Inhibitory SGLT2 jako nowa nadzieja w leczeniu zaburzeń przewodnictwa sercowego

Jak inhibitory SGLT2 wpływają na przewodnictwo sodowe w dystroficznych kardiomiocytach?

Empagliflozyna działa jako chaperon farmakologiczny kanału sodowego Nav1.5, zwiększając jego ekspresję na błonie komórkowej kardiomiocytów dystroficznych. Badania wykazały, że 24-godzinna inkubacja kardiomiocytów izolowanych z myszy mdx (model dystrofii mięśniowej Duchenne’a) z empagliflozyną (EMPA) w stężeniu 1 μM znacząco zwiększa szczytowy prąd sodowy (I_Na). Efekt ten jest zależny od stężenia, z wartością EC₅₀ wynoszącą około 0,1 μM. Podobne działanie zaobserwowano w dystroficznych włóknach Purkinjego oraz kardiomiocytach szczurzych DMD^mdx, co wskazuje, że efekt ten nie jest ograniczony do jednego gatunku.

Inne inhibitory SGLT2, takie jak dapagliflozyna (DAPA) i sotagliflozyna (SOTA), również znacząco zwiększały szczytowy I_Na w kardiomiocytach mdx w podobny sposób jak EMPA. Sugeruje to, że zdolność do zwiększania szczytowego I_Na w dystroficznych kardiomiocytach jest właściwością charakterystyczną dla całej klasy inhibitorów SGLT2, a nie tylko dla empagliflozyny. Co interesujące, EMPA nie wpływała na szczytowy I_Na w kardiomiocytach typu dzikiego, natomiast zwiększała go w komórkach tsA201 heterologicznie ekspresujących ludzkie kanały Nav1.5.

Czy zwiększenie membranowej ekspresji Nav1.5 wyjaśnia działanie EMPA?

Badania immunofluorescencyjne wykazały, że EMPA znacząco zwiększa ekspresję Nav1.5 na błonie komórkowej kardiomiocytów mdx, przywracając ją do poziomu obserwowanego w kardiomiocytach typu dzikiego. Mechanizm działania EMPA polega na zwiększeniu transportu kanałów Nav1.5 do błony komórkowej. Inhibitor transportu anterogradowego – brefeldin A (BFA) – całkowicie blokował wpływ EMPA na szczytowy I_Na w kardiomiocytach mdx, podczas gdy inhibitor syntezy białek – cykloheksymid (CHX) – nie miał wpływu. Sugeruje to, że EMPA uwalnia frakcję kanałów Nav1.5 uwięzionych w retikulum endoplazmatycznym, umożliwiając ich transport do aparatu Golgiego, a następnie do błony komórkowej.

Mexiletyna (MEXI), znany anestetyk lokalny działający jako chaperon farmakologiczny Nav1.5, wykazywała podobny efekt zwiększający szczytowy I_Na w kardiomiocytach mdx jak EMPA. Obecność EMPA nie powodowała dalszego zwiększenia szczytowego I_Na w obecności MEXI, co sugeruje, że oba leki działają poprzez ten sam mechanizm. Badania mutagenezy wykazały, że mutacja Y1767A w Nav1.5 całkowicie znosiła wpływ zarówno EMPA, jak i MEXI na szczytowy I_Na w komórkach tsA201, podczas gdy mutacja F1760A miała umiarkowany wpływ na działanie EMPA, ale nie MEXI.

Jak kluczowe reszty wpływają na wiązanie leków w modelach molekularnych?

Modelowanie molekularne ujawniło, że reszta Y1767 ma kluczowe znaczenie dla wiązania EMPA i MEXI do Nav1.5. Orientacja łańcucha bocznego Y1767 jest wysoce dynamiczna i wpływa na wiązanie leku. W modelach Alphafold3 łańcuch boczny Y1767 jest skierowany w stronę fenestacji eksponowanej na lipidy, co umożliwia tworzenie wiązań wodorowych z grupą glukozy EMPA lub grupą aminową MEXI. Te interakcje stabilizują interfejs DI-DIV podczas transportu Nav1.5.

Analiza dziewięciu dostępnych struktur kryo-EM szczurzego i ludzkiego kanału Nav1.5 wykazała wysoce dynamiczną orientację łańcucha bocznego Y1767, w przeciwieństwie do sztywnej orientacji F1760. Orientacja Y1767 waha się od skierowanej w stronę wnętrza kanału do skierowanej w stronę fenestacji. Modele wygenerowane przez Alphafold3 przewidują, że łańcuch boczny Y1767 jest skierowany w stronę fenestacji eksponowanej na lipidy, co umożliwia tworzenie przejściowych wiązań wodorowych, które prawdopodobnie przyczyniają się do stabilizacji tego interfejsu podczas transportu.

Jak EMPA wpisuje się w strategię leczenia arytmii?

Wyniki te mają potencjalne znaczenie terapeutyczne. EMPA i prawdopodobnie inne inhibitory SGLT2 mogą poprawiać przewodnictwo komorowe i zmniejszać podatność na arytmie u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a oraz innymi zaburzeniami arytmii związanymi ze zmniejszonym szczytowym I_Na, takimi jak zespół Brugady. Fakt, że EMPA zwiększa szczytowy I_Na tylko w kardiomiocytach dystroficznych, ale nie w kardiomiocytach typu dzikiego, sugeruje, że lek działa selektywnie w warunkach chorobowych, co jest korzystne pod względem potencjalnych działań niepożądanych.

Oprócz innych leków kardiologicznych, obecna optymalna terapia medyczna kierowana wytycznymi w niewydolności serca z obniżoną frakcją wyrzutową lub bez niej obejmuje inhibitor SGLT2 (EMPA lub DAPA). Wśród różnych korzystnych efektów inhibitorów SGLT2 na niewydolne serce, ich właściwości antyarytmiczne wydają się odgrywać istotną rolę. Skuteczność inhibitorów SGLT2 w kardiomiopatii DMD nie została jeszcze zbadana, ale pierwsze badanie kliniczne (NCT06643442) zostało już zainicjowane.

Jak wpływ na przewodnictwo sodowe kształtuje bezpieczeństwo terapii?

Obniżony szczytowy I_Na, charakterystyczna cecha kardiomiocytów pochodzących z modeli zwierzęcych DMD pozbawionych dystrofiny, a także kardiomiocytów pochodzących z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych pacjentów z DMD, spowalnia szybkość narastania potencjału czynnościowego i przewodzenie sercowe, tworząc tym samym podstawy dla arytmii nawrotowych i nagłej śmierci sercowej. Zgodnie z wcześniejszymi pracami, w obecnym badaniu wykazano, że przewlekłe leczenie terapeutycznymi stężeniami EMPA w pełni przywraca utratę szczytowego I_Na w pozbawionych dystrofiny kardiomiocytach komorowych i włóknach Purkinjego, przy czym ten ostatni typ komórek jest istotnym determinantem prędkości przewodzenia komorowego.

W przeciwieństwie do MEXI, która hamuje prądy wapniowe typu L i prądy potasowe hERG oraz ma działania niepożądane ze strony przewodu pokarmowego i układu nerwowego, EMPA jest dobrze tolerowana przez pacjentów i ma ograniczoną zdolność do wywoływania interakcji lek-lek. Dlatego przewlekłe podawanie EMPA może być korzystniejsze niż przewlekła farmakoterapia MEXI. Jednoczesne stosowanie EMPA i MEXI może nie być uzasadnione, ponieważ oba leki działają poprzez ten sam mechanizm.

Należy zauważyć, że na podstawie przedstawionych danych nie można całkowicie wykluczyć, że zmniejszona internalizacja i degradacja Nav1.5 przyczyniają się do zwiększonej ekspresji powierzchniowej Nav1.5 w kardiomiocytach dystroficznych po leczeniu EMPA. Jednak istnieją argumenty przeciwko tej hipotezie. Po pierwsze, funkcjonalny okres półtrwania Nav1.5 w kardiomiocytach oszacowano wcześniej na 35 godzin, a w obecnej pracy efekt EMPA zwiększający szczytowy I_Na wydawał się być znacząco obecny już po 4-godzinnych inkubacjach. Po drugie, BFA, który hamuje transport anterogradowy, całkowicie zapobiegał efektowi EMPA. Gdyby zmniejszona internalizacja i degradacja Nav1.5 przyczyniały się do zwiększonej ekspresji powierzchniowej Nav1.5, częściowy efekt EMPA na szczytowy I_Na powinien pozostać w obecności BFA.

Podsumowując, EMPA (i prawdopodobnie inne inhibitory SGLT2) działa jako chaperon farmakologiczny kanałów Nav1.5, zwiększając ich transport do błony komórkowej, co może poprawiać przewodnictwo komorowe i zmniejszać podatność na arytmie u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a oraz innymi zaburzeniami arytmii związanymi ze zmniejszonym szczytowym I_Na.

Podsumowanie

Empagliflozyna (EMPA) oraz inne inhibitory SGLT2 wykazują znaczący wpływ na przewodnictwo sodowe w dystroficznych kardiomiocytach poprzez działanie jako chaperony farmakologiczne kanału sodowego Nav1.5. Badania wykazały, że leki te zwiększają ekspresję Nav1.5 na błonie komórkowej, przywracając ją do poziomu obserwowanego w zdrowych komórkach. Mechanizm działania polega na zwiększeniu transportu kanałów z retikulum endoplazmatycznego do błony komórkowej, przy czym kluczową rolę odgrywa reszta Y1767. W przeciwieństwie do mexiletyny, EMPA charakteryzuje się lepszym profilem bezpieczeństwa i selektywnym działaniem w warunkach patologicznych. Odkrycia te mają istotne znaczenie terapeutyczne, szczególnie w kontekście leczenia arytmii u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne’a oraz innymi zaburzeniami związanymi ze zmniejszonym prądem sodowym.