀ wynoszącą 10,4 μM. “Nasze badanie pokazuje, że simwastatyna działa jako konkurencyjny inhibitor produkcji 20-HETE, co może stanowić dodatkowy mechanizm jej działania przeciwnadciśnieniowego” – piszą autorzy badania. Co ciekawe, atorwastatyna i rosuwastatyna nie wykazały aktywności hamującej wobec tworzenia 20-HETE.

Analiza kinetyki enzymatycznej z wykorzystaniem wykresu Lineweavera-Burka wykazała, że wartość Km tworzenia 20-HETE znacząco wzrosła w obecności trzech różnych stężeń simwastatyny, podczas gdy wartość Vmax pozostała niezmieniona. Wskazuje to, że simwastatyna działa jako konkurencyjny inhibitor, współzawodnicząc z kwasem arachidonowym o miejsce aktywne enzymów CYP4. Badacze obliczyli również kinetykę Michaelisa-Mentena produkcji 20-HETE w mikrosomach wątroby ludzkiej. Ustalono, że wartość Km wynosi 110 μM, a Vmax wynosi 3 μM/min/mg.

Badania dokowania molekularnego potwierdziły te obserwacje, wykazując, że simwastatyna ma wysokie powinowactwo do enzymów CYP4F2, CYP4A11 i CYP4F3B, z wartościami najniższej energii wiązania (LEB) odpowiednio -9,93, -11,06 i -11,55 kcal/mol. Simwastatyna tworzy wiązania wodorowe z resztami GLU328 i VAL397 w CYP4F2 oraz GLY388 i GLU321 w CYP4A11. W przypadku CYP4F3B simwastatyna tworzy wiązanie wodorowe z ALA397 i oddziałuje z kilkoma resztami hydrofobowymi i aromatycznymi, takimi jak TYR125, VAL395, LEU504, PHE327, LEU137 i PHE124, w bliskim sąsiedztwie grupy hemowej.

Dla porównania, HET0016, znany inhibitor 20-HETE, wykazał umiarkowane wiązanie z tymi enzymami, z wartościami LEB wynoszącymi -7,64, -7,78 i -7,83 kcal/mol odpowiednio dla CYP4F2, CYP4A11 i CYP4F3B. Rosuwastatyna wykazała umiarkowane wiązanie z CYP4F3B (LEB = -7,04 kcal/mol) i brak powinowactwa do CYP4F2 (LEB = +3,02 kcal/mol) oraz tylko słabe powinowactwo do CYP4A11 (LEB = -3,03 kcal/mol). Natomiast atorwastatyna wykazała niekorzystny profil wiązania ze wszystkimi enzymami CYP, z dodatnimi wartościami LEB (+38,06, +24,33, +26,69 kcal/mol) odpowiednio dla CYP4F2, CYP4A11 i CYP4F3B, co sugeruje, że nie oddziałuje efektywnie z miejscem aktywnym.

Jedną z ważnych interakcji z enzymami CYP jest wiązanie z cząsteczką hemu. HET0016 może oddziaływać z hemem w CYP4F2 i CYP4A11, ale simwastatyna może oddziaływać z hemem tylko w CYP4A11. Oba ligandy oddziałują z zachowanymi resztami krytycznymi dla wiązania substratu (np. GLU328 w CYP4F2 i GLU321 w CYP4A11) i koordynują z żelazem hemu, co jest charakterystyczne dla wiązania ortostatycznego w enzymach cytochromu P450, poprzez konkurowanie z naturalnym substratem o wiązanie z miejscem aktywnym.

Czy kliniczne znaczenie hamowania 20-HETE jest istotne?

Jakie znaczenie kliniczne mają te odkrycia? Simwastatyna jest szeroko przepisywanym lekiem o wielu korzystnych efektach w chorobach układu krążenia. Zaobserwowano, że simwastatyna obniża ciśnienie krwi u pacjentów z hipercholesterolemią, jednak dokładny mechanizm tego działania nie był w pełni zrozumiany. Niektóre badania wykazały, że simwastatyna zwiększa poziom wazodylatacyjnego tlenku azotu i zmniejsza efekt wazokonstrykcyjny angiotensyny II. Czy zatem hamowanie produkcji 20-HETE może być jednym z mechanizmów przeciwnadciśnieniowego działania simwastatyny?

Autorzy badania sugerują, że tak właśnie może być. “Nasze badanie dodaje nowy potencjalny mechanizm przeciwnadciśnieniowego działania simwastatyny, który polega na zmniejszeniu tworzenia 20-HETE poprzez hamowanie enzymów CYP450 metabolizujących kwas arachidonowy” – podkreślają badacze. Ponieważ 20-HETE jest uważany za nowy cel w leczeniu nadciśnienia, simwastatyna może mieć potencjał w leczeniu nadciśnienia u pacjentów z podwyższonym poziomem 20-HETE.

Warto zauważyć, że obecnie brakuje bezpiecznych inhibitorów tworzenia 20-HETE. Eksperymentalnie, HET0016 i SKF-525 A są szeroko stosowane w badaniach in vitro, jednak ich bezpieczeństwo do zastosowania klinicznego pozostaje niejasne. W przeciwieństwie do nich, simwastatyna jest powszechnie stosowana i ma akceptowalny profil bezpieczeństwa. Główne niepożądane działania simwastatyny obejmują zaparcia, miopatię i podwyższenie enzymów wątrobowych, które są generalnie dobrze tolerowane.

Jak sekrety kinetyki i dokowania wpływają na mechanizm działania?

Wu i współpracownicy donoszą, że sezamina hamuje produkcję 20-HETE in vitro, z wartością IC₅₀ poniżej 20 μM. Dodatkowo, to samo badanie wykazało, że spożycie sezaminy znacząco zmniejszyło zarówno poziom 20-HETE w osoczu, jak i w moczu. W omawianym badaniu simwastatyna została zidentyfikowana jako inhibitor produkcji 20-HETE w mikrosomach wątroby ludzkiej, z IC₅₀ wynoszącym 10,4 μM. Ponadto, analiza kinetyczna z wykorzystaniem wykresów Lineweavera-Burka wykazała, że simwastatyna działa jako inhibitor konkurencyjny, na co wskazuje wzrost K_m bez wpływu na V_max. Sugeruje to, że simwastatyna konkuruje z kwasem arachidonowym o miejsce aktywne CYP4A11, 4F2 i 4F3B.

Czy wyniki te można bezpośrednio przełożyć na praktykę kliniczną? Autorzy przyznają, że istnieją pewne ograniczenia badania. Stężenie kwasu arachidonowego użyte w badaniu in vitro (150 μM) jest wyższe niż fizjologiczny zakres zwykle występujący w tkankach (0,1 do 10 μM), chociaż poziomy mogą przekraczać nawet 500 μM w określonych warunkach patologicznych. Jednakże, wybrane stężenie opierało się na ustalonych protokołach naukowych, które zalecają stosowanie stężenia substratu bliskiego wartości K_m zgodnie z kinetyką Michaelisa-Mentena. Biorąc pod uwagę rozbieżność między fizjologicznymi a eksperymentalnymi stężeniami kwasu arachidonowego, należy zachować ostrożność przy ekstrapolacji tych wyników in vitro na fizjologię człowieka.

Ponadto, maksymalne stężenie simwastatyny w osoczu wynosi około 14,84 μM, co jest bliskie wartości IC₅₀ zaobserwowanej w badaniu. Sugeruje to potencjalny efekt hamujący simwastatyny na produkcję 20-HETE in vivo, jednak konieczne są dalsze badania kliniczne, aby potwierdzić, czy simwastatyna może skutecznie zmniejszyć poziom 20-HETE w osoczu u ludzi.

Czy struktura statyn decyduje o ich efektywności?

Chociaż dane kinetyczne uzyskane z analizy Lineweavera-Burka są zgodne z mechanizmem inhibicji konkurencyjnej, nie można stwierdzić, że simwastatyna hamuje CYP4F2, CYP4A11 i CYP4F3B poprzez ten sam mechanizm, ponieważ w badaniu wykorzystano mikrosomy wątroby ludzkiej, a nie oczyszczone pojedyncze enzymy CYP4.

W wątrobie ludzkiej, CYP4A11, CYP4F2, CYP4F3B są głównymi enzymami CYP450 zaangażowanymi w produkcję 20-HETE. CYP4A11 jest głównym enzymem w wątrobie do metabolizmu kwasu arachidonowego, podczas gdy CYP4F odgrywają mniejszą rolę. Badania in vitro wykazały, że simwastatyna hamowała produkcję 20-HETE w komórkach wątroby ludzkiej w sposób zależny od dawki. Dodatkowo, model komputerowy przewidział, że simwastatyna ma wyższe powinowactwo do CYP4A11 i CYP4F3B w porównaniu do CYP4F2. Jednakże, ekspresja CYP4F3B w wątrobie jest niska. Dlatego prawdopodobne jest, że simwastatyna hamuje produkcję 20-HETE w wątrobie głównie poprzez hamowanie CYP4A11.

Różnice między statynami dotyczące ich hamowania CYP4A11, CYP4F2 i CYP4F3B mogą wynikać z odmienności w strukturze chemicznej. Główną różnicą chemiczną w strukturze tych związków jest to, że simwastatyna ma niższą masę cząsteczkową i mniej rotujących wiązań niż zarówno atorwastatyna, jak i rosuwastatyna, co sprawia, że simwastatyna jest strukturalnie bardziej podobna do zgłoszonego inhibitora HET0016.

Jakie pytania pozostają otwarte?

Jakie pytania pozostają otwarte? Czy efekt hamowania 20-HETE przez simwastatynę jest klinicznie istotny u pacjentów z nadciśnieniem? Czy ten mechanizm może wyjaśniać różnice w skuteczności przeciwnadciśnieniowej między różnymi statynami? Czy można wykorzystać te odkrycia do opracowania nowych strategii leczenia nadciśnienia i chorób sercowo-naczyniowych?

Istnieją pewne ograniczenia tego badania: nie testowano innych, rzadziej stosowanych statyn, i nie przeprowadzono eksperymentów in vivo w celu potwierdzenia wyników dokowania i badań in vitro. W związku z tym, wyniki tego badania zachęcają do przeprowadzenia przyszłych badań in vivo na zwierzętach i ludziach dotyczących wpływu simwastatyny na poziomy 20-HETE i korelacji z funkcjami układu krążenia. Dodatkowo, ponieważ 20-HETE odgrywa rolę w patogenezie chorób układu krążenia, dalsze badania in vitro dotyczące hamującego wpływu simwastatyny na produkcję 20-HETE z wykorzystaniem mikrosom serca mogą dostarczyć cennych informacji.

Podsumowując, simwastatyna jest konkurencyjnym inhibitorem tworzenia 20-HETE poprzez hamowanie enzymów CYP450 metabolizujących kwas arachidonowy. Badanie sugeruje, że simwastatyna może obniżać ciśnienie krwi poprzez hamowanie tworzenia 20-HETE. Konieczne są dalsze badania kliniczne, aby potwierdzić te odkrycia, ocenić wpływ simwastatyny na poziom 20-HETE w osoczu i określić pełne korzyści sercowo-naczyniowe tego mechanizmu działania.

Podsumowanie

Badania wykazały, że simwastatyna, powszechnie stosowany lek na obniżenie cholesterolu, może hamować produkcję 20-HETE – metabolitu kwasu arachidonowego związanego z nadciśnieniem tętniczym. W przeciwieństwie do innych statyn (atorwastatyny i rosuwastatyny), simwastatyna wykazuje zdolność do konkurencyjnego hamowania enzymów CYP450 odpowiedzialnych za syntezę 20-HETE, z wartością IC50 wynoszącą 10,4 μM. Badania dokowania molekularnego potwierdziły wysokie powinowactwo simwastatyny do enzymów CYP4F2, CYP4A11 i CYP4F3B. Ten nowo odkryty mechanizm działania może wyjaśniać przeciwnadciśnieniowe właściwości simwastatyny, choć konieczne są dalsze badania kliniczne dla potwierdzenia tych obserwacji w warunkach in vivo.