Metotreksat a ryzyko miażdżycy – nowe odkrycia w badaniach na modelu zwierzęcym

Czy MTX zaburza metabolizm kwasu foliowego?

Metotreksat nasila miażdżycę poprzez zaburzenie metabolizmu kwasu foliowego – wyniki badania na modelu zwierzęcym wskazują na nowe ryzyko dla pacjentów onkologicznych i reumatologicznych. Metotreksat (MTX), powszechnie stosowany w leczeniu nowotworów i reumatoidalnego zapalenia stawów, może przyspieszać rozwój miażdżycy poprzez wpływ na metabolizm kwasu foliowego – wykazali naukowcy z Uniwersytetu Kitasato w Japonii.

Miażdżyca stanowi dominujący czynnik ryzyka zdarzeń sercowo-naczyniowych i mózgowo-naczyniowych, będąc główną przyczyną zgonów na świecie. Niedobór kwasu foliowego powoduje podwyższenie poziomu homocysteiny (Hcy) we krwi, co jest uznanym czynnikiem ryzyka chorób naczyniowych o podłożu miażdżycowym. Metotreksat, jako antagonista metabolizmu kwasu foliowego, obniża jego poziom we krwi, co teoretycznie mogłoby nasilać miażdżycę.

“Nasze badanie dostarcza pierwszych eksperymentalnych dowodów na to, że MTX nasila miażdżycę poprzez zaburzenie szlaku metabolicznego kwasu foliowego, co prowadzi do wzrostu poziomu homocysteiny we krwi” – piszą autorzy badania.

W eksperymencie wykorzystano Microminipig™ (μMP) – najmniejszy na świecie model eksperymentalny świni, którego fizjologia jest bardzo zbliżona do ludzkiej. Zwierzęta podzielono na cztery grupy i karmiono dietą wysokotłuszczową i wysokocholesterolową (HFHCD) przez 2 tygodnie. Poszczególnym grupom podawano: samą dietę HFHCD, HFHCD+MTX, HFHCD+MTX+leukoworynę (LV, aktywna forma kwasu foliowego) oraz HFHCD+MTX+kwas foliowy (FA).

Dieta HFHCD składała się z tłuszczu (3,6 g/kg/dzień, oczyszczony smalec) i cholesterolu (0,15 g/kg/dzień) zmieszanego z regularną dietą. W grupach HFHCD+MTX, HFHCD+MTX+LV i HFHCD+MTX+FA, MTX (3,3 mg/dzień), LV (0,99 mg/dzień) i FA (4,5 mg/dzień) podawano domięśniowo rano. Leukoworyna, znana również jako kwas folinowy, jest aktywną formą kwasu foliowego, która nie wymaga aktywacji przez reduktazę dihydrofolianową.

Wyniki badań laboratoryjnych wykazały, że poziomy cholesterolu całkowitego (TC), cholesterolu LDL (LDL-C), cholesterolu HDL (HDL-C) i wolnego cholesterolu wzrosły gwałtownie we wszystkich grupach w ciągu 2 tygodni. Co istotne, sam MTX nie prowadził do dodatkowego wzrostu poziomu lipidów we krwi. Jednak w grupie HFHCD+MTX zaobserwowano znacząco niższe stężenie kwasu foliowego i wyższy poziom homocysteiny w porównaniu z grupą kontrolną.

Kluczowym odkryciem było to, że grupa otrzymująca MTX rozwinęła znacznie bardziej zaawansowane zmiany miażdżycowe. Barwienie Oil Red O ujawniło większy obszar zmian miażdżycowych w aorcie u zwierząt leczonych MTX (p=0,051). Dodatkowo grubość blaszek miażdżycowych w grupie HFHCD+MTX była istotnie większa niż w grupie kontrolnej (p=0,045).

Jak zmiany genetyczne wpływają na miażdżycę?

Naukowcy zbadali również ekspresję genów związanych z metabolizmem homocysteiny i cholesterolu. Ekspresja genu MTR (5-metylotetrahydrofolian-homocysteina metylotransferaza) w wątrobie była wyższa w grupie HFHCD+MTX niż w grupie kontrolnej (p=0,085). MTR to enzym katalizujący konwersję homocysteiny do metioniny, a jego aktywność wymaga 5-metylotetrahydrofolianu (5-MTHF), metabolitu powstającego w szlaku metabolicznym kwasu foliowego. Poziom ekspresji mRNA MTR w grupie HFHCD+MTX+LV był obniżony w porównaniu z grupą HFHCD+MTX (p=0,099) i podobny do grupy HFHCD. Poziom ekspresji mRNA MTR w grupie HFHCD+MTX+FA był porównywalny z grupą HFHCD.

Ekspresja genu CHDH (dehydrogenaza choliny) w wątrobie różniła się między grupami, wykazując istotne różnice między grupą HFHCD a grupami HFHCD+MTX+LV (p=0,02), HFHCD+MTX (p=0,066) i HFHCD+MTX+FA (p=0,099). Ekspresja genu PEMT (N-metylotransferaza fosfatydyloetanolaminy) nie wykazała istotnych różnic między czterema grupami.

Ekspresja genu LDLr (receptor LDL) w wątrobie była wysoka w grupie HFHCD, ale nie była statystycznie istotna. Większy wzrost ekspresji mRNA LDLr zaobserwowano w grupie HFHCD+MTX+FA w porównaniu z grupą HFHCD (p=0,028). Ekspresja mRNA NPC1L1 (Niemann-Pick C1-Like 1) w wątrobie była wyższa w grupie HFHCD+MTX+FA niż w grupie HFHCD (p=0,098). Ekspresja mRNA HMGCR (reduktaza 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo-koenzymu A) w wątrobie i APOBEC-1 (podjednostka katalityczna edycji RNA apolipoproteiny B-100) w jelicie czczym nie wykazały różnic między czterema grupami.

Wyniki te wskazują na mechanizm, w którym MTX, hamując reduktazę dihydrofolianową, zmniejsza poziom kwasu foliowego we krwi, co z kolei prowadzi do obniżenia produkcji 5-MTHF. Zmniejszenie poziomu 5-MTHF skutkuje wzrostem stężenia homocysteiny poprzez zmniejszoną aktywność enzymatyczną MTR, mimo zwiększonej ekspresji tego genu.

Jakie są implikacje kliniczne tych odkryć? Badanie rzuca nowe światło na potencjalne ryzyko sercowo-naczyniowe związane z terapią MTX, szczególnie u pacjentów już narażonych na miażdżycę. “Chociaż nie możemy bezpośrednio ekstrapolować wyników uzyskanych z naszego modelu μMP na patologię miażdżycy u ludzi, aby jednoznacznie stwierdzić, czy MTX jest kardioprotekcyjny czy proaterogenny, nasze badania sugerują, że krótkotrwałe podawanie MTX może mieć niekorzystny wpływ polegający na nasileniu zmian miażdżycowych” – zaznaczają badacze.

Jakie są kliniczne implikacje badanego zjawiska?

Wyniki te są szczególnie istotne w kontekście kardio-onkologii – rozwijającej się interdyscyplinarnej dziedziny poświęconej wczesnemu wykrywaniu i leczeniu niepożądanych zdarzeń sercowo-naczyniowych związanych z leczeniem przeciwnowotworowym. Czy stosowanie suplementacji kwasem foliowym lub leukoworyną powinno być standardem u wszystkich pacjentów otrzymujących MTX? Jakie znaczenie mają te odkrycia dla długoterminowej terapii MTX u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów?

Warto zauważyć, że w praktyce klinicznej MTX jest lekiem pierwszego rzutu w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów, a pacjenci często otrzymują suplementację kwasem foliowym, aby zmniejszyć działania niepożądane. Badanie potwierdza zasadność tej praktyki również w kontekście ochrony układu sercowo-naczyniowego.

Szczególnie interesującym aspektem badania jest fakt, że MTX nasilał miażdżycę niezależnie od swojego wpływu na profil lipidowy. “MTX nie zmieniał ekspresji LDLr, HMGCR mRNA ani poziomów lipidów we krwi. Nie wykazywałby więc bezpośrednich efektów na metabolizm lipidów u μMP; dlatego progresja miażdżycy wywołana przez MTX byłaby pośredniczona przez mechanizm(y) niezależne od hiperlipidemii w obecnym modelu μMP” – zauważają autorzy badania.

Obserwacje te są zgodne z rosnącą liczbą dowodów sugerujących, że homocysteina może bezpośrednio uszkadzać śródbłonek naczyniowy, zwiększać stres oksydacyjny i promować stan zapalny w ścianie naczyń, co przyczynia się do rozwoju miażdżycy niezależnie od klasycznych czynników ryzyka, takich jak podwyższony poziom cholesterolu LDL.

Autorzy podkreślają, że rozbieżność między obserwacjami klinicznymi (gdzie MTX wydaje się zmniejszać ryzyko sercowo-naczyniowe u pacjentów z RZS) a wynikami eksperymentalnymi może wynikać z różnic w dawce i czasie trwania podawania MTX. W modelu μMP dawka i czas trwania MTX (3,3 mg/dzień przez 2 tygodnie) były znacznie niższe i krótsze niż w standardowym protokole dla pacjentów z RZS.

Inną możliwością jest to, że obecność lub brak powikłań innych chorób, takich jak RZS, może wpływać na efekt MTX na aterogenezę. Ponieważ RZS i miażdżyca mają te same cechy patofizjologiczne jako przewlekłe choroby zapalne, a zaostrzenie lub progresja miażdżycy może wystąpić u pacjentów z RZS, konieczne byłyby dalsze oceny kliniczne i eksperymentalne, aby wyjaśnić wpływ MTX na aterogenezę.

Warto podkreślić, że w literaturze medycznej istnieją sprzeczne doniesienia na temat wpływu suplementacji kwasem foliowym na ryzyko sercowo-naczyniowe. Niektóre badania wykazały, że leczenie kwasem foliowym i witaminą B12 nie jest związane ze zmniejszeniem liczby zdarzeń sercowo-naczyniowych. Z drugiej strony, metaanaliza wykazała korzystny wpływ suplementacji kwasem foliowym i witaminami z grupy B na zmniejszenie poziomu homocysteiny i zapobieganie łącznemu ryzyku udaru mózgu, zawału mięśnia sercowego i śmierci naczyniowej.

W modelu μMP suplementacja kwasem foliowym zmniejszała grubość zmian miażdżycowych zgodnie z redukcją poziomu homocysteiny we krwi, co potwierdza potencjalną wartość terapeutyczną takiej interwencji, przynajmniej w kontekście pacjentów leczonych MTX.

W badaniu tym wykazano również, że MTX ma wielomodalne działanie na organizm. Oprócz wpływu na metabolizm kwasu foliowego i homocysteiny, MTX może również wpływać na szlak metaboliczny choliny, co sugerują zmiany w ekspresji genu CHDH. Ponadto, suplementacja kwasem foliowym może wpływać na metabolizm lipidów poprzez zwiększenie ekspresji genów LDLr i NPC1L1, co może przyczyniać się do jej działania ochronnego przeciwko miażdżycy.

Badanie to ma również istotne implikacje dla pacjentów onkologicznych leczonych MTX. Kardio-onkologia to stosunkowo nowa dziedzina zajmująca się wykrywaniem i leczeniem powikłań sercowo-naczyniowych związanych z terapią przeciwnowotworową. Wyniki tego badania sugerują, że pacjenci onkologiczni leczeni MTX mogą być narażeni na zwiększone ryzyko miażdżycy, szczególnie jeśli mają już inne czynniki ryzyka sercowo-naczyniowego.

Model μMP użyty w tym badaniu okazał się niezwykle przydatny do badania patologii miażdżycy związanej z leczeniem MTX. Zwierzęta te są bardzo wrażliwe na dietę HFHCD i skłonne do rozwoju miażdżycy indukowanej hipercholesterolemią w bardzo krótkim czasie (2 tygodnie), co czyni je idealnymi do badań nad wczesnymi etapami rozwoju miażdżycy i testowania potencjalnych interwencji terapeutycznych.

W badaniu histopatologicznym zmiany miażdżycowe były zlokalizowane w błonie wewnętrznej tętnic i aorty. Tętnica wieńcowa prawa wykazywała obecność blaszki miażdżycowej, a tętnica wieńcowa lewa wykazywała naciek komórek piankowatych w błonie wewnętrznej. Aorta brzuszna wykazywała włóknienie błony wewnętrznej, a zmiany zawierały kilka komórek pozytywnych dla lizozymu oraz komórki błony wewnętrznej pozytywne dla α-SMA.

Podsumowując, badanie to wyraźnie wykazało, że MTX nasila miażdżycę poprzez zaburzenie szlaku metabolicznego kwasu foliowego, ale niezależnie od nasilenia hiperlipidemii w modelu μMP. Model ten jest przydatny do badań patologicznych nad miażdżycą związaną z leczeniem MTX, a także do oceny farmakologicznej inhibitorów HMGCR. Badanie to może promować badania w dziedzinie kardio-onkologii, dostarczając odpowiedniego modelu zwierzęcego do badań nad miażdżycą związaną z leczeniem przeciwnowotworowym.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kitasato w Japonii wykazało, że metotreksat (MTX) może nasilać rozwój miażdżycy poprzez zaburzenie metabolizmu kwasu foliowego. Eksperyment przeprowadzony na modelu Microminipig™ wykazał, że MTX prowadzi do obniżenia poziomu kwasu foliowego we krwi i wzrostu stężenia homocysteiny, co skutkuje bardziej zaawansowanymi zmianami miażdżycowymi. Istotnym odkryciem jest fakt, że MTX nasila miażdżycę niezależnie od swojego wpływu na profil lipidowy. Suplementacja kwasem foliowym lub leukoworyną może zmniejszać te niekorzystne efekty, co potwierdza zasadność obecnej praktyki klinicznej stosowania suplementacji u pacjentów przyjmujących MTX. Wyniki badania mają szczególne znaczenie w kontekście kardio-onkologii i długoterminowej terapii MTX u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów, sugerując potrzebę monitorowania ryzyka sercowo-naczyniowego u tych grup pacjentów.