Trimetazydyna w badaniach na zebrafish – nowe odkrycia w leczeniu ALS

Czym inspirują się nowe badania na modelu zebrafish?

Badanie eksperymentalne przeprowadzone na modelu larw zebrafish wykazało, że trimetazydyna (TMZ) – lek pierwotnie stosowany w chorobie niedokrwiennej serca – znacząco zwiększa transmitery wapniowe w neuronach rdzenia kręgowego, co może wyjaśniać jej korzystny wpływ na funkcje motoryczne w chorobach neurodegeneracyjnych.

Naukowcy wykorzystali transgeniczne larwy zebrafish Tg(neurod1:GCaMP6f), które umożliwiają obrazowanie przepływu jonów wapnia w neuronach in vivo. Badanie to miało na celu wyjaśnienie mechanizmów działania TMZ, który wcześniej wykazał skuteczność w poprawie funkcji motorycznych w modelach starzenia i stwardnienia zanikowego bocznego (ALS).

Jak trimetazydyna modyfikuje kluczowe mechanizmy metaboliczne i neuronalne?

TMZ to pochodna piperazyny częściowo hamująca 3-ketoacyl koenzym A tiolazę – kluczowy enzym zaangażowany w β-oksydację długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Prowadzi to do przesunięcia metabolizmu z kwasów tłuszczowych na glukozę jako preferowanego substratu, co poprawia sprzężenie glikolizy z utlenianiem glukozy. Ta zmiana metaboliczna optymalizuje produkcję energii komórkowej, szczególnie w warunkach ograniczonej dostępności tlenu, ponieważ synteza ATP poprzez β-oksydację kwasów tłuszczowych wymaga więcej tlenu w porównaniu z utlenianiem glukozy.

Najpierw przeprowadzono testy toksyczności, ustalając że dawki 25-200 µM są bezpieczne dla larw, podczas gdy wyższe stężenia (1000-2000 µM) okazały się letalne. Następnie zbadano wpływ różnych stężeń TMZ na parametry lokomotoryczne. Wyniki potwierdziły, że dawki 100 µM i 200 µM istotnie zwiększają prędkość i dystans pokonywany przez larwy, co jest zgodne z wcześniejszymi obserwacjami na modelach mysich.

Kluczowym elementem badania była analiza dynamiki jonów Ca²⁺ w różnych obszarach układu nerwowego. Wykazano, że TMZ w stężeniu 100 µM powoduje znaczący wzrost wewnątrzkomórkowych transjentów wapniowych w neuronach rdzenia kręgowego, gdzie zlokalizowane są neurony ruchowe. Analiza statystyczna potwierdziła istotny wzrost częstotliwości zdarzeń wapniowych po podaniu TMZ, podczas gdy czas trwania pojedynczych zdarzeń pozostał niezmieniony.

Co ciekawe, TMZ nie powodował ogólnego wzrostu aktywności wapniowej w całym mózgu, co sugeruje specyficzność jego działania. Jedynie w regionie tyłomózgowia (hindbrain), obejmującym komórki Mauthnera zaangażowane w reakcje ucieczki ryb, zaobserwowano istotny wzrost częstotliwości zdarzeń wapniowych. Sugeruje to, że TMZ może wpływać na neurony zaangażowane w kontrolę motoryczną, nie powodując jednocześnie ogólnego wzrostu pobudliwości neuronalnej.

Jakie implikacje kliniczne mają zaobserwowane efekty TMZ?

Odkrycie to ma szczególne znaczenie w kontekście chorób neurodegeneracyjnych, takich jak ALS, gdzie zaburzenia homeostazy wapniowej i zmieniona pobudliwość neuronów ruchowych są istotnymi cechami patologicznymi. Autorzy wskazują, że selektywne działanie TMZ na neurony rdzeniowe, bez zwiększania ogólnej pobudliwości neuronalnej, może być korzystne w zachowaniu funkcji motorycznych bez nasilania potencjalnej ekscytotoksyczności.

Badacze podkreślają, że dotychczas nie jest jasne, czy hiperekscytacja i hipoekscytacja neuronów w ALS są zjawiskami kompensacyjnymi czy patologicznymi. W tym kontekście, zdolność TMZ do przejściowego zwiększania pobudliwości neuronów ruchowych, ochrony przed rozpadem połączeń nerwowo-mięśniowych i poprawy zdolności lokomotorycznych zasługuje na dokładniejsze zbadanie.

Chociaż w ALS opisywano podwyższone poziomy wewnątrzkomórkowego Ca²⁺ przyczyniające się do neurotoksyczności, badacze zwracają uwagę na złożoność tego zjawiska. Wiadomo, że sygnalizacja elektryczna neuronów ruchowych początkowo wzrasta we wczesnych stadiach ALS, a następnie stopniowo maleje w miarę degeneracji neuronów. Rozpad i denerwacja złącza nerwowo-mięśniowego (NMJ) występują w ALS przed degeneracją neuronów ruchowych, z epizodami reinerwacji interpretowanymi jako próby regeneracji NMJ. Sugeruje się, że fascykulacje (drobne, spontaniczne skurcze mięśni) pojawiają się w reinerwowanych jednostkach motorycznych, a później, gdy neurony ruchowe degenerują, fascykulacje stają się mniej wyraźne.

Według autorów, hiperekscytacja może więc występować wraz z kompensacyjną – ale niewystarczającą – reinerwacją, więc może nie być przyczyną neurodegeneracji. W tym scenariuszu leki wywołujące wewnątrzkomórkowe transmitery wapniowe, pobudliwość neuronów rdzeniowych i w konsekwencji skurcz mięśni szkieletowych mogą działać kompensacyjnie, przeciwdziałając neurodegeneracji i zapobiegając denerwacji NMJ.

Wyniki te dostarczają nowych informacji o mechanizmie działania TMZ, który jest obecnie oceniany w badaniu klinicznym (NCT04788745) dla pacjentów z ALS. Zrozumienie wpływu TMZ na dynamikę wapniową może być kluczowe dla optymalizacji jego zastosowania klinicznego w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych.

Badanie to sugeruje nowy potencjalny mechanizm działania TMZ, który wykracza poza jego znane właściwości jako modulator metaboliczny. Odkrycie to może mieć istotne znaczenie dla klinicznej rewaloryzacji TMZ w leczeniu zaburzeń neuromięśniowych, szczególnie w ALS, gdzie zachowanie funkcji motorycznych jest kluczowym celem terapeutycznym.

Podsumowanie

Badania eksperymentalne na larwach zebrafish wykazały, że trimetazydyna (TMZ) znacząco zwiększa transmitery wapniowe w neuronach rdzenia kręgowego. TMZ, działając jako modulator metaboliczny, wpływa na przesunięcie metabolizmu z kwasów tłuszczowych na glukozę, co optymalizuje produkcję energii komórkowej. W dawkach 100-200 µM lek zwiększa prędkość i dystans pokonywany przez larwy oraz powoduje wzrost wewnątrzkomórkowych transjentów wapniowych w neuronach ruchowych. Selektywne działanie TMZ na neurony rdzeniowe, bez zwiększania ogólnej pobudliwości neuronalnej, może być szczególnie korzystne w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, zwłaszcza ALS. Odkrycie to ma istotne znaczenie dla klinicznej rewaloryzacji TMZ w terapii zaburzeń neuromięśniowych i jest obecnie oceniane w badaniu klinicznym NCT04788745.