Olanzapina a zdrowie kości: nowy mechanizm utraty BMD niezależny od prolaktyny

Czy olanzapina naprawdę zagraża zdrowiu kości pacjentów psychiatrycznych?

Olanzapina, jeden z najczęściej stosowanych leków atypowych w leczeniu schizofrenii, skutecznie łagodzi objawy psychotyczne, wiążąc się z receptorem 5-HT2A i wykazując minimalne działania niepożądane pozapiramidowe. Jednak u nawet dwóch trzecich pacjentów przyjmujących olanzapinę dochodzi do pogorszenia gęstości mineralnej kości (BMD), co stanowi istotny problem kliniczny – szczególnie w kontekście już istniejących zaburzeń metabolizmu kostnego u osób ze schizofrenią.

Dotychczas dominowało przekonanie, że atypowe leki przeciwpsychotyczne wywołują zaburzenia kostne głównie przez wzrost poziomu prolaktyny. Jednak u wielu pacjentów leczonych olanzapiną nie obserwuje się istotnych zmian stężenia prolaktyny w surowicy, co sugeruje istnienie alternatywnych mechanizmów. Najnowsze badanie zespołu z Central South University w Chinach rzuca nowe światło na ten problem, wskazując na możliwą rolę mikrobioty jamy ustnej – konkretnie bakterii z rodzaju Enterococcus – w procesie utraty masy kostnej indukowanej olanzapiną.

Jak olanzapina wpływa na kości – dane z badania klinicznego

W badaniu wzięło udział 71 osób: 26 pacjentów ze schizofrenią przyjmujących olanzapinę (17 mężczyzn, 9 kobiet) oraz 45 zdrowych osób kontrolnych (24 mężczyzn, 21 kobiet). Wszyscy pacjenci otrzymywali monoterapię olanzapiną w dawce 5–25 mg/dobę przez minimum 6 miesięcy. Gęstość mineralną kości oceniano metodą densytometrii dwuwiązkowej (DEXA) w trzech lokalizacjach: kręgosłup lędźwiowy, szyjka kości udowej i biodro.

U mężczyzn przyjmujących olanzapinę Z-score dla kręgosłupa lędźwiowego wynosił −0,36 (vs 0,91 w grupie kontrolnej), szyjki kości udowej −0,49 (vs 1,34), a biodra −0,09 (vs 1,06) – wszystkie różnice były istotne statystycznie (p<0,05). U kobiet zaobserwowano podobny trend: Z-score kręgosłupa lędźwiowego −0,51 (vs 0,32) i szyjki kości udowej −0,63 (vs 0,27), również z istotnością p<0,05.

Po skorygowaniu wyników o wiek, płeć i BMI, regresja liniowa wykazała, że stosowanie olanzapiny wiązało się z obniżeniem Z-score we wszystkich badanych lokalizacjach: szyjka kości udowej β = −1,34 (95% CI −1,84 do −0,83; p<0,001), kręgosłup lędźwiowy β = −1,04 (95% CI −1,50 do −0,57; p<0,001), biodro β = −0,88 (95% CI −1,33 do −0,43; p<0,001). Te dane potwierdzają, że olanzapina istotnie pogarsza parametry kostne niezależnie od czynników demograficznych.

Co pokazują badania na myszach?

Aby zbadać mechanizm obserwowanych zmian, naukowcy stworzyli model zwierzęcy. Trzymiesięczne myszy C57BL/6J otrzymywały olanzapinę drogą doustną (4 mg/kg/dobę) przez 12 tygodni. Po zakończeniu eksperymentu masa ciała myszy z grupy olanzapiny była niższa niż w grupie kontrolnej, co jest zgodne z wcześniejszymi obserwacjami u niektórych szczepów myszy.

Analiza mikro-CT żuchwy wykazała istotne zmiany strukturalne kości między pierwszym a drugim zębem trzonowym. W grupie otrzymującej olanzapinę stwierdzono znaczące zmniejszenie objętości kości beleczkowej (BV/TV) i liczby beleczek (TbN), przy jednoczesnym wzroście separacji beleczek (TbSp) – wszystkie parametry p<0,05. Te zmiany morfometryczne jednoznacznie wskazują na utratę masy kostnej.

Badanie histopatologiczne ujawniło infiltrację komórek immunologicznych w tkance kostnej myszy leczonych olanzapiną, co sugeruje aktywność zapalną. Barwienie immunohistochemiczne wykazało słabsze zabarwienie COL1A2 (kolagen typu I alfa 2) w błonie ozębnej grupy olanzapiny w porównaniu z kontrolą, szczególnie w obrębie komórek macierzystych więzadła ozębnej (PDLSCs) i osteoblastów. Barwienie czerwienią Syriusza pod mikroskopem polaryzacyjnym pokazało wyraźne zmniejszenie ilości jasno-żółtych włókien kolagenu typu I w błonie ozębnej myszy otrzymujących lek – włókna były ciemniejsze i bardziej chaotycznie ułożone.

Enterococcus – nowy gracz w zaburzeniach kostnych

Sekwencjonowanie 16S rRNA śliny pobranej od myszy wykazało, że olanzapina wywołuje zmiany w składzie mikrobioty jamy ustnej. Analiza β-różnorodności (PCoA) ujawniła wyraźne rozdzielenie składu mikrobiologicznego między grupami (PERMANOVA: R² = 0,247, pseudo-F = 2,62, p = 0,021), mimo braku istotnych różnic w α-różnorodności (bogactwo i równomierność gatunków).

Kluczowym odkryciem był wzrost względnej obfitości bakterii z rodzaju Enterococcus na poziomie rodzaju (|LDA score| ≥2, p<0,05) u myszy otrzymujących olanzapinę. Co istotne, w grupie kontrolnej Enterococcus praktycznie nie występował w ślinie, podczas gdy u myszy leczonych lekiem jego względna ekspresja wynosiła 0,0001–0,0018. Analiza metodą lasów losowych (random forest) wskazała Enterococcus jako jeden z głównych predyktorów różnicujących grupy.

W pilotażowym badaniu próbek ludzkich (n=3) względna obfitość Enterococcus w ślinie pacjentów przyjmujących olanzapinę była istotnie wyższa niż w grupie kontrolnej (17,35±1,15 vs 1,00±0,19; p<0,05). To zgodne z obserwacjami u myszy i sugeruje, że zjawisko to może występować również u ludzi.

„Nasze wyniki sugerują, że olanzapina może zwiększać względną obfitość Enterococcus w jamie ustnej, co może być jednym z potencjalnych czynników przyczyniających się do utraty masy kostnej” – piszą autorzy badania.

Szlak SAA1–COL1A1 – jak Enterococcus hamuje osteogenezę?

Aby wyjaśnić mechanizm molekularny, badacze poddali ludzkie komórki macierzyste więzadła ozębnej (hPDLSCs) działaniu kwasu lipotechojowego (LTA) z Enterococcus – głównego czynnika wirulencji tej bakterii. Po 7 dniach inkubacji z LTA w stężeniach 10 i 20 μg/ml przeprowadzono barwienie alkalicznej fosfatazy (ALP) oraz sekwencjonowanie całego transkryptomu.

Barwienie ALP wykazało zależne od dawki zmniejszenie intensywności zabarwienia w komórkach traktowanych LTA, co potwierdza hamujący wpływ na różnicowanie osteogenne. Sekwencjonowanie RNA ujawniło 153 geny z podwyższoną ekspresją i 178 z obniżoną (q<0,05, fold change >2 lub <0,5). Wśród 20 genów o największych zmianach ekspresji najsilniej nadekspresjonowany był SAA1 (fold change = 4,28; p = 3,81×10⁻⁸⁵), a najbardziej stłumiony COL15A1 (fold change = 0,39; p = 2,40×10⁻³⁶).

Analiza wzbogacenia GO i KEGG wykazała, że różnicowo ekspresjonowane geny były ściśle związane ze szlakami macierzy pozakomórkowej oraz szlakiem sygnałowym NF-κB (zapalenie). Walidacja qPCR potwierdziła nadekspresję SAA1 i obniżenie COL15A1 oraz innych genów związanych z metabolizmem kości, takich jak TGFBI, PLAU, FRAS1, DKK1, NKD1 i CXCL12.

SAA1 (serum amyloid A1) koduje białko ostrej fazy, silnie ekspresjonowane w odpowiedzi na zapalenie i uszkodzenie tkanek. Aby sprawdzić jego rolę w hamowaniu osteogenezy, naukowcy wyciszyli gen SAA1 w hPDLSCs za pomocą siRNA. Po wyciszeniu SAA1 barwienie ALP było intensywniejsze i obejmowało większy obszar, a ekspresja genu COL1A1 (kolagen typu I alfa 1) uległa istotnemu wzrostowi (p<0,0001).

Analiza interakcji białkowych (PDBePISA, PyMol) wykazała, że białka kodowane przez SAA1 i COL1A1 mogą się wiązać poprzez wiązania wodorowe i mostki solne. Powierzchnia interfejsu między SAA1 a COL1A1 wynosi 2689 Ų, a energia swobodna (ΔG) w tym modelu dokowania to −27,7 kcal/mol, co wskazuje na znaczące i stabilne wiązanie. Kluczowe miejsca wiązania to aminokwasy 17–108 w SAA1 oraz 88–1384 w COL1A1, z ważnymi resztami takimi jak Glu92, Asp78, Gln98 (SAA1) oraz Gly183, Gln1380, Glu1384 (COL1A1).

Co to oznacza dla praktyki klinicznej i przyszłych badań?

To badanie po raz pierwszy łączy stosowanie olanzapiny z zaburzeniami mikrobioty jamy ustnej i wskazuje na możliwy mechanizm niezależny od hiperprolaktynemii. Wzrost Enterococcus w jamie ustnej pacjentów przyjmujących olanzapinę, połączony z nadekspresją SAA1 i obniżeniem COL1A1, sugeruje nowy szlak patogenetyczny prowadzący do utraty masy kostnej.

Dla lekarzy psychiatrów i internistów kluczowe jest regularne monitorowanie gęstości mineralnej kości u pacjentów długotrwale leczonych olanzapiną, szczególnie u osób z dodatkowymi czynnikami ryzyka osteoporozy. Wyniki te otwierają również możliwość przyszłych interwencji terapeutycznych ukierunkowanych na modulację mikrobioty jamy ustnej lub blokowanie szlaku SAA1–COL1A1 w celu zapobiegania powikłaniom kostnym.

Warto podkreślić, że Enterococcus, choć rzadki w jamie ustnej osób zdrowych, jest patogenem oportunistycznym o wysokiej tolerancji środowiskowej. Jego wykrycie nawet w niskiej obfitości może wiązać się z istotną patogennością i lokalnym uszkodzeniem tkanek, w tym kości. Wcześniejsze badania pokazały, że Enterococcus może powodować zapalenie okołowierzchołkowe i znaczną destrukcję kości u myszy, a także promować zapalenie jelit związane z ogólnoustrojową utratą masy kostnej.

Mechanizm działania SAA1 może obejmować nie tylko bezpośrednie wiązanie z kolagenem typu I, ale również pośrednie wpływy przez zwiększenie aktywności kolagenaz (MMP-1, MMP-8, MMP-13), zmniejszenie oksydazy lizynowej (enzym sieciujący kolagen) oraz indukcję autofagii i degradacji kolagenu przez szlaki MMP. Te wielokierunkowe oddziaływania mogą wyjaśniać silny efekt hamujący osteogenezę obserwowany w eksperymentach.

Jakie są ograniczenia badania i kierunki dalszych prac?

Autorzy badania otwarcie wskazują na kilka ograniczeń. Po pierwsze, model in vivo nie wyklucza całkowicie innych potencjalnych czynników indukowanych przez olanzapinę, takich jak zmiany poziomu prolaktyny czy szlaków metabolicznych, które również mogą wpływać na metabolizm kostny. Po drugie, stosunkowo niewielka liczebność próby (71 uczestników w badaniu klinicznym, 10 myszy w każdej grupie eksperymentalnej) może ograniczać uogólnialność i moc statystyczną wyników.

Z tego powodu rolę Enterococcus i SAA1 należy interpretować jako sygnały eksploracyjne, a nie ustalone mechanizmy. Przyszłe badania powinny zwiększyć liczebność próby, stosować standaryzowane modele zwierzęce i – tam gdzie to możliwe – wykorzystywać modele kolonizacji lub eliminacji bakterii, aby bezpośrednio ocenić wpływ Enterococcus na fenotyp kostny.

Ponadto, mechanizm zmiany masy ciała pod wpływem olanzapiny jest złożony i zależy od płci, szczepu zwierzęcia i środowiska hodowli. U niektórych szczepów myszy (np. A/J) obserwowano nawet utratę masy ciała, co wymaga dalszych badań w celu wyjaśnienia tych rozbieżności.

Co nowego wnosi to badanie do wiedzy o olanzapinie i zdrowiu kości?

Badanie dostarcza pierwszych dowodów łączących stosowanie olanzapiny z zaburzeniami mikrobioty jamy ustnej i wskazuje na możliwy mechanizm utraty masy kostnej niezależny od hiperprolaktynemii. Olanzapina istotnie obniża gęstość mineralną kości u pacjentów ze schizofrenią (β szyjki kości udowej −1,34; p<0,001) oraz u myszy, co potwierdza kliniczne znaczenie tego problemu. Wzrost względnej obfitości Enterococcus w jamie ustnej – zarówno u myszy, jak i w pilotażowych próbkach ludzkich – sugeruje, że zmiany mikrobioty mogą odgrywać istotną rolę w patogenezie zaburzeń kostnych.

Mechanizm molekularny prawdopodobnie obejmuje nadekspresję genu SAA1 indukowaną przez LTA z Enterococcus, co prowadzi do obniżenia ekspresji COL1A1 i zaburzeń macierzy pozakomórkowej, kluczowej dla osteogenezy. Wyciszenie SAA1 przywraca ekspresję COL1A1 i poprawia różnicowanie osteogenne, co potwierdza rolę tego szlaku. Analiza interakcji białkowych wskazuje na bezpośrednie wiązanie SAA1 z COL1A1, co może dodatkowo tłumaczyć obserwowane efekty.

Te odkrycia otwierają nowe perspektywy terapeutyczne – od monitorowania mikrobioty jamy ustnej u pacjentów przyjmujących olanzapinę, przez interwencje probiotyczne lub antybakteryjne, po potencjalne targetowanie szlaku SAA1–COL1A1 w celu ochrony zdrowia kości. Konieczne są jednak dalsze, większe badania kliniczne i mechanistyczne, aby potwierdzić te hipotezy i opracować konkretne strategie prewencyjne i terapeutyczne.