Inhibition of the lactic acid transporters MCT1 and MCT4 as an underlying mechanism for drug-induced myopathy

Abstract

Les myopathies induites par les médicaments représentent un effet secondaire sérieux causé par plusieurs médicaments. Ces symptômes musculaires varient de myalgies légères avec ou sans élévation de créatine kinase, faiblesse musculaire, myosite, jusqu’à de rares rhabdomyolyses potentiellement mortelles. Bien que les myalgies légères soient tolérables, les myopathies chroniques affectent la qualité de vie des patients, requérant souvent la cessation d’une thérapie efficace. Le mécanisme sous-jacent à ces myotoxicités causées par les médicaments est connu pour certains composés, mais demeure obscur pour plusieurs (ex. statines). Les statines constituent une thérapie efficace pour la diminution du cholestérol, mais elles sont reconnues pour causer ces effets secondaires. De nombreux facteurs augmentant les concentrations plasmatiques de statines (ex. doses élevées, interactions médicamenteuses, polymorphismes génétiques) semblent être liés à une fréquence de myotoxicité plus élevée. Conséquemment, le métabolisme et le transport des médicaments, contrôlant l’absorption globale, la distribution et l’élimination, peuvent devenir importants. Cependant, ces facteurs peuvent seulement expliquer partiellement les désordres musculaires observés. Même si plusieurs mécanismes sont proposés pour les myotoxicités induites par les statines, le mécanisme exact responsable de cet effet est controversé, puisque les études rapportent des résultats contradictoires. Puisque l’exercice semble exacerber les douleurs musculaires chez les patients prenant des statines, l’hypothèse derrière ce projet est que le transport de l’acide L-lactique par les transporteurs de monocarboxylates serait impliqué dans le développement des myotoxicités. Puisque l’acide L-lactique est l’un des sous-produits majeurs résultant de l’activité physique, son élimination efficace des cellules musculaires est essentielle. L’administration de médicaments inhibant compétitivement ces transporteurs pourrait mener à une perturbation de l’homéostasie de l’acide L-lactique et à des désordres musculaires. L’objectif du premier volet de cette étude était d’évaluer le potentiel d’inhibition des médicaments acides sur le transport d’acide L-lactique en utilisant les lignées cellulaires cancéreuses Hs578T et MDA-MB-231 exprimant sélectivement MCT1 ou MCT4, respectivement. Ces lignées cellulaires ont permis la caractérisation des transporteurs avec la détermination de leurs paramètres cinétiques et d’inhibition. Le but principal du deuxième volet de cette étude était de confirmer le potentiel d’inhibition de l’atorvastatine, simvastatine, rosuvastatine et loratadine sur le transport d’acide L-lactique dans un cadre plus physiologique en utilisant des cellules musculaires squelettiques primaires humaines (SkMC). L’objectif global de ce projet de doctorat était de mieux comprendre les mécanismes derrière certaines myopathies induites par les médicaments, plus spécifiquement celles induites par les statines et la loratadine, en étudiant les transporteurs de monocarboxylates impliqués dans le transport d’acide L-lactique et l’homéostasie du pH dans le muscle. La loratadine et l’atorvastatine ont démontré le meilleur potentiel d’inhibition de l’efflux d’acide L-lactique dans les lignées cellulaires, une observation confirmée dans les SkMC. Cette inhibition pourrait causer une accumulation intracellulaire d’acide L-lactique menant à une acidification et à des désordres musculaires. De futures études dans des modèles in vivo sont requises pour confirmer l’impact physiologique de nos résultats dans un cadre clinique. Ces données permettraient une meilleure compréhension des myopathies induites par les statines et la loratadine et permettront ainsi de prévenir leur occurrence en optimisant les stratégies thérapeutiques.

Drug-induced myopathy is a serious side effect caused by various widely-administered medications. These muscle-related symptoms range from mild myalgia with or without creatine kinase increase, muscle weakness, myositis, to rare life-threatening rhabdomyolysis. While mild myalgias can be tolerable, chronic myopathies can affect the patients' quality of life, frequently requiring the cessation of an effective drug. The underlying mechanism of these drug-induced myotoxicities is known for some drugs but remains unclear for most (e.g. statins). Statins constitute an effective cholesterol-lowering therapy, but they are known to cause these adverse drug reactions. Various factors increasing statin plasma levels (e.g. high doses, drug-drug interactions, genetic polymorphisms) seem to be linked with a higher occurrence of myotoxicity. Consequently, systemic drug metabolism and transport, controlling overall absorption, distribution and elimination, can become important. However, these factors only partly explain the observed muscular disorders. Although there are several proposed mechanisms for statin-induced myotoxicity, the exact mechanism responsible for this effect is still debated with studies reporting conflicting results. Since exercise seems to exacerbate muscle pain in patients under statin treatment, the premise of this project is that L-lactic acid transport via the monocarboxylate transporters is involved in the development of drug-induced myopathy. Since lactic acid is one of the major byproducts resulting from physical activity, its efficient removal from the muscle cells is essential. Therefore, the administration of drugs competitively inhibiting those transporters may potentially lead to perturbation of L-lactic acid homeostasis and muscular disorders. The aim of the first part of this study was to assess the inhibitory potential of acidic drugs on L-lactic acid transport using breast cancer cell lines Hs578T and MDA-MB-231, which selectively express MCT1 or MCT4, respectively. These cell lines allowed transporter characterization with the determination of their kinetic parameters and inhibition. The main objective of the second part of this study was to confirm the inhibitory potentials of atorvastatin, simvastatin, rosuvastatin and loratadine on L-lactic acid transport in a more physiological setting using primary human skeletal muscle cells (SkMC). The overall goal of this doctoral project was to better understand the mechanisms behind certain drug-induced myopathies, more specifically those induced by statins and loratadine, by studying monocarboxylate transporters involved in lactic acid transport and pH homeostasis in the muscle. Loratadine and atorvastatin demonstrated the greatest potency for inhibition of L-lactic acid efflux first in cancer cell lines, an observation confirmed in SkMC. This inhibition may cause an accumulation of intracellular L-lactic acid leading to acidification and muscular disorders. Further studies with in vivo models are required to confirm the physiological impact of our findings in a clinical setting. These data will help understand statin- and loratadine-induced myopathy and prevent its occurrence by optimizing treatment strategies.