Lipidomics-Screening von entzündungshemmenden Arzneimitteln und Arzneimittelkandidaten in vitro – Teil A

Nichtsteroidale Antirheumatika (NSAIDs), die selektiv für die Hemmung der Cyclooxygenase (COX)-2 wirken, lindern Schmerzen und Entzündungen, indem sie das von COX-2 abgeleitete Prostacyclin (PGI2) und Prostaglandin (PG) E2 unterdrücken (1). Acht placebokontrollierte klinische Studien haben jedoch gezeigt, dass NSAIDs, die speziell zur Hemmung von COX-2 entwickelt wurden, Patienten für erhöhte kardiovaskuläre Risiken prädisponieren, einschließlich Myokardinfarkt, Schlaganfall, systemischer und pulmonaler Hypertonie, dekompensierter Herzinsuffizienz und plötzlichem Herztod (1-3 ). Die kardiovaskulären Nebenwirkungen sind auf die Unterdrückung von COX-2-abgeleitetem PGI2, einem potenten Vasodilatator und Inhibitor der Thrombozytenaktivierung, zurückzuführen (4; 5). Unser Labor hat gezeigt, dass globale Deletion, selektive Hemmung oder Mutation von COX-2 oder Deletion des Rezeptors für PGI2 den Blutdruck erhöhen und die Thrombogenese in Mausmodellen beschleunigen (6). Wir haben ferner gezeigt, dass die vaskuläre COX-2-Deletion Mäuse für Thrombose und Bluthochdruck prädisponiert (7) und dass die selektive Deletion von COX-2 in Kardiomyozyten zu Herzfunktionsstörungen und einer erhöhten Anfälligkeit für induzierte Arrhythmogenese (8) führt, die zur Herzinsuffizienz beitragen kann und Herzrhythmusstörungen, die bei Patienten berichtet wurden, die NSAIDs einnahmen, die spezifisch für die Hemmung von COX-2 sind.

Diese kardiovaskuläre Gefahr durch NSAIDs weckte das Interesse an der mikrosomalen Prostaglandin-E-Synthase-1 (mPGES-1) als alternativem Wirkstoffziel. mPGES-1 ist die induzierbare PG-terminale Synthase, die stromabwärts von COX-2 wirkt und die Umwandlung des COX-Endoperoxid-Zwischenprodukts PGH2 zu PGE2 katalysiert (9). Wir haben zuvor berichtet, dass, ähnlich wie bei der Störung der COX-2-Expression oder -Funktion, die globale oder zellspezifische Deletion von mPGES-1 die PGE2-Produktion unterdrückt; aber anders als bei COX-2 verstärkt der globale mPGES-1-Mangel die Biosynthese von PGI2 und prädisponiert normo- oder hyperlipidämische Mäuse nicht für thrombogene oder hypertensive Ereignisse (9-11). Sowohl die Unterdrückung von PGE2 als auch die Erhöhung von PGI2 in mPGES-1–/–-Mäusen resultieren aus der Umleitung des angesammelten PGH2-Substrats zu PGI2-Synthase (10). Darüber hinaus begrenzt die globale Deletion von mPGES-1 die vaskuläre proliferative Reaktion auf eine Drahtverletzung (12), verzögert die Atherogenese und unterdrückt die Angiotensin-II-induzierte abdominale Aortenaneurysmabildung in hyperlipidämischen Mäusen (10; 13). Wir haben auch gezeigt, dass ein mPGES-1-Mangel keine ozoninduzierte Entzündung der Atemwege oder eine Hyperreaktivität der Atemwege beeinflusst, was darauf hindeutet, dass die pharmakologische Hemmung von mPGES-1 und die Umleitung von Endoperoxid zu PGD2 Patienten mit einem Risiko für eine Dysfunktion der Atemwege möglicherweise nicht prädisponiert (14). Darüber hinaus weisen Studien anderer darauf hin, dass die globale Deletion von mPGES-1 den postischämischen Hirninfarkt und die neurologische Dysfunktion bei zerebraler Ischämie/Reperfusion bei Mäusen verringert (15). mPGES-1-Mangel macht Mäuse auch weniger anfällig für übermäßige Entzündung und Überempfindlichkeit in Nagetiermodellen der Analgesie (16; 17). Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die pharmakologische Hemmung von mPGES-1 die entzündungshemmenden Wirkungen der PGE2-Unterdrückung beibehalten kann, aber aufgrund der PGI2-Verstärkung durch das Targeting von mPGES-1 die kardiovaskulären Risiken vermieden werden könnten, die mit selektiven COX-2-Inhibitoren verbunden sind.

Die Umleitung des PGH2-Substrats als Folge einer mPGES-1-Deletion ist ein allgegenwärtiges Ereignis, das auf zellulärer Ebene und systemisch (Urin-Prostaglandin-Metaboliten) beobachtet wird; das Profil der Umleitungsprodukte variiert jedoch je nach Zell- und Gewebetyp, Krankheitsmodell und Ausmaß der Systemstörung (6; 10–14; 18–21). Wir haben gezeigt, dass bei Mäusen mit mPGES-1-Mangel in Endothelzellen (EC) oder vaskulären glatten Muskelzellen (VSMC) PGI2 das vorherrschende Substratumleitungsprodukt ist, während die Deletion von mPGES-1 in myeloiden Zellen zu einem Shunt von PGH2 hauptsächlich in Richtung führt TxA2(11). Funktionell zeigten Mäuse, denen mPGES-1 in myeloischen Zellen fehlte, eine schlechte Reaktion auf Gefäßverletzungen, was myeloisches mPGES-1 als kardiovaskuläres Arzneimittelziel implizierte. Daher führt die zellspezifische mPGES-1-Deletion zu einem unterschiedlichen Muster der Substratumleitung und kann die biologische Funktion des Systems beeinträchtigen, wodurch die Arzneimittelentwicklung erschwert wird. Unbekannt ist, ob eine genetische Deletion oder pharmakologische Hemmung von mPGES-1 direkt (durch Substratumleitung) oder indirekt (durch Wirkungen von Prostaglandinumleitungsprodukten auf die Enzymexpression oder deren Weiterverstoffwechselung zu transzellulären Produkten (22)) das Lipidom über das Prostaglandin hinaus beeinflussen kann Weg mit funktioneller Konsequenz. Beispielsweise könnte eine Störung des AA-PGE2-Metabolismus die Arachidonatproduktbildung durch das Cytochrom P450 (23; 24), Leukotrien, Anandamid, 2-Arachidonylglycerin (2-AG) und andere Kaskaden (25) beeinflussen. Auf zellulärer Ebene zeigen mit LPS vorbehandelte und mit Arachidonsäure (AA) stimulierte mPGES-1-/- Makrophagen einen 5-fachen Anstieg von 12-HHT (12-Hydroxyheptadecatriensäure), was auf eine Substratumleitung in Richtung Thromboxan-A-Synthase hinweist ( 18). Es wurde berichtet, dass die Hemmung und Deletion von COX-2 die Metaboliten des 5-Lipoxygenase (5-LO)-Wegs 5-HETE (5-Hydroxyeicosatetraensäure) und die Leukotriene LTB4, LTC4, LTD4 (26-28) und Metaboliten der CYP450-Kaskade erhöhen 14,15-DHET/EET (Dihydroxyeicosatriensäure/Epoxyeicosatriensäure) (26). Daher kann das Substrat AA von einem Weg zum anderen verschoben werden, wenn ein bestimmter Zweig der Kaskade pharmakologisch gehemmt oder genetisch abgetragen wird.

Hier führen wir ein Breitspektrum-Lipidomik-Screening von entzündungshemmenden Medikamenten und Medikamentenkandidaten durch, die Rezeptoren (LTC4-, LTB4-, EP4-Rezeptoren) antagonisieren oder spezifische Komponenten hemmen (COX-1, COX-2, mPGES-1, 5-KO , FLAP, LTA4A) des Arachidonsäure-Stoffwechselwegs in einem In-vitro-Human-Vollblut-Assay (hWBA). Gesunde, nicht rauchende, männliche und weibliche Freiwillige werden gebeten, Blut zu spenden. Human-Vollblut-Assays umfassen (i) die Bestimmung der Grundlinien-Lipidspiegel zu verschiedenen Zeitpunkten in stimuliertem Vollblut, (ii) die Messung von Lipiden in vorstimuliertem Vollblut, das mit einer einzigen Interventionsverbindung behandelt wurde, (iii) die Quantifizierung von Lipiden in vorstimuliertes Vollblut, behandelt mit einer Kombination von Interventionsverbindungen. Wir erwarten, dass die im Fokus stehenden Verbindungen verschiedene Entzündungswege beeinflussen werden, was zu neuen Mustern der Substratumleitung und Messung bisher unbekannter Lipidprodukte führen wird.