Neue Therapeutika, die auf TGF-, Activin- und BMP-Liganden bei PAH

anatomypubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/dvdy.478Eine aufstrebende Klasse neuer Therapeutika, die auf TGF-, Activin- und BMP-Liganden bei pulmonaler arterieller Hypertonie abzielen

 Abstrakt

Die pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) ist ein oft tödlich verlaufender Zustand, dessen primäre Pathologie den Verlust der pulmonalen Gefäßperfusion aufgrund einer fortschreitenden aberranten Gefäßumgestaltung beinhaltet. Durch die verminderte Kapazität des Lungenkreislaufs wird die rechte Herzkammer zunehmend belastet, was zum Tod durch Herzversagen führt.
 Derzeit sind zugelassene Therapien hauptsächlich Vasodilatatoren, die die mittlere Lebenserwartung nach der Diagnose von 2,8 auf 7 Jahre erhöht haben. Obwohl dies eine wesentliche Verbesserung darstellt, geht die Suche nach transformativen Therapeutika, die etablierte Krankheiten rückgängig machen, weiter.
 Die Genetik der menschlichen PAH impliziert stark die reduzierte endotheliale Bone Morphogenetic Protein (BMP)-Signalgebung als ursächliche Rolle für die Pathobiologie der Krankheit. Jüngste Ansätze haben sich darauf konzentriert, die BMP-Signalübertragung direkt zu verstärken oder den hemmenden Einfluss von Signalwegen zu beseitigen, die die BMP-Signalübertragung unterdrücken.
 In diesem kritischen Kommentar überprüfen wir die Beweise, die die Entwicklung von zwei Ansätzen untermauern: BMP-basierte Agonisten und Hemmung der Activin/GDF-Signalgebung. Wir gehen auch auf die wichtigsten Überlegungen und Fragen ein, die in Bezug auf diese Ansätze noch offen sind.

 1. EINLEITUNG

Die pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) ist eine seltene Erkrankung, die durch einen fortschreitenden Anstieg des Blutdrucks in den Lungenarterien gekennzeichnet ist und schließlich zum Tod durch Rechtsherzversagen führt. Vor der Entwicklung von Therapien zur Behandlung von PAH betrug die mediane Überlebenszeit 2,8 Jahre mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von 34 %.  1  Zum jetzigen Zeitpunkt, da mehr Therapien zur Behandlung von PAH entwickelt und zugelassen wurden, liegt die mediane Überlebenszeit derzeit insgesamt bei etwa 7 Jahren.
  2  -  4  Im aktuellen Klassifikationssystem für pulmonale Hypertonie (PH), das alle Krankheiten umfasst, die durch einen erhöhten mittleren pulmonalarteriellen Druck (mPAP) in Ruhe gekennzeichnet sind, wird PAH als Gruppe 1 PH klassifiziert.  4 PAH wird als präkapilläre PH definiert, wenn keine anderen Ursachen vorliegen, wie z. B. intrinsische Linksherzerkrankung (Gruppe 2 PH), Lungenerkrankung (Gruppe 3 PH), Pulmonalarterienobstruktionen (Gruppe 4 PH) oder unklare/multifaktorielle Mechanismen (Gruppe 5 PH)
.PAH kann als idiopathisch (IPAH) oder vererbbar (HPAH) klassifiziert werden oder mit anderen Faktoren wie Medikamenten, Toxinen, Bindegewebserkrankungen, HIV, Lebererkrankungen, angeborenen Herzfehlern oder einer Infektion mit Bilharziose in Verbindung gebracht werden. Letztendlich führen diese auslösenden Ereignisse zu ähnlichen Pathologien. Aus translationaler Sicht können sich die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen jedoch unterscheiden, was möglicherweise unterschiedliche therapeutische Ansätze bei bestimmten Krankheitstypen rechtfertigt
.1.1 Zelluläre Pathologie der PAHPathologisch ist die PAH durch eine fortschreitende Verdickung der medialen Wandschichten der distalen Muskelarterien (70–550 μm Durchmesser) und die Muskelbildung zuvor nicht muskulärer Arteriolen (<70 μm Durchmesser) gekennzeichnet.  5  Auf zellulärer Ebene können mehrere Ereignisse das Fortschreiten der Krankheit vorantreiben und werden in aktuellen Reviews ausführlich zusammengefasst.  5  ,  6  Es wird angenommen, dass die mediale Expansion hauptsächlich auf eine Hyperplasie und Hypertrophie glatter Muskelzellen zurückzuführen ist
.  5  Die Endothelschicht, die das Lumen auskleidet, erfährt Zellverlust aufgrund von Schäden und einer erhöhten Anfälligkeit für Apoptose, sicherlich im Zusammenhang mit BMPR2 - Mutationen.  7  ,  8 Endothelschädigung und -dysfunktion können die Freisetzung von Faktoren induzieren, die die Expansion der glatten Muskelzellen der Pulmonalarterie sowie die Rekrutierung und Infiltration von Entzündungszellen fördern.
  9  -  11  Die Flusserfassung durch Endothelzellen in allen Gefäßbetten ist wichtig für die Aufrechterhaltung der endothelialen Polarität, der Barrierefunktion, der entzündungshemmenden Reaktionen und der homöostatischen Vasoregulator-Signalübertragung. Im Gegensatz zum systemischen Kreislauf (systemischer Gefäßwiderstand = 900–1200 dynes.sec.cm –5 ) ist der normale Lungenkreislauf ein Kreislauf mit niedrigem Druck/niedrigem Durchfluss (normaler pulmonaler Gefäßwiderstand = 100–200 dynes.sec.cm –5 ).).
 PAH-Patienten weisen eine verringerte Durchblutung und Wandscherspannung auf, die die Störung der normalen Gefäßarchitektur verschlimmern können.  12  ,  13 Intimaläsionen, die eine exzentrische Intimaverdickung und fibrotische, plexiforme, konzentrische und Dilatations-/angiomatoide Läsionen darstellen, sind für die reduzierte luminale Fläche kleiner Lungenarterien verantwortlich. 
5  Darüber hinaus gibt es eine offensichtliche Organisation von glatten Muskelzellen und Myofibroblasten in konzentrischen „Zwiebelschalen“-Schichten. Ob ein einzelner Zelltyp zu Intimaläsionen beiträgt oder mehrere Zelltypen beteiligt sind, wird noch diskutiert, ebenso wie die relative Auswirkung von Läsionen, die von Endothelien oder glatten Muskeln stammen.  5  
Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der Übergang vom Endothel zum Mesenchym dazu beitragen kann, was möglicherweise auf einen BMPR-II-Mangel zurückzuführen ist.  14  ,  15 Eine Studie aus dem Jahr 2012, in der die adenovirale Genabgabe zur Wiederherstellung der endothelialen BMPR-II-Signalübertragung und zur Verbesserung der Hämodynamik bei Mäusen eingesetzt wurde, implizierte indirekt die EndMT-Hemmung
.  16  In jüngerer Zeit wurde EndMT bei PAH mit einer erhöhten endothelialen HMGA1-Expression in Verbindung gebracht, die aus dem Funktionsverlust von BMPR-II resultiert.  17  Für einen umfassenden Einblick in EndMT bei PAH verweisen wir den Leser auf eine kürzlich erschienene Übersichtsarbeit von Gorelova et al.  18  Zusätzlich zu EndMT, Differenzierung von Perizyten in glatte Muskelzellen  19  und das Potenzial für lokale und/oder zirkulierende Vorläuferzellen, sich in endotheliale oder glatte Muskellinien zu differenzieren  20 Fügen Sie den abnormalen Veränderungen in der Gewebearchitektur weitere Dimensionen hinzu. Zusätzlich zu abnormalen Veränderungen in Zelldifferenzierungszuständen und -verhalten werden die normale Matrixstruktur und -zusammensetzung dramatisch verändert. Letztendlich führen diese Änderungen zu schmaleren und weniger nachgiebigen Gefäßen
. Zusätzlich zu den strukturellen Veränderungen ist PAH auch mit einer erhöhten Vasokonstriktion zumindest in den frühen Krankheitsstadien verbunden, die durch eine verringerte Aktivität der vasodilatatorischen Prostaglandin- und Stickoxidwege und eine insgesamt erhöhte Aktivität des vasokonstriktiven Endothelin-1-Weges verursacht wird.  21 1
.2 Aktuelle Therapien für PAHZur Behandlung von PAH wurden mehrere Therapien entwickelt, von denen die meisten auf die vasokonstriktive Komponente abzielen und umfassend in Lau et al.  21  Eine kleine Untergruppe von Patienten (6,8 %)  22  spricht auf Kalziumkanalblocker an und ihre Krankheit kann mit dieser Therapie langfristig behandelt werden (Gruppe 1.5.), obwohl der Mechanismus, der dem Ansprechen in dieser Untergruppe zugrunde liegt, nicht bekannt ist. 
4  Die anderen drei Wege, auf die PAH abzielt, sind der Stickoxid-, Prostacyclin- und Endothelin-1-Weg.  23 Der Stickoxidweg wird durch inhalatives Stickoxid, Sildenafil/Tadalafil (zur Blockierung des cGMP-Abbaus durch Phosphodiesterase-5) oder zuletzt Riociguat zur Aktivierung der löslichen Guanylatcyclase angegriffen. Insbesondere Sildenafil wurde mit Vorteilen, einschließlich einer verbesserten Hämodynamik, verwendet.  24  , 

25  Prostacyclin ist ein endogenes Prostanoid, das von vaskulären Endothelzellen synthetisiert wird und die Vasodilatation über Prostanoid/IP-Rezeptoren vermittelt. Da die Halbwertszeit von Prostacyclin jedoch 42 Sekunden beträgt, konzentrierten sich die Bemühungen auf die Entwicklung von Analoga mit längeren Halbwertszeiten wie Epoprostenol ( t 1/2  = 2–3 Minuten), Iloprost ( t 1/2  = 20–30 Minuten ). ), Natriumberaprost ( t 1/2 = 35-40 Minuten) und Treprostinil ( t 1/2 = 2-3 Stunden). Obwohl diese Medikamente einen erheblichen Nutzen für PAH-Patienten darstellen, gibt es Einschränkungen in ihrer Wirksamkeit oder Risiken aufgrund der Art der Verabreichung. In den Verweilkathetern für die Dauerinfusion von Epoprostenol können sich Infektionen entwickeln, und es besteht das Risiko, dass sich der Katheter bewegt oder die Pumpe versagt.
 Um die mit dem Prostanoidstoffwechsel verbundenen Schwierigkeiten zu überwinden, wurde Selexipag entwickelt, ein nicht-prostanoider selektiver IP-Rezeptoragonist. Die häufigen Nebenwirkungen von Kopf- und Kieferschmerzen ähneln jedoch denen der Prostanoide.

 Der Endothelin-Weg wird mit den Endothelin-Rezeptor-Antagonisten Bosentan, Macitentan und Ambrisentan angegriffen.

 Patienten können eine allmähliche Resistenz gegen Vasodilatator-Therapien entwickeln, was dazu führt, dass die Dosis im Laufe der Zeit gesteigert werden muss, wodurch das Risiko von Nebenwirkungen steigt. Bei einigen Patienten können Vasodilatatoren das Fortschreiten der Krankheit aufhalten, aber wenn sich eine Resistenz entwickelt, entspricht der Krankheitsverlauf dem unbehandelter Patienten.
 Um dies zu überwinden, können Patienten mit Kombinationen aus 2 oder sogar 3 Arzneimitteln behandelt werden, die auf unterschiedliche Signalwege abzielen, und dieses Regime hat sich für einige Patienten als sehr vorteilhaft erwiesen. 23  ,  26  ,  27  Dieser Ansatz ist jedoch mit einem erhöhten Risiko von Nebenwirkungen verbunden, die eine sorgfältige Überwachung und sofortiges Handeln erfordern, falls diese auftreten sollten.  27  Beispielsweise wird die gleichzeitige Anwendung von PDE-5-Hemmern mit Riociguat nicht empfohlen.  28
 Derzeit ist es schwierig, eine Transformationstherapie im Bereich der Vasodilatatoren vorherzusehen. Die histologische Beurteilung der Lunge von Patienten, die mit Vasodilatatoren behandelt wurden, zeigt keine wesentliche Verringerung des pathologischen Gefäßumbaus,  29 im Gegensatz zu Daten aus vorklinischen Studien, die auf diese Signalwege abzielen.
 Das Fehlen einer kurativen Therapie für PAH weist darauf hin, dass ein ungedeckter Bedarf an neuen therapeutischen Ansätzen besteht, die direkt auf die pathologische Remodellierung abzielen, die PAH zugrunde liegt. Diese allein oder in Kombination mit aktuellen vasodilatatorischen Therapien könnten eine neue Generation transformativer Medikamente bei PAH darstellen.

2 PATHOGENE MUTATIONEN BEI MENSCHLICHEN PAH SPRECHEN AUF EINE STÖRUNG DER BMP-SIGNALISIERUNG hin2.1 Genetische Mutationen bei PAH identifizieren eine Rolle für den Verlust der BMP-Signalgebung bei PAHIm Jahr 2000 wurden pathogene Mutationen in BMPR2 , dem Gen, das für den knochenmorphogenetischen Proteintyp-II-Rezeptor (BMPR-II) kodiert, als Hauptursache für PAH identifiziert.  30  ,  31  Experimentelle Beweise aus histologischer Färbung von Lungengewebe von PAH-Patienten bestätigten, dass das BMPR-II-Protein bei PAH-Patienten mit oder ohne BMPR2 - Mutationen reduziert war
.  32  Darüber hinaus sind die BMPR-II-Protein- und -mRNA-Spiegel in Rattenmodellen von PAH reduziert, die durch Hypoxie, Monocrotalin (MCT) oder Sugen(SU5416)-Hypoxie (SuHx)  33  ,  34  induziert wurden, und genetisch modifizierte Mäuse, die menschliche BMPR2- Mutationen tragen, entwickeln PAH.  35  ,  36 Bis heute wurden 668 PAH-assoziierte Mutationen im BMPR2 -Gen identifiziert,  37  die über 75 % der Patienten mit erblicher/familiärer PAH  37  ,  38  und zwischen 11 %  39  und 40 %  40  der IPAH-Patienten ausmachen. 

Weitere genetische Studien mit größeren PAH-Kohorten haben mehr Gene mit potenziell pathologischen Mutationen ergeben, die jeweils kleine, aber signifikante Anteile von Patienten repräsentieren. Zu diesen Genen gehören ACVRL1 (kodiert für ALK1), ENG (kodiert für Endoglin), GDF2 (kodiert für BMP9), BMP10 , SMAD9 (Smad8), CAV1 , KCNK3 ,AQP1 , KDR , ATP13A3 , TBX4 und SOX17 .  41  -  51  

Zu beachten ist, dass die Expression vieler dieser Gene in vaskulären Endothelzellen angereichert oder spezifisch für diese ist. Interessanterweise sind Mutationen in ACVRL1 und ENG häufiger mit hereditärer hämorrhagischer Teleangiektasie (HHT) assoziiert als mit PAH. Darüber hinaus kann sich das Erscheinungsbild dieser Krankheiten bei einigen Patienten überschneiden, wie in Hodgson et al.  52 Sowohl bei PAH als auch bei HHT wird die Endothelzelle als der zentrale Zelltyp angesehen, der funktionell direkt von diesen Mutationen beeinflusst wird.
 Änderungen der SMC-Funktion können als sekundäre Folge bei PAH und HHT beeinflusst werden, obwohl im Zusammenhang mit BMPR-II-Mutationen bei PAH ein reduziertes BMPR-II in glatten Muskelzellen auch funktionelle Defekte fördert.  53  Wie bei allen genetischen Studien erfordert die Bestätigung der Pathogenität von Varianten in den oben aufgeführten Genen unterstützende experimentelle Beweise durch eine Kombination von Ansätzen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, weitere Studien am Menschen und funktionelle Studien in Tiermodellen und zellbasierten Systemen
.2.2 Komponenten und Regulation von BMP- und TGFβ-SignalkomplexenKnochenmorphogenetische Proteine ​​(BMPs) sind Mitglieder der TGFβ-Superfamilie von Zytokinen. Über 33 Gene kodieren für Liganden der TGFβ-Familie, die grob in drei Unterfamilien unterteilt werden können, die TGFβs, die Aktivine und die BMPs/Wachstumsdifferenzierungsfaktoren (GDFs). 
Die Liganden werden im Allgemeinen als eine Proproteinkette synthetisiert, die die Prodomäne und die Wachstumsfaktordomäne (GFD) umfasst. Während der Prozessierung dimerisiert die GFD und die Prodomänen werden im Allgemeinen durch Prohormonkonvertasen vom Furintyp von den GFDs abgespalten, bleiben aber mit der GFD assoziiert. Die GFD-Homodimere stellen die aktive Rezeptorbindungsuntereinheit dar, und diese Liganden initiieren die Signalübertragung durch Bildung hexamerer Komplexe mit Zelloberflächenrezeptoren, die zwei Typ-I-Rezeptoren und zwei Typ-II-Rezeptoren umfassen, die alle Serin-Threoninkinasen sind. Bei der Signalisierung der Komplexbildung die konstitutiv aktiven Typ-II-Rezeptoren phosphorylieren den Typ-I-Rezeptor an der GS-Domäne. Dadurch wird der Typ-I-Rezeptor aktiviert, der dann Signalmediatoren wie die kanonischen Rezeptor-regulierten SMADs (R-SMADs) und nicht-kanonische intrazelluläre Kinasen phosphoryliert (Abbildung  1  )
. Der auffälligste Aspekt der Signalkomplexe der TGFβ-Familie ist, dass, obwohl die Liganden zahlreich sind, die verfügbaren Zelloberflächenrezeptoren nur 7 Typ-I-Rezeptoren und 5 Typ-II-Rezeptoren umfassen und die kanonische Signalübertragung auf nur zwei Familien von R-SMADs heruntergeht wobei Smad1/5/8 hauptsächlich die BMP-Signale vermittelt und Smad2/3 die Signale von TGFβs und Liganden der Activin-Familie vermittelt (   1  ).
  Obwohl das in Abbildung 1  gezeigte Gesamtschema  die Smad-Signalwege darstellt, um Klarheit zu schaffen, gibt es Umstände, unter denen beide Signalwege aktiviert werden könnten. Beispielsweise stimuliert BMP9 die C-terminale Phosphorylierung von Smad1/5/8 mit hoher Aktivität (0,01 ng/ml) und Smad2 mit niedriger Affinität (1 ng/ml) in Endothelzellen.  54 Umgekehrt kann TGFβ1 die Aktivierung sowohl von Smad2/3 als auch von Smad1/5/8 in Endothelzellen vermitteln, wobei die ALK1-abhängige Smad1/5/8-Signalgebung von ALK5 abhängig ist, während die ALK5-abhängige Smad2/3-Aktivität gehemmt wird.  55

ABBILDUNG 1 Im Abbildungsbetrachter öffnen Power Point Schematische Darstellung der multiplen Regulationsebenen der Signalwege für knochenmorphogenetisches Protein (BMP), Wachstums- und Differenzierungsfaktor (GDF), Aktivin und transformierenden Wachstumsfaktor-β (TGFβ). Die Aktivität der Liganden wird über Sekretion und Prozessierung reguliert. Die Prodomänen werden von der aktiven Wachstumsfaktordomäne (GFD) durch Prohormonkonvertasen vom Furintyp abgespalten. Im Fall von BMP9 und BMP10 sind der nicht-kovalente Komplex der Prodomäne und GFD biologisch aktiv. Die Verfügbarkeit der GFDs für die Rezeptorbindung wird auch durch lokale Konzentrationen von löslichen inhibitorischen Ligandenfallen (z. B. Gremlin, Noggin, Follistatin) reguliert. 

Die Ligandenselektivität wird durch die Zelloberflächenzusammensetzung von Komplexen reguliert und verfeinert, die Typ-I-Rezeptoren (ALK1-7), Typ-II-Rezeptoren (BMPR-II, ACTR-IIA, ACTR-IIB, TGFβR-II) und Co-Rezeptoren ( Endoglin, Betaglycan). Jeder Rezeptorkomplex hat eine Selektivität für spezifische Liganden, die von hoher Affinität über niedrigere Affinitäten bis hin zu keiner nachweisbaren Wechselwirkung reicht. Die zytoplasmatischen Serin/Threonin-Kinase-Domänen der aktivierten Rezeptorkomplexe phosphorylieren und aktivieren kanonische Smad-Komplexe und nicht-kanonische Kinasen. Smad1/5/8 vermitteln typischerweise die BMP/GDF5-Signalgebung und Smad2/3 vermitteln typischerweise die Activin/GDF8/GDF11/TGFβ-Signalgebung, obwohl einige Liganden beide Signalwege aktivieren können, wie in Abschnitt erwähnt  2.2  . Der Einfachheit halber ist die Aktivierung mehrerer Wege (z. B. TGFβ1 -Signalisierung über ALK1 und ALK5) in dieser Figur nicht gezeigt.

 Smad6 und Smad7 wirken als inhibitorische Smads. Aktive Smad-Komplexe wandern in den Zellkern und verändern die Transkription von Zielgenen, um die Zellfunktionen zu regulieren. Erstellt mit  BioRender.com BMP-Signalkomplexe werden auf mehreren Ebenen reguliert (Abbildung   1  ). Erstens werden die Liganden als die GFDs im Komplex mit ihren Prodomänen sekretiert, die die Rezeptorbindungsstellen auf den GFDs bedecken, wodurch es erforderlich wird, dass die Prodomänen für die Rezeptorbindung und -signalisierung verdrängt oder dissoziiert werden. Innerhalb der TGFβ-Superfamilie unterscheiden sich die Prodomänen in den Mechanismen, durch die sie die Verfügbarkeit ihrer verwandten GFDs regulieren. Beispielsweise assoziiert die TGFβ1 -Prodomäne stark mit GFD und verhindert in dieser kleinen latenten Komplexform die GFD-Bindung an TGF-Rezeptoren. Die Aktivierung von TGFβ 1 erfordert kovalente Wechselwirkungen mit der extrazellulären Matrix und zellulären Kontraktionskräften, um den Liganden freizusetzen.  56 GDF8 und GDF11 werden ebenfalls durch Assoziation mit ihren Prodomänen latent gemacht und werden durch ein zweites Spaltungsereignis aktiviert, das durch BMP-1/Tolloid vermittelt wird.  57  ,  58  

Obwohl BMP9, BMP10 und Activin A auch als nicht-kovalente Komplexe mit ihren Prodomänen sezerniert werden, sind diese Komplexe nicht latent und signalisieren mit ähnlichen Potenzen wie die freien GFDs.  59  -  61  Zweitens gibt es ein hohes Maß an Promiskuität in der Rezeptor: Liganden-Wechselwirkung. Viele BMPs können über mehrere Rezeptorpaare Signale senden, und viele Rezeptoren können verschiedene Rezeptorpaare bilden, um die Signalübertragung zu vermitteln, sogar von denselben Liganden (Abbildung   1 ). Da jeder Ligand unterschiedliche Affinitäten für bestimmte Typ-I- und Typ-II-Rezeptoren hat, ist die Konzentration des Liganden wichtig.

 Bei niedrigeren Konzentrationen bindet ein BMP-Ligand nur seine verwandten Rezeptorkomplexe mit hoher Affinität, um eine Signalübertragung zu induzieren. Mit steigender Ligandenkonzentration können auch Rezeptorkomplexe mit geringerer Affinität aktiviert werden. Darüber hinaus könnte die Konkurrenz um denselben Rezeptor durch Liganden mit unterschiedlichen Affinitäten das Signalisierungsergebnis beeinflussen. Drittens binden mehrere Co-Rezeptoren wie Endoglin und RGMs Liganden an der Rezeptorbindungsstelle und modifizieren die nachgeschaltete Signalübertragung. Schließlich gibt es viele zirkulierende Ligandenfallen, die Liganden fest an der Rezeptorbindungsoberfläche binden können, wodurch die Bildung von Signalkomplexen wie Noggin und Follistatin verhindert wird. Daher jederzeit2.3 Targeting der BMP-Signalgebung zur Behandlung von PAHDa BMPR2- Mutationen die etablierteste und am weitesten verbreitete genetische Ursache von PAH sind, wurden viele verschiedene Ansätze untersucht, um bei der Behandlung von PAH auf die BMP-Signalübertragung abzuzielen, hauptsächlich durch Wiederherstellung der BMPR-II-Expression auf der Zelloberfläche und/oder Verstärkung der BMP-Signalübertragung. Dazu gehört Tacrolimus/FK506, das in präklinischen Modellen und klinischen Studien untersucht wurde. Seine Wirkungsweise besteht darin, die BMP-Signalgebung zu verstärken, indem der intrazelluläre Suppressor FKBP12 von der Bindung an die Typ-I-Rezeptoren entfernt wird (Abbildung   1 ). Hydroxychloroquin und 4-Phenylbutrrat (4PBA) werden zur Verbesserung der Zelloberflächen-BMPR-II-Expression untersucht, und Etanercept hat in präklinischen PAH-Modellen Wirksamkeit gezeigt, indem es den Verlust von Zelloberflächen-BMPR-II auf PASMCs verhindert. Einzelheiten zu diesen Ansätzen wurden in unserem jüngsten Review zusammengefasst.  62 Zwei weitere Ansätze, die auf die Liganden im Signalkomplex abzielen, haben in präklinischen Modellen und/oder klinischen Studien vielversprechende Ergebnisse gezeigt, nämlich: (a) der BMP9-Agonisten-Ansatz, der spezifisch die endotheliale BMP-Signalübertragung verstärk

t, und (b) Sotatercept, eine Ligandenfalle für Liganden der Aktivin-Familie. Beide Ansätze befinden sich in intensiven Medikamentenentwicklungsprogrammen als First-in-Class-Therapien für PAH.

 Im weiteren Verlauf dieses Kommentars werden wir kritische Überprüfungen und Kommentare zu diesen beiden Ansätzen liefern.3 WEGEGERICHTETE THERAPEUTISCHE ANSÄTZE3.1 Targeting der BMP-Signalgebung zur Behandlung von PAHSeit der Etablierung der entscheidenden Rolle des BMPR-II-Funktionsverlusts bei der Pathogenese von PAH haben sich erhebliche Anstrengungen darauf konzentriert, zu verstehen, wie BMPR-II-Mutationen und -Funktionsstörungen PAH verursachen, und wie man einen solchen Signalweg zur Behandlung von PAH anvisieren kann. BMPR-II wird am stärksten im Lungenendothel exprimiert, obwohl auch glatte Muskelzellen der Lungenarterie BMPR-II exprimieren.  32  Frühe Studien an PASMCs zeigten eine reduzierte BMP2-, BMP4-, BMP6- und BMP7-Signalgebung als Folge einer BMPR2 -Haploinsuffizienz.  63  ,  64  Genetische Beweise bei Mäusen legen jedoch nahe, dass die BMP2-Signalgebung mehr zur normalen vaskulären Signalgebung und -funktion beiträgt,  65  , während BMP4 möglicherweise auf die Regulierung der Atemwegsfunktion ausgerichtet ist.  66
Auch eine erhebliche Reduktion von BMPR-II in PASMCs durch vollständigen Knockout, siRNA oder Haploinsuffizienz in Kombination mit BMPR-II-Repression durch TNFα verändert die Dynamik der BMP6/7-Signalübertragung, was zu einer pathogenen Signalübertragung über ALK2/ACTR-IIA führt.  34  ,  64  ,  67 Die genetische Architektur von PAH (Abbildung   2  ) deutet stark darauf hin, dass Endothelzellen den zentralen Zelltyp darstellen, in dem der Verlust von BMPR-II PAH antreibt (in PAH mutierte Schlüsselproteine ​​sind fett gedruckt). 
Von den anderen Rezeptoren in der TGF-Superfamilie wurden seltene Mutationen in den Genen identifiziert, die den Typ-I-Rezeptor ACVRL1 ( ALK1 ) und den akzessorischen Rezeptor ENG ( Endoglin ) codieren. Wie BMPR-II werden diese beiden Proteine ​​im Lungenendothel stark exprimiert  68 und die ALK1-Expression in der Lunge von erwachsenen Ratten ist 10-200-mal höher als ihre Expression in anderen Geweben, was darauf hindeutet, dass ALK1 bevorzugt in Lungenblutgefäßen wirkt. ALK1 und BMPR-II bilden die Endothelrezeptoren für die zirkulierenden Liganden BMP9 und BMP10 (   2  ) mit einem EC 50 von 10–50 pg/ml sowohl in arteriellen als auch in mikrovaskulären Endothelzellen. 
54  ,  69–71  Endoglin  repräsentiert einen endothelialen BMP9 /10-Co-Rezeptor. Bemerkenswert ist, dass wir gezeigt haben, dass ACTR-IIA auch die endotheliale BMP9-Signalgebung vermitteln kann.  54 Einige Funktionen dieser Typ-II-Rezeptoren sind redundant, so dass die Smad1/5-Phosphorylierung und die transkriptionelle Induktion von ID1 und ID2 nur abgeschwächt werden, wenn die Expression von sowohl BMPR-II als auch ACTR-IIA reduziert ist.  54  Andere Transkriptionsziele wie IL8 und SELE sind jedoch ausschließlich von BMPR-II abhängig.  54  Der aktivierte ALK1/BMPR-II-Komplex vermittelt die kanonische Signalübertragung über Phosphorylierung und Aktivierung von Smad1/5-Proteinen,  54  ,  69  ,  70  ,  72  , die sich dann mit Smad4 verbinden, um einen Transkriptionskomplex zu bilden, der auf BMP-responsive Gene wie ID1 abzieltund ID2 . 

73  Smad9 kann zur kanonischen Signalübertragung beitragen, kann aber auch als inhibitorisches Smad fungieren.  74  Zusätzlich zur direkten BMP-Signalübertragung interagieren die Proteinprodukte vieler anderer PAH-verwandter Gene entweder direkt mit dem Rezeptor oder dem Signalkomplex (wie CAV1) oder werden durch die BMP9- oder BMP10-Signalübertragung in Endothelzellen reguliert (wie AQP1 und KDR ).

FIGUR

2 Im Abbildungsbetrachter öffnen Power Point Begründung von BMP9-basierten Therapien bei PAH. Linkes Feld: Zirkulierendes BMP9- und BMP10-Signal über hochaffine Endothelzelloberflächen-Rezeptorkomplexe, umfassend ALK1 und BMPR-II mit dem Korezeptor Endoglin. Diese kontinuierliche Signalisierung vermittelt eine normale Smad1/5/8-Aktivität, um die Homöostase der Endothelzellen aufrechtzuerhalten. Mittleres Bild : Genetische Reduktion von funktionellem ALK1, BMP9, BMP10, BMPR-II, Endoglin, Smad4 oder Smad8, verschlimmert durch einen oder mehrere „Second Hits“, reduziert die endotheliale BMP9/BMP10-Signalgebung kritisch und führt zu den pathologischen Veränderungen, die der Entwicklung von zugrunde liegen PAH. Rechtes Feld:Vorgeschlagene Wirkungsweise der Supplementierung mit exogenem rekombinantem BMP9 (rBMP9), was zu einer Wiederherstellung der Endothelzellsignalisierung durch Erhöhung der BMPR-II-Proteinspiegel und Normalisierung der Endothelzellfunktionen führt. Erstellt mit  BioRender.com Von BMP9 und BMP10 wird berichtet, dass sie die vaskuläre Ruhe in Endothelzellen bei im Plasma gemessenen Konzentrationen fördern.  75  ,  76  

Tatsächlich wird angenommen, dass die BMP9-Signalgebung über BMPR-II die Homöostase und Ruhe der Endothelzellen fördert.  75  Der Verlust von BMPR-II prädisponiert humane Lungenarterien-Endothelzellen (hPAECs) für Apoptose  7  und BMP9 kann eine durch Serummangel induzierte hPAEC-Apoptose verhindern.  36  Dies kann mit einer beeinträchtigten Mitochondrienfunktion und einem erhöhten DNA-Schaden  77  zusammen mit einem Versagen der normalen DNA-Reparatur zusammenhängen

.  78  BMPR-II-Verlust führt auch zu einer erhöhten Permeabilität der hPAEC-Monoschicht.  36  ,  79 Kürzlich berichteten wir, dass die Verarmung von BMP9 allein aus Kulturmedium, das FBS enthält, die Permeabilität der PMEC-Monoschicht erhöht und die Apoptose fördert.  71  In vivo verringerte der Verlust der BMPR-II-Funktion die endotheliale Barrierefunktion in vivo und die Entwicklung von PAH in präklinischen Modellen.  36  Die subakute Verabreichung von neutralisierenden BMP9-Antikörpern an gesunde erwachsene Mäuse führt zu Gefäßlecks, Lungengefäßödemen und Entzündungen.  71  Diese Daten sind potenziell wichtig im Zusammenhang mit reduzierter Gefäßperfusion und Wandscherspannung bei PAH.  12  ,  13

 Die Aufrechterhaltung der endothelialen Smad1/5-Signalgebung in vivo hängt von der BMP9- (und wahrscheinlich der BMP10-Signalgebung) über ALK1 ab  75  ,  76 und BMP9-ALK1 vermittelt die endotheliale Flusserfassung.  80  Reduzierte Durchblutung kann die Verfügbarkeit von BMP9/BMP10 einschränken und zur Verringerung der pulmonalvaskulären Smad1/5-Phosphorylierung beitragen, die bei PAH-Patienten beobachtet wird,  63  was zu einem Verlust der normalen endothelialen Homöostase führt.Weitere Unterstützung für den Verlust der endothelialen BMP9/10-Signalgebung liefert die Identifizierung pathogener Mutationen in den GDF2- (BMP9) und in geringerem Maße BMP10- Genen bei einigen PAH-Patienten. Interessanterweise weisen PAH-Patienten mit GDF2- Mutationen reduzierte Plasmaspiegel von BMP9 und BMP10 und eine reduzierte BMP9/10-Endothelaktivität aus Plasma auf.  46  ,  47  ,  49  ,  50

 Die Reduktion sowohl von BMP9 als auch von BMP10 im Plasma scheint auf eine starke Korrelation zwischen den Spiegeln dieser Liganden zurückzuführen zu sein, obwohl die Spiegel nicht immer gebunden sind, da einige Personen mit niedrigem BMP9 normale BMP10-Spiegel haben und umgekehrt umgekehrt.  81 Wir berichteten kürzlich über ein Kind, das homozygot für eine trunkierende GDF2- Mutation war und nicht nachweisbare Plasma-BMP9- und -BMP10- und keine Serum-BMP9/BMP10-Aktivität aufwies.  82 3.2 Agonisten-basierte BMP-TherapieLetztendlich ist die Verbesserung der BMPR-II-Spiegel und der BMP-Signalgebung das Ziel von Agonistentherapien, was zur Wiederherstellung der normalen Endothelfunktion führt (Abbildung   2  ). Auf der Grundlage, dass BMP9 die BMPR2 - Expression in Endothelzellen induziert,  54  ,  69  testeten wir die Hypothese, dass die Verabreichung von exogenem BMP9 bei PAH vorteilhaft wäre.  36  In Mausmodellen mit Bmpr2- Mangel oder Ratten-PAH-Modellen reduzierte die BMP9-Verabreichung tatsächlich den Schweregrad von PAH mit einer dramatischen Verringerung des Gefäßumbaus.  36  In Zellmodellen stellte BMP9 die Integrität der Monoschicht wieder her (dargestellt als reduzierte Permeabilität), reduzierte Apoptose und stellte die Ruhe des Endothels wieder her.  36 Obwohl BMP9 hauptsächlich mit hoher Affinität über ALK1 und BMPR-II signalisiert, besteht das Risiko einer Signalübertragung über Typ-I-Rezeptoren mit niedriger Affinität wie ALK2 und die alternativen Typ-II-Rezeptoren ACTR-IIA und ACTR-IIB.  83  Zum Beispiel fördert die BMP9-Signalgebung über Rezeptoren mit niedriger Affinität (>1 ng/ml) die TNFα-abhängige Rekrutierung von Monozyten zu Endothelzellen der Aorta und die Rekrutierung von Neutrophilen zu LPS-behandelten Monoschichten von Endothelzellen der Lungenarterie.  84  

Es ist jedoch bemerkenswert, dass die gemessenen BMP9-Spiegel im Plasma im Allgemeinen unter 1 ng/ml liegen. Wenn die systemischen LPS-Spiegel erhöht sind, wird außerdem die BMP9-Produktion durch die Leber verringert,  71  ,  85 Daher kann die Rolle von Rezeptoren mit niedriger Affinität, die BMP9-abhängige Entzündungen vermitteln, reduziert werden. Da aberrante Entzündungen ein Kennzeichen von PAH sind  86  , ist die Wechselwirkung mit BMP9 eine wichtige Überlegung. Bemerkenswert ist, dass sowohl das SuHx- als auch das MCT-Rattenmodell von PAH starke Anzeichen einer Entzündung aufweisen,  87  ,  88  , jedoch erwies sich die exogene BMP9-Verabreichung in diesen Modellen als vorteilhaft und reduzierte die Entzündung.  36 3.3 Das Paradoxon der BMP9-Hemmung in Tiermodellen der pulmonalen HypertonieKürzlich wurden zwei Studien von derselben Gruppe veröffentlicht, die darauf hindeuten, dass BMP9 teilweise zu Hypoxie-induzierter pulmonaler Hypertonie beiträgt.  89  ,  90  

Diese Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf Studien an Bmp9 –/–- Mäusen bei Normoxie und Hypoxie, unterstützt durch Studien zur Verabreichung eines BMP9-neutralisierenden Antikörpers bei Wildtypmäusen.  89  Es bleiben noch einige Schlüsselfragen bezüglich der Unterschiede zwischen den Bmp9 −/− -Mäusen und der menschlichen PAH. Entwicklungsbedingt zeigen Bmp9 –/–- Mäuse eine reduzierte basale Muskulatur ihrer Lungenarterien,  89  ,  90 daher kann die abgestumpfte Muskelaufbaureaktion auf Hypoxie im Vergleich zu Wildtyptieren unterschiedliche Lungengefäßstrukturen widerspiegeln. Die Schätzung der fachen Veränderung des Umbaus relativ zur Grundlinie bei Tieren des gleichen Genotyps legt nahe, dass das Ausmaß des Umbaus zwischen Wildtyp-Tieren und Bmp9 –/– -Mäusen ähnlich ist . Auch die Verabreichung eines neutralisierenden BMP9-Antikörpers könnte in diesem Zusammenhang durch die Biologie des Systems verwechselt werden. Wenn BMP9:BMP10-Heterodimere eine wichtige zirkulierende Form sind, kann die Verabreichung eines BMP9-neutralisierenden Antikörpers die Signalübertragung sowohl durch BMP9 als auch durch BMP10 hemmen, was möglicherweise eine dramatischere Auswirkung hervorrufen könnte, als durch die alleinige Hemmung von BMP9 zu erwarten wäre.  91 Tatsächlich führt IP von menschlichem Plasma mit diesem Antikörper zu einer partiellen Reduktion der BMP10-Spiegel, die durch ELISA nachgewiesen werden, was entweder das Vorhandensein von Heterodimeren oder die Assoziation von BMP9 und BMP10 mit einem gemeinsamen Trägerprotein bestätigt.  81  Auch die Verabreichung der Ligandenfalle ALK1-ECD, die sowohl BMP9 als auch BMP10 hemmt, dämpfte die pulmonale Hypertonie in den Ratten-MCT- und SuHx-Modellen.  89  Tatsächlich kann dies einen gemischten Phänotyp erzeugen, der die bei Bmp9- und Bmp10 -Double-Knockout-Mäusen beobachtete Hochleistungsherzinsuffizienz widerspiegelt.  90

 Diese Beobachtung steht im Widerspruch zu einer berichteten Verschlechterung der hypoxischen pulmonalen Hypertonie bei Ratten, denen ALK1-ECD injiziert wurde.  92 In präklinischen Modellen kann es weitere verwirrende Wirkungen der BMP9-Hemmung geben, wobei Hinweise auf menschliche Erkrankungen vorliegen. Die Verabreichung von Dalantercept, einem Fusionsprotein, das die lösliche extrazelluläre Domäne von humanem ALK1 fusioniert mit einer humanen IgG1-Fc-Domäne umfasst, an Krebspatienten verursacht als Nebenwirkung das Auftreten von Teleangiektasien.  93

 Dies deutet darauf hin, dass die Blockade von BMP9 und BMP10 in präklinischen Modellen zu einem HHT-Phänotyp prädisponieren könnte (Abbildung   3  ). 

Auch wenn BMP9 und BMP10 die Aufrechterhaltung eines normalen Gefäßtonus durch Induktion von ET-1 und Hemmung von Adrenomedullin und Apelin fördern, kann die BMP9- und BMP10-Blockade die Vasodilatation erhöhen, insbesondere wenn man die erhebliche Hemmung der Adrenomedullin-Expression in Endothelzellen berücksichtigt.  89 Letztendlich gibt es eine Diskrepanz zwischen der berichteten Rolle von endogenem BMP9 bei Phänotypen von Nagetierkrankheiten und den genetischen Daten von Patienten, da sowohl heterozygote als auch homozygote BMP9-Mutationen mit PAH assoziiert sind.  46  ,  47  ,  49  ,  50  Derzeit würden wir argumentieren, dass die Verabreichung von exogenem BMP9 in Nagetiermodellen von PAH vorteilhaft ist und das Potenzial hat, sich in eine auf Biologika basierende Therapie bei menschlicher PAH zu übertragen.  36

FIGUR 3 Im Abbildungsbetrachter öffnen Power Point Die überlappende genetische Architektur von Mutationen, die PAH und HHT zugrunde liegen, kann die paradoxen Beobachtungen der Linderung von PAH in präklinischen Modellen durch BMP9-Agonistentherapie und BMP9-Blockade erklären

. BMPR2 -Mutationen liegen PAH beim Menschen zugrunde, während GDF2 (BMP9)-Mutationen mit PAH oder Syndromen mit einem HHT-ähnlichen Phänotyp assoziiert sind. Mutationen in ACVRL1(ALK1) und ENG verursachen am häufigsten HHT und seltener PAH. In präklinischen Modellen reduziert die Therapie mit rekombinantem BMP9 (rBMP9)-Agonisten den PAH-Phänotyp dramatisch und soll in präklinischen HHT-Modellen positive Auswirkungen haben. Die Hemmung von BMP9 mit Anti-BMP9 oder die Hemmung von BMP9 und BMP10 mit ALK1-Fc in präklinischen PAH-Nagetiermodellen kann eine Vasodilatation verursachen und aufgrund der Induktion eines HHT-ähnlichen Phänotyps zu einem paradoxen Schutz vor PAH führen. Erstellt mit  BioRender.com 3.4 Zu berücksichtigende Faktoren bei der Verabreichung von BMP9 und BMP10Es besteht möglicherweise das Risiko, dass die exogene BMP9- oder BMP10-Verabreichung andere Nebenwirkungen wie eine erhöhte lokale oder systemische Verkalkung verursacht.  94  Das Risiko eines lokalen Ereignisses an der Injektionsstelle, wie z. B. ektopische Verkalkung, sollte berücksichtigt werden, insbesondere wenn wiederholte Verabreichungen von BMP9/10 erforderlich sind. In unserer vorherigen Studie mit BMP9 ergab eine grobe Untersuchung der Injektionsstelle nach chronischer täglicher Verabreichung keinen Hinweis auf eine Verkalkung.  36  Abweichende BMP2-, BMP4- und BMP6-Signalwege sind am stärksten mit Plaque-Instabilität und Gefäßverkalkung bei Atherosklerose verbunden.  95  -  97

Eine Studie von Kang et al. des Beitrags von adenoviral abgegebenen BMPs zur heterotopen Knochenbildung bei Mäusen zeigten, dass BMP9 im Vergleich zu anderen BMPs eine robuste knochenbildende Aktivität ausübt.  98  Zu beachten ist, dass der Kontext dieser Reaktion auf BMP9 möglicherweise wichtiger ist als bei anderen BMP-Liganden, da Muskelschäden für die BMP9-induzierte Ossifikation erforderlich sind, während BMP2 eine Reaktion unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Schäden induziert.  99  Die von Kang et al. zeigten keine heterotope Ossifikation gegenüber dem BMP10-Adenovirus.  98 Die Einschränkung dieser Studie bestand jedoch darin, dass die Prozessierung der Proproteine ​​zu den aktiven BMP-Liganden nicht bestätigt wurde und die BMP10-Expression möglicherweise nicht in die Produktion von reifem Protein übersetzt wurde. Tatsächlich haben neuere Studien zur direkten Injektion von rekombinantem BMP9- oder BMP10-Protein vom Wildtyp in den Skelettmuskel gezeigt, dass beide eine heterotope Ossifikation induzieren.  100  Daher kann diese mögliche Nebenwirkung nicht ausgeschlossen werden, und die Generierung von Varianten ohne osteogene Aktivität ist eine Schlüsselüberlegung.3.5 Reduzieren der Signalisierung der Aktivinfamilie mit LigandenfallenPASMCs von PAH-Patienten zeigen eine erhöhte Reaktion auf TGFβ 1 und die ALK5-Hemmung übte eine vorteilhafte Wirkung im MCT-Ratten-PAH-Modell aus.  33  In ähnlicher Weise schwächte TGFβ-RII-Fc, das als Ligandenfalle für TGFβ 1 und TGFβ 3 fungiert, PAH in den Rattenmodellen, die entweder durch MCT oder SuHx induziert wurden, ab.  101  Andere Liganden, die die Smad2/3-Phosphorylierung induzieren, sind Liganden der Activin-Familie, einschließlich GDF8, GDF11, Activin A und Activin B, die alle mit hoher Affinität an ACTR-IIA und ACTR-IIB binden (Abbildung   4  ). Interessanterweise zeigte ACTR-IIA-Fc sowohl in MCT- als auch in SuHx-induzierten Rattenmodellen von PAH Wirksamkeit bei der Umkehrung von PAH.  102 Eine humane ACTR-IIA-Fc-basierte Therapie, Sotatercept, ist in der Klinik am weitesten fortgeschritten und könnte einen bedeutenden Fortschritt in dieser neuen Therapieklasse für PAH darstellen

. Die Ergebnisse der kürzlich durchgeführten PULSAR-Studie der Phase II berichteten über eine Verringerung des PVR sowohl bei niedrigeren (0,3 mg/kg) als auch bei höheren (0,7 mg/kg) Dosen.  103  Basierend auf den PULSAR-Daten hat die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) Sotatercept den Status eines Orphan Drug und Breakthrough Therapy für die Behandlung von PAH zuerkannt. Darüber hinaus hat die Europäische Arzneimittel-Agentur (EMA) Sotatercept den Status als vorrangiges Arzneimittel (PRIME) für die Behandlung von PAH erteilt. Derzeit wird Sotatercept als Behandlung für PAH in 3 Phase-III-Studien untersucht.

FIGUR 4 Im Abbildungsbetrachter öffnen Power Point Mögliche Gründe für eine Sotatercept-Therapie bei PAH. Linkes Feld: Die Signalübertragung durch Activin und BMP9/BMP10 über ihre jeweiligen Oberflächenrezeptorkomplexe der Endothelzellen hält die Homöostase der Endothelzellen aufrecht. Mittleres Feld: Genetische Reduktion von funktionellem ALK1, BMP9, BMP10, BMPR-II, Endoglin, Smad4 oder Smad8 führt zu einer reduzierten BMP-Signalgebung. Die Verringerung der BMP-Signalgebung kann durch einen oder mehrere „Second Hits“ verstärkt werden, die auch eine Erhöhung der Activin-A-Produktion verursachen können. Die übermäßigen Activin-A-Signale und Smad2/3-Signale können die pathologischen Veränderungen fördern, die der Entwicklung von PAH zugrunde liegen. Rechtes Feld: Sotatercept fungiert als Ligandenfalle, um Aktivin zu neutralisieren und die anormale Smad2/3-Signalübertragung zu reduzieren. Erstellt mit  BioRender.com 3.6

Mögliche Nebenwirkungen von SotaterceptDer anfängliche Erfolg von Sotatercept ist ermutigend, obwohl es wie bei jeder neuen Therapie noch viel zu verstehen gibt über die Wirkungsweise dieses Medikaments. Dies ist von besonderer Relevanz für die in der PULSAR-Studie berichteten Nebenwirkungen.  103  Obwohl die Studie schwerwiegende Nebenwirkungen bei 6 % (2/32 Patienten) der Patienten berichtete, die die 0,3-mg/kg-Dosis erhielten, stieg die Inzidenz schwerwiegender unerwünschter Ereignisse bei den Patienten, die 0,7 mg erhielten, auf 24 % (10/42 Patienten). /kg Dosis.  103  Dies wirft die Frage auf, ob die Zunahme unerwünschter Ereignisse eine Folge des Selektivitätsprofils von Sotatercept sein könnte.

 Eine Untersuchung der Affinitäten der Typ-II-Rezeptoren für verschiedene Liganden zeigte, dass ACTR-IIA-Fc an mehrere Liganden binden kann, in der Reihenfolge (Kd) Activin A (4.3e –11M) > Aktivin B (6.1e –11 M) > BMP10 (3.8e –10 M) > GDF11 (5.7e –10 M) > BMP7 (1.6e –9 M) > BMP4 (3.5e –9 M) > GDF8 (3.7e –9 M) > BMP6 (1.1e –8 M).  104  

Wenn Sotatercept ein ähnliches Bindungsprofil aufweist, ist es wahrscheinlich, dass Sotatercept mit zunehmender Dosis eine breitere Palette von Liganden hemmt. Besonders besorgniserregend ist das Potenzial von Sotatercept, die BMP10-Signalübertragung zu hemmen, da BMP10 das Endothel schützen und eine normale Herzfunktion sicherstellen kann, indem es ähnlich wie BMP9 eine Herzfibrose verhindert.  105  ,  106 Es bleibt auch eine Frage in Bezug auf die Auswirkung auf andere BMP-Liganden wie BMP6 und BMP7, die möglicherweise an der Aufrechterhaltung der kardialen Differenzierung beteiligt sind.  107

 Außerdem reguliert BMP6 die Eisenhomöostase der Leber, und reduzierte BMP6-Spiegel, die aus Keimbahnmutationen resultieren, liegen einigen Fällen von Hämochromatose zugrunde.  108  In der Tat haben sich die Beweise für einen anormalen Umgang mit Eisen bei PAH in den letzten zehn Jahren gehäuft, und Eisenmangel ist mit einer reduzierten 6-Minuten-Gehstrecke verbunden.

  109  In der kürzlich berichteten Phase-II-Studie mit Sotatercept gehörten zu den Nebenwirkungen erhöhtes Serumhämoglobin und Thrombozytopenie, mit höherer Häufigkeit bei Patienten, die 0,7 mg/kg erhielten.  103 Die Erhöhung von Hämoglobin durch Sotatercept ist bekannt und es wurde vorgeschlagen, dass sie durch die Rettung der Hemmung der Erythropoese im Spätstadium durch GDF11 und Aktivin A verursacht wird.  110  Der Beitrag von GDF11 zur Erythropoese ist nicht klar, da Gdf11 -Knockout-Mäuse nicht vor β-Thalassämie geschützt waren oder myelodysplastische Syndrome.  111  ,  112  Es wird auch berichtet, dass Activin A die Erythropoese im menschlichen Knochenmark fördert,  113  aber die Hemmung von Activin A, GDF8 und GDF11 mit einem Follistatin-Molekül erhöhte die Muskelmasse, ohne die Anzahl der Blutzellen zu verändern.  114 Dies hebt eine Frage hinsichtlich der Beiträge dieser und anderer Liganden zur Regulierung der Erythropoese hervor. 

Angesichts der potenziellen Auswirkungen von Sotatercept auf den Umgang mit Eisen können andere Marker wie Plasma-Hepcidin- und Serum-Ferritin-Spiegel eine Untersuchung rechtfertigen. Dies kann bei der Betrachtung von Patientenkohorten von Bedeutung sein, da die Hepcidinspiegel im Plasma bei einer Untergruppe von IPAH-Patienten erhöht sind.  115  Ob dies auf eine erhöhte Signalisierung durch BMP6,  116  Aktivin B,  117 zurückzuführen ist oder andere Faktoren, die Hepcidin regulieren können, ist ungewiss. Da der Hepcidin- und Eisenstatus bei PAH-Patienten heterogen ist, kann der Einfluss von Sotatercept auf zirkulierende Marker der Eisenhomöostase Einblicke in die Wirksamkeits- und Sicherheitsprofile in diesen Patientenuntergruppen in Bezug auf Eisenüberladung und/oder Anämie geben.

3.7 Der Wirkungsmechanismus von Sotatercept ist noch unklarDa Sotatercept das Potenzial hat, auf mehrere Liganden abzuzielen, ist noch nicht sicher, welche davon für die PAH-Pathobiologie am relevantesten sind und inwieweit der Wirkungsmechanismus von Sotatercept Veränderungen in der BMP-Signalgebung beinhaltet. Die vorgeschlagene Hypothese für den Wirkungsmechanismus ist, dass Activin die BMPR-II-Signalübertragung unterbricht und durch Blockieren von Activin mit Sotatercept die normale BMP-Signalübertragung wiederherstellt (Abbildung   4  ).  102  Dies wird aus einer Studie nahegelegt, die zeigt, dass eine Aktivin-Überexpression über retrovirale Transduktion in Endothelzellen der Lungenarterie das BMPR-II-Protein reduziert, indem die Abbaurate beschleunigt wird.  118 In derselben Studie war die Reduktion der BMPR-II-Proteinexpression durch exogenes Aktivin jedoch weniger dramatisch, sodass in Betracht gezogen werden muss, ob eine retrovirale Überexpression den BMPR-II-Turnover nachteilig beeinflusst.  118  Außerdem scheinen diese Studien zur BMPR-II-Proteinreduktion durch exogenes Aktivin in Wachstumsmedien durchgeführt worden zu sein, die mit Wachstumsfaktoren wie VEGF und FGF ergänzt wurden. Ob diese Wachstumsfaktorwege zum beobachteten Abbau von BMPR-II in Zellen beitragen, die Aktivin ausgesetzt sind, ist wichtig zu berücksichtigen. In einer separaten Studie förderte

3.7 Der Wirkungsmechanismus von Sotatercept ist noch unklarDa Sotatercept das Potenzial hat, auf mehrere Liganden abzuzielen, ist noch nicht sicher, welche davon für die PAH-Pathobiologie am relevantesten sind und inwieweit der Wirkungsmechanismus von Sotatercept Veränderungen in der BMP-Signalgebung beinhaltet. Die vorgeschlagene Hypothese für den Wirkungsmechanismus ist, dass Activin die BMPR-II-Signalübertragung unterbricht und durch Blockieren von Activin mit Sotatercept die normale BMP-Signalübertragung wiederherstellt (Abbildung   4  ).  102  Dies wird aus einer Studie nahegelegt, die zeigt, dass eine Aktivin-Überexpression über retrovirale Transduktion in Endothelzellen der Lungenarterie das BMPR-II-Protein reduziert, indem die Abbaurate beschleunigt wird.  118 In derselben Studie war die Reduktion der BMPR-II-Proteinexpression durch exogenes Aktivin jedoch weniger dramatisch, sodass in Betracht gezogen werden muss, ob eine retrovirale Überexpression den BMPR-II-Turnover nachteilig beeinflusst.  118  Außerdem scheinen diese Studien zur BMPR-II-Proteinreduktion durch exogenes Aktivin in Wachstumsmedien durchgeführt worden zu sein, die mit Wachstumsfaktoren wie VEGF und FGF ergänzt wurden. Ob diese Wachstumsfaktorwege zum beobachteten Abbau von BMPR-II in Zellen beitragen, die Aktivin ausgesetzt sind, ist wichtig zu berücksichtigen. In einer separaten Studie förderte exogenes Aktivin A keine Verringerung der BMPR-II-Proteinexpression in Endothelzellen, die BMP9 ausgesetzt waren,  119  , das die endotheliale BMPR-II-Expression sowohl in arteriellen als auch in mikrovaskulären Endothelzellen induziert.  36 ,  54  ,  119  Daher können die Niveaus der BMPR-II-Expression, des Proteinumsatzes und der nachgeschalteten Signalübertragung in Endothelzellen proportional zum Nettoeffekt von Signalen von BMP9, Wachstumsfaktoren und Activin sowie anderen Signalwegen wie TNFα sein (Abbildung   5  ).  34

ABBILDUNG 5 Im Abbildungsbetrachter öffnen Power Point Mehrere Signaleingaben beeinflussen die Nettospiegel des Zelloberflächen-BMPR-II-Proteins in Endothelzellen. BMP9 fördert die BMPR-II-Transkription und erhöht das Zelloberflächen-BMPR-II, während TNFα die BMPR-II-Transkription unterdrückt. Activin A kann den BMPR-II-Proteinabbau fördern, wobei dieser Effekt möglicherweise durch Wachstumsfaktoren verstärkt und durch BMP9 gehemmt wird. Obwohl die Spiegel von zirkulierendem Aktivin A bei PAH-Patienten erhöht sind, sind die Spiegel des Aktivin-Liganden-Fängers Follistatin ebenfalls erhöht, und daher ist nicht bekannt, ob die Plasma-Aktivin-Aktivität erhöht ist. Erstellt mit  BioRender.com Die Plasmaspiegel von BMP9 sind bei der Mehrzahl der PAH-Patienten normal  81  und obwohl das zirkulierende Aktivin A bei PAH-Patienten erhöht ist, sind auch die Spiegel des endogenen Aktivin-Antagonisten Follistatin erhöht.  120  Daher ist es nicht sicher, ob die Plasma-Activin-A-Aktivität erhöht wird oder ob sie durch die Erhöhung von Follistatin neutralisiert wird. Allerdings ist die lokale Activin-Expression in den Lungen von PAH-Patienten erhöht  102  und die BMPR-II-Expression verringert  32  , so dass es denkbar ist, dass das Gleichgewicht zugunsten der Activin-Signalgebung relativ zur BMP-Signalgebung verschoben wird.  120  Aus präklinischen Studien geht hervor, dass ACTR-IIA-Fc zweifellos eine positive Wirkung auf die Hämodynamik hatte,  102 obwohl Behauptungen über die Wiederherstellung der BMP-Signalübertragung nicht durch die präklinischen Daten gestützt werden, die keine Verbesserung der Smad1/5/8-Signalübertragung durch ACTR-IIA-Fc zeigten.  102  Die derzeit verfügbaren Daten liefern starke Unterstützung dafür, dass Sotatercept die Signalübertragung von pathogenem Aktivin/GDF hemmt, aber nicht für die Wiederherstellung des BMPR-II-Proteins oder der nachgeschalteten BMP-Signalübertragung.Ob das Targeting von Aktivin der einzige Wirkmechanismus von Sotatercept ist, ist ebenfalls nicht eindeutig. Neben Aktivin wurde eine erhöhte Expression von GDF8 (Myostatin) und GDF11, letzteres weniger stark ausgeprägt, in der Lunge von PAH-Patienten nachgewiesen.  102  Die GDF11-Expression ist auch in Lungenendothelzellen von hypoxischen und SuHx-Rattenmodellen von PAH erhöht.  121  Darüber hinaus schützt der endothelialzellspezifische Gdf11 - Knockout Mäuse vor der Entwicklung von PAH als Reaktion auf Hypoxie oder SuHx.  121  Eine erhöhte Endothelzellen-GDF11-Expression war mit einer verstärkten Endothelzellen-Proliferation und einer Verringerung der Fähigkeit, zu wandern und Röhren zu bilden, verbunden.  121 Eine separate Studie legte jedoch nahe, dass GDF11 die endotheliale Apoptose und die Rekrutierung von Entzündungszellen reduziert, um atherosklerotische Plaques in ApoE-defizienten Mäusen zu stabilisieren,  122  so dass das relative Risiko vs. Derzeit ist die Rolle von GDF11 in der Biologie des Alterns, insbesondere in Bezug auf Muskelschwund, Kardioprotektion und Regulierung der Knochendichte, noch unklar.  123  Verschiedene Studien mit sehr ähnlichem Design haben unterschiedliche Ergebnisse berichtet und die Ergebnisse einiger früher Studien wurden in Frage gestellt, nachdem festgestellt wurde, dass einige Reagenzien nicht spezifisch sind.  123 Ein kürzlich von Egerman et al. legt nahe, dass die GDF11-Spiegel in der embryonalen Entwicklung erhöht sind und bei Erwachsenen als normaler homöostatischer Mechanismus abnehmen, wobei eine Erhöhung von GDF11 bei Erwachsenen mit einer Krankheit assoziiert ist.  123  Obwohl der Beitrag von erhöhtem GDF8/Myostatin zur Pathogenese von PAH weniger klar ist, kann eine Blockade von GDF8/Myostatin für Patienten von Nutzen sein, um der bei IPAH-Patienten berichteten verringerten Skelettmuskelmasse und -schwäche entgegenzuwirken.  124  Die Blockade von ACTR-IIB, einem Rezeptor für mehrere Liganden, darunter Aktivin A, GDF8/Myostatin und GDF11, verringerte jedoch die Stoffwechselkapazität der Skelettmuskulatur und verringerte die Belastungstoleranz.  125 Daher könnte die Hemmung von GFD11 und GDF8 mit Sotatercept zu den vorteilhaften Wirkungen bei PAH beitragen, aber die pleiotrope Rolle dieser Liganden und von Activin A bei der normalen Homöostase rechtfertigen eine sorgfältige Überlegung und gründliche Untersuchung der Auswirkungen ihrer Blockade.Es gibt einen Aspekt der endogenen GDF8- und GDF11-Regulation, der hinsichtlich der möglichen Hemmung dieser Liganden durch Sotatercept unklar ist. Sowohl GDF8 als auch GDF11 werden aufgrund des Vorhandenseins ihrer Prodomänen  57  ,  58  als latente Proteine ​​sezerniert, und sie erfordern eine Aktivierung durch eine zweite Spaltung durch BMP-1/Tolloid-Metalloproteinasen, die möglicherweise von Zielzellen präsentiert werden.  58  ,  126  In Zellstudien blockierte ACTR-IIA-Fc die Smad2- und Smad3-Signalgebung als Antwort auf die GDF8- und GDF11-Wachstumsfaktordomänen zusätzlich zur Hemmung der Activin-A-Antwort.  102 Es ist jedoch nicht bekannt, ob Sotatercept an latentes GDF8 oder GDF11 binden kann oder ob es diese Liganden hemmt, wenn sie an der Zelloberfläche gespalten und aktiviert werden. Im Zusammenhang mit dem Gefäß ist auch nicht bekannt, ob Endothelzellen GDF11 an der apikalen oder basolateralen Oberfläche sezernieren. Wenn letzteres der Fall ist, könnte GDF11 auf der glatten Muskelzelloberfläche aktiviert werden, die für Sotatercept im Kreislauf möglicherweise nicht zugänglich ist. Daher könnte die Erforschung des Modells der GDF11- und GDF8-Sekretion und -Aktivierung bei PAH für unser Verständnis des Wirkmechanismus von entscheidender Bedeutung sein.4 SCHLUSSBEMERKUNGENZusammenfassend lässt sich sagen, dass das therapeutische Targeting der TGF- und BMP-Wege das Potenzial für eine neue Generation von krankheitsmodifizierenden Arzneimitteln darstellt. Während die Erforschung der Feinheiten der Wirkungsweise dieser Medikamente fortgesetzt wird, gewinnen wir umfassendere Erfahrungen hinsichtlich ihrer Sicherheit, Verträglichkeit und Eignung für verschiedene Untergruppen von PAH-Patienten, Erkenntnisse, die die Entwicklung weiterer Therapeutika in diesem Krankheitsbereich leiten und informieren werden .