Amlodipina – nowe właściwości antyglikacyjne w leczeniu nadciśnienia

Jak nadciśnienie przyczynia się do chorób sercowo-naczyniowych?

Nadciśnienie pozostaje główną przyczyną przedwczesnej śmierci na całym świecie, dotykając 1 na 5 kobiet i 1 na 4 mężczyzn, co daje około 1,28 miliarda osób. Jest to szczególnie niepokojące, ponieważ nadciśnienie stanowi istotny czynnik ryzyka chorób serca, mózgu, nerek i innych narządów. Nadciśnienie jest również ściśle związane z cukrzycą. Oba te stany prowadzą do dysfunkcji śródbłonka charakteryzującej się zwiększonym stresem oksydacyjnym i aktywacją receptorów dla końcowych produktów zaawansowanej glikacji (AGEs/RAGE). Stymulacja AGEs/RAGE aktywuje komórki immunologiczne, prowadząc do nadekspresji oksydazy NADPH (NOX), która jest głównym cytoplazmatycznym źródłem wolnych rodników i czynników prozapalnych, takich jak czynnik martwicy nowotworów-α (TNF-α), interleukina 1β (IL-1β) i interleukina 6 (IL-6).

Liczne badania zaobserwowały, że ekspresja rozpuszczalnej formy RAGE (sRAGE) i pełnej długości RAGE (flRAGE) była ujemnie skorelowana ze stężeniem glukozy w osoczu. Spadek poziomu flRAGE obserwowano u pacjentów z upośledzoną tolerancją glukozy i cukrzycą, co prawdopodobnie wynikało z nasilonej przez hiperglikemię degradacji proteolitycznej subdomeny RAGE za pośrednictwem dezintegryn i metaloproteinaz. Zauważono również tworzenie się zwapnień indukowanych hiperglikemią pod wpływem osi AGEs/RAGE. AGEs mogą powodować dysfunkcję naczyń poprzez tworzenie wiązań krzyżowych między białkami macierzy pozakomórkowej (elastyną i kolagenem), co prowadzi do sztywności naczyń krwionośnych, włóknienia serca i dysfunkcji rozkurczowej. Inne białka, takie jak lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL), są również podatne na tworzenie wiązań krzyżowych z AGEs. Makrofagi pochodzące z monocytów wychwytują glikowane LDL, stymulując tym samym powstawanie komórek piankowatych, które powodują miażdżycę. AGEs mogą również promować dysfunkcję naczyń poprzez zmniejszenie biodostępności tlenku azotu (NO) oraz hamowanie śródbłonkowej syntazy NO i mechanizmów obrony antyoksydacyjnej.

Czy amlodipina wykazuje efekty antyglikacyjne?

Jednym z najczęściej stosowanych leków w leczeniu nadciśnienia jest amlodipina. Jest to pochodna dihydropirydyny z grupy nifedypiny, która blokuje przezbłonowy napływ jonów wapnia poprzez hamowanie wolnych, zależnych od napięcia kanałów wapniowych typu L w mięśniach gładkich naczyń. Prowadzi to do zmniejszenia wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia, co redukuje napięcie mięśni gładkich naczyń, wywołując rozkurcz tętnic. Wskazania do stosowania amlodipiny obejmują przerost lewej komory serca, bezobjawową miażdżycę, dławicę piersiową, dławicę naczynioskurczową, chorobę tętnic obwodowych, zespół metaboliczny, a u osób starszych – izolowane nadciśnienie skurczowe.

Najnowsze badania sugerują, że amlodipina może posiadać dodatkowe mechanizmy działania, w tym redukcję stresu oksydacyjnego i glikacji białek, które odgrywają istotną rolę w patogenezie chorób sercowo-naczyniowych. Dotychczasowe badania wykazały zmniejszenie stężenia lipoproteiny (a) i izoprostanów podczas stosowania kombinacji olmesartanu i amlodipiny w porównaniu z wartościami wyjściowymi i monoterapią. Jednak właściwości antyglikacyjne leku nie były dotąd dobrze poznane. Najnowsze badania są pierwszymi, które kompleksowo oceniają efekt antyglikoksydacyjny amlodipiny, co może pozwolić na jej wykorzystanie nie tylko w nadciśnieniu. Stres karbonylowy i dysfunkcja śródbłonka pociągają za sobą dalsze patologie prowadzące do zespołu metabolicznego. Efekt antyglikoksydacyjny amlodipiny z jednej strony może mieć potencjał przeciwcukrzycowy, a jednocześnie chronić przed chorobami sercowo-naczyniowymi.

Jak amlodipina wpływa na glikację białek?

W przeprowadzonych badaniach wykorzystano model albuminy surowicy bydlęcej (BSA) do oceny właściwości antyglikacyjnych amlodipiny. BSA jest powszechnie stosowana w badaniach biochemicznych ze względu na korzystną cenę, dobrą dostępność, stabilność i doskonałe właściwości wiążące. Zarówno struktura BSA, jak i albuminy ludzkiej składa się z pojedynczego łańcucha aminokwasowego, chociaż BSA ma o dwa aminokwasy mniej niż albumina ludzka. Jako istotne białko osocza, albumina pełni kluczowe funkcje w organizmie, w tym transport hormonów i leków, utrzymanie pH krwi i regulację ciśnienia koloidowo-osmotycznego. Albumina może również wiązać jony metali przejściowych, co nadaje jej właściwości antyoksydacyjne. W warunkach in vivo albumina jest podatna na glikoksydację ze względu na wysokie stężenie w osoczu, długi okres półtrwania i liczne reszty aminokwasowe, takie jak lizyna, arginina i cysteina.

W badaniach in vitro z wykorzystaniem albuminy surowicy bydlęcej (BSA) jako modelu glikacji białek, amlodipina wykazała zdolność do hamowania modyfikacji białek wywołanych przez różne czynniki glikujące, takie jak glukoza, fruktoza, ryboza i glioksal. Efekt ten był porównywalny z działaniem aminoguanidyny (znanego inhibitora glikacji) oraz N-acetylocysteiny (NAC, znanego antyoksydantu). Amlodipina skutecznie zmniejszała powstawanie produktów oksydacji białek, takich jak zaawansowane produkty oksydacji białek (AOPPs) i karbonyle białkowe (PCs), jednocześnie zwiększając poziom całkowitych tioli (TTs), co wskazuje na ochronę przed stresem oksydacyjnym.

Oksydacja białek jest procesem modyfikacji strukturalnej pod wpływem reaktywnych form tlenu (ROS) i reaktywnych form azotu (RNS). Jednym z markerów oksydacji białek są zaawansowane produkty oksydacji białek (AOPPs), tworzące się głównie na białkach, zwłaszcza albuminie, i wskazujące na stres oksydacyjny związany z procesami zapalnymi. Karbonyle białkowe (PCs) to grupy karbonylowe wbudowane w łańcuchy boczne aminokwasów w wyniku bezpośredniego utleniania lub reakcji z produktami peroksydacji lipidów – są uniwersalnym wskaźnikiem uszkodzenia białek. Całkowite tiole (TTs) odzwierciedlają poziom wolnych grup -SH w białkach; ich spadek wskazuje na wyczerpanie potencjału antyoksydacyjnego i zwiększony stres oksydacyjny.

Ponadto amlodipina hamowała tworzenie produktów glikoksydacji, takich jak kynurenina (KN), N-formylokynurenina (NFK) i dityrozyna (DT), przy jednoczesnym zachowaniu poziomów tryptofanu (TRY). Glikoksydacja białek to proces łączący mechanizmy glikacji i oksydacji, w którym białka są modyfikowane jednocześnie przez cukry redukujące i ROS. Prowadzi to do powstawania uszkodzeń, które są bardziej trwałe i szkodliwe niż w przypadku samych reakcji glikacji lub oksydacji. Tryptofan (TRY) jest aminokwasem szczególnie podatnym na utlenianie i modyfikację podczas glikooksydacji, co prowadzi do utraty jego właściwości fluorescencyjnych i zmian w konformacji białka. Kynurenina (KN) jest produktem degradacji tryptofanu poprzez utlenianie i fotoutlenianie, a jej zwiększone stężenie jest markerem zaawansowanej degradacji białek. N-formylokynurenina (NFK) jest wczesnym produktem utleniania tryptofanu, który często poprzedza powstawanie kynureniny i odzwierciedla początkowe etapy uszkodzeń oksydacyjnych. Dityrozyna (DT) powstaje w wyniku oksydacyjnego sieciowania reszt tyrozyny, co zwiększa sztywność i agregację białek.

Czy interakcje molekularne decydują o działaniu amlodypiny?

Efekty te były konsekwentnie obserwowane dla wszystkich testowanych czynników glikujących i utleniających, choć siła działania różniła się w zależności od użytego czynnika. Właściwości antyglikoksydacyjne amlodipiny są bardziej wyraźne w próbkach zawierających glioksal (GO) lub chloraminę T (ChT). W tych kombinacjach parametry wykazują bardziej znaczące zmiany w porównaniu z resztą próbek (np. zawartość NFK jest niższa w BSA+GO/ChT+amlodipina niż w BSA+Glu/Rib+amlodipina). Ten fakt nie powinien być zaskakujący, ponieważ różne czynniki glikujące mają różną kinetykę procesu glikacji. Bardzo wysokie powinowactwo do białek wykazuje ryboza, co sprawia, że jest uważana za najsilniejszy z czynników glikujących.

Analiza dokowania molekularnego wykazała, że amlodipina ma wysokie powinowactwo do BSA (energia wiązania -5,5 kcal/mol), co sugeruje, że może konkurować o miejsca wiązania z czynnikami glikującymi, chroniąc białko przed modyfikacjami. Symulacja wykazała, że amlodipina preferencyjnie wiązała się z aminokwasami, w tym proliną (Pro)-420, kwasem glutaminowym (Glu)-424, seryną (Ser)-109, kwasem asparaginowym (Asp)-111, argininą (Arg)-458, Glu-125, alaniną (Ala)-510, treoniną (Thr)-514, Asp-517, Thr-518, lizyną (Lys)-114, histydyną (His)-145, Arg-185, leucyną (Leu)-115, Glu-182 i Thr-518. Analiza in silico wykazała, że tylko trzy miejsca dokowania miały odchylenia średniokwadratowe pozycji atomowych (RMSD) poniżej 3. Amlodipina wykazała najsilniejsze powinowactwo do cząsteczki BSA, z wynikiem -5,5 kcal/mol. To miejsce wykazało pojedynczy kontakt polarny z udziałem Pro w pozycji 420 i Glu w pozycji 424.

Jakie są molekularne cele amlodypiny w kontekście AGE/RAGE?

Interesujące jest, że amlodipina wykazała również silne powinowactwo do enzymów trawiennych rozkładających węglowodany, takich jak α-amylaza (αA), α-glukozydaza (αG) i sacharazo-izomaltaza (SI), z energiami wiązania odpowiednio -6,3, -6,2 i -5,3 kcal/mol. Ujemne wartości energii wiązania oznaczają, że interakcja między ligandem a białkiem jest termodynamicznie korzystna. Im bardziej ujemna wartość, tym silniejsze powinowactwo; w tym przypadku amlodipina może skutecznie oddziaływać z enzymami rozkładającymi węglowodany. Może to sugerować, że amlodipina może opóźniać trawienie węglowodanów, prowadząc do wolniejszego wzrostu glikemii poposiłkowej, co pośrednio przyczynia się do jej działania antyglikacyjnego. Każda cząsteczka enzymu wykazywała dwie interakcje polarne z amlodypiną i łączyła się poprzez następujące reszty: dla αA poprzez reszty argininy (Arg): Arg-252 i Arg-398, dla αG poprzez Arg-608 i metioninę (Met)-363, a dla SI – Arg-58 i glutaminę (Gln)-57.

Badania dokowania molekularnego wykazały również, że amlodipina ma wysokie powinowactwo do białek szlaku AGEs/RAGE, w szczególności do kinazy c-Jun N-terminalnej (JNK) z energią wiązania -6,6 kcal/mol. Wiązanie AGEs z ich receptorem (RAGE) aktywuje szlak sygnałowy AGEs/RAGE, indukując stan zapalny, stres oksydacyjny, apoptozę komórek, insulinooporność i uszkodzenie komórek β trzustki. W związku z tym sygnalizacja AGEs/RAGE jest silnie związana z ewolucją cukrzycy typu 2 i jej powikłań.

JNK odgrywa kluczową rolę w szlakach sygnałowych związanych z ekspresją genów, plastycznością neuronalną, regeneracją, śmiercią komórek i regulacją starzenia komórkowego. Aktywacja szlaku JNK następuje w odpowiedzi na różne czynniki stresowe, w tym cytokiny, czynniki wzrostu, stres oksydacyjny i sygnały odpowiedzi na nieprawidłowo złożone białka lub peptydy β-amyloidowe. Wykazano, że aktywacja szlaku JNK jest kluczowym elementem w regulacji sygnałów apoptozy. Amlodipina reaguje z różnymi regulatorami komórkowymi, np. kinazami aktywowanymi mitogenem (MAPK), czynnikami transkrypcyjnymi i białkami cyklu komórkowego, co może wpływać na utrzymanie funkcji komórek β trzustki i wrażliwość na insulinę oraz kontrolować odpowiedź komórkową na stres oksydacyjny i nieprawidłową syntezę białek indukowaną przez AGEs.

Co mówi struktura chemiczna o właściwościach amlodypiny?

Struktura chemiczna amlodypiny sugeruje potencjalną aktywność antyoksydacyjną, co może wyjaśniać jej właściwości antyglikacyjne. Dane literaturowe wskazują, że grupa aminowa w strukturze amlodypiny może działać jako akceptor wolnych rodników i wiązać reaktywne formy cukrów, hamując tym samym powstawanie AGEs. Ponadto pierścień dihydropirydynowy obecny w amlodypinie może wykazywać właściwości antyoksydacyjne i pośrednio hamować glikację indukowaną wolnymi rodnikami.

Jakie wnioski płyną z systematycznego przeglądu literatury?

Przegląd systematyczny literatury potwierdził, że wyniki badań klinicznych są zgodne z wynikami badań na modelach zwierzęcych i in vitro. Amlodipina wykazuje właściwości antyoksydacyjne, jednak dane dotyczące jej aktywności antyglikacyjnej są ograniczone. W jednym z badań na modelu zwierzęcym wykazano, że amlodipina hamuje odkładanie się AGEs w błonie wewnętrznej aorty, mimo braku wpływu na lipidy osoczowe. Właściwości plejotropowe amlodipiny mogą być związane z jej aktywnością antyglikacyjną. W warunkach in vivo może to wynikać z faktu, że amlodipina charakteryzuje się długim okresem półtrwania (35-50 godzin) i długotrwałym działaniem.

W przeglądzie systematycznym literatury zidentyfikowano 34 745 prac z baz danych PubMed, Medline i Web of Science, z których 32 462 usunięto z powodu duplikacji. Przeczytano 2283 abstrakty, a 218 spełniło kryteria włączenia i wyłączenia. Spośród zakwalifikowanych artykułów 154 okazało się nieistotnych dla tematu przeglądu. Dlatego ostatecznie uwzględniono 65 artykułów. Zdecydowana większość badań włączonych do przeglądu koncentrowała się na porównaniu blokerów kanałów wapniowych DHP z lekami hipotensyjnymi z innych grup (np. inhibitorami konwertazy angiotensyny [ACE-I], blokerami receptora angiotensyny [ARB], antagonistami receptora mineralokortykoidowego [MRA], diuretykami tiazydowymi), różnymi substancjami w grupie blokerów kanałów wapniowych DHP lub ich stosowaniem w kombinacji. Tylko trzy badania koncentrowały się wyłącznie na testowaniu amlodypiny przy użyciu różnych biomarkerów stresu oksydacyjnego.

W jednym z badań Nakamura i wsp. mierzyli stężenie AGEs w surowicy i rozpuszczalnej formy RAGE (sRAGE) u pacjentów z przewlekłą niewydolnością nerek (stadium I i II) leczonych amlodypiną. Według ich badania, leczenie amlodypiną nie zmniejszyło krążących AGEs i sRAGE. Ważne jest jednak, że do badania nie włączono pacjentów z cukrzycą. Stres karbonylowy ma niewielkie nasilenie we wczesnych stadiach niewydolności nerek, co może sprawić, że amlodypina jest nieskuteczna w obniżaniu AGEs/RAGE. Możliwe jest również, że uszkodzenie przez szlak stresu karbonylowego może wystąpić tylko na poziomie lokalnym, ograniczonym do tkanki nerkowej.

Czy amlodipina ma potencjał ponad leczenie nadciśnienia?

Efekt antyglikacyjny amlodipiny może być jednym z mechanizmów napędzających plejotropowe działanie tego leku, obok jego efektów antyoksydacyjnych, przeciwzapalnych i poprawiających funkcję śródbłonka. Amlodipina mogłaby być stosowana nie tylko w leczeniu nadciśnienia. Ponieważ zarówno cukrzyca, jak i nadciśnienie wiążą się z dalszymi powikłaniami, amlodipina mogłaby potencjalnie chronić przed rozwojem wielochorobowości. Ponadto stosowanie leków plejotropowych wiąże się z lepszą adherencją, ponieważ pacjenci często mają problemy z przestrzeganiem zaleceń i przyjmowaniem wielu leków.

Należy jednak pamiętać o ograniczeniach przeprowadzonych badań. Po pierwsze, wykorzystano BSA (zamiast ludzkiej albuminy surowicy) i nie zbadano, co dzieje się ze strukturą BSA podczas procesu glikacji. Chociaż aktywność antyglikacyjna amlodypiny została wykazana w kinetycznie ustalonym modelu glikacji, testowano tylko jedno stężenie leku i nie można było określić stężenia hamującego w 50% (IC50). Badania in silico również nie dostarczają szczegółowego wglądu w mechanizmy działania amlodypiny. Dalsze eksperymenty powinny ocenić modyfikacje strukturalne albuminy lub interakcje molekularne amlodypiny z białkami szlaku AGE/RAGE.

Model BSA upraszcza skomplikowane interakcje molekularne między białkami in vivo, co utrudnia przeniesienie wyników na bardziej skomplikowane modele fizjologiczne. Rzeczywiście, badania in vitro mogą dostarczyć cennych wstępnych informacji o potencjalnych mechanizmach działania leku, ale nie zawsze przekładają się bezpośrednio na efekty w żywych organizmach, w tym interakcji między różnymi typami komórek, układami narządów i zmiennymi środowiskowymi (np. mikrobiota jelitowa lub krążenie), które mogą wpływać na działanie leku. Amlodipina może wykazywać aktywność antyglikacyjną w badaniach in vitro, ale jej skuteczność w żywych organizmach może być ograniczona przez inne mechanizmy, takie jak metabolizm wątrobowy, interakcje z innymi lekami lub mechanizmy obronne organizmu.

Rejestracja nowego wskazania dla amlodipiny w przyszłości byłaby przełomem terapeutycznym, szczególnie dla osób z cukrzycą i problemami sercowo-naczyniowymi. Biorąc pod uwagę rosnącą częstość występowania cukrzycy, potrzebne są badania na modelach zwierzęcych i u ludzi, aby potwierdzić przeciwcukrzycowy mechanizm działania amlodipiny. Ze względu na fakt, że amlodipina wykazuje aktywność antyglikacyjną, należy zbadać jej działanie w chorobach związanych z hiperglikemią i zwiększonym stresem oksydacyjnym, zarówno w cukrzycy typu 1, jak i typu 2, nefropatii cukrzycowej, retinopatii cukrzycowej, miażdżycy i nadciśnieniu.

Podsumowując, badania te po raz pierwszy wykazały antyglikacyjne działanie amlodipiny. Amlodipina zmniejsza glikację białek indukowaną cukrami i aldehydami do poziomu porównywalnego z aminoguanidyną i NAC. Analiza in silico wykazała silne powinowactwo amlodipiny do αA, αG i SI, co może wyjaśniać efekty antyglikacyjne in vivo. W dokowaniu molekularnym między amlodypiną a białkami szlaku AGE uzyskano również obiecujące wyniki, a systematyczny przegląd literatury potwierdził antyoksydacyjne działanie amlodypiny. Potrzebne są dalsze badania, aby w pełni potwierdzić te właściwości i potencjalnie rozszerzyć wskazania do stosowania amlodypiny w praktyce klinicznej.

Podsumowanie

Najnowsze badania ujawniły, że amlodipina, powszechnie stosowany lek w terapii nadciśnienia tętniczego, posiada istotne właściwości antyglikacyjne i antyoksydacyjne. W badaniach in vitro wykazano, że lek skutecznie hamuje modyfikacje białek wywołane przez różne czynniki glikujące, w tym glukozę, fruktozę i rybozę. Działanie to jest porównywalne z efektem znanego inhibitora glikacji – aminoguanidyny oraz antyoksydantu – N-acetylocysteiny. Amlodipina zmniejsza powstawanie produktów oksydacji białek, jednocześnie chroniąc przed stresem oksydacyjnym. Badania dokowania molekularnego wykazały wysokie powinowactwo leku do albuminy oraz enzymów trawiennych rozkładających węglowodany, co może wyjaśniać jej działanie antyglikacyjne. Szczególnie istotne jest silne powinowactwo amlodipiny do białek szlaku AGEs/RAGE, zwłaszcza kinazy c-Jun N-terminalnej. Te dodatkowe mechanizmy działania amlodipiny mogą mieć znaczenie w zapobieganiu powikłaniom sercowo-naczyniowym i cukrzycowym, choć konieczne są dalsze badania kliniczne potwierdzające te właściwości.