РОЛЬ ПРОПРОТЕИН КОНВЕРТАЗЫ СУБТИЛИЗИН/КЕКСИН ТИПА 9 (PCSK-9) В МЕТАБОЛИЗМЕ ХОЛЕСТЕРИНА И НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЛИПИДКОРРИГУЮЩЕЙ ТЕРАПИИ

РОЛЬ ПРОПРОТЕИН КОНВЕРТАЗЫ СУБТИЛИЗИН/КЕКСИН ТИПА 9 (PCSK-9) В МЕТАБОЛИЗМЕ ХОЛЕСТЕРИНА И НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЛИПИДКОРРИГУЮЩЕЙ ТЕРАПИИ

Научная статья

Чаулин А.М.^1, *, Мазаев А.Ю.², Александров А.Г.³

¹ ORCID: 0000-0002-2712-0227,

¹ ГБУЗ Самарский областной клинический кардиологический диспансер, Самара, Россия;

¹ ФГБОУ ВО Самарский государственный медицинский университет Минздрава России,Самара, Россия;

² ФГБОУ ВО Клиники Самарского государственного медицинского университета Минздрава России, Самара, Россия;

³ ООО ИНВИТРО-Самара, Самара, Россия

* Корреспондирующий автор (alekseymichailovich22976[at]gmail.com)

Аннотация

Пропротеин-конвертаза субтилизин/кексин типа 9 (PCSK-9) является важнейшим ферментом, который регулирует циркулирующие уровни липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), благодаря своей центральной роли в разрушении рецепторов липопротеинов низкой плотности (рЛПНП), расположенных на поверхности гепатоцитов. В литературном обзоре рассматриваются ключевые исследования, которые позволили установить механизм действия PCSK-9, что привело к разработке нового класса липидпонижающих препаратов – ингибиторов PCSK-9.

Ключевые слова: пропротеин конвертаза субтилизин/кексин типа 9, холестерин, липопротеины низкой плотности, ингибиторы PCSK-9.

THE ROLE OF PROPROTEIN CONVERTASE SUBTILISIN/KEXIN OF TYPE 9 (PCSK-9) IN CHOLESTEROL METABOLISM AND NEW OPPORTUNITIES OF LIPID CORRECTIVE THERAPY

Research article

Chaulin A.M.^1, *, Mazaev A.Yu.², Aleksandrov A.G.³

¹ ORCID ID: 0000-0002-2712-0227,

¹ SBHI Samara Regional Clinical Cardiology Dispensary, Samara, Russia;

¹ FSBEI of HE Samara State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Samara, Russia;

² FSBEI of HE Clinics of the Samara State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Samara, Russia;

³ LLC INVITRO-Samara, Samara, Russia

* Corresponding author (alekseymichailovich22976[at]gmail.com)

Abstract

Proprotein-convertase subtilisin/kexin of type 9 (PCSK-9) is an essential enzyme that regulates the circulating levels of low-density lipoprotein (LDL), due to its central role in the destruction of low-density lipoprotein receptors (RLPN) located on the surface of hepatocytes. The literature review examines the key studies that allowed us to establish the mechanism of action of PCSK-9, which has led to the development of a new class of lipid-lowering drugs – PCSK-9 inhibitors.

Keywords: proprotein convertase subtilisin/kexin of type 9, cholesterol, low-density lipoproteins, PCSK-9 inhibitors.

Введение. Исторические предпосылки открытия PCSK-9

В настоящий время общепризнанно, что повышенный уровень общего холестерина (ОХС) и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) значительно увеличивает риск возникновения атеросклероза и последующее прогрессирование сердечно-сосудистых заболеваний. На сегодняшний день лечение ингибиторами биосинтеза холестерина − статинами остается основным для пациентов с гиперхолестеринемий. Однако, у многих пациентов статиновая терапия не приводит к достижению целевых уровней ХС и ЛПНП. Кроме того, более чем у 30% пациентов наблюдается непереносимость препаратов статинов, особенно часто встречаются побочные эффекты со стороны мышц [1], [2]. В сложившейся ситуации возникла необходимость в поиске дополнительных мишеней с принципиально иным механизмом действия.

В 2003 г. канадским исследователем Seidah N.G. был идентифицирован фермент – пропротеин конвертаза субтилизин кексин типа 9 (PCSK-9). Первоначально считалось, что PCSK-9 участвует в регенерации печени и дифференцировке нейронов [3].

Abifadel с коллегами, при помощи секвенирования обнаружили две миссенс-мутации (S127R, F216L) в гене, локализованном на 1-ой хромосоме и кодирующем информацию о протеине PCSK-9, у пациентов с семейной гиперхолестеринемий (СГ). При данных мутациях возникало рефрактерное к гиполипидемической терапии повышение ОХС и ЛПНП, приводившее к преждевременному развитию ишемической болезни сердца (ИБС) и смерти в молодом возрасте. [4]. Вскоре появились сообщения о другой миссенс-мутации PCSK-9 D374Y у пациентов с СГ из Юты, Норвегии и Великобритании. При данной мутации также резко увеличивался риск возникновения коронарного атеросклероза [5], [6], [7]. Позднее было установлено, что эти мутации сопровождаются усилением активности PCSK-9.

В последующих когортных исследованиях были обнаружены 3 мутации PCSK-9 (C679X, Y142X, R46L), которые сопровождаются более низкими концентрациями ОХС и ЛПНП в крови и снижением риска возникновения ИБС. При данных трех мутациях отмечалось снижение активности PCSK-9 [8], [9]. В результате этих наблюдений, PCSK-9 стал привлекательной лекарственной мишенью и предметом дальнейших исследований.

На настоящий момент открыто и изучено более 50 мутаций и полиморфизмов PCSK-9, приводящих к изменению концентраций ОХС и ЛПНП в крови людей. Все они условно подразделяются на 2 группы:

• мутации/полиморфизмы, сопровождающиеся усилением активности PCSK-9, что вызывает повышение концентрации ЛПНП в крови и увеличивает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний;
• мутации/полиморфизмы, сопровождающиеся снижением активности PCSK-9, что ведет к гипохолестеринемии и снижению сердечно-сосудистого риска.

Строение и функции PCSK-9

Белок PCSK-9 представляет собой сериновую протеазу семейства субтилаз (протеиновых конвертаз), главным образом экспрессируется в печени и в гораздо меньшей степени в головном мозге, кишечнике, почках. Синтезируется PCSK-9 на рибосомах эндоплазматического ретикулума (ЭР) в виде неактивного предшественника (зимогена) – про-PCSK-9 с молекулярной массой 72 кДа, который после посттрансляционных модификаций в цистернах ЭР и аппарате Гольджи превращается в зрелый фермент PCSK-9. Основная функция PCSK-9 заключается в регуляции численности рЛПНП на поверхности гепатоцитов.

Молекулы PCSK-9 секретируются во внеклеточное пространство и связываются с расположенными на клеточной мембране гепатоцитов рЛПНП с образованием комплексов PCSK-9-рЛПНП. Затем эти комплексы погружаются внутрь (интернализуются) внутрь гепатоцитов посредством эндоцитоза и разрушаются в лизосомах. Таким образом, чем больше образовалось PCSK-9 в клетке, тем выше его концентрация в крови и тем больше рЛПНП будет захвачено и разрушено. Кроме того, существуют предположения, что PCSK-9 нарушает биосинтез частиц рЛПНП в гепатоците на уровне посттрансляционных модификаций в ЭР и аппарате Гольджи [10].

В результате опосредованного высоким содержанием PCSK-9, резкого снижения количества рЛПНП на поверхности клеток печени, большинство частиц ЛПНП не смогут прикрепиться к гепатоциту и элиминироваться из организма по маршруту: гепатоцит → желчь → кишечник → каловые массы. А продолжат циркулировать и накапливаться в крови, приводя к гиперхолестеринемии, что будет сопровождаться избыточной доставкой ХС в стенки сосудов и развитием атеросклероза.

Фармакологические ингибиторы PCSK-9

Наиболее многообещающими препаратами оказались человеческие моноклональные антитела против PCSK-9. В результате I и II фаз клинических испытаний три препарата моноклональных антител: Алирокумаб, Эволокумаб, Бокозицумаб продемонстрировали дозозависимое безопасное и эффективное снижение ЛПНП на 60-70% при подкожном введении раз в две-четыре недели. Кроме того, не наблюдалось значительных побочных эффектов, кроме незначительных аллергических реакций на месте введения [11], [12]. Три крупных исследования фазы III клинических испытаний FOURIER, ODYSSEY, SPIRE однозначно показали, что ингибиторы PCSK-9 надежно и безопасно снижают уровни ЛПНП в сыворотке крови, не зависимо от проводимой фоновой липидснижающей терапии и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Однако, программа SPIRE была остановлена, т.к. у значительной части пациентов образовались антитела против препарата бокозицумаб, что скорее всего было связано с тем данный препарат является гуманизированным и содержит не полностью человеческие антитела, по сравнению с алирокумабом и эволокумабом, которые содержат полностью человеческие моноклональные антитела [13], [14], [15].

В 2015 г. препараты Алирокумаб и Эволокумаб, прошедшие все стадии клинических испытаний были одобрены регулирующими органами в США и Европе для практического использования. С 2016 данные препараты также разрешены для клинического применения в России. Они могут назначаться при длительном первичной гиперхолестеринемии или смешанных дислипидемий, как в составе комплексной терапии совместно со статинами, так и в виде монотерапии в дополнении к диете. Данные препараты обладают некоторыми преимуществами по сравнению со статинами, заключающимися в более эффективном снижении уровней ХС и ЛПНП, а также отсутствием ряда кратковременных побочных эффектов, свойственных статинам (миотоксичность, гепатотоксичность и др.). Однако, весомый недостаток на данный момент, ограничивающий повсеместное применение, заключается в их высокой стоимости.

Альтернативные стратегии ингибирования PCSK-9 включают разработку антисмысловых нуклеотидов, малых интерферирующих рибонуклеиновых кислот (миРНК), вакцин и низкомолекулярных пептидов.

Антисмысловые нуклеотиды и миРНК основаны на технологиях редактирования генома или сайленсинга. Препарат Инклисиран представляет собой полностью химически модифицированную стабилизированную PCSK-9-специфическую миРНК. В клиническом исследовании ORION-1 была показана эффективность в отношении снижения ЛПНП в крови и отсутствие серьезных нежелательных последствий [16].

Другой весьма перспективной стратегией долгосрочного ингибирования PCSK-9 считается вакцинация на основе пептидов, которые стимулируют иммунную систему к выработке специфических антител против PCSK-9. Несмотря на то, что активная вакцинация оказывает тот же терапевтический эффект, что и пассивное введение готовых антител против PCSK9, этот эффект может быть достигнут меньшим количеством инъекций, более низкой дозой с соответственно, будет экономически выгоднее. На данный момент проводятся экспериментальные и клинические исследования для оценки эффективности, безопасности и разработке оптимальной схемы иммунизации [17], [18].

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Stroes E.S. Statin-associated muscle symptoms: impact on statin therapy-European atherosclerosis society consensus panel statement on assessment, aetiology and management / Stroes E.S., Thompson P.D., Corsini A. and others // Eur. Heart J. 2015. Vol. 36, № 17. P. 1012-1022. doi: 10.1093/eurheartj/ehv043
2. Al-Mohaissen M.A. Statin-associated muscle adverse events: update for clinicians / Al-Mohaissen M.A., Ignaszewski M.J., Frohlich J. and others // Sultan Qaboos Univ. Med. J. 2016. Vol. 16, № 4. e406-e415. doi: 10.18295 / squmj.2016.16.04.002
3. Seidah N.G. The secretory proprotein convertase neural apoptosis-regulated convertase 1 (NARC-1): liver regeneration and neuronal differentiation / Seidah N.G., Benjannet S., Wickham L. and others // Proc. Natl. Acad. Sci USA. 2003. Vol. 100, № 3. P. 928-933. doi: 10.1073/pnas.0335507100
4. Abifadel M. Mutations in PCSK9 cause autosomal dominant hypercholesterolemia / Abifadel M., Varret M., Rabes J.P., and others // Nat. Genet. 2003. Vol. 34. P. 154-156. doi: 10.1038/ng1161
5. Timms K.M. A mutation in PCSK9 causing autosomal-dominant hypercholesterolemia in a Utah pedigree / Timms K.M., Wagner S., Samuels M.E. and others // Hum. Genet. 2004. Vol. 114, № 4. P. 349-353. doi: 10.1007/s00439-003-1071-9
6. Leren T.P. Mutations in the PCSK9 gene in Norwegian subjects with autosomal dominant hypercholesterolemia / Leren T.P. // Clin. Genet. 2004. Vol. 65, № 5. P. 419-422. doi: 10,1111 / j.0009-9163.2004.0238.x
7. Naoumova R.P. Severe hypercholesterolemia in four British families with the D374Y mutation in the PCSK9 gene: longterm follow-up and treatment response / Naoumova R.P., Tosi I., Patel D. and others // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2005. Vol. 25, № 12. P. 2654-2660. doi: 10.1161/01.ATV.0000190668.94752.ab
8. Cohen J. Low LDL cholesterol in individuals of African descent resulting from frequent nonsense mutations in PCSK9 / Cohen J., Pertsemlidis A., Kotowski I.K. and others // Nat. Genet. 2005. Vol. 37, № 2. P. 161-165. doi: 10.1038/ng1509
9. Cohen J.C. Sequence variations in PCSK9, low LDL, and protection against coronary heart disease // Cohen J.C., Boerwinkle E., Mosley T.H.Jr. and others // Med. 2006. Vol. 354, № 12. P. 1264-1272. doi: 10.1056/NEJMoa054013
10. Maxwell K.N. Overexpression of PCSK9 accelerates the degradation of the LDLR in a post-endoplasmic reticulum compartment / Maxwell K.N., Fisher E.A., Breslow J.L. and others // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005. Vol. 102, № 6. P. 2069-2074. doi: 10.1073/pnas.0409736102
11. Stein E.A. Reduction of low-density lipoprotein cholesterol by monoclonal antibody inhibition of PCSK9 / Stein E.A., Raal F.// Annu Rev. Med. 2014. Vol. 65. P. 417-431. doi: 10.1146/annurev-med-022613-090402
12. Bergeron N. Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 inhibition: a new therapeutic mechanism for reducing cardiovascular disease risk / Bergeron N., Phan B.A.P., Ding Y. and others // Circulation 2015. Vol. 132, № 17. P. 1648-1666. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.016080
13. Robinson J.G. Efficacy and safety of alirocumab in reducing lipids and cardiovascular events / Robinson J.G., Farnier M., Krempf M. and others // N. Engl. J. Med. 2015. Vol. 372, № 16. P. 1489-1499. doi: 10.1056/NEJMoa1501031
14. Sabatine M.S. Evolocumab and clinical outcomes in patients with cardiovascular disease / Sabatine M.S., Giugliano R.P., Keech A.C. and others // N. Engl. J. Med. 2017. Vol. 376, № 18. P. 1713-1722. doi: 10.1056/NEJMoa1615664
15. Ridker P.M. . Cardiovascular efficacy and safety of bococizumab in high-risk patients / Ridker P.M., Revkin J., Amarenco P. and others // N. Engl. J. Med. 2017. Vol. 376, № 16. P. 1527-1539. doi: 10.1056/NEJMoa1701488
16. Ray K.K. Effect of an siRNA Therapeutic Targeting PCSK9 on Atherogenic Lipoproteins / Ray K.K., Stoekenbroek R.M., Kallend D. and others // Circulation. 2018. Vol. 138, № 13. P. 1304-1316. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.034710
17. Crossey E. A cholesterol-lowering VLP vaccine that targets PCSK9 / Crossey E., Amar M.J.A., Sampson M. and others// Vaccine. 2015. Vol. 33, № 43. P. 5747-5755. doi: 10.1016/j.vaccine.2015.09.044
18. Weisshaar S. Vaccines Targeting PCSK9: A Promising Alternative to Passive Immunization with Monoclonal Antibodies in the Management of Hyperlipidaemia? / Weisshaar S., Zeitlinger M. // Drugs. 2018. Vol. 78, № 8. P. 799-808. doi: 10.1007/s40265-018-0915-5