Ceramidy a kardiovaskulárne ochorenie

Overview

Obezita asociuje so zvýšeným kardiovaskulárnym (KV) rizikom, a preto vedomosti o potenciálnej úlohe dysregulácie v tukovom tkanive (TT) sú veľmi dôležité. Klinická štúdia sa zamerala na metabolity (ceramidy, sfingomyelíny, mastné kyseliny a iné) secernované intratorakálnym a subkutánnym TT u obéznych pacientov s pokročilou aterosklerózou – niektorí pacienti podstúpili liečbu aortokoronárnym by-passom. Autori študovali v endotelových bunkách mechanizmy podporujúce aterosklerózu a študovali aj klinickú hodnotu týchto mechanizmov pri ich asociácii s tvrdými klinickými príhodami u pacientov. Objem intratorakálneho TT asociuje s oxidatívnym arteriálnym stresom a existujú významné rozdiely v sekrécii sfingolipidov medzi intratorakálnym a subkutánnym TT. 16:0-ceramid a jeho deriváty sú najčastejším metabolitom uvoľňovaným z adipocytov prostredníctvom extracelulárnych vezikúl. Veľká sekrécia sfingolipidov z intratorakálneho TT významne asociuje s redukovanou endoteliálnou dostupnosťou NO a so zvýšenou tvorbou superoxidu v humánnych cievach. Výška koncentrácie C16:0-ceramidu v krvi koreluje pozitívne s uvoľňovaním ceramidov v intratorakálnom TT, ďalej s dysreguláciou vaskulárneho redox-potenciálu a so systémovým vaskulárnym zápalom u pacientov s aterosklerózou. Vysoká sérová hladina C16:0-ceramidu nezávisle asociuje so zvýšeným rizikom kardiálneho úmrtia. V randomizovanej klinickej štúdii ročná liečba obéznych pacientov pomocou GLP1-RA (liraglutidu) potlačila sérové hladiny C16:0-ceramidu a C16:0-glykosylceramidu. Tieto výsledky dokazujú prvý raz u ľudí, že ceramidy odvodené od TT by mohli byť modifikovateľnými regulátormi vaskulárneho redox-stavu u obezity s dosahom ovplyvniť aj kardiálnu mortalitu u chorých s pokročilou aterosklerózou.

Klíčová slova:

ateroskleróza – liraglutid – kardiovaskulárne ochorenie – vaskulárny zápal – ceramidy – intratorakálne tukové tkanivo – tukové tkanivo

Úvod

Kardiovaskulárne (KV) ochorenia dominujú vo svete i u nás v morbidite a mortalite a dnes ich výskyt i dôsledky podporuje aj globálna epidémia obezity. Je treba poznať patofyziologické mechanizmy, ktorými obezita podporuje vývoj KV-ochorení. Ak ich rozpoznáme, tak budeme vedieť, ako treba týmto KV-problémom predchádzať.

Akawi et al [1] sa sústredili na prešetrenie koronárnych artérií (získaných pri kardiochirurgickom zákroku), u ktorých zisťovali štrukturálne a biochemické metabolické zmeny u chorých s obezitou – pokúšali sa popísať mechanizmy vývoja vaskulopatie pri obezite, čo bol cieľ výskumu.

Isté iné štúdie preukázali, že tukové tkanivo (TT) secernuje celý rad molekúl s endokrinnou a parakrinnou aktivitou, ktoré spolu vplývajú na vaskulárny systém a vyvolávajú v ňom isté zmeny, včítane zmien v oxido-redukčnej oblasti, no a týmito aktivitami vyvolávajú a podporujú progresiu vaskulopatie [2,3]. Tieto práce ukázali, že ľudské TT produkuje mnohé a doteraz aj neznáme bioaktívne molekuly (užíva sa termín „sekretóm“), ktoré vyvolávajú vaskulopatiu, ale mohli by súčasne slúžiť aj ako biomarkery vývoja vaskulopatie, ale mohli by byť aj cieľovými liečebnými molekulami u chorých s KV-ochoreniami (KVO), ev. aj s cieľom ich prevencie.

Dizajn štúdie k zodpovedaniu cieľa výskumu

Akawi et al (2021) sa vo svojej práci sústredili na úlohu dysregulácie TT pri ovplyvňovaní vaskulárneho potenciálu redox (oxido-redukčného), ktorý podporuje vývoj vaskulopatie a následne i vývoj KVO [1].

Stručne k ich metodológii výskumu (paralelne prebiehajú tri štúdie):

• Prvá štúdia hľadala prepojenie medzi objemom TT a vaskulárnym redox-stavom, ale aj sérovými hladinami ceramidov. U 633 pacientov, ktorí podstupovali výkon aorto-koronárneho bypassu pre vážne kardiálne ochorenie, analyzovali hladiny ceramidov v sére, ale analyzovali aj biopsie vaskulárnych segmentov odobratých pri operácii, a analyzovali aj parametre získaného subkutánneho a intratorakálneho TT. Vykonali CT-vyšetrenie subkutánneho TT, ale aj intratorakálneho TT. Prospektívne boli pacienti sledovaní klinickými vyšetreniami po dobu 5 rokov čo do výskytu KV-príhod i celkovej mortality.

• Druhá štúdia hľadala prepojenie medzi bio-aktívnymi metabolitmi dysfunkčného TT a zmenami vaskulárnymi (analyzované u 48 pacientov s aorto-koronárnym bypassom), hodnotenými analýzami vzoriek tkanivovej biopsie koronárnych vaskulárnych segmentov, ale aj biopsie subkutánneho a intratorakálneho TT.

• Tretia štúdia prešetrovala vplyv redukcie hmotnosti (pomocou liečby liraglutidom ale i bez tejto liečby, t.j. len príslušnou diétou) na koncentráciu plazmatických sfingolipidov (včítane ceramidov, ktoré sú bazálnymi štrukturálnymi jednotkami sfingolipidov – a to po spojení sfingozínu s mastnými kyselinami dlhých reťazcov) u obéznych osôb. Zaradených do sledovania bolo 32 obéznych osôb, ktoré najprv pristúpili na 8-týždňovú diétnu liečbu s redukciou hmotnosti a následne boli randomizovaní k liečbe liraglutidom 1,2 mg denne vs ostali len na nízkokalorickej diéte 1 rok s kontrolu sérových sfingolipidov na konci štúdie.

Vzorky subkutánneho a intratorakálneho TT boli odobraté u 48 pacientov, ktorí podstúpili aorto-koronárny bypass. Autori potom analyzovali v sére jednak metabolity TT (chromatograficky, spektrometricky), ale tiež sfingolipidy (v TT ale i v sére, spektrometricky), a analyzovali fyziologické vlastnosti vaskulárnych segmentov koronárnych artérií vazomotorickými testami. Sústredili sa i na bunkové kultúry adipocytov izolovaných z intratorakálneho TT, v ktorých analyzovali aj produkciu superoxidu, NADPH, L-NAME, ale tiež celulárne proteinové extrakty (pomocou elektroforézy). Vykonali kvantifikáciu biopterínu v sére a ešte realizovali aj génové analýzy. Klinicky sledovali výskyt KV-príhod, včítane mortality u pacientov.

Výsledky predstavených štúdií

Metabolizmus sfingolipidov u obezity

Analyzovaný bol súbor 633 pacientov, ktorí podstúpili kardiochirurgický zákrok. V podskupine 87 pacientov boli kvantifikované objemy TT (jednak subkutánneho ale i viscerálneho v hrudníku, vlastne intratorakálneho) pomocou CT-vyšetrenia. Preukázala sa tu pozitívna korelácia medzi hodnotami bazálnej koncentrácie superoxidu v artérii mammaria interna a objemom subkutánneho TT i viscerálneho intratorakálneho TT, ale pri adjustácii (zohľadnení) na prítomné rizikové tradičné faktory u daného pacienta bola významná korelácia len s objemom intratorakálneho TT.

Okrem toho autori realizovali kultiváciu bunkových kultúr TT. Išlo o 48 párov biopsií subkutánneho TT, ale aj viscerálneho intratorakálneho TT, pričom 31 osôb bolo obéznych a 17 osôb bolo neobéznych. Kultivácia tukových bunkových kultúr trvala 4 hodiny a preukázala 115 metabolitov z intratorakálneho TT a 116 metabolitov zu subkutánneho TT. V prípade 82 metabolitov boli tieto rozdielne produkované z oboch spomínaných typov TT a išlo tu o aminokyseliny, puríny a pyrimidíny, o intermediárne produkty metabolizmu glukózy, ale tiež o mastné kyseliny a sfingolipidy. Sfingolipidy boli najviac produkované v intratorakálnom TT, no a ceramidy, glykosylceramidy a dihydroceramidy boli tiež významne viac produkované v intratorakálnom TT v porovnaní s tukovým tkanivom v lokalite subkutánnej. U obéznych (vs neobéznych) pacientov bol metabolizmus sfingolipidov vysoký, osobitne v intratorakálnom TT, ale bola tu aj vysoká sekrécia ceramidov.

Rozdielna produkcia a sekrécia ceramidov medzi intratorakálnym a subkutánnym TT

Dotýka sa to osobitne sfingolipidov z intratorakálneho TT, hlavne čo do ich úlohy byť endokrinným regulátorom vaskulárnej funkcie. Zistilo sa, že C16:0-ceramid a iné C16:0-sfingolipidy (glykosylceramid, laktosylceramid a dihydroceramid), nie však C16:0 sfingomyelín, boli výrazne secernované v oboch tukových tkanivách, ale 3-násobne viac boli secernované C16:0-ceramid a C16:0-glycosylceramid v intratorakálnom TT.

Sekrécia C16:0-glycosylceramidu bola 2-krát vyššia v intratorakálnom TT oproti subkutánnemu TT.

Adipocyty v intratorakálnom TT produkujú a uvoľňujú sfingolipidy prostredníctvom extracelulárnych vezikúl

Autori štúdie izolovali preadipocyty a adipocyty z biopsií intratorakálneho TT (počas kardiochirurgického zákroku) a oba typy adipocytov tvorili sfingolipidy a C16:00-ceramid bol najviac tvorený a secernovaný.

Vysoké hladiny sfingolipidov (v sére, v tkanivách), produkované intratorakálnym tukovým tkanivom asociujú so zvýšenou produkciou superoxidu a s porušenou endotelovou funkciou ciev (v analyzovanej arteria mammaria a tiež vo vena saphena)

Sú to sfingolipidy s touto nepriaznivou prozápalovou aktivitou, ktoré produkuje hlavne intratorakálne TT, ale nie subkutánne TT, ktoré vyvolávajú následne endotelovú dysfunkciu so zníženou dostupnosťou NO, a preto i s podporou progresie aterogenézy.

Zvýšené hladiny C16:0-ceramidu v plazme osobitne asociujú so zvýšeným arteriálnym oxidačným stresom, s endotelovou dysfunkciou a so systémovým vaskulárnym zápalom

Dotýka sa to osobitne produkcie C16:0-ceramidu v intratorakálnom TT, a nie v subkutánnom TT. Koncentrácia C16:0-ceramidu asociuje aj s hladinou hsCRP v sére (so zápalom), tiež so zvýšenou produkciou superoxidu a s poruchou (znížením) produkcie NO, no a to podporuje endotelovú dysfunkciu.

Priame účinky C16:0-ceramidu na oxidoredukčný stav

C16:0-ceramid v bunkovej kultúre významne zvyšoval produkciu superoxidu, a súčasne znemožňoval podporu produkcie NO (odpojením eNO-syntázy z tejto produkcie). Toto „odpojenie“ eNO-syntázy je v detailoch už tiež definované v biochemickej podrobnej postupnosti.

Plazmatické hladiny C16:0-ceramidu predikujú KV-mortalitu

Pacienti v „prvej“ štúdii boli sledovaní v priemere 5,5 rokov. Vyskytlo sa tu 44 úmrtí a z nich 17 bolo K V-podmienených. Významnými prediktormi KV-mortality boli sérové koncentrácie C16:0-ceramidu, C16:0-glycosylceramidu, C16:0/C22:0-ceramidov a C16:0/C24:0 ceramidov – aj po zohľadnení obvyklých KV-rizikových faktorov.

Sérové hladiny C16:0-ceramidu možno modifikovať liečbou liraglutidom (GLP1-RA)

Ide o liečbu, ktorá vedie k preprogramovaniu biológie TT, ale aj nízkokalorická diéta v dlhodobom režime to dokáže. U 32 obéznych osôb (priemerný BMI 33,5) merali v cirkulácii koncentrácie sfingolipidov, pričom pred liečbou (liraglutidom vs placebom) mali všetci pacienti zabezpečenú 8-týždňovú dobu nízko kalorickej diéty (800 kcal/deň) a stratili pritom 12,8 kg. Následná farmakologická liečba trvala 52 týždňov. Výsledky liečby boli nasledovné: C16:0-ceramid a C16:0-glycosylceramid koncentrácie v sére stúpli významne v placebovej podskupine pacientov, ale nezmenili sa v liraglutidovom ramene liečby. Prepokladá sa, že je to v dôsledku metabolického preprogramovania pomocou GLP1-RA.

Posolstvo štúdie

Ceramidy sa javia byť kľúčovými signálnymi molekulami viacerých typov buniek, v ktorých (zdá sa) regulujú vitálne celulárne procesy. Nie je celkom jasné, kde v organizme sa tvoria, ale zdá sa, že u ľudí je to v pečeni a v tukovom tkanive [4,5].

Autori štúdie preukázali, že sfingolipidy sa tvoria u obéznych osôb hlavne v intratorakálnom TT a nie v subkutánnom TT. Spomedzi sfingolipidov je to hlavne C16:0-ceramid, ktorého sa v intratorakálnom TT vytvára najviac a následne sa secernuje prostredníctvom extracelulárnych vezikúl, uvoľňovaných z adipocytov v TT. Kvantita sekrécie C16:0-ceramidu z tukového intratorakálneho tkaniva korelovala s plazmatickou hladinou C16:0-ceramidu.

Ceramidy a ich metabolity sú asociované s KVO [6,7]. Osobitne plazmatická koncentrácia C16:0-ceramidu je asociovaná so zvýšeným rizikom výskytu veľkých KV-príhod, včítane srdcového zlyhávania [8,9], ale aj infarktu myokardu [6,10]. Čo zatiaľ celkom jasné nie je, je tá skutočnosť, či ceramidy (secernované z TT) hrajú aj dôležitú úlohu pri vaskulárnych komplikáciách obezity. V práci [1] autori ukázali, že volum intratorakálneho TT asociuje so zvýšeným arteriálnym oxidatívnym stresom a toto tukové tkanivo secernuje omnoho viacej ceramidov ako subkutánne TT, pričom obvykle ide o C16:0-ceramid. C16:0-ceramidové sérové hladiny asociujú aj s vaskulárnym oxido-redukčným stavom.

Zvýšený vaskulárny oxidatívny stres a redukovaná dostupnosť endotelového NO sú potom kľúčové faktory aterogenézy [16]. NO býva produkovaný pomocou eNO-syntázy a potrebuje k tomu kofaktor tetra-hydrobiopterin. Ak nemá spomenutý kofaktor (lebo bol oxidovaný), tak eNO-syntáza potom produkuje superoxid (kyslíkový radikál) [12]. Autori [1] preukázali na ľudských odobratých cievach a následne na in vitro kultivovaných bunkách, že zvýšená sérová hladina C16:0-ceramidu (uvoľňovaného z transtorakálneho TT) zapríčiňuje vzostup oxidatívneho stresu v artériách. Tento efekt je prítomný u ceramidov s dlhým reťazcom, ale nie je u ceramidov so stredne dlhým reťazcom (napr. C12:0 ceramid). Teda C16:0-ceramid je bohato produkovaný v transtorakálnom TT, a ten má priamy vplyv na vývoj aterosklerózy (podporuje ju).

Hoci nálezy autorov [1] našepkávajú, že medzi ceramidmi a vaskulárnou dysfunkciou je kauzálne prepojenie, je treba pridať aj informáciu, že jestvujú práce [6,7], ktoré toto prepojenie podporujú, ale sú aj iné práce [13], ktoré to popierajú. Laaksonen et al [7] v roku 2016 preukázali, že sérová hladina C16:0-ceramidu predikuje výskyt KV-mortality u veľkej skupiny pacientov, u ktorých bola vykonaná koronárna angiografia a relatívne riziko spomenutej predikcie (RR) tu bolo vysoké (až 2-násobné) s RR 1,98 (95% CI 1,49–2,62; p < 0,001). V ďalšej štúdii [1] zahŕňajúcou 633 pacientov s pokročilou koronárnou aterosklerózou, nakoľko podstupovali výkon aorto-koronárneho bypassu, sa preukázalo, že plazmatická hladina C16:0-ceramidu nezávisle predikovala KV-mortalitu s RR 1,39 (95% CI 1,03–1,89; p = 0,031), pričom trvanie sledovania pacientov bolo pozoruhodných 5,5 rokov v priemere.

Jestvujú i práce s liečebným „zásahom“ voči biosyntéze ceramidov [14,15], nie je však ešte jasné, či by zásah vedel reprogramovať vlastnosti tukového tkaniva, a tak by mohol redukovať i KV-riziko, ako to dokázali GLP1-RA [16]. Autori vo svojej štúdii [1] preukázali, že 52-týždňová liečba liraglutidom (predtým aj 8-týždňová prísna nízkokalorická diéta s dobrou redukciou hmotnosti) upravila plazmatické hladiny C16:0-ceramidu a C16:0-glycosylceramidu v porovnaní s kontrolnou podskupinou pacientov liečených placebom (plazmatické hladiny ceramidov upravené neboli), pričom v oboch podskupinách vždy išlo o obéznych pacientov. Aj v štúdii LEADER (s liraglutidom) sa preukázala lepšia KV-prognóza pacientov na liečbe liraglutidom než na liečbe placebovej.

Tukové tkanivo v hrudníku tvorí, ale aj secernuje ceramidy, obzvlášť typ C16:0-ceramidu. Tieto ceramidy majú endokrinný nepriaznivý prozápalový vplyv na cievnu stenu, včítane zmeny oxido-redukčného stavu. Zmena oxido-redukčného stavu podporuje následne endotelovú dysfunkciu a tiež aterogenézu, a preto asociuje aj s KV-prognózou, včítane KV-mortality. Zdá sa, že GLP1-RA tu naopak pomáhajú.

prof. MUDr. Ján Murín, CSc. 

jan.murin@gmail.com 

www.fmed.uniba.sk

Doručené do redakcie | Received 10. 3. 2023

Prijaté po recenzii | Accepted 12. 4. 2023