Targets of epigenetic regulation in Duchenne muscular dystrophy: pathogenetic and clinical background for myoprotective anti-inflammatory and antifibrotic therapy

Full Text

Введение

Прогрессирующая мышечная дистрофия (ПМД) Дюшенна – наследственное Х-сцепленное заболевание, характеризующееся прогредиентным ослаблением мускулатуры, потерей способности к самостоятельному передвижению и гибелью от кардиореспираторных осложнений [1]. В основе ПМД Дюшенна лежат различные мутации в гене DMD, расположенном на Х-хромосоме, что приводит к нарушению синтеза белка дистрофина, соединяющего актин цитоскелета с сарколеммой. Мутации в гене DMD, приводящие к синтезу частично функционального белка дистрофина, определяют более мягкое клиническое течение – ПМД Беккера [2]. В реальной клинической практике при оценке прогрессирующего течения ПМД Дюшенна ключевой характеристикой пациента является амбулаторность, т. е. способность самостоятельно ходить без использования вспомогательных средств, а для прогноза ее динамики используются функциональные тесты оценки моторных навыков [1].

По данным большого эпидемиологического метаанализа, проведенного в 2020 г. S. Crisafulli и соавт., объединившего 40 исследований, совокупная глобальная распространенность ПМД Дюшенна составила 7,1 случая (95 % доверительный интервал 5,0–10,1) на 100 тыс. мужчин, или 2,8 случая (95 % доверительный интервал 1,6–4,6) на 100 тыс. населения в целом, в то время как объединенная глобальная частота заболеваемости ПМД Дюшенна при рождении – 19,8 (95 % доверительный интервал 16,6–23,6) на 100 тыс. живорожденных мальчиков, что составляет примерно 1:5000 [3]. Частота заболеваемости ПМД Беккера в мире составляет 1:20 000 новорожденных мальчиков [1].

Отсутствие функционального белка дистрофина при ПМД Дюшенна опосредованно запускает каскад патологических событий, включающий хроническое воспаление, нарушение регенерации и заместительную фиброзно-жировую дистрофию (рис. 1) [4].

 

Рис. 1. Патогенез повреждения мышечных волокон при прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна. Адаптировано из [4]

Fig. 1. Pathogenesis of muscle fiber damage in progressive Duchenne muscular dystrophy. Adapted from [4]

 

Мутация в гене DMD приводит к отсутствию или синтезу нефункционального белка дистрофина, что нарушает стабильность дистрофин-гликопротеинового комплекса сарколеммы; клеточная мембрана становится крайне хрупкой и часто повреждается при сокращениях мионов, что подтверждается высоким уровнем рабдомиолиза и повышением активности в крови ферментов: креатинфосфокиназы, лактатдегидрогеназы, аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы. Нарушение целостности сарколеммы сопровождается дизрегуляцией NO-синтазы и кальциевого обмена, нарушается мембранный потенциал, происходят дизрегуляция митохондрий и снижение синтеза аденозинтрифосфорной кислоты. Этот процесс запускает дальнейший каскад патогенеза ПМД Дюшенна [4–6].

Скелетная мышца в норме имеет достаточно привилегированный иммунный статус с небольшим количеством антиген-презентирующих и провоспалительных клеток, с минимальной экспрессией главных комплексов гистосовместимости. Такой эволюционный механизм жесткого противовоспалительного контроля позволяет при травме мышечного волокна быстро ограничивать фагоцитарную функцию, сменяющуюся активацией фиброадипозных предшественников (ФАП) и сателлитных клеток и последующей регенерацией мышечных волокон и внеклеточного матрикса [4–6].

При ПМД Дюшенна и врожденный, и адаптивный иммунитет хронически напряжены в зонах повреждения мышечных волокон, наблюдается их инфильтрация макрофагами и Т-лимфоцитами. Предполагаются нарастающая роль адаптивного иммунитета по мере прогрессирования заболевания, патологическое ремоделирование метаболического и эпигенетического ландшафта макрофагов, мигрирующих в зоны повреждения мышц [7].

Существующие терапевтические опции

Несмотря на многолетние исследования, радикального лечения ПМД Дюшенна не существует. Системное применение глюкокортикостероидов (ГКС) с противовоспалительной целью позволило замедлить у пациентов с ПМД Дюшенна утрату мышечной силы и функций и отсрочить потерю амбулаторности в среднем на 2–4 года, а новые поколения препаратов этой группы дали возможность снизить бремя нежелательных явлений [8, 9]. В настоящее время применение ГКС является «золотым стандартом» лечения пациентов с ПМД Дюшенна [1].

Поиск вариантов лечения, направленных на устранение первичной проблемы – дефекта гена DMD и восстановление синтеза белка дистрофина, привел к формированию новых патогенетических терапевтических подходов, таких как экзон-скиппинг (exon-skipping, пропуск экзонов), супрессия стоп-кодонов и генозаместительная терапия [10].

Для пропуска различных экзонов гена DMD применяются антисмысловые олигонуклеотиды. Механизм их действия заключается в «изъятии» определенного экзона, что приводит к восстановлению рамки считывания при трансляции на рибосоме. Этот механизм позволяет оставшейся части гена участвовать в построении несколько укороченной, но функционирующей версии белка дистрофина. Препарат этеплирсен направлен на пропуск 51-го экзона, голодирсен и вилтоларсен – на пропуск 53-го экзона, касимерсен приводит к скиппингу 45-го экзона [10]. В Российской Федерации из препаратов данной группы зарегистрирован только вилтоларсен. В клинических исследованиях введение препаратов этой группы сопровождалось увеличением экспрессии белка дистрофина в биоптатах мышечной ткани пациентов с ПМД Дюшенна и замедлением угасания моторных навыков по сравнению с контрольной группой, получавшей базисную терапию ГКС. Для голодирсена и этеплирсена опубликованы данные по их влиянию на отсрочку потери амбулаторности [11, 12].

Терапия, направленная на супрессию стоп-кодонов препаратом аталурен при нонсенс-мутациях в гене DMD, зарегистрирована в Российской Федерации c 2020 г. Препарат действует на этапе трансляции белка в рибосоме, позволяя пропустить преждевременно возникший стоп-кодон и считать матричную РНК полностью, что приводит к синтезу полноразмерного белка дистрофина. В клинических исследованиях было показано, что применение аталурена приводит к частичному восстановлению экспрессии белка дистрофина в мышечных волокнах, а, по данным сравнительного исследования регистра STRIDE, у пациентов с ПМД Дюшенна, длительно находящихся на терапии аталуреном, и регистра CINRG DNHS пациентов c ПМД Дюшенна, получавших только стандартную терапию, отсрочка потери амбулаторности составила 5,4 года [13].

Существующая генозаместительная терапия ПМД Дюшенна основана на доставке гена микродистрофина с помощью специально отобранного аденоассоциированного вируса. Размер самого гена DMD примерно в 3 раза превышает емкость аденоассоциированного вируса, поэтому используется доставка укороченного гена, кодирующего укороченный вариант белка, с целью формирования более мягкого фенотипа – ПМД Беккера [10]. Единственным зарегистрированным в мире препаратом в настоящее время является деландистроген моксепарвовек. В клинических исследованиях он продемонстрировал высокую экспрессию микродистрофина в биоптатах мышечной ткани и улучшение моторной функции. Ожидается положительное влияние деландистрогена моксепарвовека на отсрочку потери амбулаторности [14].

Таким образом, при ПМД Дюшенна существующая в настоящее время концепция стандартной терапии при помощи ГКС, позволяющая отсрочить потерю амбулаторности на 3–5 лет, была дополнена новыми видами патогенетической терапии, направленными на повышение экспрессии дистрофина или синтез микродистрофина, что позволило еще больше отсрочить утрату самостоятельной ходьбы у таких пациентов [1]. В то же время использование в клинических исследованиях суррогатных конечных точек и малых выборок вместе со сложностью стандартизации измерений и недостижением первичных конечных точек в исследованиях III фазы для отдельных препаратов продолжают быть причинами критики крупнейших регуляторов США и Евросоюза [15]. Это привело к различиям в регуляторном статусе препаратов для лечения ПМД Дюшенна на территории США и Евросоюза, часть препаратов зарегистрированы на территории Российской Федерации (аталурен и вилтоларсен)¹.

Также хочется отметить, что в различных популяциях типы мутаций могут варьировать. В большинстве стран наиболее распространены делеции, которые составляют до 80 % мутаций [16–18]. В Европе и России делеции составляют около половины мутаций, имеется значимо высокое количество нонсенс-мутаций, также в России отмечается довольно поздняя молекулярно-генетическая верификация диагноза [18, 19]. Существующие в настоящее время виды экзон-скиппинг-терапии могут охватывать совокупно до 27 % пациентов с ПМД Дюшенна, до 18 % пациентов подходят для терапии методом пропуска стоп-кодонов [19, 20]. Генозаместительная терапия в настоящее время доступна по четко описанным критериям, включающим возраст, отсутствие антител к специфическому аденоассоциированному вирусу и отсутствие делеции 8–9-го экзонов гена DMD². Таким образом, имеется значительная незакрытая потребность российских пациентов с ПМД Дюшенна в терапевтических подходах, действующих вне зависимости от мутации в гене DMD. Продолжаются поиски альтернативных видов терапии, большие надежды возлагаются на новые виды антисмысловой терапии, варианты обхода ограничений размера аденовирусной векторной доставки и CRISPR-Cas9-платформы [10, 21].

С учетом высокой потребности в патогенетическом лечении ПМД Дюшенна вне зависимости от вариантов мутаций многочисленные исследования были направлены на изучение эпигенетической регуляции и каскада патологических изменений, происходящих в мышечной ткани вследствие отсутствия или дефекта белка дистрофина. В связи с этим, кроме препаратов патогенетической терапии, направленных на восстановление экспрессии белка дистрофина, большое количество препаратов с отличным механизмом действия исследуется с целью воздействия на вторичные патогенетические процессы [5, 10, 22]. Схематическое изображение механизмов целевой коррекции патогенетических звеньев ПМД Дюшенна представлено на рис. 2.

 

Рис. 2. Различные механизмы воздействия на звенья патогенеза при прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна

Fig. 2. Different mechanisms of pathogenetic paths influence in progressive Duchenne muscular dystrophy

 

Гистондеацетилаза – связующий эпигенетический регулятор ключевых звеньев патогенеза прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна

Гистондеацетилаза (ГДАЦ) – регуляторный эпигенетический фермент, отрезающий ацетильные группы с лизиновых остатков гистонов, что приводит к сворачиванию структуры гистона и снижению доступности ДНК. И наоборот, ферменты гистонацетилтрансферазы добавляют такие группы, разворачивая структуры гистонов, делая ДНК более доступной для транскрипционных факторов. Соотношение модификаций гистонов активирует или ингибирует транскрипцию, обеспечивая доступность ДНК в нужное время и в нужном месте [5].

Нарушение структуры дистрофин-гликопротеинового комплекса сарколеммы сопровождается ингибированием связанного с ним фермента NO-синтазы, а низкий уровень оксида азота, в свою очередь, приводит к гиперактивации внутриклеточных гистондеацетилаз [23, 24]. Повышение активности ГДАЦ ассоциируется с подавлением регуляторных Т-лимфоцитов и снижением их супрессивной функции, что приводит к хроническому дисбалансу про- и противовоспалительных цитокинов и поддержанию воспаления в мышечной ткани [6, 25, 26]. В доклинических исследованиях продемонстрировано снижение моноцитарно-макрофагальной инфильтрации мышц на фоне применения ингибиторов ГДАЦ [27].

Гиперактивность ГДАЦ снижает уровень миогенных микрорибонуклеиновых кислот и стимулирует ФАП к дифференцировке в фибробласты и адипоциты и дальнейшей продукции соединительной и жировой ткани. Без вовлечения ФАП дифференцировка клеток-сателлитов в миоциты ограничена, кроме того, высокий уровень ГДАЦ снижает экспрессию миогенных факторов MyoD и MEF2 [24]. Таким образом, высокий уровень ГДАЦ играет важную роль в патогенезе мышечной дистрофии Дюшенна и не только поддерживает хроническое воспаление, ограничивает мышечную регенерацию, но и стимулирует фиброзно-жировое замещение утраченной мышечной ткани [5].

Гивиностат – первый ингибитор гистондеацетилазы для эпигенетического патогенетического лечения прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна

В доклинических исследованиях фармакологическая блокада ГДАЦ продемонстрировала снижение инфильтрации, фиброза и улучшение компенсаторной регенерации на мышиной модели, вместе с сокращением зон некроза [28]. Также было продемонстрировано положительное влияние ингибирования ГДАЦ на уровни миогенных микрорибонуклеиновых кислот, продуцируемых мезенхимальными ФАП, промотирующих регенераторную дифференцировку клеток-сателлитов миоцитов [29]. Множественные эффекты ингибирования ГДАЦ и их влияние на патогенез при ПМД Дюшенна представлены на рис. 3.

 

Рис. 3. Множественные эффекты ингибирования гистондеацетилазы и их влияние на патогенез прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна: а – снижение конденсации хроматина и восстановление транскрипции генов; б – увеличение количества ЭВ, продуцируемых ФАП, которые содержат микрорибонуклеиновые кислоты, влияющие на биологические процессы, контролирующие регенерацию мышц, фиброгенез и воспаление; в – снижение дифференциации ФАП в адипоциты и фибробласты; г – снижение хронического воспаления и продукции воспалительных цитокинов, что также снижает фиброз; д – увеличение транскрипции мышечных генов и уменьшение дегенерации/некроза миофибрилл; е – повышение слияния миобластов в дифференцированные мионы; ж – повышение образования регенерирующих центронуклеарных миофибрилл. ЭВ – экстрацеллюлярные везикулы; ФАП – фиброадипозный предшественник. Адаптировано из [5]

Fig. 3. Multiple effects of histone deacetylase inhibition on progressive Duchenne muscular dystrophy-related pathogenesis: a – reduction in condensation of chromatin and restoration of gene transcription; б – increase in the number of EVs produced by FAPs that contain microribonucleic acids that influence the biological processes controlling muscle regeneration, fibrogenesis, and inflammation; в – decrease in the differentiation of FAPs into adipocytes and fibroblasts; г – decrease in chronic inflammation and reduction in inflammatory cytokines production, which also reduces fibrosis; д – increase transcription of muscle genes and decrease of degeneration/necrosis; е – increasing the fusion of myoblasts into differentiated myotubes; ж – increasing formation of regenerating, center-nucleated myofibers. EV – extracellular vesicle; FAP – fibroadipogenic progenitor. Adapted from [5]

 

Препараты для ингибиторования ГДАЦ исследуются в медицине достаточно давно, преимущественно для применения в онкогематологии. Их класс-специфические типичные эффекты и нежелательные явления известны и изучены. Ингибирование ГДАЦ оказывает положительный эффект на основные патогенетические последствия отсутствия или дисфункции белка дистрофина и имеет очевидные перспективы в лечении ПМД Дюшенна, однако препараты данного класса имеют относительно узкое терапевтическое окно, а постоянное применение их высоких доз ограничено типичными нежелательными явлениями в виде тошноты, рвоты и тромбоцитопении [27, 30].

Гивиностат – перспективный пероральный ингибитор ГДАЦ, разработанный для лечения ПМД Дюшенна, продемонстрировавший в переносимых дозах выраженные целевые миопротективные противовоспалительные и антифиброзные эффекты [27]. В доклинических исследованиях на мышиной модели гивиностат показал дозозависимое положительное влияние на моторную функцию, снизил воспалительную и жировую инфильтрацию и фиброз, также отмечалось благоприятное изменение уровня миогенных РНК, функционально связанных с развитием сердечной недостаточности [31].

В клиническом исследовании I фазы гивиностата были продемонстрированы безопасность доз 50 и 100 мг и снижение продукции провоспалительных цитокинов [32]. В исследовании II фазы первичная конечная точка гистологического эффекта лечения пациентов с ПМД Дюшенна гивиностатом была достигнута с увеличением размеров мионов и дополнительным снижением некроза, фиброза и жирового замещения (рис. 4) [33].

 

Рис. 4. Результаты биопсии мышечной ткани у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна (1–4) до и через 12 мес после терапии гивиностатом. Окрашивание гематоксилином и эозином. Оценка морфометрии и зон некроза, фиброза и замещения жировой тканью. Адаптировано из [33]

Fig. 4. Muscle biopsy from Duchenne muscular dystrophy patients (1–4) before and after 12 months of givinostat therapy. Hematoxylin and eosin staining. The evaluation of morphometry and necrosis, fibrosis and fat replacement areas. Adapted from [33]

 

Гивиностат последовательно показал эффективность и в мультицентровом рандомизированном двойном слепом плацебоконтролируемом клиническом исследовании III фазы EPIDYS (Epigenetic Rescue of Dystrophin Dysfunction – эпигенетическая помощь при дисфункции дистрофина). В исследовании участвовал 41 центр, было включено 179 пациентов с ПМД Дюшенна с рандомизацией 2:1 в группы приема гивиностата и плацебо соответственно, на фоне приема ГКС в течение 72 нед [34]. Первичная конечная точка была достигнута – время подъема на 4 ступени было на 1,78 с статистически значимо меньше в группе гивиностата. Также были продемонстрированы положительные тренды других тестов оценки моторных функций: оценки по шкале «Северная Звезда», времени подъема из положения лежа на спине, теста 6-минутной ходьбы. Кроме того, в группе гивиностата по сравнению с плацебо зафиксировано снижение на 30 % жировой фракции в латеральной широкой мышце бедра (рис. 5) [35]. Наиболее частыми нежелательными явлениями, которые отмечались у 1/3 пациентов, были диарея, тромбоцитопения и рвота. Нежелательные явления были дозозависимыми и управляемыми, не было обнаружено новых сигналов безопасности [34].

 

Риc. 5. Данные магнитно-резонансной томографии мышц бедра в режиме Т1-взвешенных изображений (а) и магнитно-резонансной спектроскопии (б) у пациентов с прогрессирующей мышечной дистрофией Дюшенна в рамках клинического исследования EPIDYS. Адаптировано из [35]

Fig. 5. T1-weighted muscle magnetic resonance imaging (a) and magnetic resonance spectroscopy data (б) of thigh muscles in Duchenne muscular dystrophy patients during EPIDYS clinical trial. Adapted from [35]

 

Долгосрочные данные эффективности и безопасности в сравнении c исторической когортой были представлены на конференции Ассоциации мышечной дистрофии (Muscular Dystrophy Association, MDA) в марте 2025 г. Медиана возраста потери амбулаторности в группе гивиностата была больше почти на 3 года. Профиль безопасности препарата оставался стабильным [36, 37]. Долгосрочные данные эффективности гивиностата демонстрируют замедление утраты форсированной жизненной емкости легких до 2–3 % в год [38]. В исследовании EPIDYS также был продемонстрирован тренд замедления снижения фракции выброса левого желудочка у пациентов с ПМД Дюшенна до 1,2 % в группе гивиностата за 72 нед по сравнению с 3,4 % в группе плацебо [39].

Гивиностат в настоящее время является единственным лекарственным препаратом для патогенетического лечения мышечной дистрофии Дюшенна, имеющим регистрацию и в США, и Евросоюзе. Показания к применению, одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов Правительства США (Food and Drug Administration, FDA): для лечения ПМД Дюшенна у пациентов в возрасте 6 лет и старше [40]. Показания к применению, одобренные Европейским агентством по лекарственным средствам (European Medicines Agency, EMA): для лечения ПМД Дюшенна у амбулаторных пациентов в возрасте 6 лет и старше в сочетании с терапией ГКС [41].

Перспективы применения миопротективной противовоспалительной и антифиброзной терапии

Одобрение в США и Евросоюзе препарата гивиностат открывает возможности лечения пациентов c ПМД Дюшенна вне зависимости от вида мутации в гене DMD. Стабильность профиля безопасности позволяет рассматривать перспективы комбинации гивиностата с препаратами для увеличения продукции белка дистрофина. Предполагаем, что наилучший терапевтический эффект может быть достигнут при своевременном применении гормональной, миопротективной противовоспалительной и антифиброзной терапии в сочетании с терапией, направленной на синтез белка дистрофина или микродистрофина. Также необходим прием кардиопротективной терапии и высоких доз витамина D₃.

Восстановление транскрипции гена DMD, сниженной при ПМД Дюшенна, может иметь синергизм с другими препаратами, восстанавливающими рамку считывания, такими как терапия методами пропуска экзонов и стоп-кодонов. Показано, что при ПМД Дюшенна транскрипция гена DMD подавлена из-за ремоделирования хроматина, а добавление гивиностата частично ее восстанавливает [5, 42]. В доклинических исследованиях был получен подтвержденный синергический эффект при использовании гивиностата с препаратами антисмысловой терапии [43].

Кардиореспираторные осложнения по-прежнему являются главной причиной смертности пациентов с ПМД Дюшенна и ПМД Беккера [1]. Внедрение стандартов ведения и новых методов патогенетической терапии позволило сместить кривые сохранения амбулаторности и выживаемости вправо. Для пациентов с ПМД Беккера не существует патогенетического лечения прогрессирующего поражения сердца, тогда как применение миопротективной противовоспалительной и антифиброзной терапии могло бы рассматриваться в качестве одной из опций для лечения кардиомиопатии и поддержки скелетных мышц. При ПМД Дюшенна терапия с применением пропуска экзонов демонстрирует явный эффект для скелетной мускулатуры, однако влияние на сердечную мышцу ограничено, тогда как новые препараты группы антисмысловых нуклеотидов и генная терапия имеют лучшую биодоступность к кардиомиоцитам [44]. Дальнейшие долгосрочные исследования позволят оценить влияние терапии гивиностатом на сердечно-сосудистую систему и выживаемость пациентов с ПМД Дюшенна.

Заключение

Гивиностат – первый ингибитор ГДАЦ для лечения ПМД Дюшенна, оказывающий положительный эффект на ключевые патогенетические последствия дисфункции дистрофина. Эпигенетический механизм действия позволяет использовать его для пациентов с любой мутацией в гене DMD для миопротективной противовоспалительной и антифиброзной терапии. По данным многочисленных клинических исследований, применение гивиностата улучшает моторную функцию, снижает воспалительную инфильтрацию и фиброзно-жировую дегенерацию мышечной ткани, а также позволяет отсрочить потерю амбулаторности почти на 3 года.

 

¹ По данным государственных реестров. Доступны по: https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cder/daf/index.cfm, https://www.ema.europa.eu/en/medicines; https://grls.rosminzdrav.ru/Default.aspx.

² Фонд «Круг добра». Категории детей, которым показано назначение лекарственного препарата деландистроген моксепарвовек. Доступно по: https://фондкругдобра.рф/перечни/перечень-категорий-детей.

About the authors

Dmitriy V. Vlodavets

N. I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: mityaus@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2635-2752

Y. E. Veltishev Research and Clinical Institute for Pediatrics

Russian Federation, 2 Taldomskaya St., Moscow 125412

References

Supplementary files