TZD vyvolávají ztrátu kostní hmoty aktivací kostní resorpce a inhibicí kostní formace
Syntetičtí agonisté PPARγ, thiazolidindiony (TZD), známé také jako glitazony, se široce používají k léčbě diabetu mellitu 2. typu (tabulka 10.1). Aktivace PPARγ pomocí TZD zlepšuje citlivost na inzulin u hlodavců a lidí prostřednictvím kombinace metabolických účinků, včetně rozdělení zásob lipidů a regulace metabolických a zánětlivých mediátorů pojmenovaných adipokiny. TZD se také podílejí na kontrole buněčné proliferace, aterosklerózy, funkce makrofágů a imunity . První prototypickou sloučeninou TZD byl ciglitazon, který se nikdy nepoužíval jako lék, ale podnítil zájem o funkci TZD . Jako antidiabetický a protizánětlivý lék byl troglitazon prvním perorálním TZD schváleným pro použití při léčbě diabetu mellitu nezávislého na inzulínu (NIDDM). Kvůli potenciálnímu riziku lékové hepatitidy byl však troglitazon v březnu 2000 stažen z trhu v USA . Pomocí izolovaných potkaních kardiomyocytů bylo zjištěno, že netoglitazon (MCC-555) má agonistickou aktivitu PPARγ a vykazuje preklinický přínos, a proto byl vybrán pro další klinický vývoj jako léčba diabetu . Vzhledem k tomu, že mnoho pacientů léčených netoglitazonem nebylo schopno odpovídajícím způsobem kontrolovat hladinu cukru v krvi a byli náchylní k závažným komplikacím, jako je retinopatie, neuropatie a nefropatie, společnost Mitsubishi Pharma v roce 2006 pozastavila jeho používání v japonských studiích fáze II. V současné době jsou na trhu rosiglitazon (Avandia, Avandamet, Avandaryl) a pioglitazon (Actos, Glustin) a balaglitazon (DRF 2593) je ve fázi III klinických studií (tabulka 10.1).
Léky často provázejí nežádoucí účinky a TZD nejsou výjimkou. Mezi nežádoucí účinky TZD patří přibývání na váze, retence tekutin, městnavé srdeční selhání a zlomeniny kostí . Stále více zpráv naznačuje, že rosiglitazon i pioglitazon jsou spojeny s vyšším rizikem zlomenin: při čtyřleté léčbě rosiglitazonem bylo u 4360 pacientů s diabetem 2. typu ve studii ADOPT (A Diabetes Outcome Progression Trial) zjištěno zvýšené riziko zlomenin u žen ; podobně je tomu i u pioglitazonu, u kterého byly zjištěny stejné nežádoucí účinky . Souhrnné hodnocení bezpečnosti 19 studií u 8100 pacientů léčených pioglitazonem ve srovnání se 7400 pacienty léčenými komparátorem ukazuje, že u 2,6 % žen užívajících pioglitazon došlo ke zlomenině ve srovnání s 1,7 % žen, které dostávaly komparátor; u mužů léčených pioglitazonem (1,3 %) ve srovnání s muži léčenými komparátorem (1,5 %) nebyly zjištěny žádné rozdíly ve zlomeninách . Zajímavé je, že jiná klinická studie uvádí, že v souboru 84 339 pacientů (průměrný věk 59 let, 43 % žen) bylo u pacientů léčených TZD riziko periferních zlomenin o 28 % vyšší než u pacientů léčených kontrolním preparátem sulfonylurey; pioglitazon byl spojen s větším počtem zlomenin jak u mužů, tak u žen, zatímco rosiglitazon byl spojen s větším počtem zlomenin pouze u žen; navíc byl pioglitazon spojen s vyšší mírou zlomenin než rosiglitazon – proto byl učiněn závěr, že muži i ženy užívající TZD mohou být vystaveni zvýšenému riziku zlomenin a pioglitazon může být se zlomeninami spojen silněji než rosiglitazon . U pacientů léčených pioglitazonem byla většina zlomenin lokalizována v distální části horní nebo dolní končetiny; bylo také zaznamenáno snížení hustoty kostního minerálu v oblasti bederní páteře a kyčle . Další nedávná studie navíc díky odběru párově uložených výchozích a 12měsíčních vzorků séra od 1605 účastníků (689 žen, 916 mužů) studie ADOPT ukázala, že CTX-1 (C-terminální telopeptid pro kolagen typu 1), marker kostní resorpce, byl zvýšen o 6,1 % ve skupině s rosiglitazonem u žen, ale ne u mužů; P1NP (N-propeptid prokolagenu typu 1) a kostní alkalická fosfatáza, dva markery kostní formace, byly sníženy jak u žen, tak u mužů. Proto byl učiněn závěr, že důležitým mechanismem, který přispívá k vyššímu riziku zlomenin u žen užívajících TZD, může být kromě snížené tvorby kosti také nadměrná kostní resorpce .
Nedávné studie na myších modelech poskytly mechanistické poznatky o tom, jak TZD zvyšují kostní resorpci -rosiglitazon podporuje osteoklastogenezi a indukuje úbytek kostní hmoty prostřednictvím transkripční sítě složené z PPARγ, c-fos, PGC1β a ERRα. Během diferenciace osteoklastů v kostní dřeni in vitro podporuje léčba rosiglitazonem osteoklastogenezi přímým zvýšením exprese mRNA transkripčního faktoru c-fos indukovaného RANKL, což vede k urychlené indukci genů specifických pro osteoklasty, včetně TRAP (tartrát-rezistentní kyselá fosfatáza typu 5, Acp5), kalcitoninového receptoru, karbonické anhydrázy 2, katepsinu K, matrix metalopeptidázy-9 a NFATc1. Tento proosteoklastogenní účinek rosiglitazonu byl u buněk kostní dřeně PPARγ-/- zcela zrušen, což dokazuje, že jsou závislé na PPARγ . Rosiglitazon navíc také zvyšuje expresi mRNA PGC1β a ERRα, což indukuje geny zapojené do biogeneze mitochondrií a oxidace mastných kyselin, což vede k aktivaci osteoklastů . K vyhodnocení účinků dlouhodobé léčby rosiglitazonem in vivo byl myším denně perorálně podáván rosiglitazon (10 mg/kg/den) nebo kontrolní látka po dobu 6 týdnů. Výsledky ukazují, že rosiglitazon způsobil významné zvýšení markeru kostní resorpce i počtu osteoklastů u wt myší, ale ne u myší s hematopoetickým knockoutem PPARγ, což naznačuje, že rosiglitazonem zprostředkovaná aktivace osteoklastů je do značné míry autonomní na hematopoetických buňkách .
Při diferenciaci osteoklastů v kostní dřeni in vitro léčba rosiglitazonem rovněž potencuje indukci PGC1β pomocí RANKL, což naznačuje důležitou roli PGC1β při stimulaci osteoklastogeneze rosiglitazonem. Ačkoli rosiglitazon skutečně vysoce stimuluje tvorbu vícejaderných TRAP-pozitivních zralých osteoklastů v diferenciační kultuře wt, tento účinek je v kultuře PGC1β-/- výrazně oslaben . V souladu s tím delece PGC1β zabraňuje rosiglitazonu potencovat expresi transkripčních faktorů indukovaných RANKL (c-fos a NFATc1) a genů pro funkci osteoklastů (TRAP, karboanhydráza 2 a kalcitoninový receptor) . Rosiglitazon ve spojení s RANKL navíc podporuje expresi mRNA ERRα, čímž indukuje expresi cílových genů ERRα zapojených do mitochondriální biogeneze a oxidace mastných kyselin. Tyto účinky rosiglitazonu jsou závislé na PGC1β a ERRα, protože byly zrušeny v diferenciačních kulturách PGC1β-/- nebo ERRα-/-. Stejně jako PPARγ je i PGC1β nutný pro rosiglitazonem indukovanou kostní resorpci a úbytek kostní hmoty u myší, protože tyto účinky byly zcela zrušeny u myší s knockoutem hematopoetického PGC1β .
Vzhledem k omezením TZD vedlejšími účinky, které zahrnují úbytek kostní hmoty, přibývání na váze a retenci tekutin, byla vyvinuta řada ne-TZD agonistů PPARγ (tabulka 10.1). Na rozdíl od plných agonistů PPARγ TZD je INT131 vysoce účinný, ne-TZD, selektivní modulátor PPARγ, který je v současné době ve fázi II klinických studií pro léčbu diabetes mellitus 2. typu . Jako selektivní modulátor PPARγ aktivuje INT131 PPARγ s maximální aktivitou asi 10 % aktivity rosiglitazonu a rekrutuje vybrané koaktivátory s maximální aktivitou asi 20-25 % aktivity rosiglitazonu, pioglitazonu a troglitazonu; INT131 nevyvolává diferenciaci adipocytů ani akumulaci triglyceridů v lidských a myších pre-adipocytech in vitro, což naznačuje, že INT131 má žádoucí, neadipogenní účinek . Stejně jako INT131 je i MBX-102 novým selektivním parciálním agonistou PPARγ odlišným od rosiglitazonu, který vykazuje antidiabetické a inzulin-senzitizující vlastnosti u hlodavčích diabetických modelů; důležitější je, že dlouhodobá léčba MBX-102 vedla ke srovnatelné účinnosti ve srovnání s rosiglitazonem a zároveň postrádala typické vedlejší účinky PPARγ ; MBX-102 indukuje méně diferenciace lidských adipocytů ve srovnání s rosiglitazonem; v mezenchymálních buňkách MBX-102 neinhibuje expresi markeru osteoblastogeneze a vysoká dávka MBX-102 může částečně antagonizovat účinek rosiglitazonu na diferenciaci osteoblastů . Je zajímavé, že na rozdíl od tradičního agonisty PPARγ vykazuje SR1664, neagonistický ligand PPARγ, který postrádá klasický transkripční agonismus PPARγ, ale přesto blokuje fosforylaci PPARγ na serinu 273 pomocí Cdk5 (cyklin-dependentní kináza 5), silnou antidiabetickou aktivitu, aniž by způsoboval retenci tekutin a přírůstek hmotnosti; na rozdíl od rosiglitazonu SR1664 nestimuluje diferenciaci adipocytů ani akumulaci lipidů a neovlivňuje rozsah kalcifikace ani expresi markerů osteoblastů v buňkách MC3T3-E1, což naznačuje, že může také eliminovat inhibici tvorby kostí pozorovanou u rosiglitazonu . Není však jasné, zda léčba přípravky INT131, MBX-102 nebo SR1664 způsobuje úbytek kostní hmoty a zvyšuje kostní resorpci in vivo, na lidských nebo zvířecích modelech. Proto jsou tito ne-TZD agonisté PPARγ slibnými novými diabetickými léky s menšími vedlejšími účinky, ale k úplnému prozkoumání jejich důsledků na homeostázu skeletu jsou nutné komplexní preklinické a klinické studie.
Na rozdíl od agonistů PPARγ, kteří vyvolávají úbytek kostní hmoty prostřednictvím zvýšení kostní resorpce, agonisté PPARα, jako je fenofibrát a wyeth 14643, navíc přímo inhibují diferenciaci osteoklastů prostřednictvím blokády dráhy NFκB . Fenofibrát se v současné době používá k léčbě hypercholesterolemie a hypertriglyceridémie. Nedávná studie na ovariektomovaných potkanech naznačuje, že fenofibrát by mohl být prospěšný pro skelet . Ve světle těchto zjištění se duální agonisté PPARα/γ stávají slibnou kombinovanou strategií pro léčbu diabetes mellitus 2. typu, aby se zabránilo řadě vedlejších účinků. Z různých duálních agonistů PPARα/γ dokončili klinické studie fáze III muraglitazar a tesaglitazar, ale oba byly v roce 2006 pozastaveny kvůli obavám o bezpečnost . Bylo oznámeno, že aleglitazar je nový, vyvážený duální agonista PPARα/γ určený k minimalizaci vedlejších účinků souvisejících s PPARγ při léčbě diabetes mellitus 2. typu . Podobně indeglitazar je další zkoušený lék, který má strukturální základ pro PPAR pan-aktivitu a částečnou agonistickou odpověď vůči PPARγ; indeglitazar je méně účinný v podpoře diferenciace adipocytů a pouze částečně účinný ve stimulaci genové exprese adiponektinu ve srovnání s plným agonistou PPARγ rosiglitazonem; hodnocení in vivo potvrdilo sníženou odpověď adiponektinu u zvířecích modelů obezity a diabetu, ale odhalilo silné příznivé účinky na glukózu, triglyceridy, cholesterol, tělesnou hmotnost a další metabolické parametry . Nicméně je stále zapotřebí předklinických hodnocení farmakologických účinků těchto nových sloučenin na kostní hmotu, kostní resorpci a tvorbu kostí, aby bylo možné lépe předpovědět, jak ovlivňují bezpečnost kostí v klinickém prostředí
.