E . CERBAI Università degli Studi di Firenze

1. Tenth International Symposium HEART FAILURE & Co. CARDIOLOGY SCIENCE UPDATE FEMALE DOCTORS SPEAKING ON FEMALE DISEASES Milano 9 - 10 aprile 2010 Gender-SpecificPharmacology: Implications for Heart Failure Therapies Farmacologia di genere: le implicazioni per il trattamento dell’insufficienza cardiaca E. CERBAI Università degli Studi di Firenze

2. Malattie CV e altre cause dimortenelledonne AHA report; (United States: 2006). Source: NCHS and NHLBI.

3. Gender-Specific Pharmacology: Implications for Heart Failure therapy • Aspetticlinici • Meccanismi molecolari • Implicazioni farmacologiche

4. Differenzedigenerenellapresentazioneclinicadimalattie CV Modificato da Regitz-Zagrosek V., Nature RevDrugDiscov 2006

5. Differenzedigenerenellaeziopatogenesidi HF • Nelledonne la funzionesistolica è megliopreservata (da qui la prevalenzarelativamentemaggiorediinsufficienzadiastolica). • Questa differenzapotrebbeessereattribuita a unamaggioreprotezionenella donna neiconfrontidiqueimeccanismimolecolari e cellularicheportano ad apoptosi, ipertrofia e fibrosi, e quindi a scompenso.

6. Diagnosi e presentazioneclinicadi HF: differenzedigenere • Possonoportare a unasottovalutazionedellamalattia e/o terapiainadeguata • Possonocomportarerischidiversi (ad esempiodiaritmie per interazionifarmacologiche)

7. Gender-Specific Pharmacology: Implications for Heart Failure therapy • Aspetticlinici • Meccanismi molecolari • Implicazioni farmacologiche

8. Differenzedigenere e HF: cosaciinsegnanoimodellisperimentalidimalattie CV? Modificato da Regitz-Zagrosek V., Nature RevDrugDiscov 2006

9. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: meccanismi EffettiCV degliestrogeni, progestinici e androgeni: • ModulazionepositivadellaproduzionediNO: azioneanti-ipertrofica, anti-apoptoticae vasodilatante • Funzionevascolare: minore espressione di proteine di adesionee VEGF • Espressione genica a livello cardiomiocitario: ANP, connexine (Cx), matrice extracellulare, ecc. • Signaling cardiomiocitariocorrelatoallacrescita e metabolismocellulare: modulazionediPI3K e AKT • Modulazionedicanaliionici e dell’omeostasi del calcio e recettori beta adrenergici • Modulazionedel RAAS e dell’endotelina

10. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: meccanismi • EffettiCV degliestrogeni, progestinici e androgeni: • • ModulazionepositivadellaproduzionediNO: azioneanti-ipertrofica, anti-apoptoticae vasodilatante • • Funzionevascolare: minore espressione di proteine di adesione e VEGF • • Espressione genica a livello cardiomiocitario: ANP, connexine (Cx), matrice extracellulare, ecc. • • Signaling cardiomiocitariocorrelatoallacrescita e metabolismocellulare: modulazionedi PI3K e AKT • • Modulazioneneuroumorale (RAAS, endotelina, NE) • Modulazionedicanaliionici e dell’omeostasi del calcio e recettori beta adrenergici

11. Vie disegnalazione associate allastimolazioneestrogenicaneicardiomiociti Furukawa T, Kurokawa J. PharmacolTher. 2007 Jul;115(1):106-15.

12. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: estrogeni e NO Gliestrogeniaumentano la sintesidi NO attivando la eNOS (endothelial NO synthase) senzamodificarnel’espressione. Questoeffetto è mediatosoprattuttodaERαlocalizzatinelplasmalemmadi cellule endoteliali in specialiinvaginazioni (caveolae) I recettori ER legati all’ormone attivano la tirosinkinasi non-recettoriale SRC, la subunitàregolatoriadiPI3K, promuovendol’attivazionedi PI3K e AKT, con attivazionedieNOS Infine, i recettori ER membranari stimolano eNOS attraverso l’attivazione di proteine G. NO esercitaazione anti-ipertrofica e anti-apoptotica e modulailivellidicalciointracellulareed EC coupling

13. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: meccanismi • EffettiCV degliestrogeni, progestinici e androgeni: • • ModulazionepositivadellaproduzionediNO: azioneanti-ipertrofica, anti-apoptoticae vasodilatante • • Funzionevascolare: minore espressione di proteine di adesionee VEGF • • Espressione genica a livello cardiomiocitario: ANP, connexine (Cx), matrice extracellulare, ecc. • • Signaling cardiomiocitariocorrelatoallacrescita e metabolismocellulare: modulazionediPI3K e AKT • • Modulazione neuroumorale (RAAS, endotelina, NE) • Modulazionedicanaliionici e dell’omeostasi del calcio e recettori beta adrenergici

14. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: Ang-II e RAAS Ang-II neicardiomiocitidiratti STZ La protezione CV nelledonne in pre-menopausasembraassociataall’inibizione del RAAS da parte degliestrogeni. Gliestrogeniendogeni (non quelliesogeni) inibiscono la sintesidiangiotensinogenonelfegato e l’espressionedeirecettori AT1 nelmiocardio, mentrel’espressionedi AT2 sembraaumentatanelcuore e nelrene. Gliestrogeniesogeniagiscono in manieradiversa e possonoindurre, anzichéinibire, la sintesiepaticadiangiotensinogeno. Male Female Shimoni et al., Am J Physiol287: H311-H319, 2004;

15. Meccanismimolecolaridelledifferenzedigenere: catecolamine Il trasportatoredellecatecolamine (NorEpinephrine Transporter o NET) è menoattivonelgenerefemminile. La sovrastimolazioneadrenergica è stataassociataallacardiopatiadiTako-tsubo (TTC) che ha una netta prevalenza nel genere femminile. La diminuzione degli estrogeni nella menopausa potrebbe quindi predisporre, tra l’altro, a TTC. Tra le varie azioni di NO, c’è anche un effetto antiadrenergico (mediato soprattutto dalla nNOSmiocitaria) che limita gli effetti della beta-stimolazione.

16. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: meccanismi EffettiCV degliestrogeni, progestinici e androgeni: • ModulazionepositivadellaproduzionediNO: azioneanti-ipertrofica, anti-apoptoticae vasodilatante • Funzionevascolare: minore espressione di proteine di adesionee VEGF • Espressione genica a livello cardiomiocitario: ANP, connexine (Cx), matrice extracellulare, ecc. • Signaling cardiomiocitariocorrelatoallacrescita e metabolismocellulare: modulazionediPI3K e AKT • Modulazione neuroumorale (RAAS, endotelina, NE) • Modulazionedicanaliionici e dell’omeostasi del calcio e recettori beta adrenergici

17. Excitation-contraction coupling e NO *NO * depolarization ATPase Ca NCX Ca Na * ICaL * Efflux * RyR2 Calstabin2 SERCA2 CICR SR Ca2+ store Ca2+reuptake * PLN T-tubule Ca2+release Contraction Relaxation * Nediani , Borchi, Raimondi & Cerbai , ARS 2010

18. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF: meccanismielettrofisiologici • L’elettrogenesicardiacadifferiscenei due sessi. • Le donnehanno : • unafrequenzacardiaca a riposopiùalta • maggiore heart-rate variability • QTcpiùlungo • prolungamentodiQTcmaggioreallebassefrequenze • maggioresuscettibilità a TdP

19. Potenzialed’azioneventricolare, conduttanzeioniche e modulazioneda parte diestrogeni/androgeni = 17-βestradiol = testosterone      =  

20. Gender-Specific Pharmacology: Implications for Heart Failure therapy • Aspetticlinici • Meccanismi molecolari • Implicazioni farmacologiche

21. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca • Digossina • ACE-I • Beta-bloccanti • Aspirin • Diuretici • Statine • Sotalolo e farmaci che prolungano QT

22. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca Rathore et al., N Engl J Med. 2002;347(18):1403 • Digossina La terapia con digossina è associata ad un aumentatorischionella donna – ma non nell’uomo – con HF o disfunzioneventricolare. La maggioresuscettibilitàpuòesseredovuta a differenzefarmacocinetiche ( conc. plasmaticadifarmacolibero,  binding muscoloscheletrico)

23. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca • Digossina • ACE-I • Beta-bloccanti • Aspirin • Diuretici • Statine • Sotalolo e farmaci che prolungano QT

24. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca Wing et al., N Engl J Med. 2003;348:583 • ACE-I

25. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca • Digossina • ACE-I • Beta-bloccanti • Diuretici • Aspirin • Statine • Sotalolo e farmaci che prolungano QT

26. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca Luzier et al., ClinPharmacolTher. 1999; 66:594 • Beta-bloccanti I risultatideigrandi trial clinici (MERIT, CIBIS II, COPERNICUS) hannoportato a risultatiinconcludentinelledonneperchépocorappresentatenellacoortedeipazienti. Differenzedigenerenellafarmacocineticapossonoesporre a concentrazioniplasmatichepiù elevate. S-metoprololo R-metoprololo Donne Uomini

27. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca • Digossina • ACE-I • Beta-bloccanti • Diuretici • Aspirin • Statine • Sotalolo e farmaci che prolungano QT

28. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca Toner et al., Br J Clin Pharmacol 1984;18:449–52 • Diuretici I diureticisono in generalepiùusatinelledonne, anche se possono dare eventiavversipiùfrequenti. Ad esempio, iponatremia e ipopotassemiasonopiùprobabilinelledonne, e associate a effetticollateralipiùgravi (LQTS e aritmie). Donne Uomini

29. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiacaDifferenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca • Digossina • ACE-I • Beta-bloccanti • Diuretici • Aspirin • Statine • Sotalolo e farmaci che prolungano QT

30. Farmacoterapiadella HF: LQT e rischioaritmogeno Mutazioni a carico di canali ionici causano la LQT syndrome. LQT1 e LQT2 sonodovute a mutazionideicanalidipotassioIKs e IKr, rispettivamente; LQT3 del canale del sodio. LQT1 e LQT2 sonopiùgravi.

31. Farmacoterapiadella HF: LQT e rischioaritmogeno

32. Farmacoterapiadella HF: LQT e rischioaritmogeno K+ K+ Na+ Na+ LQT

33. Cumulative probability of the first cardiac event in long QT syndrome carriers age ≤ 15 years by gender and genotype Zareba et al., JACC 2003; 42:103-109 I pazienti LQT1 e LQT2 hannomaggiorrischiodieventi. Nell’infanzia, ilrischiodieventicardiaci è maggioreneimaschi LQT1 rispettoallefemmine LQT1, simile per pazienti LQT2 e LQT3.

34. Cumulative probability of the first cardiac event in long QT syndrome carriers age 16 to 40 years by gender and genotype, conditional on no cardiac event before age 16 Zareba et al., JACC 2003; 42:103-109 Negliadulti, le donne LQT1 e LQT2 hannomaggiorrischiodieventicardiacidegliuomini, neiqualiil testosterone contribuisce ad accorciare QT. Non esistonodifferenzedigenere per LQT3.

35. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca: meccanismi Differenzefarmacocinetiche: le donnehanno • minor peso corporeo e rapportomuscolo/grasso • minoreattivitàdialcunicitocromi P450 (CYP1A, CYP2E1) • minor attivitàdellaglicoproteina P • minoreattivitàdeglienzimidifase 2 glucurono- e solfo-trasferasi • maggioreattivitàdi CYP2D6 e CYP3A (incerto)

36. Differenzedigenerenellarispostaallaterapiadell’insufficienzacardiaca: meccanismi • Differenzefarmacocinetiche • Differenze farmacodinamiche

37. Potenzialed’azioneventricolare, conduttanzeioniche e modulazioneda parte diestrogeni/androgeni • = 17-βestradiol • = testosterone • = HF • Farmaci (ad es., sotalolo) • Diuretici (ipokalemia)         =    

38. Farmaci, cardiomiopatie, squilibri ionici Acquisita Fattoricongeniti, alterazioniacquisite e farmacicooperano al rischioaritmogenonell’insufficienzacardiaca Mutazioni, polimorfismi, differenze di genere Congenita

39. Fattoricongeniti, alterazioniacquisite e farmacicooperano al rischioaritmogenonell’insufficienzacardiaca HF: ridotta riserva di ripolarizzazione Genere femminile Effetto del farmaco su HERG Prolungamento del QT

40. Fattoricongeniti, alterazioniacquisite e farmacicooperano al rischioaritmogenonell’insufficienzacardiaca Farmaci che prolungano QT Antiaritmici di Classe I e III (amiodarone, sotalolo, chinidina, procainamide, etc.) Fenotiazine (haloperidolo, clorpromazina, ..) Antidepressivi Triciclici (imipramina, nortriptilina, ..) AntiistaminiciNon-sedativi (terfenadina, astemizolo) Macrolidi (eritromicina, azithomicina,..) Procinetici (cisapride) Stimolanti Agonisti Adrenergici Metilxantine Anti-asmatici Droghe d’abuso (cocaina, ecc.) Blocco di HERG

41. Gender-Specific Pharmacology: Implications for Heart Failure therapy • È necessario un approcciointegrato • fisiopatologico • cellulare e molecolare • farmacologico • clinico • per comprenderel’entità e la rilevanzadelledifferenzedigenerenell’ottimizzazione e personalizzazionedellaterapia per l’insufficienzacardiaca.

42. Gender-Specific Pharmacology: Implications for Heart Failure therapy Grazie!

43. Differenzedigenerenellaincidenzadimalattiecardiovascolari* * CAD, HF, stroke, hypertension; AHA report 2010; Source: NCHS and NHLBI.

44. Vie disegnalazione associate allastimolazioneestrogenicaneicardiomiociti Regitz-Zagrosek V., Nature RevDrugDiscov 2006

45. Drug-Induced QT Prolongation in Women During the Menstrual Cycle Rodriguez et al., JAMA 2001; 285:1322 Mean Change in QTc Interval AUC - First hour afteributilideinfusion BaselineQTcinterval

46. Differenzedigenerenellaeziopatogenesidella HF Modificato da Regitz-Zagrosek V., Nature RevDrugDiscov 2006

47. Differenzedigenerenellaprevalenzadi HF (AHA, NHANES: 2003-2006).

48. Differenzedigenerenellaincidenzadi HF AHA report: FHS 1980-2003 HF based on physician review of medical records and strict diagnostic criteria.

49. Differenzedigenerenellapatogenesidella HF Witt et al., J Mol Med (2008) 86:1013–1024

50. Potenzialed’azioneventricolare in cardiomiocitidapazienti con HF sottoposti a trapiantocardiaco Verherk et al., Int Heart J 2005