Многие медикаменты используются для лечения CM и CHF, но несмотря на это CM и CHF остаются ведущей причиной болезненности и смертности даже в развитых странах. Коррекция гемодинамического дисбаланса, такая как жидкостный контроль (preload) или контроль сосудистой резистентности (afterload), остаются иконными, но не могут изменять сократимость миокарда per se (Figure 1). В принципе, детерминанты сердечного выброса являются теми же самыми, что и потребление миокардом энергии. Следовательно, необходимость устранения проблем сниженной сократимости приходит параллельно с проблемой повышенной энергетической потребности. Некоторые попытки увеличить inotropism на хронической основе привели к общим негативным результатам, поскольку потребление энергии превосходило продукцию. Взаимоотношения между давлением и объемом демонстрируют порции сокращения и расслабления сердечного цикла (Figure 2). Наклон ( slope) отношения конечного систолического давления к объему представляет собой наиболее объективную меру внутренней сократительной способности миокарда.

Figure 1. Determinants of cardiac output (CO). CO is the resultant of stroke volume, the difference between end-diastolic and end-systolic volumes times the heart rate. According to the Frank-Starling law, preload influences CO positively. With developing heart failure, CO is negatively influenced by afterload. Contractility represents the primary inotropic capacity of the myocardium. Figure 2. Pressure-volume relationship. The pressure-volume curve for the left ventricle is represented as a pressure vs. volume plot. The slope of the end-systolic pressure-volume relationship indicates the intrinsic contractile capacity of the myocardium independently of the hemodynamic load conditions. Compared to a control curve (dark lines), cardiomyopathy (light lines) is characterized by a decreased slope among other hallmarks. Gene therapy would aim at preserving or restoring normal contractility.

Сходным образом, уход за пациентами CHF часто использует контроль ритма (фармакологически или с помощью pacemakers/implantable cardioverter дефибрилятора). Генотерапия может предоставить новый путь для решения этой проблемы путем воссоздания нового эндогенного биологического ритмоводителя скорее, чем использование электронных устройств [17-19], не только определяя важность воспаления, но, кроме того, терапевтические возможности селективного воздействия на некоторые цитокины. На пре-клиническом уровне glycoprotein-130 (gp130) был идентифицирован, как потенциальная новая мишень [20-22]. Теперь установлено, что вместе с gp-130, увеличивается и общий рецептор IL-6 у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Hilfiker-Kleiner et al. показали, что мыши, несущие специфичные для сердца мутации в gp-130 имеют нормальный фенотип миокарда в основе. Однако, индукция экспериментального инфаркта миокарда приводит к возникновению сердечной недостаточности и увеличению смертности. Более того, эти наблюдения были связаны с повышенной экспрессией активируемого комплементом mannose-binding lectin [23]. Т.о., эти животная модель подтверждает связь между IL-6 и хроническими повреждениями миокарда, индуцируемыми активацией комплемента.

Кардиальные миофибробласты отвечают на большое число способствующих воспалению цитокинов (напр. TNF-alpha, IL-1, IL-6, TGF-beta), вазоактивных пептидов (напр. angiotensin II, endothelin-1, natriuretic peptides) и гормонов (напр. noradrenaline), уровни которых увеличиваются в ремоделированном сердце. Уменьшение ремоделирования миокарда посредством модулирующих эффектов на кардиальные фибробласты может стать дальнейшей новой терапевтической мишенью.

Антикаогулянты в контексте CHF являются важным терапевтическим классом для таких подгрупп пациентов с высоким уровнем риска аномалий свертывания. Антикаогуляция может выглядеть как неподходящая для генотерапии, но нуклеиновые кислоты могут взаимодействовать очень избирательным способом с белками. Целенаправленное воздействие на белки прирожденного пути каогуляции может обеспечивать надежный и эффективный контроль тромбов без обычного риска кровотечений, которые вызывают обычные антикаогулянты. Более того, следует иметь в виду, что инициация прирожденного пути интимно связана с воспалением посредством kinins и complement. Нуклеиновые кислоты могут представлять новый класс лекарств в этом контексте.

Хирургия представляет важную терапевтическую возможность в арсенале ведения CM и CHF пациентов. Хирургический подход может состоять или из специфических процедур, таких как septal myomectomy при гипертрофической CM (HCM), операции аортально-коронарного шунтирования или в более общем смысле устройства, помогающие левому желудочку, такие как "bridge to transplant" или целевая терапия [24]. Трансплантации остаются эталонным лечением для конечной стадии CHF и для людей, которые лишены др. возможностей. Это может стать неожиданным предложение хирургии, но не следует забывать, что большинство первоначальных клинических испытаний были проведены на неизлечимых пациентах. Следовательно, в терминах терапевтической эффективности и соотношения риск-выгода первоначальные оценки будут относиться к результатам хирургических процедур.

Пока ни одно из существующих лечений не меняет определенно судьбу CM и CHF. Т.о., существует пространство для разработки новых лекарств и генотерапии, которые могли бы разрешить некоторые препятствий в CM и CHF. Напр., ни одно из существующих лечений в реальности не меняет сократимость миокарда без избыточного увеличения потребления кислорода.

Участие в разработке векторов переноса генов, разработка новых методов доставки и открытие новых генов мишеней подогревают наш интерес к этим подходам помимо обычного ухода за больными [25, 26].

Когда разработка генотерапии базируется на лекарственных препаратах, то необходимо учитывать, что не существует активных субстанций, которые могли бы стать лекарственными продуктами независимо от того, могут ли соотв. образом приготовлены и применены. По сравнению с более обычными малыми молекулами, стратегии генотерапии, базирующиеся на нуклеиновых кислотах, сталкиваются с новыми ограничениями, связанными с их химической природой, размером молекул и композицией кодирующих последовательностей.

Могут существовать разные фармакоцевтические разработки для генотерапии. В контексте CM и CHF, мы сконцентрировались на том, как восстанавливать функциональный аллель в контексте наследуемых CM и более широко, как восстанавливать или улучшать контрактильность миокарда.

В контексте наследуемой CM, наиболее часто идентифицируется профиль моногенной передачи, или доминантной или чаще рецессивной. Иногда CMs являются более крупными в клиническом контексте системной миопатии, но обычно кардиальные и нейромышечные нарушения являются непропорциональными и поэтому необходимо отдельное и специфическое лечение, даже если генетический источник может быть уникальным.

Учитывая ситуацию одного причинного гена при рецессивном способе наследования, может быть соблазнительно восстановить нормальный фенотип. Так, концептуально на этом уровне генотерапия в основном базируется на технике переноса гена в основном с используемом в клеточной биологии путем внесения экзогенной последовательности нуклеиновых кислот в клетки эукариот, чтобы экспрессировать новую информацию с этих клетках. С течением времени некоторы6е независимые лаб. продемонстрировали, что концепция переноса экзогенных генов в миокард млекопитающих возможен, он приводит к экспрессии нового белка, не кодируемого изначально существующими генами. Однако, чтобы преобразовать лабораторную технику переноса генов в терапевтический подход, необходимы дополнительные ступени. Чтобы оценить терапевтические способности переноса генов экспрессия белка не может быть первичным результатом измерения. Более тонкая интеграция патофизиологии каждой CM обязательна. Рассматривая наследственные болезни, где существует определенная фенотипическая латентность, возможно продемонстрировать, что перенос генного функционального аллеля способен задерживать начало действия на CM. В общем необходимо учитывать должен ли дефектный ген быть восстановлен или д. быть привлечены др. гены, участвующие в развитии недостаточности сердца.

Delta-sarcoglycan (dSG)-дефицитные хомячки представляют собой хорошо охарактеризованную генетически предопределяемую модель CM. Фенотипически эти животные обнаруживают дилятационную кардиромиопатию dilated cardiomyopathy (DCM) , заканчивающуюся сердечной недостаточностью в течение довольно короткого периода жизни, т.к. они погибают в среднем возрасте [27, 28]. С точки зрения генотерапии они представляют собой очень удобную модель. Помимо четкого фенотипа, известна причинная генетическая мутация, её кодирующая последовательность доступна, а передача является аутосомно рецессивной. Коррекция одиночного аллеля может исправить или, по крайней мере, улучшить фенотип при использовании молодых животных [29]. Некоторые авт. наблюдали даже более чем просто фенотипическое восстановление в виде увеличения продолжительности жизни [30, 31].

Однако, в отличие от dSG, кодирующие последовательности некоторых нормальных аллелей могут быть более обширными, в большинстве чрезвычайных случаев кДНК dystrophin полной длины более 11 kb. Может быть рассмотрено несколько стратегий. Принимая во внимание некоторые структурные особенности, преобразование active pharmaceutical ingredient (API) может быть осуществлено с сохранением терапевтического потенциала. Т.о., генотерапия не должна рассматриваться как замена дефектного аллеля. Отсюда укороченные формы dystrophin способны облегчать патологические фенотипы нескольких экспериментальных моделей [32, 33].

Сходным образом, возможно показать, что редактирование прирожденных мРНК может приводить к кодированию функционального белка. Пропуск экзонов используется для восстановления рамки считывания внутри гена. Механизм, лежащий в основе пропуска экзонов, это специфичный для мутации антисмысловой олигонуклеотид. Антисмысловой олигонуклеотид синтезирует короткий полимер нуклеиновой кислоты, который будет соединяться с сайтом мутации в пре-мРНК, чтобы вызывать пропуск экзона. В контексте Duchenne muscular dystrophy (DMD) генетическая мутация приводит к Becker muscular dystrophy (BMD) в результате делеции in-frame. Пропуск экзонов может индуцировать экспрессию укороченного, но функционального белка dystrophin и тем самым переключать фенотип некоторых DMD-типа мутаций на фенотип BMD-типа мутаций [34, 35].

Высказаны множественные аргументы в пользу осуществимости кардиальной генотерапии. Однако, эти эксперименты ставят новые вопросы. Большинство не клинических исследований было проведено на хорошо охарактеризованных моделях - у которых происходило устранение дефектного генотипа или задержка я патологического фенотипа. При этом воспроизводилась в основном пресимптоматическая ситуация.

При таком подходе генотерапия может стать базовой и стать основой профилактики по предотвращению развития патологического фенотипа, насколько мы готовы, чтобы генотерапия стала в основном превентивной. Каким будет приемлемое соотношение риск/выгода в этом случае? Идеально в контексте превентивной медицины, генотерапия наследуемых моногенных нарушений должна стать гомологичная рекомбинация, корректирующая большинство, если не все затронутые клетки без вне мишени побочных эффектов. Генотерапия пока ещё не достигла этого уровня зрелости.

Если генотерапия делает возможной интимное и тонкое вмешательство в молекулярные пути, управляющие патологическими процессами, то внесение генетического материала в клетки д. быть способно не только компенсировать аномальные гены, но и также влиять на пути, участвующие в возникновении и прогрессировании болезни.

В контексте наследуемых CMs, мы постулировали, что некоторые ступени д. возникать последовательно. Причины, вызывающие генетические дефекты, могут наследоваться или быть новыми мутациями и будут запускать каскад вредных эффектов, которые будут приводить к возникновению явных кардиальных болезней. Постепенно будут преобладать генетические особенности сердечной недостаточности, и можно подумать, что на более позднем этапе эти изменения станут почти независимыми от исходного генетического дефекта. Более того, мы может считать, что генетические модификации на этой стадии сходны с теми, что возникают в контексте благоприобретенных CM. Поскольку любая болезнь является потенциальной мишенью для генотерапии, но только некоторые воздействия легко достигают клиники. Для тестирования мы использовали в основном одну и ту же модель dSG-дефицитных хомячков. Чтобы воспроизвести симптоматику болезни использовали животных более позднего возраста.

Многие молекулярные мишени могут быть рассмотрены на этом уровне, но некоторые кандидаты могут оказаться наиболее пригодными в данном контексте. Мы уже обсуждали случаи добавления гена функционального аллеля в контексте аутосомно рецессивных нарушений. Ген кандидат д. конечно зависеть от собственно идентификации генетической болезни, участвующей в CM. С др. стороны, рассматривая фенотип сердечной недостаточности как таковой, возникают множественные возможности.

Мы оценивали гены, сохраняющие структуру миокарда, в экспериментальных условиях, рассматриваемых как известная модель хомячков с DCM. Однако, в некоторых подлиниях, несущих практически одну и ту же мутацию, но слегка на отличающемся генетическом фоне, то животные достигали прежде всего фазы HCM и имели менее тяжелый фенотип. Встает вопроса, можем ли мы воспроизвести это свойство путем внесения экзогенной генетической информации?

Физиологическое ремоделирование является компенсаторным изменением в в измерениях и функциях сердца в ответ на физиологические стимулы, такие как упражнения и беременность. Процесс ремоделирования часто включает увеличение массы миокарда. Сердце может отвечать на средовые стимулы путем роста (увеличение массы миокарда) или сжатием (атрофией) с довольно крупными динамическими рангами. Ремоделирование индуцируется изменениями в экспрессии генов, которые, в свою очередь, меняют экспрессию ключевых регуляторных белков, распределение и функцию субклеточных органелл , размер и морфологию индивидуальных клеток, свойства внеклеточного матрикса и в конечном итоге орган в целом. IGF-1 является ключевым игроком в этом контексте и важным для разработки опций генотерапии, мы смогли продемонстрировать, что использование рекомбинантного IGF-1 белка может оказывать несколько благоприятных эффектов на кардиальный фенотип у dSG-дефицитных хомячков [36, 37]. Однако, рекомбинантный белок с плейотропными эффектами д. неизбежно привести к побочным эффектам вне сердца. Следовательно, вариант генной терапии может предлагать более целенаправленное лечение, особенно при ассоциировании локальной доставки с ткане-специфичными регуляторными последовательностями. IGF-1 послужил примером для подражания, чтобы подчеркнуть некоторые инновационные различия между генной терапией и традиционным лечением, но конечно и др. стратегии APIs могут быть разработаны вместе со сходной стратегией. Различные патофизиологические процессы могут быть использованы, такие как фиброз-клеточная гибель и помощь в выживании клеток.

Помимо структурных изменений миокарда, влияние на кардиальные функции может представлять собой дальнейшие мишени для стратегий генотерапии. Принимая во внимания преимущества хорошо известной модели хомячка, можно переформулировать клинический вопрос как прогрессивно снижается сократимость и развивается явная сердечная недостаточность. Мы анализировали животных на ранней симптоматической стадии, чтобы воспроизвести как можно точнее клинически соответствующую ситуацию. Мы сравнивали эффективность использования или функциональной кДНК dSG (rescuing the causal genetic defect) или кДНК, кодирующей Ca2+-handling белок, напр., SERCA2a. SERCA2a играет ключевую роль в возникновении и прогрессировании сердечной недостаточности, так после первоначальной работы Schwartz с сотр., стало очевидным тестирование его терапевтического потенциала [38-40]. Короче, мы смогли продемонстрировать, что в терапевтической перспективе на клинической стадии явной сердечной недостаточности, существенные преимущества могут быть получены путем целенаправленного воздействия на гомеостаз Ca2+ кардиомиоцитов посредством экспрессии гена SERCA2a, чем при устранении инициального причинного генетического дефекта [41]. Эти находки, также как и результаты некоторых др. лаб. строго подтвердили стратегию кардиальной генотерапии при сердечной недостаточности, за счет восстановления соотв. функции Ca2+ [42-44]. На этой стадии необходимо упомянуть пионерскую работу под руководством Hajjar, которая привела к клиническому испытанию (CUPID) с использованием экспрессионной кассеты, кодирующей SERCA2a [45]. Эта фаза IIa исследования сохранила некоторые прирожденные ограничения, обусловленные низким числом пациентов. Поэтому более крупная phase IIb исследования (CUPID2) с double-blinded, placebo-controlled и рандомизированная event-driven схема и многонациональные и мультицентровые привлечения пациентов (n = 250) необходимы, чтобы подтвердить инициальные результаты, описанные в CUPID1 исследовании. Эта фаза IIb CUPID2 испытания не доведена до своего завершения. Тем не менее, многие пригодные данные были получены в этом клиническом испытании. Генотерапия является реальной терапевтической стратегией в области CMs. Отбор пациентов всегда является трудной целью на этой очень инновационной ступени, но испытание сделало возможным уточнение критериев. Также становится очевидным, насколько важна формулировка API и администрирование. Прежде обсуждения этих аспектов, необходимо знать об исследовании K. Hammond с колл., которые исследовали терапевтический потенциал adenylyl-cyclase type 6 (AC6) [46-48]. Эти авт. показали, что активация экспрессии кардиальной AC6 улучшает нарушенную функцию в сердцах пожилых путем улучшения потребления кальция. AC6 предопределяет образование cAMP. Однако, наиболее предпочтительными эффектами на функцию серца является устранение гипертрофии, увеличение жизнеспособности клеток и увеличение функции кальция, возникающие независимо от cAMP. Основная цель испытания связана с применением AC6 у пациентов с CHF, чтобы оценить безопасность и эффективность человеческого AC6 генного продукта в качестве нового терапевтического подхода. Чтобы достичь этой цели, 56 пациентов (or have been if the trial is still ongoing - please check) были включены в это исследование, при котором доставка гена базировалась на лекарственном препарате, где человеческий AC6 переносился серотипом аденовируса 5.

Экспрессия пептидного ингибитора GRK2 ( βARKct) может улучшать сократимость неспособного миокарда и способствовать к обратному ремоделированию левого желудочка.

Подавление c помощью antimiR-34a/antimiR-34 has возникло в качестве обещающей терапевтической стратегии, поскольку замалчивание miR-34a ослабляет дисфункцию сердца в ряде умеренных HCM. Однако благоприятный эффект не обнаруживается при тяжелых HCM [49]. Т.о., очевидна важность определения соотв. стадий клинической симптоматологии. Терапия, которая подавляет только miR-34a обладает ограниченным потенциалом в ряде установленных сердечных патологий [50]. Напр., miR-133, которая встречается в значительных количествах в кардиальных и скелетных мышцах, участвует в спецификации клеток, дифференцировке и развитии. Более того, miR-a33 подавляется во время кардиальной гипертрофии. Специфический нокдаун miR-133 c помощью антисмыслового таргетинга может оказаться достаточным для индукции кардиальной гипертрофии и повторной индукции плодной генной программы [51]. В контексте DCM это может оказаться пригодным для индукции компенсаторного механизма c помощью повторного включения плодной программы. miR-22 следует также рассматривать как критический регулятор гипертрофии кардиомиоцитов и ремоделирования сердца [52]. Системное подавление miR-21, как было установлено, эффективно против фиброза миокарда и его дисфункции [53].

Значительные успехи в понимании клеточных и молекулярных основ CMs и CHF подчеркивают потенциальную пригодность генотерапии в качестве нового терапевтического подхода. Однако успешные клинические использования всё ещё ограничены из-за отсутствия безопасности, эффективности и избирательных систем доставки.

Голая ДНК остается предпочтительным способом доставки гена в миокард и экстенсивно используется в клинических испытаниях. Результаты этих испытаний в основном касаются регуляции при ишемической болезни сердца. Результаты этих испытаний демонстрируют эффективность в отношении вторичных критических точек снижения симптоматологии, но они неспособны вызвать достоверное увеличение ангиогенеза или улучшение функции миокарда [54].