Androgeni, insulino-resistenza e patologia vascolare negli uomini sottotitolo

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Androgeni, insulino-resistenza e patologia
vascolare negli uominisottotitolo ipogonadismo
maschile acquisito delletà adulta e sindrome
metabolica necessità di una rivisitazione
critica

• Dr. S. La Vignera
• Dipartimento di Scienze Biomediche
• Sez. di Endocrinologia, Andrologia e Medicina
  Interna
• Ospedale Garibaldi Università di Catania
• REGALBUTO 19 APRILE 2008
• LANDROLOGO S.I.A. INCONTRA IL MEDICO DI MEDICINA
  GENERALE

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Premesse essenziali

• Circonferenza addominale gt94 cm nelluomo, gt80
  cm nella donna
• Trigliceridi ?150 mg/dl (o Tx per
  ipertrigliceridemia)
• HDL-C lt40 mg/dl nelluomo, lt50 mg/dl nella donna
  (o Tx per HDL-C)
• Pressione arteriosa ?130/85 mmHg (o Tx per
  ipertensione )
• Glicemia ?100 mg/dl (o Tx per iperglicemia)
• 3/5 diagnosi di Sindrome Metabolica

Le concentrazioni plasmatiche di Testosterone di
un soggetto adulto sano di sesso maschile variano
fisiologicamente tra 300 1000 ng/dl c.s. lt
231 ng/dl identificano una condizione
laboratoristica di accertato ipogonadismo
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Makhsida N, Shah J, Grace Y, Yan G, Fisch H,
Shabsigh R. Hypogonadism and metabolic syndrome
implications for testosterone therapy. J Urol
2005 174 827-34

• Una recente metanalisi condotta su oltre 60 studi
  clinici pubblicati ha avanzato la proposta di
  includere il LOH (Late Onset Hypogonadism) tra le
  condizioni comprese nella definizione di Sindrome
  Metabolica

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Makhsida N, Shah J, Grace Y, Yan G, Fisch H,
Shabsigh R. Hypogonadism and metabolic syndrome
implications for testosterone therapy. J Urol
2005 174 827-34

• Tale proposta trae il suo razionale dalle intime
  correlazioni individuate fra livelli androgenici
  e diverse variabili metaboliche e cliniche
  proprie della SM

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Rolf C, von Eckardstein S, Koken U, Nieschlag E.
Testosterone substitution of hypogonadal men
prevents the age-dependent increases in body mass
index, body fat and leptin seen in healty ageing
men results of a cross-sectional study. Eur J
Endocrinol 2002 146 505-11.

• Lobesità viscerale, che costituisce un
  importante fattore di rischio cardiovascolare,
  risulta significativamente incrementata nei
  pazienti con LOH, in virtù di una precisa
  attività biologica del T sulladipocita

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Rolf C, von Eckardstein S, Koken U, Nieschlag E.
Testosterone substitution of hypogonadal men
prevents the age-dependent increases in body mass
index, body fat and leptin seen in healty ageing
men results of a cross-sectional study. Eur J
Endocrinol 2002 146 505-11.

• Un aumentato uptake di trigliceridi, associato a
  una riduzione dei fenomeni di lipolisi,
  caratterizza lattività adipocitaria in presenza
  di bassi livelli androgenici, e giustifica il
  dato clinico di un incremento della massa grassa
  del 20-35 nei soggetti ipogonadici

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Cohen PG. The hypogonadal-obesity cicle. Medical
Hypotheses 1999 52 49-51

• Lobesità è daltra parte responsabile di una
  incrementata attività aromatasica, che riducendo
  ulteriormente i livelli circolanti di T, realizza
  quello che PG Cohen definisce the
  hypogonadal-obesity cicle

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Isidori AM, Caprio M, Strollo F, Moretti C,
Frajese G, Isidori A. Leptin and androgens in
male obesity evidence for leptin contribution to
reduced androgenm levels. J Clin Endocrinol Metab
1999 84 3673-80.

• Anche la Leptina, i cui livelli circolanti
  aumentano con il crescere della massa grassa, è
  in grado di inibire lincrezione di T
  indirettamente alterando la pulsatilità del
  rilascio di LH

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Isidori AM, Caprio M, Strollo F, Moretti C,
Frajese G, Isidori A. Leptin and androgens in
male obesity evidence for leptin contribution to
reduced androgenm levels. J Clin Endocrinol Metab
1999 84 3673-80.

• E daltra parte dimostrato come la terapia
  sostitutiva androgenica nellipogonadico riduca
  lobesità viscerale, e come il calo ponderale
  possa condurre a un proporzionale aumento dei
  livelli di T

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Kapoor D, Malkin CJ, Channer KS, Jones TH.
Androgens, Insulin resistance and vascular
disease in men. Clin Endocrinol 2005 63 239-50.

• Anche il profilo biologico di sensibilità
  allazione insulinica sembra rispondere
  positivamente, nei soggetti ipogonadici, alla
  supplementazione androgenica, a conferma
  dellevidenza sperimentale di una condizione di
  insulinoresistenza indotta da orchiectomia
  nellanimale da esperimento

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Aversa e coll. Role of testosterone in the
regulation of erectile and cardiovascular
function. Italian Journal of Sexual and
Reproductive Medicine 2005 12 102-13.

• Unattività biologica diretta del T sul sistema
  circolatorio trova numerose conferme cliniche e
  sperimentali.
• Il T è in grado di produrre una vasodilatazione
  nelle arterie coronarie, aorta e brachiale con
  meccanismo endotelio-dipendente (NO-cGMP),
  endotelio indipendente (azione diretta sulla
  concentrazione intracellulare di Ca della
  cellula muscolare liscia) ed estrogeno-mediato.

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Rosano GM. Androgens and coronary artery disease.
A sex specific effect of sex hormones ? Eur Heart
J 2000 21 868-71

• Tale attività biologica supporta una serie di
  rilievi clinici relativi alle manifestazioni
  cardiocircolatorie del LOH.
• Decisivo nel dimostrare una correlazione tra LOH
  e rischio cardiovascolare è il riscontro di
  livelli circolanti di T costantemente più bassi
  nei soggetti con malattia cardiovascolare
  rispetto a controlli sani.

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Rosano GM. Androgens and coronary artery disease.
A sex specific effect of sex hormones ? Eur Heart
J 2000 21 868-71

• La terapia androgenica sostitutiva nei soggetti
  con LOH si associa a riduzione del rischio di
  eventi cardiovascolari e a inibizione del
  processo di aterosclerosi, mentre in soggetti
  ipogonadici con angina cronica instabile riduce
  significativemente la severità ed il tempo di
  ischemia.

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• Quali sono i meccanismi alla base della
  variazione della sensibilità tissutale allazione
  androgenica ?

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Meccanismi ipotizzati

• Entità di espressione di AR nei vari tessuti
• (Luts LB, Mol Endocrinol 2003)
• Polimorfismo funzionale di AR
• Effetti non genomici
• Distribuzione tissutale co-regolatori di AR

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Polimorfismo funzionale di AR

• Un polimorfismo funzionale di AR potrebbe
  influenzare lintensità del segnale genomico
  trasdotto.
• Un esempio di tale meccanismo è rappresentato
  dalla tripletta CAG nellesone 1 (poliglutamina)
  dove la lunghezza della ripetizione è
  inversamente correlata alla sensibilità
  androgenica.
• Ripetizioni più corte associate a rischio più
  elevato di sviluppare neoplasie prostatiche
  (Krithivas, J Clin Endocrinol Metabn 1999)
• Estensioni patologiche (gt40) di tale ripetizione
  causano una malattia del motoneurone (Sindrome di
  Kennedy atrofia muscolo-bulbo-spinale)
  (Patrizio P, J Androl 2001)

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EFFETTI NON GENOMICI

• Negli ultimi anni sono emerse considerevoli
  evidenze sugli effetti non genomici degli
  steroidi, androgeni inclusi (Cho JJ, Med Sci
  Monit 2003).
• Tali effetti si distinguono dai classici effetti
  genoma-mediati per
• Rapidità di inizio (da secondi a minuti)
• Indipendenza dalla inibizione della sintesi di
  RNA e proteine
• Indipendenza dellinterazione con il nucleo
  cellulare

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• Gli effetti androgenici non genomici sono legati
  alla rapida induzione di un secondo messagero ed
  alla relativa cascata di traduzione del segnale
  che porta allincremento dei livelli di Calcio
  citoplasmatico, allattivazione di PKA, PKC,
  MAPK con vari effetti sulla funzione cellulare
  tra cui rilasciamento del tessuto muscolare
  liscio, trasmissione dei segnali neuromuscolari e
  giunzionali e plasticità neuronale (Heinlein CA,
  Mol Endocrinol 2002).
• Tali effetti sono legati ad un recettore di
  membrana e probabili siti di legame sono stati
  descritti per tutte le classi di steroidi,
  androgeni inclusi (Herve JC, Mini Rev Med Chem
  2002) .

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• Attualmente un AR di membrana non è stato ancora
  identificato, ma studi preliminari sembrano
  dimostrare lesistenza di un sito di legame a
  bassa affinità per gli androgeni alchilati sulla
  membrana microsomiale (Chirino R, J Steroid
  Biochem 1989).
• Sito di legame per deidroepiandrosterone sulla
  membrana di cellule endoteliali (Williams MR, J
  Clin Endocrinol Metab 2002)
• Recettore per SHBG sulla membrana cellulare con
  trasduzione intracellulare del segnale via
  AMP-ciclico (Rosner W, J Steroid Biochem Mol Biol
  1999)

20

• Lazione genomica di AR è modulata da unampia
  varietà di fattori di regolazione, rappresentati
  da proteine che agiscono in senso positivo
  (co-attivatori) e negativo (co-repressori) e che
  sono poi responsabili della fine modulazione di
  questo processo di espressione genica (Heinlein
  CA, Endocr Rev 2002)

21
Testosterone e regolazione del tono vascolare

• AR è stato localizzato ubiquitariamente
  nellendotelio vascolare e nelle cellule
  muscolari liscie.
• Il sistema vascolare può essere direttamente
  influenzato dallazione del T che probabilmente
  agisce sui vasi con due meccanismi distinti ed
  indipendenti
• Orshal JM, Am J Physiol Regul 2004
• Thompson J, Clin Exp Pharmacol 2003
• Wynne FL, J Endocrinol Invest 2003

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• LAR vascolare può mediare gli effetti del T
  sulla parete arteriosa ed è stato dimostrato che
  il T è in grado di produrre una vasodilatazione
  dellarteria coronaria, aortica e brachiale
  attraverso lattivazione sia di meccanismi
  endotelio-dipendenti che endotelio-indipendenti
  (Chou TM, Circulation 1999)
• Gli effetti endotelio-dipendenti del T vengono
  spiegati, sebbene in parte, attraverso la
  produzione di NO, mentre i meccanismi degli
  effetti endotelio-indipendenti sembrano
  coinvolgere diversi tipi di canali ionici della
  cellula muscolare liscia (Littleton-Kearney M,
  Biol Res Nurs 2004)
• Azione antagonista sui VOCC Voltage-operated
  calcium channels (Crews JK, Arterioscler Tromb
  Vasc Biol 1999)
• Azione antagonista sui SOCC Store -operated
  calcium channels (Jones RD, J Endocrinol 2003)
• Linterazione del T con i suoi specifici
  recettori nucleari può innescare non soltanto un
  effetto genomico a lungo termine, ma anche una
  risposta vasodilatatoria acuta non genomica
  (Wynne FL, J Endocrinol Invest 2003)

23
(No Transcript)
24
CORRELAZIONE LOH-SM
Correlazione con Fisiopatologia Evidenze a supporto
Obesità viscerale Aumento uptake trigliceridi Riduzione lipolisi Aumentata aromatizzazione con ulteriore riduzione di T Inibizione Leptina-mediata sulla increzione di T Rolf C e coll, Cohen PG e coll, Isidori AM e coll
Insulinoresistenza Evidenza sperimentale su animale da esperimento dopo orchiectomia Kapoor D. e coll
Assetto lipidico In pz con malattia coronarica i livelli circolanti di T plasmatici, e colesterolo HDL sono più bassi rispetto i controlli Livelli Lp(a) aumentati Weidemann W e coll
Omeostasi pressoria Vasodilatazione mediata da meccanismo endotelio dipendente (NO-cGMP) ed endotelio indipendente (azione diretta sulla concentrazione degli ioni calcio della cellula muscolare liscia) Orshall JM e coll, Thompson J e coll, Wynne FL, Aversa A e coll
25
Studio della funzione endoteliale

• Ultrasonografia dinamica
• ELISA
• Citofluorimetria

26

• Studio della funzione endoteliale
• Nelluomo lapproccio sperimentale più utilizzato
  è quello di valutare la reattività vascolare ad
  agonisti ed antagonisti endotelio-dipendenti in
  un distretto funzionalmente isolato.
• In particolari distretti vascolari è possibile
  attivare le cellule endoteliali con agonisti
  specifici (acetilcolina, metacolina,
  bradichinina, serotonina, sostanza P) o bloccare
  la produzione di NO con antagonisti per lenzima
  NO sintetasi come ad esempio la
  NG-monometil-L-Arginina (L-NMMA).
• In genere si utilizzano come modello sperimentale
  i distretti vascolari dellavambraccio e del
  circolo coronarico in quanto, tramite larteria
  brachiale o larteria coronarica discendente
  anteriore, è possibile infondere agonisti ed
  antagonisti endoteliali a dosi che non producano
  modificazioni dellemodinamica sistemica.
• In questo modo non si modifica la pressione di
  perfusione del distretto esplorato e pertanto gli
  eventuali incrementi o decrementi di flusso
  arterioso che osserviamo a questo livello,
  misurati con pletismografia venosa a
  strain-gauge nellavambraccio e con tecnica
  Doppler nel microcircolo coronarico sono indice
  di vasodilatazione o vasocostrizione locale.

27
Studio della funzione endoteliale

• Negli ultimi anni si è diffusa una metodica non
  invasiva per lo studio della funzione endoteliale
  che si basa sulle variazioni di diametro di una
  arteria perifericain seguito a stimoli in grado
  di attivare un rilascio di NO da parte
  dellendotelio vasale.
• Come stimolo endotelio-dipendente può essere
  utilizzata linfusione locale di agonisti che
  possono attivare lendotelio attraverso laumento
  del flusso plasmatico e quindi dello shear
  stress, una metodologia conosciuta con il nome
  di studio della flow-mediated dilation (FMD,
  dilatazione indotta da flusso).
• Questa tecnica viene in genere applicata a
  livello dei distretti periferici per lo studio
  della funzione endoteliale a livello dellarteria
  brachiale , più frequentemente, o dellarteria
  radiale, più raramente.
• Dal punto di vista metodologico la tecnica
  prevede di visualizzare larteria brachiale,
  mediante studio ecografico, in proiezione
  longitudinale, è importante che il segmento
  visualizzato sia sempre lo stesso, perché
  allinterno del vaso si possono avere in punti
  diversi risposte vasodilatatorie differenti.
• Per mantenere il trasduttore nella stessa
  posizione nel corso dello studiopuò essere
  adoperato un reggisonda meccanico.

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Studio della funzione endoteliale

• Per ottenere un incremento di flusso sanguigno e
  quindi dello shear stress (iperemia reattiva),
  viene posto intorno allarto in esame un
  manicotto per la pressione e gonfiato ad una
  pressione di 50 mmH superiore alla pressione
  sistolica, in modo da indurre una breve ischemia
  (in genere 5 min) a livello dellavambraccio per
  poi misurare con la metodica ecografica le
  variazioni di calibro dellarteria brachiale
  indotte dallaumento di flusso causato dalla
  vasodilatazione post-ischemica distale.
• Una occlusione inferiore a 4,5-5 minuti non è in
  grado di determinare una vasodilatazione
  massimale, mentre unocclusione superiore a 5
  minuti non apporta alcun vantaggio intermini di
  vasodilatazione.
• Il flusso sanguigno nellarteria brachiale viene
  registrato per 10 secondi prima e 15 secondi dopo
  lo gonfiaggio del manicotto mediante luso del
  Doppler pulsato.

29
Studio della funzione endoteliale

• Poiché il tempo necessario ad ottenere una
  vasodilatazione massimale è variabile, il
  diametro dellarteria deve essere registrato in
  continuo per almeno 2 minuti dopo gonfiaggio del
  manicotto per valutare adeguatamente la
  reattività brachiale.
• Questa metodica ha il vantaggio di essere non
  invasiva, ma purtroppo presenta una bassissima
  riproducibilità e pertanto richiede
  unaccuratezza metodologica molto elevata, e in
  particolare un braccio meccanico a regolazione
  micrometrica per evitare spostamenti della sonda
  vascolare e un software specifico per misurare
  secondo per secondo le variazioni di calibro
  dellarteria.
• Quando si studia il ruolo dellendotelio nel
  controllo del tono vascolare valutando la
  risposta vasodilatante indotta o da sostanze ad
  azione agonista endoteliale o dalloshear stress,
  lentità della vasodilatazione è una misura della
  funzione endoteliale nel senso che tanto maggiore
  è la vasodilatazione indotta dallagonista, tanto
  maggiore è la funzionalità endoteliale.
• Utilizzando questa tecnica, è necessario
  confrontare la risposta degli agonisti
  endotelio-dipendenti (aceticolina, bradichinina,
  serotonina, sostanza P, etc. o laFMD) con
  sostanze che inducono vasodilatazione
  endotelio-indipendente (essenzialmente
  nitroderivati quali nitroprussiato di sodio o la
  nitroglicerina) così da escludere che eventuali
  differenze di risposta contrattile delle cellule
  muscolari lisce.

30

• Dosaggio plasmatico di
• SE-Selectina
• IL6
• Vascular endothelial factor (VEGF)
• Basic fibroblast growth factor (bFGF)
• Metodica ELISA (enzyme-lynked immunsorbent assay)

31
Epc (Progenitici endoteliali circolanti di
origine midollare)

• Lendotelio danneggiato viene normalmente
  riparato da cellule progenitrici endotelali
  circolanti di origine midollare (EPCs).
• Queste cellule in seguito a danno endoteliale
  vengono mobilizzate in circolo dal m. o. dove si
  differenziano in cellule endoteliali mature in
  grado di riparare lendotelio danneggiato e di
  partecipare alla neovascolarizzazione.
• La mobilizzazione di queste cellule richiede un
  complesso meccanismo non ancora completamente
  chiarito in cui sembra giocare un ruolo
  fondamentale la secrezione, da parte delle
  cellule stromali ed emopoietiche midollari, della
  metalloproteinasi-9 la quale attiverebbe il
  sitema kit
• Un recente studio eseguito sul topo ha suggerito
  un influenza della eNOS, che produce NO da
  L-Arginina, sulla funzionalità delle cellule
  progenitrici empopoietiche e sulle EPCs.
• Questo studio ha dimostrato che NO agendo agendo
  per via paracrina determini un aumento delle EPCs
  circolanti e che la mancata attività di eNOS
  correli con la ridotta mobilizzazione delle EPCs.

Asahara T et al. Isolation of putative progenitor
endothelial cells for angiogenesis. Science 1997
275 964-967. Dimmeler S et al. Vascular repair
by circulating endothelial progenitors cells
the missing link in atherosclerosis ? J Mol Med
2004 82 671-677 Werner N et al. Circulating
endothelial progenitor cells and cardiovascular
outcomes. N Engl J Med 2005 353
999-1007 Aicher A et al. Essential role of
endothelial nitric oxide synthase for
mobilization of stem and progenitor cells. Nat
Med 2003 9 1370-1376.
32

• Determinazione delle CEP mediante analisi
  citofluorimetrica
• 100 µL di sangue periferico in Eparina sodica
  incubati con 10 µL di un pannello di anticorpi
  monoclonali (anti-CD45, -CD34, -CD133) marcati
  con fluorescina isotiocianato (FITC),
  R-phicoeritrina (PE) o peridinin chlorophyll
  protein (PerCP), per 20 min a temperatura
  ambiente (RT).
• I globuli rossi lisati mediante incubazione in
  una soluzione lisante per 10 min a RT
• Il pellet di globuli bianchi poi lavato due
  volte con una soluzione di FACS flow
• Appropriate finestre di analisi per contare il
  numero totale di CEP
• Le CEP definite come CD45 negative, CD 34 e CD
  133
• La lettura al citofluorimetro FACS con 15-mW
  argon laser (excitation a 488 mm) seguita
  a tre colori/cinque parametri.
• La sensibilità dei determinanti di fluorescenza
  settata e monitorata usando Calibrite Beats
  secondo le indicazioni della ditta produttrice.
• Cellule colorate con IgG1 isotipic controls
  marcate con FITC o PE sono usate come controllo
  negativo.
• Acquisite almeno 100.000 cellule per campione le
  analisi considerate informative quando un
  adeguato numero di eventi (gt100) è stato
  acquisito nelle finestre di valutazione delle
  CEP.

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Ruolo del T nella ri-endotelizzazione del
paziente diabetico

• SM
• LOH
• LOH-evoluzione clinica della SM
• LOH-profilo di risposta a farmaco-terapia
  convenzionale (insulino-sensibilizzanti,
  antiipertensivi, statine)
• Ruolo di LOH vs altre componenti della SM
  sullevoluzione clinica della stessa
• TOS-evoluzione clinica della SM
• TOS-profilo di risposta a farmaco-terapia
  convenzionale (insulino-sensibilizzanti,
  antiipertensivi, statine)