TZD’er inducerer knogletab ved at aktivere knogleresorption og hæmme knogledannelse
De syntetiske PPARγ agonister, thiazolidinedioner (TZD’er), også kendt som glitazoner, anvendes i vid udstrækning til behandling af diabetes mellitus type 2 (Tabel 10.1). Aktivering af PPARγ med TZD’er forbedrer insulinfølsomheden hos gnavere og mennesker gennem en kombination af metaboliske handlinger, herunder partitionering af lipidlagre og regulering af metaboliske og inflammatoriske mediatorer kaldet adipokiner. TZD’er er også blevet inddraget i kontrollen af celleproliferation, åreforkalkning, makrofagfunktion og immunitet . Den første prototypiske forbindelse af TZD’er var ciglitazon, som aldrig blev anvendt som medicin, men som vakte interesse for TZD’ernes funktion . Som et antidiabetisk og antiinflammatorisk lægemiddel var troglitazon det første orale TZD, der blev godkendt til brug ved behandling af ikke-insulinafhængig diabetes mellitus (NIDDM) . På grund af den potentielle risiko for lægemiddelinduceret hepatitis blev troglitazon imidlertid trukket tilbage fra det amerikanske marked i marts 2000 . Ved hjælp af isolerede rottekardiomyocytter blev det konstateret, at netoglitazon (MCC-555) har PPARγ-agonistaktivitet og prækliniske fordele, og det blev derfor udvalgt til yderligere klinisk udvikling som behandling af diabetes . Da mange patienter, der blev behandlet med netoglitazon, ikke var i stand til at kontrollere blodsukkeret korrekt og var modtagelige for alvorlige komplikationer som f.eks. retinopati, neuropati og nefropati, indstillede Mitsubishi Pharma det i japanske fase II-forsøg i 2006. I øjeblikket markedsføres rosiglitazon (Avandia, Avandamet, Avandaryl) og pioglitazon (Actos, Glustin), og balaglitazon (DRF 2593) er i kliniske fase III-forsøg (tabel 10.1).
Lægemidler er ofte ledsaget af bivirkninger, og TZD’er er ingen undtagelse. Bivirkninger af TZD’er omfatter vægtøgning, væskeretention, kongestiv hjertesvigt og knoglefrakturer . Flere og flere rapporter tyder på, at både rosiglitazon og pioglitazon er forbundet med en højere risiko for knoglebrud: med 4 års rosiglitazonbehandlinger viste 4360 type 2-diabetiske patienter i ADOPT (A Diabetes Outcome Progression Trial) en øget risiko for knoglebrud hos kvinder ; på samme måde er pioglitazon også blevet rapporteret at have de samme bivirkninger . En samlet sikkerhedsvurdering af 19 undersøgelser af 8100 pioglitazonbehandlede patienter sammenlignet med 7400 patienter, der blev behandlet med et sammenligningsmiddel, viser, at 2,6 % af de kvindelige pioglitazonmodtagere fik et brud sammenlignet med 1,7 % af de kvinder, der fik sammenligningsmidlet; der var ingen forskelle i brud blandt mænd behandlet med pioglitazon (1,3 %) i forhold til mænd behandlet med sammenligningsmidlet (1,5 %) . Interessant nok rapporterer en anden klinisk undersøgelse, at blandt en kohorte på 84 339 patienter (gennemsnitsalder 59 år, 43 % kvinder) var patienterne, der blev behandlet med TZD’er, forbundet med en 28 % øget risiko for perifere frakturer sammenlignet med patienter, der blev behandlet med en sulfonylurinstofkontrol; pioglitazon var forbundet med flere frakturer hos både mænd og kvinder, mens rosiglitazon kun var forbundet med flere frakturer hos kvinder; Desuden var pioglitazon forbundet med en højere grad af frakturer end rosiglitazon – det blev derfor konkluderet, at både mænd og kvinder, der tager TZD’er, kan have en øget risiko for frakturer, og at pioglitazon kan være stærkere forbundet med frakturer end rosiglitazon. Hos de pioglitazon-behandlede patienter var de fleste frakturer placeret ved de distale øvre eller nedre lemmer; og der blev også rapporteret om reduktioner i knoglemineraltætheden ved lænderyggen og hoften . Desuden viste en anden nyere undersøgelse ved at tage parrede opbevarede baseline- og 12-måneders serumprøver fra 1605 deltagere (689 kvinder og 916 mænd) i ADOPT, at CTX-1 (C-terminalt telopeptid for type 1 kollagen), en markør for knogleresorption, blev øget med 6,1 % i rosiglitazon-gruppen hos kvinder, men ikke hos mænd; P1NP (procollagen type 1 N-propeptid) og alkalisk fosfatase i knogler, to markører for knogledannelse, blev nedsat hos både kvinder og mænd. Derfor blev det konkluderet, at overdreven knogleresorption kan være en vigtig mekanisme, der bidrager til den højere frakturrisiko hos kvinder, der tager TZD’er, ud over den nedsatte knogledannelse .
Nyere undersøgelser ved hjælp af musemodeller har givet mekanistisk indsigt i, hvordan TZD’er øger knogleresorptionen – rosiglitazon fremmer osteoklastogenese og inducerer knogletab via et transkriptionsnetværk bestående af PPARγ, c-fos, PGC1β og ERRα. Under in vitro-osteoklastdifferentiering af knoglemarv fremmer rosiglitazonbehandling osteoklastogenese ved direkte at øge mRNA-ekspressionen af RANKL-induceret transkriptionsfaktor c-fos, hvilket fører til accelereret induktion af osteoklastspecifikke gener, herunder TRAP (tartratresistent syrephosphatase type 5, Acp5), calcitoninreceptor, kulsyreanhydrase 2, cathepsin K, matrixmetallopeptidase-9 og NFATc1. Denne pro-osteoklastogene virkning af rosiglitazon blev fuldstændig ophævet i PPARγ-/-knoglemarvsceller, hvilket viser, at de er PPARγ-afhængige . Desuden opregulerer rosiglitazon også mRNA-ekspressionen af PGC1β og ERRα, hvilket inducerer gener involveret i mitokondriel biogenese og fedtsyreoxidation, hvilket fører til osteoklastaktivering . For at evaluere in vivo-virkningerne af langtidsbehandling med rosiglitazon blev mus dagligt indgivet oralt med rosiglitazon (10 mg/kg/dag) eller kontrol med et middel i 6 uger. Resultaterne viser, at rosiglitazon forårsagede en betydelig stigning i både knogleresorptionsmarkør og osteoklastantal hos wt-mus, men ikke hos hæmatopoietiske PPARγ knockout-mus, hvilket indikerer, at rosiglitazon-medieret osteoklastaktivering i vid udstrækning er hæmatopoietisk celleautonom .
Under in vitro knoglemarvsosteoklastdifferentiering potenserer rosiglitazonbehandling også induktionen af PGC1β ved RANKL, hvilket implicerer en vigtig rolle for PGC1β i rosiglitazonstimulering af osteoklastogenese. Selv om rosiglitazon i høj grad stimulerer dannelsen af multinuklede TRAP-positive modne osteoklaster i wt-differentieringskulturen, er denne effekt stærkt svækket i PGC1β-/–kulturen . Tilsvarende forhindrer PGC1β-deletion rosiglitazon i at potensere ekspressionen af RANKL-inducerede transkriptionsfaktorer (c-fos og NFATc1) og osteoklastfunktionsgener (TRAP, kulsyreanhydrase 2 og calcitoninreceptor) . Endvidere fremmer rosiglitazon i forbindelse med RANKL mRNA-ekspressionen af ERRα og inducerer derved ekspressionen af ERRα-målgener, der er involveret i mitokondriel biogenese og fedtsyreoxidation. Disse virkninger af rosiglitazon er PGC1β- og ERRα-afhængige, fordi de blev afskaffet i PGC1β-/- eller ERRα-/–differentieringskulturer. Ligesom PPARγ er PGC1β også påkrævet for rosiglitazon-induceret knogleresorption og knogletab hos mus, fordi disse virkninger blev fuldstændig afskaffet i hæmatopoietiske PGC1β knockout-mus .
På grund af TZD’ernes begrænsninger ved bivirkninger, der omfatter knogletab, vægtøgning og væskeophobning, er der blevet udviklet en række ikke-TZD PPARγ-agonister (tabel 10.1). I modsætning til de fuldstændige PPARγ-agonister TZD’er er INT131 en meget potent, ikke-TZD, selektiv PPARγ-modulator, der i øjeblikket er i kliniske fase II-forsøg til behandling af type 2-diabetes mellitus . Som selektiv PPARγ-modulator aktiverer INT131 PPARγ med en maksimal aktivitet på ca. 10 % af rosiglitazons maksimale aktivitet og rekrutterer udvalgte co-aktivatorer med en maksimal aktivitet på ca. 20-25 % af rosiglitazons, pioglitazons og troglitazons maksimale aktivitet; INT131 inducerer ikke adipocytdifferentiering eller triglyceridakkumulering i humane og musepræ-adipocytter in vitro, hvilket tyder på, at INT131 har en ønsket, ikke-adipogen virkning . Ligesom INT131 er MBX-102 også en ny selektiv delvis PPARγ-agonist, der adskiller sig fra rosiglitazon, som udviser antidiabetiske og insulinsensibiliserende egenskaber i gnaverdiabetiske modeller; vigtigere er det, at langtidsbehandling med MBX-102 førte til sammenlignelig effekt sammenlignet med rosiglitazon, mens den manglede de typiske PPARγ-bivirkninger; MBX-102 inducerer mindre human adipocytdifferentiering sammenlignet med rosiglitazon; i mesenkymale celler hæmmer MBX-102 ikke ekspressionen af osteoblastogenese-markør, og en høj dosis MBX-102 kan delvis modvirke rosiglitazons virkning på osteoblastdifferentiering . Interessant nok rapporteres det, at SR1664, en ikke-agonistisk PPARγ-ligand, der ikke har den klassiske PPARγ-transkriptionelle agonisme, men som stadig blokerer PPARγ-fosforylering ved Serin 273 af Cdk5 (cyclinafhængig kinase 5), i modsætning til den traditionelle PPARγ-agonist, udviser potent antidiabetisk aktivitet uden at forårsage væskeophobning og vægtøgning; I modsætning til rosiglitazon stimulerer SR1664 ikke adipocytdifferentiering eller lipidakkumulering og påvirker ikke omfanget af forkalkning eller ekspression af osteoblastmarkører i MC3T3-E1-celler, hvilket tyder på, at det også kan fjerne den hæmning af knogledannelse, der ses med rosiglitazon . Det er imidlertid uklart, om INT131-, MBX-102- eller SR1664-behandling forårsager knogletab og øger knogleresorptionen in vivo i menneske- eller dyremodeller. Derfor er disse ikke-TZD PPARγ agonister lovende nye diabetiske lægemidler med færre bivirkninger, men omfattende prækliniske og kliniske undersøgelser er nødvendige for fuldt ud at undersøge deres konsekvenser for skelethomeostase.
Dertil kommer, at i modsætning til PPARγ agonister, der inducerer knogletab via øget knogleresorption, hæmmer PPARα agonister som fenofibrat og wyeth 14643 direkte osteoklastdifferentiering via blokering af NFκB-vejen . Fenofibrat anvendes i øjeblikket til behandling af hypercholesterolemi og hypertriglyceridæmi. En nylig undersøgelse af ovariectomerede rotter viser, at fenofibrat kan være gavnligt for skelettet . I lyset af disse resultater bliver PPARα/γ-dobbelt agonister en lovende kombinationsstrategi til behandling af type 2-diabetes mellitus for at undgå en række bivirkninger. Blandt forskellige dobbelte PPARα/γ-agonister havde muraglitazar og tesaglitazar afsluttet kliniske fase III-forsøg, men var begge blevet suspenderet i 2006 på grund af sikkerhedsproblemer . Det er blevet rapporteret, at aleglitazar er en ny, afbalanceret, dobbelt PPARα/γ-agonist, der er designet til at minimere PPARγ-relaterede bivirkninger under behandlingen af type 2-diabetes mellitus . På samme måde er indeglitazar et andet lægemiddel på forsøg, der har strukturelt grundlag for PPAR-panaktivitet og delvis agonistisk respons over for PPARγ; indeglitazar er mindre potent til at fremme adipocytdifferentiering og kun delvist effektivt til at stimulere adiponectin-genekspression sammenlignet med den fulde PPARγ-agonist rosiglitazon ; evaluering in vivo bekræftede den reducerede adiponectinrespons i dyremodeller af fedme og diabetes, men afslørede stærke gavnlige virkninger på glukose, triglycerider, kolesterol, kropsvægt og andre metaboliske parametre . Ikke desto mindre er der stadig behov for prækliniske evalueringer af de farmakologiske virkninger af disse nye forbindelser på knoglemasse, knogleresorption og knogledannelse for bedre at kunne forudsige, hvordan de påvirker knoglesikkerheden i en klinisk sammenhæng.