Dapagliflozyna a mikrobiota jelitowa po zawale – nowy mechanizm?

Czy inhibitory SGLT2 działają nie tylko na serce, ale także na jelito?

Dapagliflozyna, inhibitor kotransportera sodowo-glukozowego typu 2 (SGLT2), wykazuje działanie kardioprotekcyjne wykraczające poza kontrolę glikemii – poprawia funkcję serca u pacjentów z niewydolnością oraz innymi chorobami układu sercowo-naczyniowego. Dotychczasowe badania kliniczne i przedkliniczne potwierdzają, że lek ten redukuje stres oksydacyjny, stan zapalny, włóknienie oraz dysfunkcję naczyniową, które są kluczowymi czynnikami w patologii przewlekłego zawału mięśnia sercowego (CMI). Nowe doniesienie z Chiang Mai University, opublikowane w Annals of Translational Medicine, po raz pierwszy kompleksowo charakteryzuje wpływ dapagliflozyny na skład mikrobioty jelitowej, integralność bariery jelitowej oraz metabolity bakteryjne w modelu szczurzym CMI.

Przewlekły zawał mięśnia sercowego wiąże się z przewlekłym stanem zapalnym niskiego stopnia, przedłużonym włóknieniem i postępującą dysfunkcją metaboliczną. Zjawiska te mogą być nasilane przez utrzymującą się dysbiozy jelitową oraz zwiększoną przepuszczalność jelitową, co prowadzi do błędnego koła stanu zapalnego dodatkowo pogarszającego funkcję serca. Badacze postawili hipotezę, że dapagliflozyna łagodzi dysbiozy jelitową wywołaną przez CMI, wzmacnia integralność bariery jelitowej, moduluje metabolizm krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) oraz N-tlenku trimetyloaminy (TMAO), a ostatecznie redukuje stan zapalny ogólnoustrojowy i ryzyko sercowo-naczyniowe.

Jak przeprowadzono badanie u szczurów z przewlekłym zawałem?

W badaniu wykorzystano 39 dorosłych samców szczurów Wistar (350–400 g), które podzielono na dwie główne grupy: pozornie operowaną (sham, n=13) oraz z przewlekłym zawałem mięśnia sercowego (CMI, n=26). Szczury z grupy CMI przeszły podwiązanie lewej tętnicy wstępującej (LAD) w znieczuleniu ogólnym, podczas gdy grupa sham została poddana identycznej procedurze chirurgicznej bez faktycznego podwiązania naczynia – w ten sposób kontrolowano efekty samego zabiegu i znieczulenia. Skuteczność indukcji zawału potwierdzano echokardiograficznie na 8. dzień po operacji: do dalszych badań włączano tylko szczury z wyraźnym obniżeniem frakcji wyrzutowej lewej komory (LVEF ≤50%) oraz akinezy ściany przedniej.

Po potwierdzeniu zawału szczury z grupy CMI losowo przydzielono do dwóch podgrup (n=13 każda): otrzymujących nośnik (wodę destylowaną) lub dapagliflozynę w dawce 1 mg/kg/dzień podawanej doustnie przez zgłębnik przez 70 dni. Wybrana dawka odpowiada standardowej dawce terapeutycznej u ludzi (~10 mg/dzień) po przeliczeniu według skali allometrycznej i jest szeroko stosowana w badaniach na gryzoniach. Główne punkty końcowe obejmowały ocenę echokardiograficzną funkcji serca (LVEF, frakcja skracania [FS], stosunek fali E do A), analizę ekspresji białek bariery jelitowej (occludin, claudin-5) metodą Western blot, ocenę histopatologiczną jelita grubego (barwienie H&E), sekwencjonowanie regionu V3–V4 genu 16S rRNA mikrobioty jelitowej oraz pomiar stężeń SCFA i TMAO w osoczu za pomocą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS) i chromatografii cieczowej z tandemową spektrometrią mas (LC-QTOF-MS).

Jak dapagliflozyna wpływa na serce i jelito po zawale?

Echokardiografia przeprowadzona na koniec 10-tygodniowego okresu leczenia wykazała, że szczury z grupy CMI otrzymujące nośnik miały istotnie obniżone wartości LVEF, FS oraz stosunku E/A w porównaniu do grupy sham. Leczenie dapagliflozyną spowodowało znaczącą poprawę wszystkich tych parametrów kardiologicznych (p<0,05 vs grupa nośnikowa), choć nie doszło do pełnej normalizacji do poziomu kontrolnego. Sugeruje to częściowe odwrócenie dysfunkcji skurczowej i rozkurczowej serca, co jest zgodne z wcześniejszymi doniesieniami o kardioprotekcyjnym działaniu inhibitorów SGLT2.

Równolegle oceniano integralność bariery jelitowej. Analiza histopatologiczna wykazała w grupie nośnikowej uszkodzenie nabłonka jelita grubego oraz utratę krypt, co potwierdzało uszkodzenie strukturalne. Badanie Western blot wykazało istotny spadek ekspresji białek ścisłych połączeń międzykomórkowych – occludyny i claudiny-5 – w grupie CMI otrzymującej nośnik w porównaniu do grupy sham (p<0,05). Occludyna i claudina-5 są kluczowymi białkami odpowiedzialnymi za utrzymanie szczelności bariery jelitowej i ograniczenie przenikania antygenów ze światła jelita do krążenia ogólnoustrojowego. Dapagliflozyna istotnie zwiększyła ekspresję obu tych białek (p<0,05 vs nośnik), co sugeruje jej rolę w przywracaniu integralności bariery jelitowej.

„Nasze wyniki pokazują, że dapagliflozyna poprawia skład mikrobioty jelitowej, wzmacnia integralność bariery oraz moduluje metabolity mikrobiologiczne w szczurzym modelu przewlekłego zawału mięśnia sercowego” – podkreślają autorzy badania.

Czy dapagliflozyna redukuje stan zapalny w jelicie?

Autorzy ocenili także ekspresję białek związanych ze stanem zapalnym i apoptozą w tkance jelita grubego. W grupie CMI otrzymującej nośnik stwierdzono istotny wzrost poziomów markerów zapalnych: interleukiny-1β (IL-1β), interleukiny-6 (IL-6), czynnika martwicy nowotworów α (TNF-α) oraz stosunku fosforylowanej formy czynnika jądrowego κB (phospho-NF-κB) do jego całkowitej ilości (NF-κB) w porównaniu do grupy sham (p<0,05). Leczenie dapagliflozyną znacząco zredukowało ekspresję IL-1β, IL-6 oraz stosunek phospho-NF-κB/NF-κB w porównaniu do grupy nośnikowej (p<0,05), co wskazuje na działanie przeciwzapalne leku na poziomie jelita.

Równocześnie w grupie CMI z nośnikiem zaobserwowano wzrost markerów apoptozy: aktywnej kaspazy-3 (cleaved caspase-3) oraz stosunku białka proapoptotycznego Bax do antyapoptotycznego Bcl-2 (p<0,05 vs sham). Dapagliflozyna istotnie obniżyła poziom aktywnej kaspazy-3 (p<0,05 vs nośnik), choć nie wpłynęła znacząco na stosunek Bax/Bcl-2, co sugeruje częściowe złagodzenie apoptozy nabłonka jelitowego wywołanej przez CMI. Nadmierna apoptoza komórek nabłonkowych prowadzi do zaniku kosmków, utraty krypt i dalszego pogorszenia integralności jelita, dlatego jej ograniczenie może mieć istotne znaczenie ochronne.

W jaki sposób zmienia się mikrobiota jelitowa pod wpływem dapagliflozyny?

Analiza sekwencjonowania 16S rRNA wykazała istotne zmiany w składzie mikrobioty jelitowej. Grupa CMI otrzymująca nośnik charakteryzowała się dysbiozy jelitową, co potwierdzono poprzez istotne przesunięcie w różnorodności β (p<0,05 w analizie PERMANOVA). Na poziomie rodzajowym zaobserwowano wzrost liczebności bakterii Holdemania oraz spadek Tyzzerella i Papillibacter w porównaniu do grupy sham. Holdemania była wcześniej związana z zaburzeniami metabolizmu lipidów i migotaniem przedsionków u ludzi, natomiast Tyzzerella – bakteria produkująca SCFA – jest uznawana za korzystną dla funkcji bariery jelitowej, a jej niedobór zwiększa ryzyko sercowo-naczyniowe.

Leczenie dapagliflozyną istotnie zwiększyło różnorodność α mikrobioty (mierzoną indeksem Faith’s phylogenetic diversity) w porównaniu zarówno do grupy sham, jak i nośnikowej (p<0,05). Ponadto u szczurów leczonych dapagliflozyną zaobserwowano wzrost liczebności korzystnych taksonów, takich jak UCG-007 (z rodziny Ruminococcaceae, producent maślanu), Bacillus (znany probiotyk) oraz Bilophila, przy jednoczesnym spadku bakterii potencjalnie szkodliwych, takich jak Gordonibacter, Faecalibaculum, Dorea i innych (p<0,05 vs nośnik). Bakterie z rodzaju UCG-007 odgrywają kluczową rolę w produkcji maślanu, który wspiera integralność bariery jelitowej, zmniejsza stan zapalny i poprawia funkcję serca. Bacillus, szczególnie szczepy B. subtilis i B. coagulans, przyczyniają się do równowagi mikrobioty, regulacji cytokin zapalnych oraz produkcji SCFA, a także mogą obniżać poziom cholesterolu poprzez wydzielanie hydrolazy soli żółciowych (BSH).

Jak dapagliflozyna wpływa na metabolity bakteryjne – SCFA i TMAO?

Pomiar stężeń krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) w osoczu wykazał, że u szczurów z grupy CMI otrzymujących nośnik poziom kwasu octowego był istotnie podwyższony, natomiast kwasu masłowego – znacząco obniżony w porównaniu do grupy sham (p<0,05). Leczenie dapagliflozyną skutecznie znormalizowało stężenia obu tych kwasów do wartości zbliżonych do grupy kontrolnej (p<0,05 vs nośnik). Kwas masłowy (butyrynan) jest kluczowym metabolitem bakteryjnym o właściwościach przeciwzapalnych – hamuje szlak sygnałowy NF-κB, promuje różnicowanie regulatorowych limfocytów T oraz wzmacnia ekspresję białek ścisłych połączeń międzykomórkowych (w tym occludyny i claudiny), a także zmniejsza apoptozę nabłonka poprzez inhibicję deacetylaz histonowych (HDAC). Te właściwości mogą częściowo wyjaśniać obserwowaną poprawę ekspresji białek TJP oraz złagodzenie stanu zapalnego w jelicie u szczurów leczonych dapagliflozyną.

Równocześnie stężenie N-tlenku trimetyloaminy (TMAO) w osoczu było istotnie podwyższone w grupie CMI z nośnikiem w porównaniu do grupy sham (p<0,05). TMAO jest metabolitem bakteryjnym konsekwentnie związanym ze zwiększonym stanem zapalnym, dysfunkcją śródbłonka i podwyższonym ryzykiem sercowo-naczyniowym w badaniach przedklinicznych i klinicznych. Podwyższone poziomy TMAO promują aktywację szlaków prozapalnych, w tym NF-κB i inflammasomu NLRP3, co nasila stan zapalny ogólnoustrojowy i przyczynia się do patologii układu sercowo-naczyniowego. Leczenie dapagliflozyną istotnie obniżyło stężenie TMAO w osoczu do wartości porównywalnych z grupą sham (p<0,05 vs nośnik), co sugeruje potencjalny mechanizm, dzięki któremu lek łagodzi stan zapalny i poprawia wyniki sercowe.

„Nasze wyniki sugerują, że kardioprotekcyjne korzyści dapagliflozyny mogą być częściowo pośredniczone przez modulację osi jelito-serce w tym przedklinicznym modelu” – piszą autorzy badania.

Jakie są powiązania między mikrobiotą a parametrami klinicznymi?

Analiza korelacji Spearmana wykazała istotne związki między wybranymi taksonami bakteryjnymi a parametrami fizjologicznymi i biochemicznymi. Poziomy SCFA oraz ekspresja białek ścisłych połączeń międzykomórkowych (TJP) były pozytywnie skorelowane z liczebności UCG-007 i Candidatus_Soleaferrea, natomiast negatywnie z Bilophila, Christensenellaceae_uncultured, Clostridia_vadinBB60_group, Faecalibaculum, Dorea oraz Defluvitaleaceae_uncultured (p<0,05). Dodatkowo parametry echokardiograficzne oceniające funkcję serca były pozytywnie skorelowane z liczebności UCG-007, co sugeruje, że ten takson produkujący maślan może odgrywać kluczową rolę w poprawie funkcji serca poprzez wzmocnienie bariery jelitowej i redukcję stanu zapalnego.

Predykcyjna analiza funkcjonalna mikrobioty przy użyciu algorytmu PICRUSt2 wykazała istotne zmiany w szlakach metabolicznych u szczurów leczonych dapagliflozyną w porównaniu do grupy nośnikowej. Zaobserwowano wzrost aktywności szlaków związanych z biosyntezą SCFA (w tym degradacją 1,5-anhydrofrukozy oraz degradacją laktozy i galaktozy I) oraz metabolizmem lipidów (szczególnie biosyntezą oleinianu). Zwiększona biosynteza oleinianu (C18:1) może być korzystna, ponieważ kwas oleinowy wykazuje właściwości kardioprotekcyjne poprzez łagodzenie stresu oksydacyjnego, stanu zapalnego i dyslipidemii. Wzmocnienie szlaków biosyntezy SCFA jest zgodne z zaobserwowanym wzrostem liczebności bakterii produkujących maślan, co potwierdza funkcjonalną istotność zmian w mikrobiocie. Jednocześnie nastąpiło obniżenie aktywności szlaków sygnalizacji prozapalnej, co sugeruje potencjalną rolę dapagliflozyny w łagodzeniu zapalenia metabolicznego i ryzyka sercowo-naczyniowego.

Co to oznacza dla praktyki klinicznej i przyszłych badań?

Wyniki tego badania dostarczają nowych informacji na temat roli dapagliflozyny w modulacji osi jelito-serce w kontekście przewlekłego zawału mięśnia sercowego. W zastosowanym modelu szczurzym leczenie dapagliflozyną wiązało się ze złagodzeniem dysfunkcji serca wywołanej przez CMI oraz dysbiozy jelitowej, poprawą integralności bariery jelitowej, redukcją apoptozy i stanu zapalnego w jelicie, a także korzystnymi zmianami w metabolitach pochodzenia bakteryjnego. Konkretnie zaobserwowano wzrost szlaków biosyntezy SCFA oraz korzystnych taksonów bakteryjnych, przy jednoczesnej redukcji taksonów prozapalnych i stężenia TMAO w osoczu – co sugeruje przesunięcie w kierunku bardziej zrównoważonego, kardioprotekcyjnego profilu mikrobioty jelitowej.

Odkrycia te sugerują potencjalny wkład procesów pośredniczonych przez mikrobiotę jelitową w obserwowane korzyści. Należy jednak podkreślić, że efekty związane z jelitem powinny być traktowane jako jeden z czynników przyczyniających się do działania kardioprotekcyjnego, a nie jako główny mechanizm działania inhibitorów SGLT2, którego podstawą są bezpośrednie działania na serce, nerki i metabolizm. Mimo że inhibitory SGLT2 mogą przynosić korzyści żołądkowo-jelitowe w kontekście chorób układu sercowo-naczyniowego, obecne dowody są wstępne, a ich kliniczne znaczenie pozostaje niepewne i raczej nie wpłynie obecnie na decyzje terapeutyczne. Niemniej jednak pojawiające się dane wspierają prawdopodobieństwo interakcji jelitowo-sercowych, co uzasadnia przeprowadzenie dedykowanych badań klinicznych z wcześniej określonymi punktami końcowymi dotyczącymi przewodu pokarmowego.

Pomimo istotnych odkryć badanie ma pewne ograniczenia. Po pierwsze, prognozy oparte na algorytmie PICRUSt2 dostarczają cennych informacji o szlakach metabolicznych związanych z mikrobiotą jelitową, ale nie odzwierciedlają rzeczywistych stężeń metabolitów. Po drugie, testowano jedynie pojedynczą dawkę dapagliflozyny (1 mg/kg/dzień) – zależność dawka-odpowiedź nie była oceniana i wymaga dalszych badań. Po trzecie, chociaż dapagliflozyna modulowała mikrobiotę jelitową u szczurów z CMI, jej mechanistyczny wkład w oś jelito-serce pozostaje do wyjaśnienia – przyszłe badania powinny uwzględnić modele z transplantacją mikrobioty kałowej (FMT) lub deplecją mikrobioty wywołaną antybiotykami, aby ustalić związek przyczynowy. Po czwarte, specyficzny wkład SCFA, metabolizmu lipidów oraz innych szlaków mikrobiologicznych w działanie przeciwzapalne dapagliflozyny – a także ekspresja receptorów FFAR2/FFAR3 w mięśniu sercowym i dalsze sygnalizowanie pośredniczone przez SCFA – wymagają dalszych badań z zastosowaniem zintegrowanych podejść wieloomicznych. Wreszcie, biorąc pod uwagę, że badanie zostało przeprowadzone w przedklinicznym modelu CMI, konieczne są badania kliniczne, aby określić, czy podobne zmiany w mikrobiocie jelitowej i metabolizmie występują u ludzi.

Czy dapagliflozyna może stać się terapią ukierunkowaną na oś jelito-serce?

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Chiang Mai University dostarcza nowych dowodów na to, że dapagliflozyna – inhibitor SGLT2 o udokumentowanym działaniu kardioprotekcyjnym – może wywierać korzystne efekty także poprzez modulację osi jelito-serce w modelu przewlekłego zawału mięśnia sercowego u szczurów. Leczenie tym lekiem przez 70 dni poprawiło funkcję serca, wzmocniło integralność bariery jelitowej, zredukowało stan zapalny i apoptozę w jelicie oraz korzystnie zmodyfikowało skład mikrobioty jelitowej i profil metabolitów bakteryjnych. Zaobserwowano wzrost produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, szczególnie maślanu, oraz obniżenie poziomu prozapalnego TMAO, co może przyczyniać się do redukcji ryzyka sercowo-naczyniowego.

Wyniki sugerują, że mikrobiota jelitowa może stanowić obiecujący cel terapeutyczny w postępowaniu po zawale mięśnia sercowego. Przyszłe badania translacyjne oraz kliniczne powinny zbadać potencjał terapii ukierunkowanych na jelito – samodzielnie lub w połączeniu z inhibicją SGLT2 – w celu poprawy wyników sercowo-naczyniowych. Konieczne są dalsze badania mechanistyczne oraz weryfikacja tych odkryć w populacji ludzkiej, aby w pełni zrozumieć kliniczne znaczenie modulacji mikrobioty jelitowej przez dapagliflozynę.