Statins Protect Against Early Stages of Doxorubicin-induced Cardiotoxicity Through the Regulation of Akt Signaling and SERCA2

Abstract

Background: Doxorubicin-induced cardiomyopathy (DICM) is one of the complications that can limit treatment for a significant number of cancer patients. In animal models, the administration of statins can prevent the development of DICM. Therefore, the use of statins with anthracyclines potentially could enable cancer patients to complete their chemotherapy without added cardiotoxicity. The precise mechanism mediating the cardioprotection is not well understood. The purpose of this study is to determine the molecular mechanism by which rosuvastatin confers cardioprotection in a mouse model of DICM. Methods: Rosuvastatin was intraperitoneally administered into adult male mice at 100 μg/kg daily for 7 days, followed by a single intraperitoneal doxorubicin injection at 10 mg/kg. Animals continued to receive rosuvastatin daily for an additional 14 days. Cardiac function was assessed by echocardiography. Optical calcium mapping was performed on retrograde Langendorff perfused isolated hearts. Ventricular tissue samples were analyzed by immunofluorescence microscopy, Western blotting, and quantitative polymerase chain reaction. Results: Exposure to doxorubicin resulted in significantly reduced fractional shortening (27.4% ± 1.11% vs 40% ± 5.8% in controls; P < 0.001) and re-expression of the fetal gene program. However, we found no evidence of maladaptive cardiac hypertrophy or adverse ventricular remodeling in mice exposed to this dose of doxorubicin. In contrast, rosuvastatin-doxorubicin-treated mice maintained their cardiac function (39% ± 1.26%; P < 0.001). Mechanistically, the effect of rosuvastatin was associated with activation of Akt and phosphorylation of phospholamban with preserved sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+ transporting 2 (SERCA2)-mediated Ca2+ reuptake. These effects occurred independently of perturbations in ryanodine receptor 2 function. Conclusions: Rosuvastatin counteracts the cardiotoxic effects of doxorubicin by directly targeting sarcoplasmic calcium cycling. Résumé: Contexte: La cardiomyopathie induite par la doxorubicine (CMID) est l’une des complications pouvant limiter le traitement d’un nombre considérable de patients atteints de cancer. Dans des modèles animaux, l’administration de statines peut prévenir l’apparition d’une CMID. Ainsi, l’utilisation de statines avec les anthracyclines pourrait vraisemblablement permettre aux patients de compléter leur chimiothérapie en évitant une cardiotoxicité supplémentaire. Le mécanisme précis qui sous-tend cet effet cardioprotecteur n’est pas entièrement élucidé. Cette étude a pour objectif de déterminer dans un modèle murin de CMID le mécanisme moléculaire par lequel la rosuvastatine confère une cardioprotection. Méthodologie: La rosuvastatine a été administrée par voie intrapéritonéale à des souris adultes mâles à une dose de 100 μg/kg par jour pendant sept jours, suivie d’une dose unique de doxorubicine de 10 mg/kg administrée par injection intrapéritonéale. Les animaux poursuivaient ensuite le traitement par la rosuvastatine une fois par jour pendant 14 jours supplémentaires. La fonction cardiaque a été mesurée par échocardiographie. Une cartographie optique du calcium a été réalisée sur des cœurs isolés soumis à une perfusion rétrograde selon la méthode de Langendorff. Des échantillons de tissu ventriculaire ont été analysés par microscopie en immunofluorescence, par buvardage de western et par mesure quantitative de l’amplification en chaîne par polymérase. Résultats: L’exposition à la doxorubicine a entraîné une diminution significative de la fraction de raccourcissement (27,4 % ± 1,11 % vs 40 % ± 5,8 % dans le groupe témoin; p < 0,001) et la réexpression du programme génique fœtal. Toutefois, aucune hypertrophie cardiaque inadaptée ni aucun remodelage ventriculaire indésirable n’ont été observés chez les souris ayant été exposées à la dose de doxorubicine étudiée. En revanche, la fonction cardiaque a été préservée chez les souris traitées par l’association rosuvastatine-doxorubicine (39 % ± 1,26 %; p < 0,001). Sur le plan du mode d’action, l’effet de la rosuvastatine a été associé à une activation de l’Akt et à une phosphorylation du phospholambane, avec préservation du recaptage de Ca2+ médié par la pompe SERCA2 (sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+ transporting 2). Ces effets sont survenus indépendamment des perturbations de la fonction du récepteur RyR2 (ryanodine receptor 2). Conclusions: La rosuvastatine neutralise les effets cardiotoxiques de la doxorubicine en ciblant directement la circulation sarcoplasmique du calcium.