RICERCA ITALIANA     

Effetti di rosiglitazone e metformina sullo sviluppo e la progressione dell'insufficienza cardiaca cronica in un modello di insulino-resistenza e scompenso cardiaco

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

I tiazolidinedioni (TZDs) rosiglitazone e pioglitazone sono farmaci insulino-sensibilizzanti usati nel trattamento del diabete tipo 2. I TZDs sono stati studiati per quanto riguarda i loro effetti metabolici, poco per quanto riguarda la loro interazione con la funzione cardiaca. La comprensione di tale interazione è rilevante per varie ragioni: 1) il diabete tipo 2 è caratterizzato da un’aumentata incidenza di complicanze cardiovascolari, 2) l’uso TZDs è stato associato con l’esordio di sintomi di insuffienza cardiaca. Di conseguenza, si raccomanda l’uso di TZDs con prudenza in pazienti con CHF. Tuttavia, dati ottenuti in larghe coorti di pazienti con diabete tipo 2 hanno mostrato che la terapia con TZDs è associata con una incidenza inferiore di CHF quando paragonata alla terapia insulinica e che l’associazione di TZDs e metformina risulta in una minore mortalità in pazienti dimessi dopo ospedalizzazione per infarto acuto del miocardio. Come per TZDs, l’attuale controindicazione all’uso della metformina nel diabete associato con CHF provoca frustrazione nei medici che vorrebbero utilizzare i molteplici effetti benefici del farmaco nei loro pazienti diabetici. Ma anche in questo caso, la domanda vera è se i rischi postulati nell’uso della metformina nel CHF sono maggiori degli eventuali benefici. Lo scopo principale di questo studio è quello di esplorare l’effetto di rosigliatzone in monoterapia e la combinazione di rosiglitazone e metformina sul progressivo rimodellamento e disfunzione cardiaca e sul susseguente CHF in un modello animale di insulino-resistenza e sindrome metabolica. Il modelo utilizzato ci consentirà di chiarire i meccanismi molecolari e cellulari che sottostanno l’interazione cardiaca di rosiglitazone e metformina. In particolare, lo studio genererà dati riguardanti l’effetto dei farmaci sulla struttura miocardica e sulla geometria ventricolare (dimensioni cellulari, fibrosi interstiziale e densità capillare) e l’espressione di proteine regolatorie la contrattilità e la sopravvivenza dei cardiomiociti (SERCA2, citochine, apoptosi, ecc.). Gli esperimenti verranno condotti nei ratti spontaneamente ipertesi, obesi, predisposti all’insufficienza cardiaca (modello SHHF), che rappresentano un modello congenito di ipertensione e insulino-resistenza. Questi animali sviluppano un’ipertrofia cardiaca compensatoria tra i 6 e gli 8 mesi di vita, con funzione cardiaca conservata. Successivamente, si verifica il rimodellamento del ventricolo sinistro, con progressione verso la cardiomiopatia dilatativa, disfunzione contrattile severa e insufficienza cardiaca scompensata. Gli animali SHHF saranno acquistati da Charles River all’età di 8 mesi e stabulati in un ambiente tenuto stabilmente a 22° C, con un ciclo luce-buio 12:12 artificiale. Dopo 2 settimane di acclimatamento, i ratti verranno assegnati a caso a tre gruppi sperimentali: controlli non trattati (UN), rosiglitazone (RO) e rosiglitazone più metformina (RM). Venti ratti saranno usati per ciascun gruppo. Gli animali mangeranno o mangime Purina 5008 o mangime addizionato con rosiglitazone (2 mg/die) o mangime con rosiglitazone più metformina (250 mg/die). Per valutare in vivo la funzione e la morfologia ventricolare sinistra, in condizioni basali (prima del trattamento) e ogni due mesi dal quel momento in poi, fino all’età di 15 mesi (fine dello studio) si effettuerà una valutazione ecocardiografica. Per valutare l’emodinamica del ventricolo sinistro (LV) e la contrattilità alla fine dello studio, i ratti verranno anestetizzati e dei cateteri verranno posizionati nel LV. In un sottogruppo di ratti, i parametri emodinamici verranno valutati nel cuore isolato e perfuso. Tessuto miocardico sarà rimosso e preparato per la valutazione istologica e per studi molecolari. Campioni di sangue saranno prelevati alla fine dello studio per la determinazione di parametri infiammatori (TNF-alpha, IL-6) e di rimodellamento LV (ANF, BNP, ACE, Aldosterone, Nor-Epinephrine). <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luigi Saccà Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo principale di questo studio è quello di esplorare l’effetto di rosiglitazone in monoterapia e la combinazione di rosiglitazone e metformina sul progressivo rimodellamento e disfunzione cardiaca e sul susseguente CHF in un modello animale di insulino-resistenza e sindrome metabolica. Il modelo utilizzato ci consentirà di chiarire i meccanismi molecolari e cellulari che sottostanno l’interazione cardiaca di rosiglitazone e metformina. In particolare, lo studio genererà dati riguardanti l’effetto dei farmaci sulla struttura miocardica e sulla geometria ventricolare (dimensioni cellulari, fibrosi interstiziale e densità capillare) e l’espressione di proteine regolatorie la contrattilità e la sopravvivenza dei cardiomiociti (SERCA2, citochine, apoptosi, ecc.).

Significato del progetto.
Gli effetti dei TZDs sul cuore sono stati oggetto di numerosi studi. La maggior parte di questi soffre delle limitazioni legate agli esperimenti acuti effettuati sul cuore isolato e perfuso e sul modello ischemia-riperfusione. Chiaramente, in queste condizioni TZDs hanno una ridotta possibilità di esprimere al massimo i loro effetti, data la impossibilità di TZDs di modificare l’ambiente metabolico come invece fanno nella realtà. D’altra parte, poca attenzione si è concentrata sugli effetti di TZDs sulla progressione dell’insufficienza cardiaca e ancora meno sulla questione cruciale se TZDs impattano la biologia del CHF nei pazienti diabetici o con severa insulino-resistenza. Il presente approccio ha le possibilità di fornire nuovi dati riguardanti il ruolo dei TZDs nel CHF. Questi dati hanno le possibilità di fornire informazioni di rilevanza clinica in relazione all’attuale dibattito dell’uso di TZDs in diabetici con CHF. Altro aspetto importante è la valutazione degli effetti combinati della terapia con TZDs e metformina. Questo è particolarmente rilevante in considerazione dell’aumento dell’uso combinato dei due farmaci e della carenza di dati sull’uomo sulgli effetti sulla progressione del CHF. <<<

Durata

12 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I tiazolidinedioni (TZDs) rosiglitazone e pioglitazone rappresentano una relativamente nuova classe di farmaci insulino-sensibilizzanti, largamente raccomandati per il trattamento del diabete tipo 2. TZDs sono stati estensivamente studiati per quanto riguarda i loro effetti metabolici, ma molto meno per quanto riguarda la loro interazione con la struttura e la funzione cardiaca. Una comprensione completa di tale interazione è particolarmente rilevante per diverse ragioni: 1) il diabete mellito tipo 2 è caratterizzato da un’aumentata incidenza di complicanze cardiovascolari, tra le quali l’infarto del miocardio, l’insufficienza cardiaca cronica e l’ictus e tutti questi eventi rendono conto di più del 70% della mortalità nei pazienti diabetici; 2) l’uso di TZDs in pazienti con diabete associato a insufficienza cardiaca cronica (CHF) può aggravare la malattia cardiaca, ed è più frequente quando TZDs sono somministrati in combinazione con l’insulina (1); 3) in alcuni pazienti, l’uso TZDs è stato associato con l’esordio di sintomi di insuffienza cardiaca (2). Di conseguenza, si raccomanda l’uso di TZDs con prudenza in pazienti in classe I o II NYHA, mentre in pazienti in classe III o IV NYHA, TZDs non dovrebbero essere usati affatto (1). Le attuali linee guida pongono un problema clinico maggiore, considerato l’aumento di prevalenza dell’associazione fra diabete e CHF. L’argomento è ulteriormente complicato dal fatto che pure la metformina, un altro agente importante nel trattamento del diabete tipo 2, ha ricevuto l’avvertenza contro la prescrizione in pazienti con CHF che richiedono trattamento farmacologico (3).
Il ruolo distinto dei TZDs nel peggioramento della CHF e i meccanismi che ne sono alla base sono ancora misteriosi. Dal punto di vista clinico, TZDs possono causare aumento ponderale, ritenzione idrica, aumento del volume plasmatici e edema, ciascuno dei quali esercita un effetto negativo sul cuore insufficiente (4,5). Nei trias clinici che hanno usato TZDs, CHF non era presente frequentemente, e questo rende difficile concludere sull’effetto di TZDs sull’incidenza di CHF. Tuttavia, è chiaro che quando TZDs sono associati alla terapia insulinica, l’incidenza di CHF è sicuramente aumentata (1).
In contrasto con queste premesse, analisi retrospettive dei dati ottenuti in larghe coorti di pazienti con diabete tipo 2 hanno mostrato che la terapia con TZDs è associata con una incidenza significativamente inferiore di CHF quando paragonata alla terapia insulinica e che l’associazione di TZDs e metformina risulta in una minore mortalità in pazienti dimessi dopo ospedalizzazione per infarto acuto del miocardio (6,7). Inoltre, uno studio osservazionale in una coorte di pazienti con diabete e CHF derivato dal National Heart Care Project ha rivelato che l’uso di TZDs o metformina era associato in maniera indipendente con un rischio ridotto di mortalità per tutte le cause quando paragonato a quello osservabile in pazienti che non usavano farmaci insulino-sensibilizzanti (8). Un’altra importante osservazione è che gli indici ecocardiografici di funzione miocardica non sembrano deteriorarsi durante la terapia con TZDs in pazienti diabetici tipo 2 (9). Specularmente, TDZs può anche migliorare la funzione cardiaca e, nel complesso, esercitare un’influenza favorevole sui fattori di rischio cardiovascolare (10).
Chiaramente, questi studi pongono seri dubbi sulle correnti raccomandazioni contro l’uso di agenti insulino-sensibilizzanti in pazienti con CHF. D’altra parte, la questione se effetti potenzialmente positivi di TZDs in pazienti con controindicazioni dovute a CHF bilanciano, o superano, il rischio di peggioramento della malattia cardiaca rimane cruciale, ma irrisolta.
Né, d’altra parte, la questione è risolta dai numerosi studi che hanno esaminato gli effetti cardiaci dei TZDs in modelli sperimentali. Le evidenze disponibili da questi studi in generale supportano un impatto benefico dei TZDs sulla funzione cardiaca. In aggiunta, TZDs hanno mostrato di essere cardioprotettivi in diversi modelli animali, particolarmente nel modello di ischemia-riperfusione di danno miocardio (11-15).
Gli effetti principali di TZDs possono essere riassunti come segue: 1) riduzione della necrosi tissutale (dimensioni dell’infarto) associata con l’infarto miocardico acuto; 2) miglioramento del recupero della funzione contrattile dopo ischemia miocardica; 3) miglioramento di PCr e recupero di ATP dall’ischemia; 4) miglioramento della disfunzione endoteliale e diminuzione delle resistenze vascolari periferiche; 5) prevenzione dell’attivazione di NFkB e attenuata trascrizione di alcuni geni, quali TNF-alpha, IL-6, ICAM-1, P-selectin e MCP-1 che esercitano effetti multipli negativi sul recupero dopo ischemia. Infine, TZDs, al di là degli effetti favorevoli anticipati sul metabolismo, agisce anche nel cuore come fattore antinfiammatorio e antiapoptotico, soppressore della crescita e agente isotropo e lusotropo. Un altro aspetto interessante è l’osservazione che se il rosiglitazone è somministrato per soli 2 giorni non ci sono cambiamenti dell’insulino-resistenza (14), tuttavia il farmaco riduce le dimensioni dell’infarto e l’apoptosi nel modello di ratto ischemia-riperfusione, indicando che il suo effetto protettivo cardiaco è parzialmente indipendente dalla sensibilizzazione all’insulina.
Sfortunatamente, la maggior parte degli studi sperimentali sull’effetto cardiaco dei TZDs sono o esperimenti in acuto o sono stati effettuati nel cuore isolato e per fuso. Mentre questi esperimenti sono cruciali per comprendere i meccanismi di base dell’interazione fra TDZs e cuore, non sono molto rilevanti nella discussione sul CHF. Uno studio sperimentale ha studiato gli effetti di rosiglitazone sulla progressione dell’insufficienza cardiaca secondaria a infarto del miocardio in ratti non diabetici. In contrasto con gli effetti benefici largamente documentati nell’immediato recupero dall’ischemia-riperfusione, rosiglitazone non era capace di prevenire il rimodellamento ventricolare e questo si associava con un aumento della mortalità dopo l’infarto (16).
Benché questo risultato è stato ottenuto in animali normali, esso supporta il suggerimento alla prudenza contro l’uso di TZDs in pazienti con CHF, D’altra parte, si potrebbe anche speculare che quando TZDs sono usati in pazienti con CHF e diabete, l’effetto insulino-sensibilizzante può attivare meccanismi metabolici che possono essere benefici sul cuore diabetico insufficiente.
Alla luce di questa controversia, sarebbe desiderabile studiare ulteriormente la relazione fra TZDs e crescita e funzione cardiaca, entrambe nel contesto dello sviluppo e della progressione della insufficienza cardiaca. In altri termini, l’idea è di testare la capacità di TZDs di: 1) ritardare la comparsa di insufficienza cardiaca in un modello animale tendente a sviluppare complicanze cardiovascolari a causa di sindrome metabolica/ insulino-resistenza (studio di prevenzione); 2) attenuare la progressione della CHF una volta che essa si è sviluppata (studio terapeutico).
I seguenti problemi/domande specifiche sembrano particolarmente rilevanti e appropriate:
1) Come i TZDs interferiscono con i meccanismi che conducono allo sviluppo del CHF?
2) Qual è l’impatto di TZDs sul segnale attivato dal CHF e che governa la risposta di crescita e alla fine la disfunzione contrattile?
3) I TZDs sono capaci di modificare la progressione del CHF?

Come per TZDs, l’attuale controindicazione all’uso della metformina nel diabete associato con CHF provoca frustrazione nei medici che vorrebbero utilizzare i molteplici effetti benefici del farmaco nei loro pazienti diabetici. Ma anche in questo caso, la domanda vera è se i rischi postulati nell’uso della metformina nel CHF (essenzialmente l’acidosi lattica) sono maggiori degli eventuali benefici. C’è la diffusa sensazione che la raccomandazione di evitare la metformina nei pazienti con CHF non sia completamente documentata (17). In realtà, la metformina è talvolta usata anche in presenza di controindicazioni, basandosi sul fatto che l’acidosi lattica è un evento estremamente raro. Inoltre, i possibili vantaggi della metformina nel ridurre gli eventi cardiovascolari sono emersi in diversi studi (18) e più recentemente sono stati anche evidenziati in ampie analisi retrospettive (8). Alla luce di questi dati e dei meccanismi d’azione complementari, la terapia di combinazione con TZDs e metformina è stata aggiunta alle altre opzioni terapeutiche del diabete. Tuttavia, il modo è largamente ignoto il modo nel quale l’associazione fre i due insulino-sensibilizzanti agiscono nel contesto del diabete e nello sviluppo e stabilirsi di CHF. Pertanto, questo progetto cercherà anche di rispondere ad un’ulteriore domanda:
4) L’effetto di TZDs sulla disfunzione cardiaca e sulla progressione di CHF è alterato dal concomitante trattamento con la metformina? <<<