TZDs Induce Bone Loss by Activating Bone Resorption and Inhibiting Bone Formation
Syntetyczni agoniści PPARγ, tiazolidinediony (TZD), znane również jako glitazony, są szeroko stosowane w leczeniu cukrzycy typu 2 (Tabela 10.1). Aktywacja PPARγ przez TZD poprawia wrażliwość na insulinę u gryzoni i ludzi poprzez połączenie działań metabolicznych, w tym podział zapasów lipidów oraz regulację metabolicznych i zapalnych mediatorów zwanych adipokinami. TZD są również zaangażowane w kontrolę proliferacji komórek, miażdżycy, funkcji makrofagów i odporności. Pierwszym prototypowym związkiem TZD był cygnitazon, który nigdy nie był stosowany jako lek, ale wywołał zainteresowanie funkcją TZD. Jako lek przeciwcukrzycowy i przeciwzapalny, troglitazon był pierwszym doustnym TZD zatwierdzonym do stosowania w leczeniu cukrzycy nieinsulinozależnej (NIDDM). Jednak ze względu na potencjalne ryzyko wystąpienia zapalenia wątroby wywołanego przez lek, troglitazon został wycofany z rynku amerykańskiego w marcu 2000 roku. Przy użyciu izolowanych szczurzych kardiomiocytów zidentyfikowano netoglitazon (MCC-555), który posiada aktywność agonisty PPARγ i wykazuje korzyści przedkliniczne, a zatem został wybrany do dalszego rozwoju klinicznego w leczeniu cukrzycy. Ponieważ wielu pacjentów leczonych netoglitazonem nie było w stanie odpowiednio kontrolować poziomu cukru we krwi i było podatnych na poważne powikłania, takie jak retinopatia, neuropatia i nefropatia, firma Mitsubishi Pharma zawiesiła jego stosowanie w japońskich badaniach fazy II w 2006 roku. Obecnie na rynek wprowadzane są rosiglitazon (Avandia, Avandamet, Avandaryl) i pioglitazon (Actos, Glustin), a balaglitazon (DRF 2593) jest w III fazie badań klinicznych (tab. 10.1).
Lekom często towarzyszą działania niepożądane, a TZD nie są tu wyjątkiem. Działania niepożądane TZD obejmują przyrost masy ciała, zatrzymanie płynów, zastoinową niewydolność serca i złamania kości. Coraz więcej doniesień wskazuje, że zarówno rosiglitazon, jak i pioglitazon wiążą się z większym ryzykiem złamań: po 4 latach leczenia rosiglitazonem, u 4360 pacjentów z cukrzycą typu 2 w badaniu ADOPT (A Diabetes Outcome Progression Trial) wykazano zwiększone ryzyko złamań u kobiet; podobnie pioglitazon ma takie same działania niepożądane. Zbiorcza ocena bezpieczeństwa z 19 badań obejmująca 8100 pacjentów leczonych pioglitazonem w porównaniu z 7400 pacjentami leczonymi komparatorem wskazuje, że 2,6% kobiet otrzymujących pioglitazon doznało złamania w porównaniu z 1,7% kobiet, które otrzymywały komparator; nie było różnic w złamaniach wśród mężczyzn leczonych pioglitazonem (1,3%) w porównaniu z mężczyznami leczonymi komparatorem (1,5%). Co ciekawe, inne badanie kliniczne donosi, że w kohorcie 84 339 pacjentów (średni wiek 59 lat, 43% kobiet), pacjenci leczeni TZD byli związani z 28% zwiększonym ryzykiem złamań obwodowych w porównaniu z pacjentami leczonymi kontrolnie sulfonylomocznikiem; pioglitazon był związany z większą liczbą złamań zarówno u mężczyzn, jak i u kobiet, podczas gdy rosiglitazon był związany z większą liczbą złamań tylko u kobiet; Ponadto, pioglitazon był związany z wyższą częstością złamań niż rosiglitazon – w związku z tym stwierdzono, że zarówno mężczyźni, jak i kobiety przyjmujący TZD mogą być narażeni na zwiększone ryzyko złamań, a pioglitazon może być silniej związany ze złamaniami niż rosiglitazon. U pacjentów leczonych pioglitazonem większość złamań była zlokalizowana w dystalnej części kończyny górnej lub dolnej; odnotowano również zmniejszenie gęstości mineralnej kości w kręgosłupie lędźwiowym i biodrze. Ponadto, pobierając sparowane przechowywane próbki surowicy z okresu początkowego i 12 miesięcy od 1605 uczestników (689 kobiet, 916 mężczyzn) w ADOPT, inne niedawne badanie wykazało, że CTX-1 (C-końcowy telopeptyd kolagenu typu 1), marker resorpcji kości, był zwiększony o 6,1% w grupie rosiglitazonu u kobiet, ale nie u mężczyzn; P1NP (N-propeptyd prokolagenu typu 1) i fosfataza alkaliczna kości, dwa markery tworzenia kości, były zmniejszone zarówno u kobiet, jak i u mężczyzn. W związku z tym stwierdzono, że nadmierna resorpcja kości może być ważnym mechanizmem przyczyniającym się do większego ryzyka złamań u kobiet przyjmujących TZD, oprócz zmniejszonego tworzenia kości .
Ostatnie badania z wykorzystaniem modeli mysich dostarczyły mechanicznego wglądu w to, jak TZD zwiększają resorpcję kości -rosiglitazon promuje osteoklastogenezę i indukuje utratę kości poprzez sieć transkrypcyjną złożoną z PPARγ, c-fos, PGC1β i ERRα. Podczas różnicowania osteoklastów w szpiku kostnym in vitro, leczenie rosiglitazonem promuje osteoklastogenezę poprzez bezpośrednie zwiększenie ekspresji mRNA czynnika transkrypcyjnego c-fos indukowanego RANKL, co prowadzi do przyspieszonej indukcji genów specyficznych dla osteoklastów, w tym TRAP (fosfatazy kwaśnej opornej na działanie kwasu tartratratowego typu 5, Acp5), receptora kalcytoniny, anhydrazy węglowej 2, katepsyny K, metalopeptydazy macierzy-9 i NFATc1. Ten pro-osteoklastogenny efekt rosiglitazonu był całkowicie zniesiony w komórkach szpiku kostnego PPARγ-/-, wykazując, że są one zależne od PPARγ. Ponadto, rosiglitazon zwiększa ekspresję mRNA PGC1β i ERRα, co indukuje geny zaangażowane w biogenezę mitochondriów i utlenianie kwasów tłuszczowych, prowadząc do aktywacji osteoklastów. Aby ocenić efekty in vivo długotrwałego leczenia rosiglitazonem, myszom podawano codziennie doustnie rosiglitazon (10 mg/kg/dzień) lub środek kontrolny przez 6 tygodni. Wyniki pokazują, że rosiglitazon powodował znaczący wzrost zarówno markera resorpcji kości, jak i liczby osteoklastów u myszy wt, ale nie u myszy pozbawionych hematopoetycznego PPARγ, co wskazuje, że aktywacja osteoklastów spowodowana przez rosiglitazon jest w dużej mierze autonomiczna dla komórek hematopoetycznych.
Podczas różnicowania osteoklastów szpiku kostnego in vitro, leczenie rosiglitazonem również potęguje indukcję PGC1β przez RANKL, wskazując na ważną rolę PGC1β w stymulacji osteoklastogenezy przez rosiglitazon. Rzeczywiście, chociaż rosiglitazon silnie stymuluje powstawanie wielojądrowych TRAP-dodatnich dojrzałych osteoklastów w hodowli wt, efekt ten jest znacznie osłabiony w hodowli PGC1β-/- . Konsekwentnie, delecja PGC1β zapobiega nasilaniu przez rosiglitazon ekspresji indukowanych przez RANKL czynników transkrypcyjnych (c-fos i NFATc1) i genów funkcji osteoklastów (TRAP, anhydraza węglowa 2 i receptor kalcytoniny). Ponadto, rosiglitazon w połączeniu z RANKL promuje ekspresję mRNA ERRα, indukując w ten sposób ekspresję genów docelowych ERRα zaangażowanych w biogenezę mitochondrialną i oksydację kwasów tłuszczowych. Te efekty działania rosiglitazonu są zależne od PGC1β i ERRα, ponieważ zostały zniesione w hodowlach różnicujących PGC1β-/- lub ERRα-/-. Podobnie jak PPARγ, PGC1β jest również wymagany do resorpcji kości i utraty kości u myszy wywołanej przez rosiglitazon, ponieważ efekty te były całkowicie zniesione u myszy pozbawionych PGC1β w układzie krwiotwórczym .
W związku z ograniczeniem TZD przez działania niepożądane, które obejmują utratę kości, przyrost masy ciała i zatrzymanie płynów, opracowano szereg agonistów PPARγ niebędących TZD (Tabela 10.1). W przeciwieństwie do TZD, które są pełnymi agonistami PPARγ, INT131 jest bardzo silnym, selektywnym modulatorem PPARγ, niebędącym TZD, znajdującym się obecnie w fazie II badań klinicznych w leczeniu cukrzycy typu 2. Jako selektywny modulator PPARγ, INT131 aktywuje PPARγ z maksymalną aktywnością wynoszącą około 10% aktywności rosiglitazonu i rekrutuje wybrane koaktywatory z maksymalną aktywnością wynoszącą około 20-25% aktywności rosiglitazonu, pioglitazonu i troglitazonu; INT131 nie indukuje różnicowania adipocytów ani akumulacji triglicerydów w ludzkich i mysich pre-adipocytach in vitro, co sugeruje, że INT131 ma pożądany, nieadipogenny efekt. Podobnie jak INT131, MBX-102 jest również nowym selektywnym, częściowym agonistą PPARγ różniącym się od rosiglitazonu, który wykazuje właściwości przeciwcukrzycowe i uwrażliwiające na insulinę w modelach cukrzycowych gryzoni; co ważniejsze, długotrwałe leczenie MBX-102 prowadziło do porównywalnej skuteczności w porównaniu z rosiglitazonem, przy jednoczesnym braku typowych dla PPARγ działań niepożądanych; MBX-102 indukuje mniejsze różnicowanie ludzkich adipocytów w porównaniu z rosiglitazonem; w komórkach mezenchymalnych MBX-102 nie hamuje ekspresji markera osteoblastogenezy, a wysoka dawka MBX-102 może częściowo antagonizować efekt rosiglitazonu na różnicowanie osteoblastów . Interesujące jest to, że w przeciwieństwie do tradycyjnego agonisty PPARγ, SR1664, nieagonistyczny ligand PPARγ, który nie wykazuje klasycznego agonizmu transkrypcyjnego PPARγ, ale nadal blokuje fosforylację PPARγ przy serynie 273 przez Cdk5 (kinazę zależną od cykliny 5), wykazuje silne działanie przeciwcukrzycowe, nie powodując retencji płynów i przyrostu masy ciała; w przeciwieństwie do rosiglitazonu, SR1664 nie stymuluje różnicowania adipocytów ani akumulacji lipidów, nie wpływa na stopień zwapnienia ani na ekspresję markerów osteoblastów w komórkach MC3T3-E1, co sugeruje, że może również eliminować zahamowanie tworzenia kości obserwowane w przypadku rosiglitazonu. Nie jest jednak jasne, czy leczenie INT131, MBX-102 lub SR1664 powoduje utratę kości i zwiększa resorpcję kości in vivo, w modelach ludzkich lub zwierzęcych. W związku z tym ci agoniści PPARγ niebędący TZD są obiecującymi nowymi lekami przeciwcukrzycowymi o mniejszej liczbie działań niepożądanych, ale konieczne są kompleksowe badania przedkliniczne i kliniczne, aby w pełni zbadać ich wpływ na homeostazę szkieletu.
Co więcej, w przeciwieństwie do agonistów PPARγ, którzy indukują utratę kości poprzez zwiększenie resorpcji kości, agoniści PPARα, tacy jak fenofibrat i wyet 14643, bezpośrednio hamują różnicowanie osteoklastów poprzez blokowanie szlaku NFκB . Fenofibrat jest obecnie stosowany w leczeniu hipercholesterolemii i hipertriglicerydemii. Ostatnie badania przeprowadzone na szczurach poddanych ovariektomii wskazują, że fenofibrat może być korzystny dla układu kostnego. W świetle tych wyników, podwójni agoniści PPARα/γ stają się obiecującą strategią kombinacji w leczeniu cukrzycy typu 2, aby uniknąć szeregu efektów ubocznych. Spośród różnych podwójnych agonistów PPARα/γ, muraglitazar i tesaglitazar ukończyły badania kliniczne III fazy, ale oba zostały zawieszone w 2006 roku z powodu obaw dotyczących bezpieczeństwa. Zgłoszono, że aleglitazar jest nowym, zrównoważonym, podwójnym agonistą PPARα/γ, zaprojektowanym w celu zminimalizowania działań niepożądanych związanych z PPARγ podczas leczenia cukrzycy typu 2. Podobnie, indeglitazar jest kolejnym testowanym lekiem, który ma strukturalne podstawy dla pan-aktywności PPAR i częściowej odpowiedzi agonistycznej wobec PPARγ; indeglitazar jest mniej silny w promowaniu różnicowania adipocytów i tylko częściowo skuteczny w stymulowaniu ekspresji genu adiponektyny w porównaniu z pełnym agonistą PPARγ – rosiglitazonem; ocena in vivo potwierdziła zmniejszoną odpowiedź adiponektyny w zwierzęcych modelach otyłości i cukrzycy, ale ujawniła silny korzystny wpływ na glukozę, triglicerydy, cholesterol, masę ciała i inne parametry metaboliczne. Niemniej jednak, przedkliniczne oceny farmakologicznego wpływu tych nowych związków na masę kostną, resorpcję kości i tworzenie kości są nadal potrzebne, aby lepiej przewidzieć, jak wpływają one na bezpieczeństwo kości w warunkach klinicznych.