Zofenopril: ochrona naczyń w T2D niezależna od kontroli glikemii

Czy zofenopril może chronić naczynia niezależnie od kontroli glikemii?

Powikłania sercowo-naczyniowe w otyłości i cukrzycy typu 2 (T2D) wynikają z dysfunkcji śródbłonka, stresu oksydacyjnego i zaburzeń sygnalizacji naczyniowej. W modelach zwierzęcych, takich jak szczury ZDF (Zucker Diabetic Fatty), otyłość i hiperglikemia prowadzą do istotnego upośledzenia funkcji śródbłonka i sygnalizacji tlenku azotu (NO). Coraz więcej danych wskazuje jednak, że kluczową rolę w zaburzeniach metabolicznych odgrywa także szlak siarkowodoru (H₂S) – u pacjentów z T2D potwierdzono obniżone stężenie H₂S w osoczu, przy czym otyłość była głównym czynnikiem determinującym ten efekt. W prawidłowo funkcjonującym układzie naczyniowym endogenny H₂S – produkowany głównie przez tkankę tłuszczową okołonaczyniową (PVAT) – wywiera działanie przeciwkurczowe i przeciwzapalne. W otyłości PVAT traci zdolność do produkcji H₂S i nie jest w stanie równoważyć napięcia naczyniowego.

Zofenopril, inhibitor ACE zawierający grupę sulfhydrylową, oferuje podwójny mechanizm działania: hamuje zwężanie naczyń zależne od angiotensyny II, jednocześnie uwalniając H₂S o działaniu kardioprotekcyjnym i przeciwzapalnym. Uwolnienie H₂S pomaga utrzymać funkcję śródbłonka poza klasycznym hamowaniem ACE, przywracając równowagę rozszerzającą naczynia i łagodząc zaburzenia redoks. Wcześniejsze badania potwierdziły, że u szczurów z nadciśnieniem tętniczym leczenie zofenoprilu zwiększało zdolność do rozkurczu aorty piersiowej poprzez stymulację udziału H₂S i NO. Pomimo obiecujących mechanizmów pozostaje luka w wiedzy dotycząca tego, jak długotrwała terapia zofenoprilu może modulować sygnalizację zależną od H₂S w kontekście T2D.

Jaki był cel i schemat badania przedklinicznego?

Celem badania była ocena skuteczności 4-tygodniowej terapii zofenoprilu w zmniejszaniu zaburzeń naczyniowych u otyłych szczurów ZDF. Porównano ciśnienie skurczowe (SBP), parametry biometryczne, wykorzystanie glukozy, funkcję śródbłonka oraz kurczliwość izolowanych aort piersiowych. Rolę szlaków sygnalizacji siarkowodorowej i azotowej oceniano poprzez badanie odpowiedzi naczyniowych, pomiar ekspresji białek odpowiednich enzymów oraz określenie aktywności syntazy NO w aorcie oraz poziomów H₂S w osoczu i sercu.

Do badania włączono 24 samce szczurów w wieku 15 tygodni, podzielone losowo na trzy grupy (n=8/grupa): szczury kontrolne chude fa/+ (L), szczury otyłe fa/fa (O) oraz szczury otyłe leczone zofenoprilu (OZ). Zofenopril podawano doustnie w dawce 15 mg/kg/dzień przez 4 tygodnie (wiek 16-20 tygodni). Lek był mieszany z pożywieniem, którego ilość obliczano na podstawie spożycia, aby zapewnić dzienne przyjęcie. Badanie obejmowało monitoring ciśnienia krwi na początku (15. tydzień) i na końcu (20. tydzień), doustny test tolerancji glukozy (IGTT, 20. tydzień), oznaczenie profilu lipidowego osocza (20. tydzień) oraz końcowe pobranie tkanek do badań reaktywności naczyniowej i analiz biochemicznych (20. tydzień).

Jak zofenopril wpłynął na parametry metaboliczne i hemodynamiczne?

Otyłe szczury ZDF charakteryzowały się znacząco wyższą masą ciała niż szczury chude (p<0,001), a leczenie zofenoprilu nie wpłynęło istotnie na ten parametr. Masa tłuszczu zaotrzewnowego (RFW) oraz jej stosunek do długości piszczeli (RFW/TL) były znacznie podwyższone u szczurów otyłych (oba p<0,001), a zofenopril nie zmienił znacząco otyłości. U szczurów otyłych zaobserwowano łagodny, ale istotny przerost serca, potwierdzony zwiększoną masą serca (HW) i wskaźnikiem HW/TL (oba p<0,05). Leczenie zofenoprilu odwróciło i znormalizowało przerost serca w grupie leczonej (p<0,01). Podobnie zaobserwowano przerost nerek u szczurów otyłych, odzwierciedlony zwiększoną masą bezwzględną (KW) i wskaźnikiem KDW/TL (oba p<0,001). Oba wskaźniki zostały znacząco zmniejszone przez leczenie zofenoprilu (p<0,01; p<0,001), co sugeruje efekty nerkoochronne.

Profile biochemiczne osocza dostarczyły dodatkowego potwierdzenia fenotypu otyłości. Zmiany poziomu glukozy (GLU) nie różniły się istotnie między wszystkimi grupami. Poziomy trójglicerydów (TAG) były znacząco podwyższone u szczurów otyłych (p<0,001); jednak leczenie zofenoprilu ich nie obniżyło – zamiast tego poziomy TAG były nieco wyższe niż u szczurów otyłych (p<0,05). Całkowity poziom cholesterolu (CHOL) był znacząco wyższy u szczurów otyłych (p<0,01). Zofenopril nie wykazał działania obniżającego lipidy, ponieważ nie zmniejszył poziomu CHOL. Podobnie poziomy HDL-C były zwiększone w obu grupach szczurów otyłych niezależnie od leczenia zofenoprilu (oba p<0,001), bez istotnej różnicy między grupami otyłych i leczonymi.

Na koniec eksperymentu SBP było znacząco podwyższone u szczurów otyłych w porównaniu ze szczurami chudymi (p<0,01). Po 4 tygodniach leczenia zofenopril znacząco obniżył SBP u szczurów otyłych (p<0,01). Test IGTT ujawnił upośledzoną tolerancję glukozy u szczurów otyłych, z podwyższonymi poziomami glukozy we wszystkich punktach czasowych po obciążeniu (F=70,86; p=4,79×10⁻²¹), co również potwierdzono testem post hoc Bonferroniego (p<0,001). Leczenie zofenoprilu nie zmodyfikowało znacząco nietolerancji glukozy w ciągu 4-tygodniowego okresu leczenia, co sugeruje, że jego korzyści naczyniowe występują niezależnie od ogólnoustrojowej kontroli glukozy.

Czy zofenopril poprawia funkcję śródbłonka w otyłości z T2D?

Ocena odpowiedzi rozszerzających zależnych od śródbłonka potwierdziła wpływ zarówno otyłości, jak i podawania zofenoprilu na funkcję śródbłonka (F=11,54, p=1,28×10⁻⁵). Otyłe szczury ZDF wykazały znacząco zmniejszony rozkurcz zależny od śródbłonka wywołany acetylocholiną w porównaniu ze szczurami chudymi (p<0,001). Po 4 tygodniach leczenia zofenoprilu szczury wykazały znacząco poprawiony rozkurcz (p<0,001), zbliżając się do wartości obserwowanych u szczurów chudych. Podobnie potwierdzono wpływ otyłości i leczenia zofenoprilu na kurczliwość aorty (F=80,57, p=1,54×10⁻³⁰). Zaobserwowano znacząco zmniejszone odpowiedzi kurczliwe zależne od dawki na noradrenalinę u szczurów otyłych (p<0,001); jednak leczenie zofenoprilu odwróciło ten efekt (p<0,001).

Eksperymenty z inhibitorem syntazy NO, N^G-nitro-L-argininą metylowym estrem (LN, 10⁻⁵ mol/l) potwierdziły, że ostra preinkubacja pierścieni aorty z LN znacząco hamowała odpowiedzi rozkurczowe zarówno u szczurów chudych (p<0,001), jak i otyłych (p<0,001), potwierdzając rolę NO w funkcji śródbłonka zdrowych i otyłych szczurów (F=471,37, p→0). Hamowanie rozkurczu wywołanego acetylocholiną po ostrym podaniu LN było podobne u leczonych i nieleczonych szczurów otyłych (oba p<0,001). Jednak ponieważ odpowiedź rozkurczowa przy braku inhibitora była większa po podaniu zofenoprilu niż u szczurów otyłych, składnik NO prawdopodobnie zwiększył się po leczeniu.

Jeśli chodzi o wpływ skurczu wywołanego noradrenaliną, wstępne leczenie LN znacząco zwiększyło odpowiedzi kurczliwe tylko u szczurów chudych (F=16,04, p=7,29×10⁻⁵). U szczurów otyłych to wzmocnienie skurczu wywołane przez LN było zmniejszone, wskazując na utratę modulacji napięcia tętniczego zależnej od NO. Leczenie zofenoprilu przywróciło efekt LN, ze znaczącym wzrostem skurczu wywołanego noradrenaliną w porównaniu z nieleczonymi szczurami otyłymi, demonstrując odzyskanie mechanizmu regulacyjnego zależnego od NO (p<0,001).

Jak zofenopril wpływa na szlak H₂S w naczyniach?

Poziomy H₂S w osoczu i sercu były znacząco obniżone u szczurów otyłych (oba p<0,05). Leczenie zofenoprilu zwiększyło poziomy H₂S (oba p<0,05) i przywróciło je do poziomu szczurów kontrolnych chudych. Ocena odpowiedzi rozszerzających zależnych od śródbłonka potwierdziła udział endogennego H₂S w kontroli funkcji śródbłonka głównie u szczurów chudych (F=61,05, p=4,06×10⁻¹⁴). U szczurów kontrolnych chudych odpowiedzi rozkurczowe wywołane acetylocholiną były osłabione przez wstępne leczenie zmiataczem H₂S – subsalicylanem bizmutu (III) (BSC, 10⁻⁵ mol/l, p<0,001), wskazując, że endogenny H₂S przyczynia się do utrzymania funkcji śródbłonka poprzez wspieranie działania rozszerzającego naczynia w warunkach fizjologicznych.

W przeciwieństwie do tego, wstępne leczenie BSC wykazało nieistotny efekt u szczurów otyłych, sugerując, że udział H₂S w rozkurczu śródbłonka był zmniejszony w otyłości. Z drugiej strony, podawanie zofenoprilu odnowiło udział endogennego H₂S w utrzymaniu funkcji śródbłonka, ponieważ wstępne leczenie BSC zmniejszyło rozkurcz wywołany acetylocholiną u szczurów otyłych leczonych zofenoprilu, wskazując na przywrócenie części rozkurczu zależnej od H₂S. Jeśli chodzi o kurczliwość, potwierdzono udział endogennego H₂S zarówno u szczurów chudych, jak i otyłych (F=39,61, p=7,66×10⁻¹⁰), gdzie w obu grupach miał on efekt prokurczliwy (oba p<0,001). Podanie zofenoprilu zwiększyło odpowiedź kurczliwą wywołaną noradrenaliną u szczurów otyłych (p<0,001), a endogennie produkowany H₂S przyczynił się do tego wzrostu (p<0,01).

W porównaniu ze szczurami chudymi poziomy białka CSE (cystathionine γ-lyase) były znacząco zmniejszone w grupie otyłej (p<0,001). Leczenie zofenoprilu znacznie zwiększyło ekspresję CSE (p<0,01); odzyskiwanie wydawało się częściowe dla CSE, ponieważ ekspresja pozostała nadal zmniejszona w porównaniu z grupą kontrolną (p<0,05). Podobnie poziomy białka CBS (cystathionine β-synthase) były również znacząco zmniejszone u szczurów otyłych w porównaniu ze szczurami chudymi (p<0,01). Leczenie zofenoprilu znacznie podniosło ekspresję CBS (p<0,05), przy czym odzyskiwanie wydawało się bliższe szczurom chudym. Barwienie fluorescencyjne wskazuje na większe ilości enzymów CSE i CBS u szczurów otyłych po podaniu zofenoprilu.

Jak zofenopril moduluje szlak tlenku azotu?

Ekspresja enzymów NOS w tkance aorty wykazała istotne zmiany. Poziomy białka śródbłonkowej eNOS były nieznacznie niższe u szczurów otyłych w porównaniu ze szczurami chudymi; jednak różnica nie była istotna. Leczenie zofenoprilu znacznie podniosło ekspresję eNOS (p<0,01). W przeciwieństwie do tego, jeśli chodzi o prozapalną izoformę NOS, poziomy białka iNOS były znacznie zwiększone u szczurów otyłych w porównaniu ze szczurami chudymi (p<0,001). Ponadto zaobserwowano znaczące zmniejszenie podwyższonych poziomów iNOS po leczeniu zofenoprilu (p<0,001).

Zgodnie z tymi ustaleniami całkowita aktywność NOS była znacząco zwiększona u szczurów otyłych w stosunku do szczurów chudych (p<0,001), co w dużej mierze odzwierciedla wzrost ekspresji iNOS. Podawanie zofenoprilu wykazało redukcję całkowitej aktywności NOS w porównaniu z nieleczonymi szczurami otyłymi (p<0,001). To odkrycie wskazuje na normalizację aktywności NOS poprzez supresję iNOS i zachowanie eNOS. Chociaż całkowita aktywność NOS wzrosła u szczurów otyłych, wynikało to głównie z podwyższonej ekspresji iNOS, co wskazuje na przesunięcie w sygnalizacji NO prowadzące do zmniejszonej biodostępności ze stresu nitrozacyjnego. Jest to zgodne z wcześniejszymi modelami cukrzycowymi i otyłymi wykazującymi rozsprzężenie eNOS, zwiększenie iNOS oraz zakłócenie naczyniowej sygnalizacji NO związane z reaktywnymi formami tlenu, przy czym powstający nadtlenek pochodzący z Nox2 i tworzenie się nadazotynu przyczyniają się do dysfunkcji śródbłonka.

Jakie mechanizmy odpowiadają za ochronę naczyniową zofenoprilu?

Badanie wykazało, że szczury otyłe rozwinęły przerost nerek, co odzwierciedla jeden z wczesnych znaków cukrzycowej choroby nerek. Przy leczeniu zofenoprilu przerost nerek został zmniejszony, pokazując jego ochronny wpływ na nerki w kontekście otyłości i cukrzycy. Jest to zgodne z dowodami, że inhibitory ACE zawierające grupę sulfhydrylową nie tylko obniżają SBP, ale także poprawiają równowagę oksydacyjną i spowalniają rozwój uszkodzenia nerek. Porównywalne zmiany zostały również zgłoszone w modelu uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego mięśnia sercowego, gdzie leczenie zofenoprilu chroniło mięsień sercowy przed przebudową poprzez zwiększenie biodostępności NO i H₂S.

Wcześniejsze badania autorów w różnych modelach wykazały, że H₂S działał jako sygnał kompensacyjny w warunkach stresu naczyniowego, takiego jak nadciśnienie tętnicze, hiperglikemia lub zaburzenia metaboliczne. Zostało to potwierdzone u szczurów SHR leczonych fruktozą i inhibitorem ACE2, u przedcukrzycowych szczurów samców i samic oraz w ludzkich tętnicach wewnątrznerkowych pacjentów z nadciśnieniem. W przeciwieństwie do tego obecne wyniki u otyłych szczurów ZDF wykazały zmniejszone poziomy H₂S zarówno w osoczu, jak i w tkance serca, co było związane z utratą składnika rozkurczu zależnej od H₂S.

„Nasze wyniki sugerują, że ciężkie zaburzenia metaboliczne w otyłości osłabiają kompensacyjne działanie H₂S, przy czym sama otyłość jest prawdopodobnie głównym czynnikiem ograniczającym” – piszą autorzy badania. Podobnie Katsouda i wsp. zgłosili obniżoną regulację CSE, CBS i 3-merkaptopirogronianu sulfotransferazy (3-MST) ze zmniejszonym H₂S w depozytach tłuszczowych myszy karmionych dietą zachodnią, podczas gdy Candela i wsp. wykazali, że dysfunkcja śródbłonka mikronaczyniowego w otyłości była napędzana przez zależne od makrofagów wyczerpanie H₂S w naczyniach, co zostało odwrócone przez przywrócenie dostępności H₂S.

Co to oznacza dla praktyki klinicznej?

Niniejsze badanie wykazało, że otyłość i T2D były związane z zaburzeniami sercowo-naczyniowymi i metabolicznymi, w tym dyslipidemią, upośledzoną tolerancją glukozy, podwyższonym SBP oraz dysfunkcją śródbłonka i upośledzoną kurczliwością związaną z utratą endogennego wsparcia H₂S i zaburzeniami sygnalizacji NO. Leczenie zofenoprilu poprawiło funkcję śródbłonka i kurczliwość, reaktywowało szlak H₂S i przywróciło równowagę NO, zapewniając ochronę sercowo-naczyniową niezależną od metabolicznej korekty glikemii lub metabolizmu lipidów. Korzyści zofenoprilu były głównie naczyniowe i narządowo-ochronne i wspierają jego stosowanie w zaburzeniach naczyniowych wywołanych otyłością i cukrzycą.

Badanie ma pewne ograniczenia, które należy uwzględnić przy interpretacji wyników. Okres interwencji był ograniczony do czterech tygodni, co może nie odzwierciedlać długoterminowych efektów zofenoprilu. Chociaż szczur ZDF jest uznanym modelem otyłości związanej z cukrzycą, jego mutacja receptora leptynowego może nie w pełni reprezentować wieloczynnikowego pochodzenia ludzkiej otyłości. Ponadto kluczowe parametry metaboliczne, takie jak wrażliwość na insulinę i szczegółowe subfrakcje lipidowe, nie były oceniane. Przyszłe badania powinny wziąć to wszystko pod uwagę i zająć się potencjałem translacyjnym w warunkach klinicznych.

Wyniki te sugerują, że zofenopril może być szczególnie wartościowy u pacjentów z zespołem metabolicznym, u których standardowa kontrola glikemii i lipidów nie zapewnia wystarczającej ochrony naczyniowej. Zdolność leku do jednoczesnego działania na oba kluczowe szlaki – H₂S i NO – może stanowić przewagę nad klasycznymi inhibitorami ACE w populacji pacjentów z otyłością i T2D. Konieczne są jednak badania kliniczne oceniające długoterminowe efekty i bezpieczeństwo tej strategii terapeutycznej u ludzi.

Jakie są kluczowe wnioski dla lekarzy?

Czterotygodniowa terapia zofenoprilu u otyłych szczurów ZDF z cukrzycą typu 2 skutecznie poprawia funkcję śródbłonka i przywraca równowagę między szlakami H₂S oraz NO. Lek obniża ciśnienie skurczowe, normalizuje przerost serca i nerek oraz zwiększa poziom H₂S w osoczu i sercu. Kluczowym odkryciem jest przywrócenie ekspresji enzymów produkujących H₂S (CSE i CBS) oraz normalizacja profilu syntaz NO poprzez supresję prozapalnej iNOS i wzrost ekspresji eNOS. Co istotne, efekty kardioprotekcyjne i nerkoochronne zofenoprilu występują niezależnie od poprawy glikemii czy profilu lipidowego, co wskazuje na bezpośrednie działanie naczyniowe i narządowo-ochronne. Wyniki te wspierają stosowanie zofenoprilu w zapobieganiu powikłaniom sercowo-naczyniowym u pacjentów z otyłością i zespołem metabolicznym, szczególnie gdy standardowa kontrola metaboliczna nie zapewnia wystarczającej ochrony naczyniowej.