Matrix Gla protein jako přirozený inhibitor vaskulárních kalcifikací a potenciální léčebný cíl

Overview

Vaskulární kalcifikace byly dlouho považovány pouze za pokročilé stadium aterosklerózy. Recentně však bylo prokázáno, že se jedná o vysoce regulovaný a potenciálně reverzibilní proces.

Matrix Gla protein představuje přirozený inhibitor tkáňové kalcifikace a vitamin K je klíčovým faktorem biotransformace tohoto proteinu do aktivní formy. V poslední době přibývá důkazů, že biologická dostupnost vitaminu K a související aktivita MGP může významně ovlivňovat kardiovaskulární riziko. Článek shrnuje recentní poznatky o MGP, zmíněn je i možný přínos suplementace vitaminem K.

Klíčová slova:
matrix Gla protein, vitamin K, vaskulární kalcifikace, kardiovaskulární choroby

Úvod

Základním principem primární i sekundární prevence aterovaskulárních chorob je farmakologické či nefarmakologické ovlivnění rizikových faktorů. Jakkoli základní komponentou kardiovaskulární prevence zůstává kontrola 4 konvenčních faktorů (tj hypertenze, hyperlipidemie, poruchy glukózového metabolismu a kouření) (1), multifaktoriální etiologie aterosklerózy i souvisejícího trombotického procesu připouští přinejmenším spoluúčast dalších (a to alespoň potenciálně ovlivnitelných) patofyziologických procesů. V posledních letech se ukazuje, že příkladem takového procesu by mohla být vaskulární kalcifikace.

Vaskulární kalcifikace a kardiovaskulární riziko

Kalcifikace cévní stěny (někdy nazývaná též kalcifikující vaskulopatie) byla donedávna vnímána jako jednosměrný pasivní proces bez vlastního většího klinického významu. To, že většina aterosklerotických lézí je v pokročilých stadiích kalcifikována, je díky snadné zobrazitelnosti běžnými rentgenovými metodami známo již desítky let. Klinické vnímání vaskulárních kalcifikací však bylo dlouho zúženo převážně na tzv. mediokalcinózu tepen dolních končetin jako projev sice pokročilé ischemické choroby dolních končetin, ale sám o sobě v podstatě benigní proces. Na druhé straně je průkaz vaskulárních kalcifikací u dialyzovaných pacientů paradoxně považován za „terminální stadium vaskulární nemoci“ a jeden z projevů „vaskulární katastrofy“, dialýzu provázející. Tyto dva příklady však představují pouze krajní polohy problematiky a vaskulární kalcifikace je v převážné většině spíše subklinický proces, dlouhou dobu zachytitelný pouze pomocí speciálních vyšetřovacích technik.

Jedním z přístupů ke kvantifikaci kalcifikací koronárního řečiště je tzv. Agatstonovo skóre, získané ultrarychlou (electron beam) či multidetektorovou výpočetní tomografií (2). Jedná se o semiautomatický nástroj kvantifikace tkáňové kalcifikace kalkulovaný na základě denzity tkáně v Hounsfieldových jednotkách a plochy postižení. Metaanalýza 6 prospektivních studií zahrnující 27 622 subjektů doposud asymptomatických z hlediska manifestní kardiovaskulární choroby prokázala, že přítomnost jakéhokoliv detekovatelného Agatstonova skóre (tj. většího než 0) byla spojena s asi 4,3× vyšším rizikem úmrtí či infarktu myokardu ve srovnání se subjekty s Agatstonovým skórem rovným nule (2). Jiná předcházející metaanalýza 4 prospektivních studií nalezla kvantitativní závislost mezi Agatstonovým skóre a kardiovaskulárním rizikem, kdy středně zvýšené skóre (1−100) bylo spojené s asi dvojnásobným rizikem budoucí kardiovaskulární příhody, zatímco skóre přesahující 400 dokonce s více než 10× vyšším rizikem (3).

Patologicko-anatomicky kalcifikace v kardiovaskulárním systému představují převážně diskrétní koncentrické usazování kalcia v hladké svalovině tepenné medie, může k ním však docházet i přímo v myokardu nebo v srdečních chlopních. Teoreticky se předpokládá, že přítomnost kalcifikace ve sklerotických lézích představuje jakýsi kompenzační mechanismus ke zvýšení stability sklerotického plátu, a tedy že její nález paradoxně implikuje též spolupřítomnost naopak „měkkých“ (tj. nekalcifikovaných) nestabilních plátů (4, 5). Z klinického hlediska je však daleko důležitější, že vaskulární (či tkáňová) kalcifikace představuje vysoce regulovaný (z hlediska patofyziologie sdílí mnohé charakteristiky s embryonální mineralizací kosti) a hlavně přinejmenším do určité míry reverzibilní proces (6).

Matrix Gla protein jako inhibitor kalcifikace

MGP (matrix Gla [γ-karboxyglutamát]) protein) je cirkulující přirozený inhibitor kalcifikace secernovaný především chondrocyty a kromě toho též buňkami hladké svaloviny tunica media arteriální stěny (7, 8). Význam MGP poprvé nastínily experimentální studie s transgenní myší, kde byla absence genu pro syntézu MGP provázena masivními cévními kalcifikacemi a předčasným úmrtím na vaskulární příhodu (9). Kruciální roli v syntéze MGP hraje vitamin K, a to jako kofaktor enzymu γ-glutamát karboxylázy, který konvertuje zbytky kyseliny glutamové na γ-karboxylglutamát (Gla) (10). Klíčové místo vitaminu K v prevenci vaskulárních kalcifikací potvrzují poměrně bohaté důkazy o nežádoucím účinku warfarinu (antagonisty vitaminu K) ve smyslu těchto komplikací, kdy warfarinem indukovaná kalcifikace představuje experimentální model tohoto patofyziologického stavu u laboratorních zvířat (11).

Antikalcemické vlastnosti MGP zajišťuje pět γ-karboxylglutamátových (Gla) reziduí, které slouží jako vazebná skupina pro kalcium. Maturace biologicky aktivního MGP však zahrnuje ještě druhý transformační krok, fosforylaci tří serinových zbytků. Biologická role tohoto transformačního kroku není zcela jasná, neboť antikalcemickou aktivitu zajišťuje již ten první. Předpokládá se nicméně, že hraje roli v regulaci sekrece MGP ze syntetizující buňky (12, 13) a dále pak zprostředkovává vazbu cirkulujícího MGP na kalciová depozita (např. v cévní stěně) (14). Účinnost těchto dvou transformačních kroků není vždy kompletní a celkem lze kvantifikovat až 9 různých cirkulujících izoforem MGP s rozdílným stupněm karboxylace a fosforylace (viz obr. 1), navíc s mnohdy velmi obtížně interpretovatelným biologickým chováním z hlediska antikalcemických vlastností.

Karboxylovaná a fosforylovaná izoforma, tj. p-cMGP (phosphoryled-carboxyled-matrix Gla protein) je sice plně biologicky aktivní izoformou, avšak jako biomarker není vhodná, neboť její pokles může být interpretován nejen jako pokles celkové antikalcemické kapacity, ale zároveň i jako její konzumpce při zvýšené přítomnosti kalcifikovaných lézí a naopak akcelerované antikalcemické aktivitě. Izoformy t-ucMGP či p-ucMGP (total uncarboxyled / phoshoryled- uncarboxyled MGP) zase neobsahují karboxylované glutamátové zbytky (a postrádají tedy vlastní antikalcemickou aktivitu), díky přítomnosti fosforylovaných zbytků serinu jsou však schopny adherence na kalciová depozita a jejich sníženou hodnotu lze považovat za surogát zvýšeného výskytu vaskulárních kalcifikací (a následně i zvýšené mortality) (14, 15). Izoforma dp-cMGP naopak karboxylovanou skupinu obsahuje, a měla by tedy být teoreticky schopna antikalcemické aktivity (a její zvýšená hladina teoreticky provázena poklesem mortality). Ve skutečnosti je však její vztah k riziku smrti zcela opačný (je v pozitivní asociaci) − zřejmě kvůli tomu, že není schopna adherovat na kalcifikovanou strukturu, a tedy ani exprimovat antikalcemickou funkci (16).

Jako biomarker antikalcemické aktivity MGP je tedy nakonec nejvhodnější zcela inaktivní izoforma, tj. dp-ucMGP (dephosphoryled-uncarboxyled MGP). Cirkulující koncentrace dp-ucMGP odráží především biologickou dostupnost vitamínu K, která je zase především funkcí příjmu tohoto vitaminu. Nízká biologická dostupnost vitaminu K vede k nedokonalé maturaci MGP a následně k méně účinné inhibici vaskulárních kalcifikací (17). Cirkulující koncentrace izoformy dp-ucMGP tak poměrně těsně korelují nejen s rozsahem koronárních kalcifikací kvantifikovaným pomocí Agatstonova skore (12, 18), ale i přímo s kardiovaskulárním mortalitním a morbiditním rizikem.

Dp-ucMGP izoforma jako prediktor kardiovaskulárního rizika

Roli MGP (resp. koncentrace jeho cirkulující izofomy dp-ucMGP) v globálním kardiovaskulárním riziku potvrzuje poměrně konzistentně řada retrospektivních i prospektivních studií. V obecné populaci (starší osoby bez anamnézy manifestní vaskulární choroby) van den Heuvel et al. (19) zjistili, že osoby v nejvyšším tercilu dp-ucMGP (> 400 pmol/l) vykazovaly v průběhu vice než 5letého sledování asi 2,7× vyšší riziko fatální či nefatální kardiovaskulární příhody než osoby v nejnižším tercilu. Hodnota dp-ucMGP vyšší než median (> 921 pmol/l) byla spojená s vyšším mortalitním rizikem i u pacientů s chronickou renální insuficiencí (kde byla navíc asociována i se stadiem této choroby) (20).

Na našich vlastních datech jsme roli dp-ucMGP jakožto mortalitního prediktoru potvrdili v souboru stabilizovaných pacientů s chronickou ischemickou chorobou srdeční nebo po ischemické cévní mozkové příhodě. Pacienti v nejvyšším kvartilu dp-ucMGP (≥ 977 pmol/l) vykazovali i po komplexní adjustaci asi o 90 % vyšší riziko 5leté celkové či kardiovaskulární mortality než ti s hodnotami nižšími (16).

Specifickou roli zřejmě MGP může hrát při levostranném srdečním selhávání, kde spolupřítomnost nízké aktivity systému MGP pravděpodobně dále zhoršuje závažnost srdečního selhávání i životní vyhlídky těchto pacientů. Ve dvou studiích, jež provedli Ueland et al. (21, 22) u pacientů s manifestním srdečním selháváním (147 se symptomatickou aortální stenózou v jedné studii, 179 s idiopatickou dilatační kardiomyopatii či srdečním selháváním ischemické etiologie ve studii druhé), byly zvýšené koncentrace dp-ucMGP spojené nejen s významně vyšší mortalitou nebo častější indikací transplantace srdce, ale i s některými dynamickými markery srdečního selhávání (hodnoty natriuretických peptidů, ejekční frakce a funkční stav dle NYHA).

V naší vlastní analýze stabilizovaných pacientů s chronickou ischemickou chorobou srdeční jsme zjistili, že pacienti s (třeba ještě asymptomatickým) zvýšeným BNP (mozkový natriuretický peptid; > 100 ng/l) a zároveň elevovaným dp-ucMGP (≥ 977 pmol/l) vykazovali nezávisle asi pětinásobně vyšší riziko úmrtí než ti s „normálními“ hodnotami těchto parametrů (15).

Lze předpokládat, že patofyziologicky hraje nízká aktivita MGP při srdečním selhávání roli nejen ve smyslu vaskulárních (koronárních) kalcifikací, ale též cestou akcelerace kalcifikace i dalších tkání, jako jsou myokard či srdeční chlopně. To dokládá například experimentální studie modelu post-infarktové remodelace u myšího srdce, kde tlakové přetížení levé komory vedlo k rychlé expresi mRNA pro MGP v kardiomyocytu (23). V patofyziologickém mechanismu nízké aktivity MGP u srdečního selhávání jsou však též uvažovány procesy nezávislé na vaskulárních či tkáňových kalcifikací, např. cestou ovlivnění některý růstových faktorů (vaskulární endotelový růstový faktor [VEGF], transformující růstový faktor beta [TGF-β], kostní morfogenetický protein [BMP]) (24,25).

Další mechanismus, který je třeba v kontextu MGP a kardiovaskulárního rizika zmínit, je tepenná tuhost. Progresivní, věkově podmíněné tuhnutí stěny velkých tepen představuje jeden ze základních fenotypů cévního stárnutí. Je přitom celkem jednoznačně prokázáno, že tepenná tuhost sama o sobě (kvantifikovaná jako rychlost pulzové vlny) představuje nezávislý faktor kardiovaskulární mortality i morbidity (26). Kromě „přirozeného“, věkově podmíněného tuhnutí cévní stěny však existuje řada procesů, které mohou dynamiku tuhnutí individuálně urychlovat. Jak již bylo řečeno výše, kalcifikace cévní stěny představuje zejména koncentrické ukládání kalcia v tepenné medii, a je tedy celkem biologicky přijatelné, že antikalcemický účinek MGP by mohl významněji ovlivňovat i tepennou tuhost.

Tuto asociaci jsme potvrdili v naší studii, realizované na náhodném vzorku obecné populace (studie postMONICA). V souboru 1087 subjektů byla nalezena významná lineární asociace mezi dp-ucMGP a aortální rychlostí pulzové vlny (jakožto parametru tepenné tuhosti), kdy osoby v nejvyšším kvartilu dp-ucMGP (≥ 671 pmol/l) vykazovaly zároveň asi o 70 % vyšší riziko zvýšené rychlosti pulzové vlny (16). Podobné výsledky nalezla paralelně i jiná, rovněž populačně zaměřená studie (27).

Má suplementace vitaminem K potenciál ovlivnit kardiovaskulární riziko?

Tuto z klinického hlediska zřejmě nejdůležitější otázku prozatím nelze jednoznačně (alespoň podle principů EBM − evidence-based medicine) zodpovědět, ale určité pozitivní signály z epidemiologických studií jsou k dispozici již nyní. Především je nutno zmínit, že existují dvě izoformy vitaminu K: fylochinon (K₁) se zdrojem především v listové zelenině a menachinon (K₂) se zdrojem převážně v mase, vejcích, sýru a kvasnicích − ten, jak dosavadní důkazy naznačují, bude zřejmě pro suplementaci vhodnější.

V prospektivní populační studii s kohortou 16 057 žen byl každý vzestup menachinonu ve stravě o 10 mg provázen 9% redukcí incidence kardiovaskulárních příhod (28). Podobný efekt byl pozorován i v jiné populační kohortě 4807 subjektů, kde udávaný příjem menachinonu na úrovni nejvyššího tercilu byl spojen s 57% redukcí kardiovaskulární mortality (a stejný výsledek byl zjištěn pro incidenci těžké aortální stenózy) (29). Podobně bylo pozorováno, že vysoký dietní přísun menachinonu (ale nikoliv již fylochinonu) je spojen i s redukcí koronárních kalcifikací, kvantifikovaných pomocí Agatstonova skore (30).

Velmi limitovaná jsou zatím data z intervenčních studií. Experimentální studie s warfarinem indukovanými aortálními kalcifikacemi u potkanů prokázala, že vysoké dávky menachinonu dokáží navodit regresi těchto změn (31). Intervenční studie s vitaminem K₁ a D u postmenopauzálních žen prokázala zlepšení elastických vlastností velkých tepen při srovnání pouze s monoterapii vitaminem D či placebem (32), v jiné studii zase bylo pozorováno zpomalení progrese koronárních kalcifikací (33). Nejnovější tříletá randomizovaná intervenční studie s menachinonem u 244 postmenopauzálních žen prokázala zlepšení tepenné elasticity oproti placebu (34). Definitivní důkaz přínosu v podobě velké randomizované intervenční studie s jednoznačným výstupem však prozatím chybí.

Závěr

Dostupná data celkem konzistentně dokazují, že biologická dostupnost (status) vitaminu K a související antikalcemická aktivita MGP mohou sloužit přinejmenším jako biomarker kardiovaskulárního rizika. Epidemiologické důkazy i první malé intervenční studie dokonce naznačují určitý pozitivní potenciál suplementace vitaminem K₂.

Seznam použitých zkratek

BNP  mozkový natriuretický peptid

dp-ucMGP   dephosphoryled-uncarboxyled matrix Gla protein

Gla γ-carboxyglutamate

MGP matrix γ-carboxyglutamate protein

NYHA New York Heart Association (klasifikace srdečního selhání)

p-cMGP phosphoryled-carboxyled matrix Gla protein

p-ucMGP phosphoryled-uncarboxyled matrix Gla protein

t-ucMGP total uncarboxyled matrix Gla protein

Adresa pro korespondenci:

doc. MUDr. Otto Mayer jr., CSc.

II. nterní klinika LF UK a FN Plzeň

E. Beneše 13

301 00  Plzeň

Tel.: 377 402 797

fax: 377 402 929

e-mail: mayero@fnplzen.cz