Wpływ statyn na strukturę neuronów – wyniki badań na modelu zwierzęcym

Jak przebiegał eksperyment na zwierzęcym modelu?

Badanie kohortowe przeprowadzone na modelu zwierzęcym wykazało, że długotrwałe stosowanie atorwastatyny wpływa na morfologię neuronów w zdrowym mózgu, nie zmieniając jednocześnie liczby nowo powstających komórek nerwowych. Badacze zastosowali model młodych samców sikorek zebra finch (zeberka zwyczajna), aby ocenić wpływ statyn na strukturę neuronów w warunkach in vivo.

Badanie obejmowało grupę młodych ptaków w wieku 18-49 dni na początku eksperymentu, które otrzymywały codziennie doustnie atorwastatynę w dawce 40 mg/kg lub placebo przez okres 62-92 dni. Wykorzystując znakowanie BrdU (5-bromo-2′-deoksyurydyny) oraz immunohistochemię z przeciwciałami przeciwko białku Hu i doublekortynie (DCX), naukowcy zidentyfikowali i zbadali nowo powstające neurony oraz istniejące już wcześniej komórki nerwowe w regionach mózgu związanych z uczeniem się i produkcją śpiewu (HVC) oraz w obszarze słuchowym (NCM).

Warto zaznaczyć, że badacze ograniczyli badanie do samców, aby zmniejszyć naturalną zmienność w pomiarach morfologicznych poprzez zawężenie próby do znanych typów komórek, które zostały dobrze scharakteryzowane w jądrze HVC u samców. HVC otrzymuje nowe neurony przez całe dorosłe życie i jest niezbędny do nauki i produkcji śpiewu, co czyni go regionem potencjalnie wrażliwym na działanie statyn. Zastosowana dawka atorwastatyny (40 mg/kg) była wyższa niż stosowana klinicznie, ale niższa niż powszechnie używana dawka 50 mg/kg w badaniach na modelach gryzoni. Po przeliczeniu na równoważną dawkę dla człowieka, odpowiadała ona około 3,2 mg/kg, co stanowi 3,2-6,4 razy większą dawkę niż stosowana u dzieci.

Czy statyny wpłynęły na morfologię neuronów?

Analiza morfometryczna wykazała, że w grupie otrzymującej atorwastatynę, 30-32-dniowe neurony (BrdU+/Hu+) charakteryzowały się znacząco zmienioną morfologią somatu w porównaniu z grupą kontrolną. Neurony te były bardziej spłaszczone, co potwierdzono przez niższe wartości współczynnika proporcji (aspect ratio), zwartości (compactness) i okrągłości (roundness). Ponadto, błony komórkowe neuronów w grupie leczonej statyną wykazywały większą złożoność i pofałdowanie, co odzwierciedlały podwyższone wartości współczynnika kształtu (shape factor) i obniżone wartości współczynnika formy (form factor). Warto podkreślić, że pomimo tych zmian strukturalnych, całkowita powierzchnia somatu nowych neuronów nie różniła się istotnie między grupami.

Interesujące jest to, że w przypadku starszych neuronów (BrdU-/Hu+), które istniały przed rozpoczęciem leczenia, nie zaobserwowano zmian w kształcie komórek, natomiast odnotowano znaczące zmniejszenie wielkości somatu w grupie otrzymującej atorwastatynę. Neurony te miały zarówno mniejszą powierzchnię, jak i krótsze maksymalne i minimalne średnice Fereta. Efekt ten był bardziej widoczny w przypadku większych neuronów, sugerując, że statyny mogą mieć silniejszy wpływ na komórki o większych rozmiarach.

Wbrew oczekiwaniom badaczy, statyny nie wpłynęły na gęstość nowych neuronów w badanych regionach mózgu. Nie zaobserwowano różnic w liczbie komórek BrdU+/Hu+ ani DCX+ między grupą leczoną a kontrolną, co sugeruje, że atorwastatyna nie zaburza procesów proliferacji i przeżywalności nowych neuronów w pierwszym miesiącu po mitozie.

Jakie mechanizmy tłumaczą obserwowane zmiany w neuronach?

Autorzy badania sugerują, że obserwowane zmiany morfologiczne mogą wynikać z zaburzenia produkcji cholesterolu w mózgu, co prowadzi do zmian w strukturze błony komórkowej. Alternatywnie, efekty te mogą być związane z hamowaniem przez statyny szlaku mewalonianowego, co wpływa na produkcję izoprenylowanych białek, w tym GTPaz z rodziny Rho i Ras, które regulują dynamikę aktyny i morfologię komórek.

Badacze zwracają uwagę, że mózg jest najbogatszym w cholesterol organem w ciele, a około 70% cholesterolu w mózgu znajduje się w mielinie, a reszta w błonach komórkowych. Cholesterol jest wbudowywany w błonę komórkową w wyspecjalizowane subdomeny zwane tratwami lipidowymi, które odgrywają kluczową rolę nie tylko w strukturze i organizacji błony, ale także w dynamice błony i interakcjach z białkami transbłonowymi. Badania in vitro wykazały rozległe efekty zmniejszonej dostępności cholesterolu na strukturę neuronalną, w tym uszkodzenie receptorów, organelli, zagęszczenie jąder z kondensacją chromatyny, zmniejszenie gęstości neurytów, fragmentację neurytów i kurczenie się kolców dendrytycznych.

Istotną uwagą dotyczącą wyników badania jest fakt, że obserwowane efekty statyn na wielkość, kształt i powierzchnię błony komórkowej mogą wynikać z różnic w składzie błony ujawnionych podczas obróbki histologicznej. Tkanka była odwadniana za pomocą wzrastających stężeń etanolu i zanurzana w ksylenach przed przykryciem szkiełkiem nakrywkowym. Chociaż inkubacje te były krótkie, odwadnianie i odtłuszczanie tkanki rozpuszcza cholesterol błonowy i przemieszcza tratwy lipidowe. Dlatego różnice w składzie cholesterolu błony komórkowej między grupami kontrolną i leczoną statyną mogły spowodować różne efekty działania etanolu i ksylenu, co skutkowało różnicami w morfologii komórek, które zostały ujawnione lub wzmocnione przez te etapy przetwarzania.

Warto również podkreślić, że regulacja i modulacja szlaku mewalonianowego jest znana jako dymorficzna płciowo, podobnie jak cechy metabolizmu lipidów i zmiany związane z wiekiem w składzie lipidów mózgu. Ponadto cholesterol jest prekursorem w syntezie różnych neurosteroidów, które różnią się między samcami i samicami, podobnie jak ich enzymy syntetyczne i transportery oraz potencjalny wpływ na neurogenezę u dorosłych. Dlatego znaczenie tych wyników ogranicza się do samców, co stanowi ograniczenie tego badania.

Czy efekty działania statyn mają znaczenie dla praktyki klinicznej?

To badanie dostarcza pierwszych dowodów na to, że statyny mogą wpływać na strukturę neuronów w zdrowym mózgu in vivo. Obserwowane zmiany morfologiczne mogą potencjalnie wyjaśniać zgłaszane przez niektórych pacjentów zaburzenia funkcji poznawczych związane ze stosowaniem statyn. Wyniki te podkreślają potrzebę dalszych badań nad długoterminowymi efektami statyn na mikrostrukturę mózgu, funkcje fizjologiczne neuronów oraz potencjalne konsekwencje behawioralne, szczególnie w kontekście stosowania tych leków u dzieci i młodzieży.

Klinicyści powinni być świadomi potencjalnego wpływu statyn na strukturę neuronów, zwłaszcza przy przepisywaniu tych leków młodszym pacjentom lub osobom zgłaszającymi problemy z pamięcią czy funkcjami poznawczymi. Badanie to wskazuje na potrzebę rozwagi przy profilaktycznym stosowaniu statyn u osób bez hipercholesterolemii oraz uwzględnienia monitorowania funkcji poznawczych w długoterminowej terapii statynami.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone na modelu młodych samców sikorek zebra finch wykazało, że długotrwałe stosowanie atorwastatyny w dawce 40 mg/kg wpływa na morfologię neuronów w zdrowym mózgu. W przypadku nowych neuronów zaobserwowano znaczące zmiany w kształcie komórek, które stały się bardziej spłaszczone i wykazywały większą złożoność błony komórkowej. Starsze neurony natomiast charakteryzowały się zmniejszoną wielkością somatu, szczególnie te o większych rozmiarach. Co istotne, statyny nie wpłynęły na liczbę nowo powstających neuronów. Zmiany te mogą być związane z zaburzeniem produkcji cholesterolu w mózgu lub hamowaniem szlaku mewalonianowego. Wyniki badania sugerują potrzebę szczególnej rozwagi przy przepisywaniu statyn młodszym pacjentom oraz osobom zgłaszającym problemy poznawcze, a także wskazują na konieczność dalszych badań nad długoterminowymi efektami tych leków na strukturę i funkcje mózgu.