Lipidomisk screening av antiinflammatoriske legemidler og legemiddelkandidater in vitro - del A

Ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler (NSAIDs), selektive for hemming av cyklooksygenase (COX)-2, lindrer smerte og betennelse ved å undertrykke COX-2-avledet prostacyklin (PGI2) og prostaglandin (PG) E2 (1). Imidlertid har åtte placebokontrollerte kliniske studier avslørt at NSAIDs, utviklet for å hemme spesifikt COX-2, disponerer pasienter for økt kardiovaskulær risiko, inkludert hjerteinfarkt, hjerneslag, systemisk og pulmonal hypertensjon, kongestiv hjertesvikt og plutselig hjertedød (1-3 ). De kardiovaskulære bivirkningene kan tilskrives undertrykkelsen av COX-2-avledet PGI2, en potent vasodilator og hemmer av blodplateaktivering (4; 5). Vårt laboratorium har vist at global sletting, selektiv hemming eller mutasjon av COX-2, eller delesjon av reseptoren for PGI2 øker blodtrykket og akselererer trombogenese i musemodeller (6). Vi har videre vist at vaskulær COX-2-delesjon disponerer mus for trombose og hypertensjon (7), og at selektiv delesjon av COX-2 i kardiomyocytter fører til hjertedysfunksjon og økt mottakelighet for indusert arytmogenese (8) som kan bidra til hjertesvikt. og hjertearytmier rapportert hos pasienter som tar NSAIDs spesifikke for hemming av COX-2.

Denne kardiovaskulære faren fra NSAIDs vakte interesse for det mikrosomale prostaglandin E-syntase-1 (mPGES-1) som et alternativt medikamentmål. mPGES-1 er den induserbare PG-terminale syntasen som virker nedstrøms for COX-2 og katalyserer omdannelsen av det mellomliggende COX-endoperoksidproduktet PGH2 til PGE2 (9). Vi har tidligere rapportert at i likhet med interferensen med COX-2-ekspresjon eller funksjon, undertrykker global eller cellespesifikk sletting av mPGES-1 PGE2-produksjon; men i motsetning til COX-2, øker global mPGES-1-mangel biosyntesen av PGI2 og disponerer ikke normo- eller hyperlipidemiske mus for trombogene eller hypertensive hendelser (9-11). Både undertrykkelse av PGE2 og forsterkning av PGI2 i mPGES-1-/- mus er resultatet av omdirigering av det akkumulerte PGH2-substratet til PGI2-syntase (10). Videre begrenser global delesjon av mPGES-1 den vaskulære proliferative responsen på ledningsskade (12), forsinker aterogenese og undertrykker angiotensin II-indusert abdominal aortaaneurisme hos hyperlipidemiske mus (10; 13). Vi har også vist at mPGES-1-mangel ikke påvirker ozonindusert luftveisbetennelse eller hyperrespons i luftveiene, noe som tyder på at farmakologisk hemming av mPGES-1 og endoperoksidomledning til PGD2 kanskje ikke disponerer pasienter med risiko for luftveisdysfunksjon (14). I tillegg indikerer studier fra andre at global delesjon av mPGES-1 reduserer post-iskemisk hjerneinfarkt og nevrologisk dysfunksjon ved cerebral iskemi/reperfusjon hos mus (15). mPGES-1-mangel gjør også mus mindre mottakelige for overdreven betennelse og overfølsomhet i gnagermodeller for analgesi (16; 17). Til sammen antyder disse funnene at farmakologisk hemming av mPGES-1 kan beholde antiinflammatoriske effekter fra PGE2-undertrykkelse, men på grunn av PGI2-forsterkning kan målretting av mPGES-1 unngå kardiovaskulære risikoer forbundet med selektive COX-2-hemmere.

PGH2-substratrediversjon som følge av mPGES-1-sletting er en allestedsnærværende hendelse observert på cellenivå og systemisk (urinære prostaglandinmetabolitter); profilen til omdirigeringsproduktene varierer imidlertid etter celle- og vevstype, sykdomsmodellen og omfanget av 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 substratomledningsproduktet, mens sletting av mPGES-1 i myeloide celler resulterer i shunting av PGH2 mest mot TxA2(11). Funksjonelt viste mus som manglet mPGES-1 i myeloide celler en dårlig respons på vaskulær skade som impliserte myeloide mPGES-1 som et kardiovaskulært medikamentmål. Derfor fører cellespesifikk mPGES-1-sletting til et differensielt mønster av substratomledning og kan påvirke systemets biologiske funksjon, og dermed komplisere medikamentutvikling. Det som er ukjent er om genetisk sletting eller farmakologisk hemming av mPGES-1 kan direkte (gjennom substratomdiversjon) eller indirekte (ved effekter av prostaglandinredieringsprodukter på enzymekspresjon eller deres videre metabolisme til transcellulære produkter (22)) påvirke lipidomet utover prostaglandinet. vei med funksjonell konsekvens. For eksempel kan forstyrrelse av AA-PGE2-metabolismen påvirke arakidonat-produktdannelsen ved cytokrom P450 (23; 24), leukotrien, anandamid, 2-arachidonylglycerol (2-AG) og andre kaskader (25). På cellenivå viser mPGES-1-/- makrofager, forbehandlet med LPS og stimulert med arakidonsyre (AA), en 5 ganger økning i 12-HHT (12-hydroksyheptadekatriensyre), noe som indikerer substratomledning mot tromboksan A-syntase ( 18). Hemming og delesjon av COX-2 er rapportert å øke metabolitter av 5-lipoksygenase (5-LO)-vei 5-HETE (5-hydroksyeikosatetraensyre) og leukotriener LTB4, LTC4, LTD4 (26-28) og metabolitter av CYP450-kaskade 14,15-DHET/EET (dihydroksyeikosatriensyre/epoksyikosatriensyre) (26). Derfor kan substratet AA shuntes fra den ene veien til den andre når en bestemt gren av kaskaden er farmakologisk hemmet eller genetisk ablatert.

Her vil vi gjennomføre en bredspektret lipidomisk screening av antiinflammatoriske legemidler og medikamentkandidater som antagoniserer reseptorer (LTC4, LTB4, EP4-reseptorer) eller hemmer spesifikke komponenter (COX-1, COX-2, mPGES-1, 5-KO , FLAP, LTA4A) av arakidonsyrevei i en in vitro human fullblodsanalyse (hWBA). Friske, røykfrie, mannlige og kvinnelige frivillige vil bli bedt om å donere blod. Menneskelige fullblodsanalyser vil inkludere (i) bestemmelse av baseline lipidnivåer ved forskjellige tidspunkter i stimulert fullblod, (ii) måling av lipider i forhåndsstimulert fullblod behandlet med en enkelt intervensjonsforbindelse, (iii) kvantifisering av lipider i forhåndsstimulert fullblod behandlet med en kombinasjon av intervensjonsforbindelser. Vi forventer at forbindelsene i fokus vil påvirke ulike inflammatoriske veier som resulterer i nye mønstre for substratomledning og måling av tidligere ukjente lipidprodukter.