L-орнітин L-аспартат для лікування саркопенії при хронічній хворобі печінки: приборкання порочного циклу

1 Медичний факультет Монреальського університету, Канада

Анотація

1. Вступ

Саркопенія або сильне перетравлення м'язів є загальним ускладненням хронічних захворювань печінки, включаючи неалкогольну жирову хворобу печінки (НАЖХП) [1, 2], а також цирозу [3, 4], де це пов'язано з поганим прогнозом з негативним впливом на виживання та здоров'я -пов'язана якість життя та результати після трансплантації. Середні показники виживання за 6 місяців у пацієнтів із саркопенією з цирозом значно нижчі порівняно з пацієнтами, що не мають саркопенії.

Наявність саркопенії є предиктором спектру ускладнень центральної нервової системи (ЦНС) цирозу, що включає печінкову енцефалопатію (ВЕ), тяжкість від мінімального (або прихованого) до вищих ступенів, що характеризується ступором та комою [5], а також ВІН, пов’язаний із процедурою трансгугулярного внутрішньопечінкового шунтування (TIPS) [6].

Ця стаття являє собою огляд доказів на підтримку гіпотез близнюків про те, що (1) гіперамонемія ініціює порочний цикл, завдяки якому знижений синтез м’язового білка та аутофагія, характерні для саркопенії, зменшують здатність м’язів видаляти аміак, що переноситься кров’ю, що призводить до загострення гіперамонемії та (2) обробка аміакознижуючим агентом L-орнітин L-аспартатом (LOLA) може розірвати цей цикл.

2. Саркопенія при хронічній хворобі печінки: зв’язок з гіперамонемією

Надмірна кількість аміаку за нормальних фізіологічних умов виводиться майже виключно печінкою або за допомогою синтезу сечовини перипортальними гепатоцитами, або шляхом перетворення в глутамін за допомогою ферменту глутамінсинтетази (GS), що знаходиться в перивенних гепатоцитах. Ці процеси відбуваються одночасно. Результати невропатологічних, спектроскопічних та візуалізаційних досліджень продовжують підтверджувати гіпотезу про те, що підвищена концентрація аміаку відіграє важливу роль у патогенезі ускладнень цирозу ЦНС [7]. При хронічних захворюваннях печінки цей спосіб перевезення аміаку печінкою зазнає змін, оскільки здатність як до синтезу сечовини, так і до виробництва глутаміну серйозно погіршується.

За цих обставин скелетні м’язи відіграють важливу роль для виведення аміаку, і, на відміну від печінки, цей процес відбувається виключно за допомогою синтезу глутаміну, оскільки м’язові клітини не експресують складові ферменти циклу сечовини. Докази цього метаболічного переходу з печінки на м’язи ґрунтуються на результатах досліджень у пацієнтів з хронічною печінковою недостатністю. У першому такому дослідженні у 14 пацієнтів із декомпенсованим цирозом та гіперамонемією вимірювали артеріовенозні відмінності аміаку та глутаміну у передпліччі. Фракційна екстракція аміаку була значно зменшена у 5 пацієнтів із грубим втратою м’язів [8], а артеріовенозне введення глютаміну в групі пацієнтів збільшилося в кілька разів, що свідчить про те, що м’язи відіграють ключову роль у утилізації аміаку у пацієнтів з цирозом і що основна частка аміаку, що поглинається м’язами, виділяється у вигляді глутаміну. Ці висновки були підтверджені в подальшому дослідженні динаміки метаболізму аміаку у пацієнтів із хронічними захворюваннями печінки з використанням 13 NH3, де спостерігалося значне метаболічне захоплення аміаку м'язами [9].

Молекулярні дослідження на експериментальних тваринах свідчать, що цьому альтернативному шляху видалення аміаку, що впливає на скелетну мускулатуру при хронічних захворюваннях печінки, сприяє посттрансляційна індукція GS [10] разом із збільшенням експресії транспортерів аміаку [11]. Метаболічні перетворення, задіяні в альтернативному шляху, зображені спрощеною схематично на малюнку 1.

Враховуючи докази того, що м’язи стають основним шляхом видалення аміаку при хронічних захворюваннях печінки, очевидно, що саркопенія, ймовірно, може призвести до погіршення гіперамонемії. Таке спостерігається в описаних вище дослідженнях [8, 9, 12].

Результати останніх в пробірці і дослідження на тваринних моделях свідчать про те, що аміак як такі є причетним до патогенезу саркопенії при хронічних захворюваннях печінки. У серії новаторських досліджень вплив диференційованих міотрубок на мілімолярні концентрації аміаку протягом 24 годин призвів до зменшення діаметрів міотрубок, зменшення синтезу білка та збільшення експресії ряду маркерів аутофагії [12]. Потім слідчі продемонстрували, що видалення аміаку призвело до значного ослаблення і, в деяких випадках, повного скасування цих змін.

Використання добре усталеного препарату для щурів, що пересувається через портала, рекомендований Міжнародним товариством печінкової енцефалопатії та метаболізму азоту (ISHEN) для вивчення механізмів, причетних до патогенезу хронічних захворювань печінки та їх ускладнень [13], Dasarathy та його колеги продовжували розглядати роль гіперамонемії у патогенезі саркопенії при хронічних захворюваннях печінки [12]. Через тиждень після PCA суха маса тіла, сила зчеплення, м’язова маса та діаметр м’язових волокон були значно зменшені порівняно з контрольними тваринами, що годувались парою, і ці зміни відбувалися паралельно зі значним збільшенням концентрації аміаку в крові та м’язах.

Результати аутофагії, опосередкованої гіперамонемією в скелетних м’язах, згодом підтвердились у матеріалі пацієнта, що призвело до припущення, що такі зміни сприяють саркопенії при цирозі [14].

Виходячи з вищезазначених даних, виявляється, що порочний цикл виникає при хронічних захворюваннях печінки, внаслідок яких гіперамонемія в результаті зменшеного печінкового виведення аміаку у вигляді сечовини та/або глутаміну спричиняє сильну дисметаболізм м’язів та аутофагію, характерні для саркопенії. Внаслідок цього порушення функції м’язів і втрата альтернативного шляху виведення аміаку м’язами при хронічній хворобі печінки призводить до загострення гіперамонемії і цикл продовжується (рис. 2 (а) і 2 (б)).

Наявність такого циклу дає правдоподібне пояснення усталеному клінічному спостереженню, що пацієнти з цирозом та серйозною втратою м’язів погано проходять. У дослідженні невиділеної серії пацієнтів з цирозом, які перенесли невідкладну хірургічну операцію на портативному шунті, сильне виснаження м’язів було пов’язане з гіршим прогнозом виживання [9], що суттєво негативно вплинуло також на якість життя, результати після трансплантації та підвищену поширеність позапечінкових ускладнень, включаючи ВІН. Тому ефективне зниження аміаку в крові може мати ключове значення для ефективного лікування саркопенії при цирозі [15].

3. ЛОЛА та саркопенія при цирозі

LOLA регулярно використовується в клініці для ефективного зменшення циркулюючого аміаку у хворих на цироз печінки, і це було підтверджено в недавньому систематичному огляді та мета-аналізі [16]. Раніше було показано, що LOLA знижує вміст аміаку в крові у щурів, зроблених гіперамонімічно за допомогою PCA [17], тобто та ж модель на тваринах використовується для демонстрації ефекту гіперамонемії на цілісність скелетних м’язів [12]. Лікування щурів PCA LOLA та додавання антибіотик рифаксимін призвів до значного поліпшення м’язової маси тіла, сили зчеплення, маси скелетних м’язів та діаметрів м’язових волокон як функція помітного зменшення концентрації аміаку в циркулюючих та скелетних м’язах [12]. Швидкість синтезу білка в шлунково-м’язовому м’язі, яка була значно знижена після PCA, була покращена стратегією зниження аміаку.

Ці висновки додають до нових даних, що свідчать про роль LOLA у лікуванні саркопенії при цирозі. Наприклад, у метаболічному дослідженні 16 пацієнтів з цирозом та саркопенією, рандомізованими для прийому ЛОЛА або плацебо, показники синтезу м’язових білків вимірювали в черезшкірних біопсіях передня великогомілкова кістка м’яз, значно покращився у групі лікування LOLA [18]. Результати цього дослідження також продемонстрували поліпшення синтезу м’язових білків у відповідь на годування після лікування LOLA.

4. Механізми

4.1. Механізми, пов’язані з впливом аміаку на м’язи, що ведуть до саркопенії

Гіперамонемія призводить до регуляції транскрипції міостатину, TGF

члена суперсімейства [19], а також у дослідженнях диференційованих мишачих трубок мишей, що зазнали впливу аміаку, або в м'язах від гіперамонімічних щурів PCA, експресія міостатину також збільшилася. Результати цих досліджень також виявили порушення сигналізації цілі рапаміцину комплексу-1 (mTORC1) у ссавців та посилене фосфорилювання еукаріотичного фактора ініціації 2-альфа (eIF2

), поступальний репресор [20], який може призвести до зниження синтезу м’язового білка [12]. Гіперамонемія також призвела до збільшення експресії маркерів аутофагії, таких як ліпідація LC3 та експресія р62 у білкових екстрактах [12]. Зниження аміаку призвело до значного ослаблення регуляції експресії міостатину та пов'язаного з цим зниження синтезу м'язового білка в обох в пробірці і в природних умовах експерименти і, крім того, призвели до зміни обсягу підвищених маркерів аутофагії [14].

4.2. Механізми, пов'язані з сприятливим впливом LOLA на саркопенію при цирозі

Дослідження як на експериментальних моделях НЕ на тваринах [17], так і на пацієнтах із цирозом та гіперамонемією [21] послідовно показали, що LOLA ефективний для зниження аміаку циркулюючої крові, що призводить до поліпшення тяжкості ВІН. Механізм, який відповідає, включає як печінку, так і скелетні м’язи. Оскільки L-орнітин є ключовим проміжним продуктом циклу сечовини, він здатний стимулювати перетворення аміаку в сечовину за допомогою залишкових перипортальних гепатоцитів [17]. Одночасно аміак також значною мірою видаляється за рахунок посиленого перетворення в глутамін головним чином м’язом [9, 17] за допомогою GS, оскільки трансамінування L-орнітину забезпечує глутамат, обов’язковий субстрат для GS. За допомогою цих двох незалежних механізмів (синтезу сечовини в печінці та синтезу глутаміну в м’язах) лікування ЛОЛА знижує рівень крові та аміаку м’язів, що призводить до поліпшення фенотипу та функціонування скелетних м’язів, а також послаблення шкідливих молекулярних збурень, спричинених аміаком [12].

Однак можна уявити, що інші механізми, крім (або додатково до) простої аміакознижуючої дії LOLA, причетні до сприятливих ефектів LOLA щодо саркопенії при цирозі. Наприклад, є все більше доказів того, що LOLA має гепатопротекторні властивості у пацієнтів з цирозом [22]. Докази є багатовимірними і базуються на результатах клінічних випробувань LOLA, в яких спостерігаються поліпшення циркулюючих печінкових трансаміназ та білірубіну, а також протромбінові часи [22–25]. Покращення показників Child Pugh та MELD також повідомлялося у пацієнтів, які лікувались LOLA з хронічними захворюваннями печінки, де поліпшення функції печінки супроводжувалося значним зменшенням аміаку в циркуляції, а також покращенням когнітивних функцій [23].

Путативні механізми, запропоновані для пояснення гепатопротекторних властивостей LOLA, включають антиоксидантні властивості, опосередковані посиленим синтезом глутатіону [26], отриманого в результаті трансамінування L-орнітину через глутамат, а також поліпшення мікроциркуляції печінки в результаті посиленого синтезу оксиду азоту (NO) [ 27], що є результатом посиленого синтезу L-аргініну [21], облігатного субстрату для синтази оксиду азоту. Хоча необхідні подальші дослідження, щоб визначити, чи є NO залученим до патогенезу саркопенії при цирозі, цікаво відзначити, що збільшення продукування NO в м’язах, що призводить до S-нітрозилювання кальпаїну, призводить до уповільнення саркопенії при старінні [28]. Незалежно від того, чи має місце подібний механізм при саркопенії, пов’язаній з цирозом, очікує результатів поточних досліджень.

5. Висновки

Торгівля аміаком між органами змінюється при хронічних захворюваннях печінки, завдяки чому нормальне виведення аміаку печінкою у вигляді сечовини або глутаміну поступається місцем його включенню в глютамін скелетними м’язами. Ця метаболічна адаптація є результатом посттрансляційної індукції м’язового GS разом із підвищеною експресією транспорту аміаку в м’язах. Як не парадоксально, але аміак виявив шкідливий вплив на синтез м’язових білків і призводить до аутофагії. Ці два процеси разом становлять саркопенію.

Створюється порочний цикл, за допомогою якого гіперамонемія викликає пошкодження м’язів (саркопенія), що обмежує здатність м’язів виконувати альтернативну роль зниження аміаку при хронічних захворюваннях печінки. Докази існування циклу із залученням печінково-м’язової осі базуються на результатах експериментів із використанням в пробірці методів, а також при доклінічних та попередніх клінічних дослідженнях у хворих на цироз.

LOLA має здатність відновлювати синтез м’язового білка у відповідь на годування у пацієнтів з цирозом, що нещодавно було підтверджено. Механізм, за допомогою якого LOLA є корисним для лікування саркопенії при цирозі, пов’язаний насамперед з її аміакознижуючою дією. Крім того, LOLA має гепатопротекторні властивості, опосередковані перетворенням L-орнітину в ключові субстрати, включаючи глутамін, глутатіон (антиоксидант) та L-аргінін, субстрат для синтази оксиду азоту, ферменту, відповідального за вироблення NO.

Нарешті, фокус цього огляду в основному був спрямований на потенційні переваги лікування LOLA від саркопенії при цирозі. Однак є нові докази, які підтверджують думку, що вона також може бути корисною для пацієнтів із саркопенією, пов'язаною з НАЖХП/НАСГ [29]. Наприклад, у дослідженні 463 пацієнтів з жировою печінкою, 29% з яких були неалкогольними, лікувались перорально ЛОЛА протягом 60 днів, було відзначено значне зниження рівня печінкових ферментів [30], а в подальшому РКТ 72 пацієнти, які отримували пероральний ЛОЛА протягом 12 тижнів продемонстрував значне дозозалежне зниження рівня трансаміназ разом із зменшенням тригліцеридів та покращенням співвідношення печінка/селезінка [31]. Попередній звіт описував поліпшення мікроциркуляції печінки у пацієнтів з НАСГ, які отримували ЛОЛА [32].

Підтвердження цих початкових висновків про сприятливий ефект LOLA для лікування саркопенії при хронічних захворюваннях печінки (як НАЖХП, так і цироз печінки) зараз потрібно в адекватних, добре контрольованих дослідженнях, щоб продемонструвати, що монотерапія LOLA забезпечує ефективний засіб для лікування профілактика та лікування саркопенії при цих хронічних захворюваннях печінки.

Конфлікт інтересів

Автор виступає спеціальна консультаційна робота для Abbott Pharmaceuticals (Швейцарія), Merz Pharmaceuticals (Німеччина) та Ocera Pharmaceuticals (США).

Подяка

Дослідницькі проекти та витрати на відповідні публікації від наукового підрозділу автора фінансувались за рахунок грантів Канадського інституту досліджень здоров’я (CIHR).