Der Einfluss des selektiven Androgenrezeptor- Modulators Enobosarm auf die Skelettmuskulatur im Modellorganismus der osteoporotischen Ratte
The influence of the selective androgen receptor modulator Enobosarm on the skeletal muscles in the model organism of the osteoporotic rat
von Danny Henkies
Datum der mündl. Prüfung:2020-03-03
Erschienen:2020-02-24
Betreuer:Dr. Marina Komrakova
Gutachter:Prof. Dr. Stephan Sehmisch
Gutachter:Prof. Dr. Dr. Stephan von Haehling
Gutachter:Prof. Dr. Martin Oppermann
Dateien
Name:Dissertation SARM 1 - Enobosarm Danny Henkies.pdf
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Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
Sarcopenia is a often underdiagnosed disease that is usually accomplished osteoporosis. We examined the effect of the selective androgen receptor modulator (SARM) Enobosarm on the skeletal muscles, using the ovariectomized rat as a model for postemonopausal conditions. Three-month-old Sprague Dawley rats where divided into five groups. Four groups were ovariectomized. In three of the ovariectomized groups (SARM 1(n=11), 2(n=10), und 3(n=11)), Enobosarm was applied at following doses 0.04 mg / kg / KG, 0.4 mg / kg / KG and 4.0 mg / kg / KG. The fourth ovariectomized group (OVX) served as a sick control group, whereas the non-ovariectomized group five (Non OVX) as a healthy control group. Eight weeks after ovariectomy, groups SARM 1 to 3 received therapy with Enobosarm mixed with soy free feed for five weeks. After five weeks of treatment, the M. Gastrocnemius, M. Soleus, part of the M. Longissimus and the Uteri were removed and the weights were determined. Blood was sampled for the analysis of creatine kinase, magnesium and calcium concentrations. Thin 12 μm sections of the muscles were made with a cryotome for hystological examinations. The ratio of capillaries to muscle fibers, the ratio of muscle fiber types and muscle fiber sizes were also determined. In addition, the enzyme activities of citrate synthase, lactate dehydrogenase and complex-1 were analyzed in the skeletal muscles. The uteri of the OVX and SARM 1 groups were significantly lighter compared to non OVX. That can be explained by the reduced estrogen level after ovariectomy. The uteri of the SARM 2 and SARM 3 groups showed a significant weight gain compared to OVX and SARM 1, but did not reach the weight of the healthy Non OVX group. This indicates a dose-dependent effect of Enobosarm on the uterus via the androgen receptors present there. This raises to the question about long-term influence and development in the worst case, hormone-stimulated malignant in the uterus. In Gastrocnemius and Longissimus muscles, there was increasing capillarization during therapy. This effect enhanced with increasing drug dosage. An increasing angiogenesis during therapy with SARM can be explained by a comparable effect of testosterone. There were no significant changes in the ratio of type 1 to type 2 muscle fibers when treated with Enobosarm. Similarly, it was previously reported after therapy with testosterone. Regarding the muscle fiber areas and - diameter, the evaluations showed a tendency to increase the size of the glycolytic cells. An increase in muscle strength and lean body mass during therapy with SARMs has been reported previously. A five-week therapy, as in our experiment, apparently is not sufficient to have a significant effect on the muscle fiber size. The activity of citrate synthase was significantly increased in M. Longissimus in SARM 3 group compared to the Non OVX group. In other muscles, a tendency to increased activity of CS was shown in the therapy groups SARM 2 and SARM 3. This points out a dose-dependent effect, as already shown in the uterus, and indicates an activity-increasing effect of Enobosarm on muscle cell metabolism. With regard to lactate dehydrogenase and complex-1 activities, no significant differences could be revealed. It appears that Enobosarm has no measurable effect on the glycolysis and respiratory chain in our model under the given conditions. No significant changes in magnesium, calcium and creatine kinase (CK) were found in serum. The lack of an increase in CK activity speaks against muscle cell damage induced by Enobosarm. The electrolyte balance also remained unchanged in serum. Enobosarm showed an overall dose-dependent anabolic effect on skeletal muscles and cell metabolism. There was an improved blood supply to the muscles through increasing capillarization and an increase in enzyme activity (shown on the citrate synthase). There is also a tendency to see an increase in size of the muscle fibers. With a long-term therapy, a stronger effect could be suggested. These processes could be further analyzed by investigating other factors, such as the expression of vascular endothelial growth factor, gel electrophoresis of myosin heavy-chain isoforms in skeletal muscle and analysis of androgen receptors in uterus. This could be a subject of further research on Enobosarm. The perspective for the approval of Enobosarm for the indication of sarcopenia, osteoporosis and comorbid sarco-osteoporosis is questionable since the efforts by GTx Inc.® regarding approval for sarcopenia have been rejected and shifted to other diseases such as tumorassociated cachexia in oncological patients. These patients suffer often not only from sarcopenia, but also from osteoporosis. However, our study was focused on the preventive effect with regard to sarcopenia in the rat model for postmenopausal conditions. In the following studies this should be taken into account, if necessary, also other unknown side effects on the organs, such as heart, uterus and liver could be investigated.
Keywords: SARM SARMs Enobosarm Ostarine Osteoporosis Sarcopenia
Deutsch
Sarkopenie ist eine oft unterdiagnostizierte Erkrankung welche häufig komorbide zur Osteoporose auftritt. Wir untersuchten die Wirkung des selektiven Androgenrezeptor- Modulators (SARM) Enobosarm auf die Skelettmuskulatur am Modell der ovariektomierten Ratte. Drei Monate alte Sprague Dawley Ratten wurden in fünf Gruppen unterteilt. Vier Gruppen wurden ovarektomiert um postmenopausale Bedingungen zu schaffen. An drei der ovarektomierten Versuchstiergruppen (SARM 1(n=11), 2(n=10), und 3(n=11)) wurde Enobosarm in den folgenden Wirkstoffdosierungen 0,04 mg/kg/KG, 0,4 mg/kg/KG und 4,0 mg/kg/KG getestet. Die vierte ovariektomierte Gruppe (OVX (n=9)) diente als kranke, die nicht ovariektomierte Gruppe fünf (Non OVX (n=10)) als gesunde Kontrollgruppe. Acht Wochen nach Ovariektomie bekamen die Gruppen SARM 1 bis 3 für insgesamt fünf Wochen eine Therapie mit Enobosarm über sojafreies Futter. Nach fünfwöchiger Behandlung wurden der M. Gastrocnemius, M. Soleus, ein Teil des M. Longissimus und die Uteri entnommen, sowie die jeweiligen Gewichte ermittelt. Aus dem Blut wurden die Kreatinkinase, Magnesium- und Kalzium-Konzentrationen bestimmt. Aus den Muskelproben wurden mit Hilfe eines Kryotoms 12 μm Dünnschnitte angefertigt und histologische Untersuchungen durchgeführt. Das Verhältnis von Kapillaren zu Muskelfasern, das Verhältnis der Muskelfasertypen und die Muskelfasergrößen wurden in Folge bestimmt. Zusätzlich wurden die Enzymaktivitäten der Citrat-Synthase, Laktatdehydrogenase und Komplex-1 in der Skelettmuskulatur analysiert. Die Uteri der Gruppen OVX und SARM 1 waren signifikant leichter im Vergleich zu Non OVX, was sich durch den reduzierten Östrogenspiegel nach Ovariektomie erklären lässt. Die Uteri der Gruppen SARM 2 und SARM 3 zeigten eine signifikante Gewichtszunahme im Vergleich zu OVX und SARM 1. Sie haben jedoch nicht das Gewicht der gesunden Vergleichsgruppe Non OVX erreicht. Dieses spricht für eine dosisabhängige Wirkung am Uterus über dort vorhandene Androgenrezeptoren. Hinterfragen muss man hier drohende Langzeitfolgen mit einer im schlimmsten Fall hormonell stimulierten Malignom-Entwicklung im Bereich des Uterus. In der Muskulatur, beispielhaft gezeigt am M. Gastrocnemius und M. Longissimus, kam es unter Therapie zu einer zunehmenden Kapillarisierung. Dieser Effekt stieg mit steigender Wirkstoffdosierung. Eine zunehmende Angiogenese unter Therapie mit Enobosarm lässt sich über eine vergleichbare Wirkung von Testosteron erklären. Es zeigten sich keine signifikanten Änderungen im Verhältnis von Typ-1- zu Typ-2- Muskelfasern unter Therapie mit Enobosarm. Dieses wurde auch nach Testosteron-Therapie berichtet. Bezüglich der Muskelfaserflächen und –durchmesser ergaben die Auswertungen eine tendenzielle Größenzunahme der glykolytischen Muskelzellen. Von einer Zunahme der Muskelkraft und der fettfreien Körpermasse, unter Therapie mit SARMs, ist bereits früher berichtet worden. Eine fünf Wochen dauernde Therapie, wie in unserem Versuch, ist anscheinend nicht ausreichend um einen signifikanten Effekt auf die Muskelfasergrößen zu erzielen. Die Aktivität der Citrat-Synthase der Gruppe SARM 3 war im M. Longissimus signifikant erhöht gegenüber der Gruppe Non OVX. Im Falle der anderen Muskeln konnte eine tendenzielle Aktivitätssteigerung der CS-Aktivität, v. a. in den Therapiegruppen SARM 2 und SARM 3 gezeigt werden. Diese spricht wiederum für eine dosisabhängige Wirkung, wie auch schon beispielhaft am Uterus gezeigt und deutet auf einen aktivitätssteigernden Effekt von Enobosarm auf den Zellmetabolismus hin. Bezüglich der Laktatdehydrogenase und des Komplex-1 konnten keine signifikanten Aktivitätsunterschiede nachgewiesen werden. Es erscheint, dass Enobosarm keinen messbaren Effekt auf die Glykolyse und Atmungskette in unserem Modell unter den gegebenen Voraussetzungen hat. In der Analyse des Serums fanden sich keine signifikanten Veränderungen von Magnesium, Kalzium und der Kreatinkinase (CK). Der fehlende Anstieg der CK-Aktivität spricht gegen einen durch Enobosarm induzierten Muskelzellschaden. Der Elektrolythaushalt im Serum blieb ebenfalls unverändert. Enobosarm zeigte insgesamt eine dosisabhängige anabole Wirkung auf die Skelettmuskulatur und den Zellmetabolismus. Es kam zu einer verbesserten Blutversorgung der Muskulatur durch eine zunehmende Kapillarisierung und einer Enzymaktivitätssteigerung (gezeigt an der Citrat- Synthase). Tendenziell lässt sich ebenfalls eine Größenzunahme der Muskelfasern erkennen. Bei länger andauernder Therapie wären noch größere Effekte zu erwarten. Diese Effekte könnten durch die Analyse weiterer Faktoren, wie der vaskulären endothelialen Wachstumsfaktoren sowie einer Gelelektrophorese der Isoformen der Myosinschwerketten im Skelettmuskel und einer Analytik der Androgenrezeptoren im Uterus, weiter untersucht werden. Dieses könnte Gegenstand weiterer Forschungsarbeiten mit Enobosarm sein. Fraglich stellt sich die perspektivische Zulassung von Enobosarm für die Indikation der Sarkopenie, Osteoporose und einer komorbiden Sarko-Osteoporose, da das Bestreben der Firma GTx Inc.® bezüglich einer Zulassung bei Sarkopenie verworfen und auf andere Erkrankungen, wie u. a. die Tumorassoziierte-Kachexie bei onkologischen Patienten verlagert wurde. Diese Patienten leiden häufig nicht nur an Sarkopenie, sondern auch an einer Osteoporose. Unsere Studie bezieht sich jedoch auf die präventive Wirkung bezüglich einer Sarkopenie, am Modellorganismus der für postmenopausale Bedingungen. Bei ggf. folgenden Studien sollte dieser Aspekt bedacht werden, auch mit dem Hintergrund weiterer noch unbekannter Nebenwirkungen an anderen Organen, wie z. B. dem Herzen, dem Uterus und der Leber.
Schlagwörter: SARM SARMs Enobosarm Ostarine Osteoporose Sarkopenie