Nieuwe strategieën gericht op PCSK9 in patiënten met hypercholesterolemie

Introductie

In 2003 bleken twee gain-of-function (GOF) mutaties in het PCSK9-gen geassocieerd te zijn met autosomaal dominante hypercholesterolemie. In 2004 werd de mogelijkheid van PCSK9 beschreven om afbraak van de lever LDL-receptor (LDLR) te stimuleren. Toen loss-of-function (LOF) mutaties werden ontdekt in individuen met levenslang lage waarden van LDL-c en laag risico op coronaire hartziekte, werd PCSK9 een aantrekkelijk therapeutisch doelwit om LDL-c waarden te verlagen.

Met remming van PCSK9 wordt afbraak van de LDLR voorkomen, waardoor de opname van LDL-deeltjes uit het bloed doorgaat, wat resulteert in lagere LDL-c waarden. Monoclonale antilichamen (mAb’s) waren de eerste strategie die werd ontwikkeld om PCSK9-waarden te verlagen. Dit is een samenvatting van een overzichtsartikel over andere strategieën gericht op PCSK9 die momenteel in ontwikkeling zijn, evenals andere veelbelovende innovatieve strategieën.

Remming van de PCSK9-LDLR interactie met monoclonale antilichamen

De eerste goedgekeurde farmacologische strategie om PCSK9-waarden te verlagen is injectie met anti-PCSK9 mAb’s. De mAb’s evolocumab en alirocumab zijn gericht op circulerend PCSK9 en verlagen significant LDL-c waarden met ~60% en Lp(a)-waarden met 20-30%. Evolocumab en alirocumab verlagen significant de incidentie van CV events met 15%, zoals werd aangetoond in respectievelijk de FOURIER en ODYSSEY trials. Anti-PCSK9 mAb’s worden elke maand of tweewekelijks zelf geïnjecteerd, wat therapietrouw zou kunnen verbeteren in vergelijking met dagelijkse orale statines. Kleinere variabiliteit in LDL-c waarden wordt verkregen met twee-wekelijkse dosering dan met vier-wekelijkse dosering. Twee jaar behandeling met evolocumab gaf aanhoudende verdraagbaarheid, adherentie, veiligheid en effectiviteit in statine-intolerante patiënten die statine-geassocieerde spiersymptomen hadden. Samengevat hebben de momenteel beschikbare data laten zien dat anti-PCSK9 mAb’s veilig zijn, zelfs in individuen die zeer lage LDL-c waarden behalen.

Uitschakeling PCSK9-gen en CRISPR bewerking

Expressie van PCSK9 kan geblokkeerd worden met ‘gene silencing’, een fysiologisch post-transcriptioneel proces waarin geselecteerde genen worden uitgeschakeld. Een farmacotherapeutisch voorbeeld van gen-uitschakeling is behandeling met ‘small interfering RNA’ (siRNA) dat de expressie van specifieke genen kan reguleren, waaronder genen die betrokken zijn bij het lipiden- en lipoproteïnemetabolisme. Inclisiran is een dubbelstrengs siRNA gericht tegen PCSK9. Data van een fase I studie in gezonde vrijwilligers met LDL-c ≥100 mg/dL toonde aan dat een enkele dosis van 300 mg onderhuids geïnjecteerde inclisiran PCSK9-waarden met ~75% en LDL-c waarden met ~50% verlaagde gedurende zes maanden. Bovendien verlaagde een twee-doses regime van inclisiran, elk 300 mg, LDL-c waarden met 52.6% in de ORION-1 fase 2 trial, wat vergelijkbaar is met waarden die verkregen worden met mAb’s voor zes maanden.

Het siRNA inclisiran kan intracellulaire PCSK9-waarden in de lever verlagen, maar dalingen in apoB, non-HDL-c, VLDL-c en triglyceriden waren vergelijkbaar met die werden verkregen met mAb’s, wat een beperkt effect van hepatisch intracellulair PCSK9 in het cholesterolmetabolisme suggereert. Het langetermijneffect van inclisiran op klinische uitkomsten en zijn effect in patiënten met hypercholesterolemie en heterozygote familiaire hypercholesterolemie (FH) zullen worden onderzocht in respectievelijk de ORION-4 en een klinische fase 3 trial. Tot nu toe zijn geen bijeffecten gezien met inclisiran.

Een alternatieve benadering is de afgifte van CRISPR-Cas9 in de lever voor de in vivo ‘base editing’ van PCSK9. Hoewel in vivo en in utero studies met muizen een reductie in plasma en serum cholesterolwaarden hebben aangetoond, zonder duidelijke aanwijzingen voor off-target mutagenese, is meer onderzoek nodig om te evalueren of vertaling naar de kliniek gepast is.

Remming van PCSK9 mRNA translatie

Een andere aantrekkelijke strategie zou kunnen zijn om PCSK9 synthese te blokkeren met translationele remming van PCSK9 mRNA. Een oraal actief component bleek inderdaad de translatie van PCSK9 efficiënt te kunnen verstoren. Verdere ontwikkeling van deze strategie werd echter stilgezet door het gebrek aan specificiteit voor PCSK9. PCSK9 mRNA zou ook post-transcriptioneel geremd kunnen worden met microRNA mimetica, zoals miR-191, miR-222 en miR-224. Het moet echter worden opgemerkt dat deze miR’s niet specifiek zijn voor PCSK9.

Autocatalytische omzetting van proPCSK9 als therapeutisch doelwit

PCSK9 expressie kan ook geremd worden door interferentie met de autocatalytische omzetting van proPCSK9 naar PCSK9. PCSK9 kan alleen het endoplasmatisch reticulum (ER) verlaten na de autocatalytische splitsing van het zymogeen proPSK9 en de vorming van een heterodimeer van ‘mature’ PCSK9 met zijn prodomein. Natuurlijke en kunstmatig gegenereerde PCSK9-mutanten konden deze automatische omzetting niet ondergaan en bleven daarom in het ER. Dit werkt op een dominant-negatieve manier.

Heterozygote individuen die de PCSK9-Q152H LOF mutatie dragen, die autocatalytische splitsing voorkomt, lieten inderdaad lagere circulerende PCSK9 en LDL-c waarden zien. Dat deze patiënten in goede gezondheid verkeren suggereert dat volledige retentie van proPCSK9 in het ER niet resulteert in ongewenste bijeffecten. Hoewel remming van de autocatalytische omzetting een aantrekkelijke benadering lijkt te zijn, blijkt de ontwikkeling van een klein molecuul-remmer uitdagend, vanwege de niet-lineaire kinetiek van de omzetting van proPCSK9 naar PCSK9 en omdat zowel plasma- als ER-membranen overgestoken moeten worden om het ER-lumen te bereiken.

Als alternatief kunnen remmers die de interactie tussen de recentelijk gerapporteerde ER-afkomstige cargo-receptor SURF4 en ‘mature’ PCSK9 remmen, mogelijk PCSK9 secretie verlagen.

Andere remmers van PCSK9-LDLR binding

Andere strategieën om de interactie tussen PCSK9 en de LDLR te remmen, omvatten blokkade met EGF-A-achtige peptiden en klein molecuul-remmers. Verschillende ontwikkelstappen zijn gemaakt in de ontwikkeling van een EGF-A-achtig peptide dat effectief PCSK9-activiteit neutraliseert. Er is nog steeds ruimte voor verbetering van de structuur om een krachtige oraal actieve klein molecuul-remmer te genereren.

Kunstmatig gebouwde adnectines zijn fragmenten van het fibronectine Type III domein die het catalytische domein van PCSK9 binden. Terwijl ~50% reductie in LDL-c waarden werd behaald met een enkele injectie in cynomolgus-apen, werd deze strategie verworpen omdat het geen gunstiger vervanging zou zijn voor de mAb-benadering .

Een albumine-bindend domein-gefuseerd Anticalin-eiwit heeft een iets langere halfwaardetijd (~120 uur) in plasma vergeleken met mAb’s (~60-120 uur) en adnectines (~74-108 uur). Het verlaagt LDL-c waarden met ~50-60% tot na 21 dagen in cynomolgus-apen. Er wordt uitgekeken naar klinische trials die informatie verschaffen over effectiviteit en veiligheid van deze biologische geneesmiddelen.

Blokkade van PCSK9-LDLR verplaatsing naar lysosomen door CHRD antilichamen

Het C-terminale cysteïne-histidine-rijke domein (CHRD) van PCSK9 is cruciaal voor verplaatsing van het PCSK9-LDLR complex naar lysosomen/endosomen voor degradatie. Deletie van CHRD als strategie faalde, omdat het resulteerde in een inactieve uitgescheiden vorm van PCSK9 die nog steeds de LDLR bindt, maar de degradatie hiervan niet induceert. Dit onderzoek suggereerde dat een nog niet geïdentificeerd ‘eiwit X’ nodig is om te binden aan CHRD en/of LDLR om het PCSK9-LDLR complex richting lysosomale degradatie te sturen. Het voorkómen van complexformatie van PCSK9-LDLR met eiwit X zou daarom PCSK9 functie kunnen remmen. Een grote Fab die CHRD bindt remde inderdaad ~50% van het vermogen van extracellulair PCSK9 om de degradatie van LDLR te verhogen. Bovendien verlaagden mAb’s gericht tegen CHRD LDL-c waarden met ~40% in cynomolgus-apen.

Drie enkel-domein-antilichamen (sdAbs) zijn recent ontwikkeld die alleen de C-terminale M1/M3 domeinen van het CHRD van PCSK9 herkennen. Deze sdAbs verlagen, wanneer gefuseerd met een Fc-sequentie van muis, LDL-c waarden met ~50% gedurende meer dan 17 dagen in muizen die alleen humaan PCSK9 tot expressie brengen. In tegenstelling tot mAb’s, remden deze sdAbs niet de vorming van het PCSK9-LDLR complex. sdAbs zijn niet zo effectief als mAb’s, maar ze kunnen gebruikt worden om de mechanismen die ervoor zorgen dat het PCSK9-LDLR complex naar endosomen/lysosomen wordt gestuurd te ontrafelen en om essentiële residuen te identificeren die dergelijk transport reguleren.

PCSK9 vaccin

Als alternatief kan het immuunsysteem worden geïnstrueerd om endogeen circulerend PCSK9 te elimineren door middel van PCSK9-peptidegebaseerde vaccins. Preklinische studies hebben een sterke en lang aanhoudende immuunreactie aangetoond, en als gevolg daarvan verlaagde plasmawaarden van PCSK9, totaal cholesterol en niet-HDL-C, evenals systemische inflammatie in muizen. Ook lieten geïmmuniseerde muizen een kleinere atherosclerotische laesiegrootte en inflammatie van de aorta zien.

Een fase I trial toonde veiligheid en verdraagbaarheid aan van het vaccin in gezonde individuen met een PCSK9-specifieke antilichaamreactie in een grote meerderheid van de geïmmuniseerde individuen. LDL-c was verlaagd met gemiddeld 13.3% in week 70 en dit hield aan voor ten minste 30 weken na een extra inenting. De mogelijkheid van ernstige onverwachte bijeffecten door de afwezigheid van PCSK9 expressie in volwassen levers moet nog uitgesloten worden, voornamelijk in diegenen met verminderde leverfunctie.

Conclusie

Er wordt gedacht dat PCSK9 andere functies heeft in de ontwikkelende lever dan in extrahepatische weefsels. Alirocumab en evolocumab verlagen alleen circulerend PCSK9 afkomstig van hepatocyten. Hoewel in enkele individuen functioneel PCSK9 ontbreekt, zal moeten blijken of silencing van hepatisch intracellulair en uitgescheiden PCSK9 met siRNA of levenslange deletie van PCSK9 in de lever en extrahepatische weefsels met CRISPR-Cas9 even gunstig is.

Concluderend; er is een paradigmaverschuiving opgetreden in de behandeling van hypercholesterolemie nadat PCSK9 en zijn rol in de regulatie van LDL-c werd ontdekt. Hoewel sommige injecteerbare tegen PCSK9-gerichte middelen snel evolueren, worden in de toekomst mogelijk veilige, oraal actieve PCSK9-remmers ontwikkeld. Van deze oraal actieve PCSK9-remmers wordt verwacht dat ze goedkoper zijn en daarom mogelijk vaker worden gebruikt in de behandeling van verschillende pathologieën die baat hebben bij lage PCSK9-waarden.

Vind dit artikel op Cardiovascular Research