Dapagliflozyna w terapii cukrzycy typu 2: nowe spojrzenie na mechanizmy działania

Czym jest nowe podejście do terapii T2DM?

Dapagliflozyna w terapii cukrzycy typu 2: nowe spojrzenie na mechanizmy molekularne

Cukrzyca typu 2 (T2DM) stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej medycyny. Według prognoz, do 2045 roku liczba dorosłych cierpiących na cukrzycę osiągnie 693 miliony, a obecnie schorzenie to odpowiada za około 11,3% wszystkich zgonów na świecie. Ponad 90% przypadków cukrzycy to właśnie typ 2, charakteryzujący się podwyższonym poziomem glukozy we krwi i insulinoopornością, co prowadzi do szeregu powikłań, w tym retinopatii, neuropatii, nefropatii i chorób sercowo-naczyniowych.

Wśród leków stosowanych w leczeniu T2DM, inhibitory kotransportera sodowo-glukozowego 2 (SGLT2) stanowią stosunkowo nową klasę środków hipoglikemizujących. Dapagliflozyna, pierwszy selektywny inhibitor SGLT2 zatwierdzony do leczenia T2DM w 2012 roku, działa poprzez hamowanie wchłaniania zwrotnego glukozy w kanalikach proksymalnych nerek. W przeciwieństwie do innych leków przeciwcukrzycowych, inhibitory SGLT2 eliminują glukozę z organizmu, zmniejszając tym samym toksyczność glukozy na poziomie systemowym i komórkowym. Dapagliflozyna wykazuje również dodatkowe korzyści terapeutyczne, takie jak redukcja masy ciała (szczególnie w okolicy brzusznej), obniżenie ciśnienia krwi oraz poprawa profilu lipidowego i poziomu kwasu moczowego w surowicy.

Choć duże badania kliniczne potwierdziły korzystne efekty dapagliflozyny w poprawie wyników sercowo-naczyniowych u pacjentów z T2DM, dokładne mechanizmy molekularne jej działania przeciwcukrzycowego pozostają słabo poznane. Aby rzucić nowe światło na te mechanizmy, zespół badaczy zastosował innowacyjne podejście łączące analizę farmakologii sieciowej z metodami głębokiego uczenia.

“Nasze badanie miało na celu ujawnienie farmakologicznych mechanizmów dapagliflozyny w leczeniu cukrzycy typu 2 oraz wskazanie nowych potencjalnych celów terapeutycznych” – piszą autorzy badania.

Jakie mechanizmy molekularne kryją działanie dapagliflozyny?

W pierwszym etapie badacze zidentyfikowali potencjalne cele molekularne dapagliflozyny. Z baz danych CTD, SwissTargetPrediction i SuperPred pozyskali 253 cele związane z dapagliflozyną, a z baz GeneCards i DigSee – 3070 celów związanych z T2DM. Analiza porównawcza wykazała 155 wspólnych celów, które uznano za potencjalne cele przeciwcukrzycowe dapagliflozyny.

Kolejnym krokiem była analiza funkcjonalna genów (GO) i analiza szlaków KEGG, które miały wyjaśnić, w jaki sposób dapagliflozyna oddziałuje na zidentyfikowane cele. Wyniki wykazały, że 155 celów było głównie związanych z odpowiedzią na peptydy, mikrodomenami błonowymi oraz aktywnością kinazy białkowej serynowo-treoninowo-tyrozynowej. Analiza szlaków KEGG ujawniła, że w mechanizmach przeciwcukrzycowych dapagliflozyny uczestniczy kilka kluczowych szlaków sygnałowych, w tym szlak PI3K-Akt, szlak MAPK oraz szlak AGE-RAGE w powikłaniach cukrzycowych.

Szlak PI3K-Akt, wybrany do dalszej analizy, pełni funkcję kluczowego węzła w transdukcji sygnału insulinowego i reguluje szereg aktywności komórkowych, takich jak wchłanianie glukozy, metabolizm komórkowy, przeżycie komórek, proliferacja i produkcja glikogenu. Coraz więcej dowodów wskazuje na istotną rolę sygnalizacji PI3K-Akt w rozwoju i progresji T2DM. Co ciekawe, niedawne badanie wykazało, że dapagliflozyna może poprawiać funkcję komórek β w mysim modelu T2DM, co może być częściowo związane z jej regulacyjną rolą w osi PI3K-Akt.

Czy mechanizm działania dapagliflozyny wykracza zatem znacznie poza samo hamowanie wchłaniania zwrotnego glukozy w nerkach? Jakie konkretne cele molekularne są najważniejsze w jej działaniu przeciwcukrzycowym?

Aby odpowiedzieć na te pytania, badacze skonstruowali sieć interakcji białko-białko (PPI) i zidentyfikowali 13 kluczowych celów przeciwcukrzycowych dapagliflozyny: AKT1, PIK3CA, NOS3, EGFR, MAPK1, MAPK3, HSP90AA1, MTOR, RELA, NFKB1, IKBKB, ITGB1 i TP53. Te kluczowe cele były głównie związane z procesami biologicznymi dotyczącymi stresu oksydacyjnego, komórek śródbłonka i autofagii.

Jakie kluczowe cele molekularne potwierdzają działanie leku?

Następnie, wykorzystując metodę głębokiego uczenia DeepPurpose, badacze ocenili powinowactwo wiązania dapagliflozyny z kluczowymi celami. Wyniki wykazały, że dapagliflozyna ma stosunkowo dobre powinowactwo wiązania z AKT1, HSP90AA1, RELA, ITGB1 i TP53, przy czym najsilniejszą aktywność wiązania wykazała z AKT1.

AKT1, należący do rodziny kinaz serynowo-treoninowych, uczestniczy w szlakach sygnałowych związanych z proliferacją komórek, apoptozą, angiogenezą, migracją i metabolizmem glukozy. Jako kinaza antyapoptotyczna, AKT1 odgrywa kluczową rolę w przeżyciu różnych typów komórek. Wcześniejsze badanie wykazało, że polimorfizmy AKT1 mogą być związane z ryzykiem choroby Alzheimera u pacjentów z T2DM.

HSP90AA1, jako białko indukowane stresem, pełni funkcję chaperonu nieprawidłowo sfałdowanych białek, odpowiedzialnego za utrzymanie homeostazy komórkowej. HSP90AA1 moduluje stabilność i funkcjonalność kinaz białkowych, czynników transkrypcyjnych i różnych białek zaangażowanych w szlaki sygnalizacji komórkowej. Coraz więcej dowodów wskazuje na znaczenie HSP90AA1 dla autofagii – procesu kluczowego w patogenezie cukrzycy.

“Nasze wyniki sugerują, że dapagliflozyna może łagodzić cukrzycę typu 2 poprzez regulację stresu oksydacyjnego, funkcji śródbłonka i autofagii” – podkreślają badacze.

RELA (znany również jako p65) jest kluczowym członkiem rodziny NF-κB, który służy jako główny mediator stanu zapalnego. Wcześniejsze badanie wykazało zwiększony poziom fosforylowanego p65 u szczurów z T2DM, co może być związane z dysregulacją sygnalizacji MAPK/PI3K/Akt. Co ciekawe, niedawne badanie wykazało, że dapagliflozyna może zmniejszać przemieszczanie się p65 do jądra komórkowego, co może być korzystne dla hamowania indukowanego przez STZ przerostu serca w szczurzym modelu T2DM.

ITGB1, jako największa podrodzina integryn, jest powszechnie uznawany za receptor błony komórkowej, który odgrywa kluczową rolę w różnych procesach fizjologicznych i patologicznych. Integryny są klasą receptorów dla heteromerycznej macierzy pozakomórkowej, które funkcjonują w adhezji komórka-macierz, sygnalizacji wewnątrzkomórkowej oraz regulacji proliferacji, różnicowania i przeżycia komórek. Wcześniejsze badanie ujawniło regulacyjną rolę aktywnych integryn w wrażliwości na insulinę w adipocytach i metabolizmie ogólnoustrojowym.

TP53, czynnik transkrypcyjny, reaguje na różne stresy komórkowe i moduluje geny docelowe zaangażowane w różne procesy komórkowe, takie jak apoptoza, naprawa DNA i metabolizm. Coraz więcej badań sugeruje, że TP53 odgrywa kluczową rolę w powstawaniu i rozwoju T2DM. Niedawne dowody wykazały, że TP53 może służyć jako kluczowy cel dapagliflozyny przeciwko anemii u starszych pacjentów z niewydolnością serca.

Czy badania in silico przekładają się na praktykę kliniczną?

Badanie ma pewne ograniczenia. Opiera się głównie na analizach in silico i podejściach bioinformatycznych bez walidacji eksperymentalnej in vitro lub in vivo. Ponadto, krzyżowe oddziaływanie między stresem oksydacyjnym, dysfunkcją śródbłonka i autofagią w mechanizmach przeciwcukrzycowych pozostaje do wyjaśnienia. W kolejnych badaniach planowane są eksperymenty zarówno in vitro, jak i in vivo, aby zbadać specyficzną rolę regulacyjną dapagliflozyny w szlaku PI3K-Akt i kluczowych celach przeciwko T2DM.

Dla lekarzy praktykujących wyniki tego badania otwierają nowe perspektywy w zrozumieniu wielokierunkowego działania dapagliflozyny. Lek ten może nie tylko obniżać poziom glukozy poprzez blokowanie jej wchłaniania w nerkach, ale także modulować kluczowe szlaki sygnałowe związane z metabolizmem glukozy, stresem oksydacyjnym i funkcją śródbłonka. Jak te mechanizmy molekularne przekładają się na obserwowane korzyści kliniczne? Czy można wykorzystać tę wiedzę do lepszego przewidywania odpowiedzi na leczenie u poszczególnych pacjentów?

Wyniki tego badania są szczególnie istotne w kontekście rosnącej liczby dowodów na korzyści sercowo-naczyniowe związane ze stosowaniem inhibitorów SGLT2, w tym dapagliflozyny. Zrozumienie molekularnych mechanizmów działania tego leku może pomóc wyjaśnić, dlaczego inhibitory SGLT2 wykazują tak szeroki zakres korzystnych efektów wykraczających poza kontrolę glikemii.

Identyfikacja szlaku PI3K-Akt jako kluczowego elementu w mechanizmie działania dapagliflozyny jest zgodna z aktualną wiedzą na temat patogenezy cukrzycy typu 2. Szlak PI3K-Akt jest głównym mediatorem działania insuliny, a jego dysfunkcja przyczynia się do rozwoju insulinooporności i zaburzeń metabolicznych. Badanie sugeruje, że dapagliflozyna może przywracać prawidłową funkcję tego szlaku, co może tłumaczyć jej korzystne działanie na metabolizm glukozy i funkcję komórek β trzustki.

Warto zwrócić uwagę na rolę stresu oksydacyjnego w patogenezie cukrzycy typu 2 i jej powikłań. Przewlekła hiperglikemia prowadzi do zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu (ROS), które uszkadzają komórki i tkanki. Zidentyfikowane w badaniu cele molekularne dapagliflozyny, takie jak AKT1 i HSP90AA1, są zaangażowane w regulację odpowiedzi komórkowej na stres oksydacyjny. Sugeruje to, że dapagliflozyna może działać ochronnie poprzez zmniejszanie stresu oksydacyjnego, co może przyczyniać się do jej korzystnego wpływu na funkcję komórek β trzustki i zmniejszania ryzyka powikłań naczyniowych.

Dysfunkcja śródbłonka jest kolejnym istotnym elementem w patogenezie powikłań cukrzycowych. Zidentyfikowane w badaniu cele molekularne, takie jak NOS3 (syntaza tlenku azotu 3) i RELA, odgrywają kluczową rolę w regulacji funkcji śródbłonka. NOS3 jest odpowiedzialny za produkcję tlenku azotu (NO), który jest głównym czynnikiem rozszerzającym naczynia i chroniącym śródbłonek. RELA, jako składnik kompleksu NF-κB, reguluje ekspresję genów zaangażowanych w odpowiedź zapalną, która przyczynia się do dysfunkcji śródbłonka. Modulacja tych celów przez dapagliflozynę może tłumaczyć jej korzystny wpływ na funkcję naczyń i zmniejszanie ryzyka powikłań sercowo-naczyniowych.

“Nasze badanie wskazuje, że dapagliflozyna może działać na wiele celów molekularnych jednocześnie, co tłumaczy jej złożone działanie terapeutyczne” – podkreślają badacze.

Autofagia, proces degradacji i recyklingu składników komórkowych, jest coraz częściej uznawana za istotny mechanizm w patogenezie cukrzycy typu 2. Zaburzenia autofagii mogą prowadzić do dysfunkcji komórek β trzustki i rozwoju insulinooporności. Zidentyfikowane w badaniu cele molekularne, takie jak MTOR i HSP90AA1, są zaangażowane w regulację autofagii. MTOR jest głównym negatywnym regulatorem autofagii, a jego zahamowanie prowadzi do aktywacji tego procesu. HSP90AA1, jako białko opiekuńcze, odgrywa rolę w regulacji autofagii poprzez stabilizację białek zaangażowanych w ten proces. Modulacja tych celów przez dapagliflozynę może przyczyniać się do przywracania prawidłowej autofagii, co może być kolejnym mechanizmem jej działania przeciwcukrzycowego.

Dla lekarzy klinicystów wyniki tego badania mają kilka istotnych implikacji. Po pierwsze, sugerują, że korzyści ze stosowania dapagliflozyny mogą wykraczać poza sam efekt hipoglikemizujący i obejmować ochronę komórek β trzustki, poprawę funkcji śródbłonka oraz zmniejszanie stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego. Po drugie, identyfikacja konkretnych celów molekularnych może w przyszłości pomóc w identyfikacji pacjentów, którzy odniosą największe korzyści z leczenia dapagliflozyną. Po trzecie, zrozumienie molekularnych mechanizmów działania dapagliflozyny może pomóc w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych, które będą ukierunkowane na te same szlaki sygnałowe.

Czy możliwe jest, że w przyszłości będziemy mogli przewidywać odpowiedź na leczenie dapagliflozyną na podstawie profilu genetycznego pacjenta? Czy identyfikacja kluczowych celów molekularnych dapagliflozyny otworzy drogę do opracowania nowych leków o podobnym mechanizmie działania, ale o jeszcze większej skuteczności lub lepszym profilu bezpieczeństwa?

Jednym z najciekawszych aspektów badania jest zastosowanie metod głębokiego uczenia do przewidywania interakcji między dapagliflozyną a jej potencjalnymi celami molekularnymi. DeepPurpose, wykorzystany w badaniu algorytm, łączy różne modele głębokiego uczenia i metody kodowania białek i związków chemicznych, aby przewidzieć siłę interakcji między lekiem a celem białkowym. Takie podejście może znacząco przyspieszyć proces odkrywania nowych leków i repozycjonowania już istniejących.

Warto podkreślić, że badanie ma charakter predykcyjny i wymaga walidacji eksperymentalnej. Autorzy planują przeprowadzenie badań in vitro i in vivo, aby potwierdzić zidentyfikowane mechanizmy i cele molekularne. Niemniej jednak, wyniki te stanowią cenny punkt wyjścia do dalszych badań nad mechanizmami działania dapagliflozyny i innych inhibitorów SGLT2.

Dla praktykujących lekarzy badanie to podkreśla znaczenie holistycznego podejścia do leczenia cukrzycy typu 2. Dapagliflozyna, poprzez swoje wielokierunkowe działanie, może oferować korzyści wykraczające poza kontrolę glikemii, co powinno być brane pod uwagę przy wyborze terapii dla pacjentów z T2DM, szczególnie tych z wysokim ryzykiem powikłań sercowo-naczyniowych lub nerkowych.

Podsumowując, badanie to rzuca nowe światło na molekularne mechanizmy działania dapagliflozyny w leczeniu cukrzycy typu 2. Identyfikacja kluczowych celów molekularnych i szlaków sygnałowych zaangażowanych w działanie tego leku może przyczynić się do lepszego zrozumienia jego efektów terapeutycznych i opracowania nowych strategii leczenia T2DM. Choć wyniki wymagają potwierdzenia eksperymentalnego, stanowią one cenny wkład w naszą wiedzę na temat farmakologii inhibitorów SGLT2 i ich roli w leczeniu cukrzycy typu 2.

Podsumowanie

Badania nad dapagliflozyną, selektywnym inhibitorem SGLT2, ujawniły złożone mechanizmy jej działania w terapii cukrzycy typu 2. Analiza z wykorzystaniem farmakologii sieciowej i metod głębokiego uczenia zidentyfikowała 155 potencjalnych celów przeciwcukrzycowych leku, z których 13 uznano za kluczowe, w tym AKT1, HSP90AA1, RELA, ITGB1 i TP53. Szczególną uwagę zwrócono na szlak PI3K-Akt, który pełni istotną rolę w transdukcji sygnału insulinowego. Badania wykazały, że dapagliflozyna może działać poprzez regulację stresu oksydacyjnego, funkcji śródbłonka i autofagii. Wyniki sugerują, że korzyści ze stosowania leku wykraczają poza efekt hipoglikemizujący i obejmują ochronę komórek β trzustki oraz poprawę funkcji naczyń krwionośnych. Mimo że badania opierają się głównie na analizach in silico i wymagają dalszej walidacji eksperymentalnej, stanowią istotny wkład w zrozumienie mechanizmów działania inhibitorów SGLT2 w terapii cukrzycy typu 2.