Lipidomisk screening af antiinflammatoriske lægemidler og lægemiddelkandidater in vitro - del A

Ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler (NSAID'er), selektive til hæmning af cyclooxygenase (COX)-2, lindrer smerte og inflammation ved at undertrykke COX-2-afledt prostacyclin (PGI2) og prostaglandin (PG) E2 (1). Imidlertid har otte placebokontrollerede kliniske forsøg afsløret, at NSAID'er, designet til at hæmme specifikt COX-2, disponerer patienter for øgede kardiovaskulære risici, herunder myokardieinfarkt, slagtilfælde, systemisk og pulmonal hypertension, kongestiv hjertesvigt og pludselig hjertedød (1-3 ). De kardiovaskulære bivirkninger kan tilskrives undertrykkelsen af ​​COX-2-afledt PGI2, en potent vasodilator og hæmmer af blodpladeaktivering (4; 5). Vores laboratorium har vist, at global deletion, selektiv hæmning eller mutation af COX-2 eller deletion af receptoren for PGI2 hæver blodtrykket og accelererer trombogenese i musemodeller (6). Vi har yderligere vist, at vaskulær COX-2 deletion disponerer mus for trombose og hypertension (7), og at selektiv deletion af COX-2 i kardiomyocytter fører til hjertedysfunktion og øget modtagelighed for induceret arytmogenese (8), der kan bidrage til hjertesvigt og hjertearytmier rapporteret hos patienter, der tager NSAID'er, der er specifikke for hæmning af COX-2.

Denne kardiovaskulære fare fra NSAID'er gav anledning til interesse for den mikrosomale prostaglandin E-syntase-1 (mPGES-1) som et alternativt lægemiddelmål. mPGES-1 er den inducerbare PG-terminale syntase, der virker nedstrøms for COX-2 og katalyserer omdannelsen af ​​COX-endoperoxid-mellemproduktet PGH2 til PGE2 (9). Vi har tidligere rapporteret, at i lighed med interferensen med COX-2-ekspression eller funktion, undertrykker global eller cellespecifik deletion af mPGES-1 PGE2-produktion; men i modsætning til COX-2 øger global mPGES-1-mangel biosyntesen af ​​PGI2 og disponerer ikke normo- eller hyperlipidæmiske mus for trombogene eller hypertensive hændelser (9-11). Både suppression af PGE2 og forøgelse af PGI2 i mPGES-1-/- mus er resultatet af omdirigeringen af ​​det akkumulerede PGH2-substrat til PGI2-syntase (10). Endvidere begrænser global deletion af mPGES-1 den vaskulære proliferative respons på ledningsskade (12), forsinker atherogenese og undertrykker angiotensin II-induceret abdominal aortaaneurisme i hyperlipidæmiske mus (10; 13). Vi har også vist, at mPGES-1-mangel ikke påvirker ozoninduceret luftvejsinflammation eller luftvejshyperresponsivitet, hvilket tyder på, at farmakologisk hæmning af mPGES-1 og endoperoxidomledning til PGD2 muligvis ikke disponerer patienter med risiko for luftvejsdysfunktion (14). Derudover viser undersøgelser fra andre, at global deletion af mPGES-1 reducerer post-iskæmisk hjerneinfarkt og neurologisk dysfunktion i cerebral iskæmi/reperfusion hos mus (15). mPGES-1-mangel gør også mus mindre modtagelige for overdreven inflammation og overfølsomhed i gnavermodeller af analgesi (16; 17). Tilsammen tyder disse resultater på, at farmakologisk hæmning af mPGES-1 kan bevare antiinflammatoriske virkninger fra PGE2-undertrykkelse, men på grund af PGI2-forøgelse kan målretning af mPGES-1 undgå de kardiovaskulære risici forbundet med selektive COX-2-hæmmere.

PGH2 substrat omdirigering som følge af mPGES-1 deletion er en allestedsnærværende hændelse observeret på cellulært niveau og systemisk (urinære prostaglandin metabolitter); profilen af ​​rediversionsprodukterne varierer dog efter celle- og vævstype, sygdomsmodellen og omfanget af systemforstyrrelser (6; 10-14; 18-21). Vi har vist, at hos mus med mangel på mPGES-1 i endotelceller (EC) eller vaskulære glatte muskelceller (VSMC), er PGI2 det dominerende substrat-rediversionsprodukt, hvorimod deletion af mPGES-1 i myeloidceller resulterer i shunting af PGH2 mest mod TxA2(11). Funktionelt udviste mus, der manglede mPGES-1 i myeloidceller, en dårlig respons på vaskulær skade, hvilket implicerede myeloid mPGES-1 som et kardiovaskulært lægemiddelmål. Derfor fører cellespecifik mPGES-1-deletion til et differentielt mønster af substratomdirigering og kan påvirke systemets biologiske funktion og dermed komplicere lægemiddeludvikling. Det, der er ukendt, er, om genetisk deletion eller farmakologisk hæmning af mPGES-1 kan direkte (gennem substrat-rediversion) eller indirekte (ved virkninger af prostaglandin-rediversion-produkter på enzymekspression eller deres videre metabolisme til transcellulære produkter (22)) påvirke lipidomet ud over prostaglandinen. vej med funktionel konsekvens. For eksempel kan afbrydelse af AA-PGE2-metabolismen påvirke arachidonat-produktdannelsen af ​​cytochrom P450 (23; 24), leukotrien, anandamid, 2-arachidonylglycerol (2-AG) og andre kaskader (25). På cellulært niveau udviser mPGES-1-/- makrofager, forbehandlet med LPS og stimuleret med arachidonsyre (AA), en 5-fold stigning i 12-HHT (12-hydroxyheptadecatriensyre), hvilket indikerer substratomledning mod thromboxan A-syntase ( 18). Hæmning og deletion af COX-2 er blevet rapporteret at øge metabolitter af 5-lipoxygenase (5-LO) pathway 5-HETE (5-hydroxyeicosatetraensyre) og leukotriener LTB4, LTC4, LTD4 (26-28) og metabolitter af CYP450-kaskade 14,15-DHET/EET (dihydroxyeicosatriensyre/epoxyeicosatriensyre) (26). Derfor kan substratet AA shuntes fra den ene vej til den anden, når en bestemt gren af ​​kaskaden er farmakologisk inhiberet eller genetisk ableret.

Her vil vi udføre en bredspektret lipidomisk screening af antiinflammatoriske lægemidler og lægemiddelkandidater, der antagoniserer receptorer (LTC4, LTB4, EP4-receptorer) eller hæmmer specifikke komponenter (COX-1, COX-2, mPGES-1, 5-KO , FLAP, LTA4A) af arachidonsyrevejen i en in vitro human fuldblodsanalyse (hWBA). Sunde, ikke-rygere, mandlige og kvindelige frivillige vil blive bedt om at donere blod. Humant fuldblodsassays vil omfatte (i) bestemmelse af baseline-lipidniveauer på forskellige tidspunkter i stimuleret fuldblod, (ii) måling af lipider i præstimuleret fuldblod behandlet med en enkelt interventionsforbindelse, (iii) kvantificering af lipider i præstimuleret fuldblod behandlet med en kombination af interventionsstoffer. Vi forventer, at forbindelserne i fokus vil påvirke forskellige inflammatoriske veje, hvilket resulterer i nye mønstre for substratomledning og måling af hidtil ukendte lipidprodukter.