Badania lipidomiczne leków przeciwzapalnych i kandydatów na leki in vitro – część A

Niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ), wybiórczo hamujące cyklooksygenazę (COX)-2, łagodzą ból i stany zapalne poprzez hamowanie prostacykliny (PGI2) pochodzącej z COX-2 i prostaglandyny (PG) E2 (1). Jednak osiem kontrolowanych placebo badań klinicznych wykazało, że NLPZ, zaprojektowane w celu swoistego hamowania COX-2, predysponują pacjentów do zwiększonego ryzyka sercowo-naczyniowego, w tym zawału mięśnia sercowego, udaru mózgu, nadciśnienia układowego i płucnego, zastoinowej niewydolności serca i nagłej śmierci sercowej (1-3). ). Niekorzystne skutki sercowo-naczyniowe można przypisać supresji PGI2 pochodzącej z COX-2, silnego środka rozszerzającego naczynia krwionośne i inhibitora aktywacji płytek krwi (4; 5). Nasze laboratorium wykazało, że globalna delecja, selektywne hamowanie lub mutacja COX-2 lub delecja receptora dla PGI2 podwyższają ciśnienie krwi i przyspieszają krzepnięcie w modelach mysich (6). Ponadto wykazaliśmy, że naczyniowa delecja COX-2 predysponuje myszy do zakrzepicy i nadciśnienia (7), a selektywna delecja COX-2 w kardiomiocytach prowadzi do dysfunkcji serca i zwiększonej podatności na indukowaną arytmogenezę (8), która może przyczyniać się do niewydolności serca oraz zaburzenia rytmu serca zgłaszane u pacjentów przyjmujących NLPZ specyficzne dla hamowania COX-2.

To zagrożenie sercowo-naczyniowe związane z NLPZ spowodowało zainteresowanie mikrosomalną syntazą prostaglandyny E-1 (mPGES-1) jako alternatywnym celem dla leków. mPGES-1 jest indukowalną syntazą końcową PG, która działa poniżej COX-2 i katalizuje konwersję pośredniego produktu endonadtlenku COX PGH2 do PGE2 (9). Wcześniej informowaliśmy, że podobnie jak w przypadku interferencji z ekspresją lub funkcją COX-2, globalna lub specyficzna dla komórki delecja mPGES-1 hamuje produkcję PGE2; ale w przeciwieństwie do COX-2, globalny niedobór mPGES-1 zwiększa biosyntezę PGI2 i nie predysponuje myszy z normo- lub hiperlipidemią do zdarzeń zakrzepowych lub nadciśnieniowych (9-11). Zarówno supresja PGE2, jak i augmentacja PGI2 u myszy mPGES-1-/- wynikają z ponownego przekierowania nagromadzonego substratu PGH2 do syntazy PGI2 (10). Ponadto globalna delecja mPGES-1 ogranicza naczyniową odpowiedź proliferacyjną na uszkodzenie drutu (12), opóźnia aterogenezę i hamuje indukowane przez angiotensynę II tworzenie się tętniaka aorty brzusznej u myszy z hiperlipidemią (10; 13). Wykazaliśmy również, że niedobór mPGES-1 nie wpływa na wywołane ozonem zapalenie dróg oddechowych lub nadreaktywność dróg oddechowych, co sugeruje, że farmakologiczne hamowanie mPGES-1 i ponowne przekierowanie endonadtlenku do PGD2 może nie predysponować pacjentów do ryzyka dysfunkcji dróg oddechowych (14). Ponadto badania przeprowadzone przez innych wskazują, że globalna delecja mPGES-1 zmniejsza po niedokrwiennym zawale mózgu i dysfunkcję neurologiczną w niedokrwieniu/reperfuzji mózgu u myszy (15). Niedobór mPGES-1 powoduje również, że myszy są mniej podatne na nadmierne zapalenie i nadwrażliwość w modelach analgezji u gryzoni (16; 17). Podsumowując, odkrycia te sugerują, że farmakologiczne hamowanie mPGES-1 może zachować działanie przeciwzapalne z supresji PGE2, ale dzięki augmentacji PGI2 celowanie w mPGES-1 może uniknąć ryzyka sercowo-naczyniowego związanego z selektywnymi inhibitorami COX-2.

Ponowne przekierowanie substratu PGH2 w następstwie delecji mPGES-1 jest wszechobecnym zdarzeniem obserwowanym na poziomie komórkowym i ogólnoustrojowym (metabolity prostaglandyn w moczu); profil produktów ponownego przekierowania różni się jednak w zależności od typu komórek i tkanek, modelu choroby i stopnia zaburzeń systemowych (6; 10-14; 18-21). Wykazaliśmy, że u myszy z niedoborem mPGES-1 w komórkach śródbłonka (EC) lub komórkach mięśni gładkich naczyń (VSMC), PGI2 jest dominującym produktem ponownego przekierowania substratu, podczas gdy delecja mPGES-1 w komórkach mieloidalnych powoduje przetaczanie PGH2 głównie w kierunku TxA2(11). Funkcjonalnie myszy pozbawione mPGES-1 w komórkach mieloidalnych wykazywały słabą odpowiedź na uszkodzenie naczyń, co sugeruje, że mieloidalny mPGES-1 jest celem dla leków sercowo-naczyniowych. Dlatego specyficzna dla komórki delecja mPGES-1 prowadzi do zróżnicowanego wzorca ponownego przekierowania substratu i może wpływać na funkcję biologiczną systemu, komplikując w ten sposób opracowywanie leków. Nie wiadomo, czy genetyczna delecja lub farmakologiczne hamowanie mPGES-1 może bezpośrednio (poprzez ponowne przekierowanie substratu) lub pośrednio (przez wpływ produktów ponownego przekierowania prostaglandyn na ekspresję enzymów lub ich dalszy metabolizm do produktów transkomórkowych (22)) wpływać na lipidom poza prostaglandyną ścieżka z konsekwencją funkcjonalną. Na przykład zakłócenie metabolizmu AA-PGE2 może wpływać na tworzenie produktu arachidonianu przez cytochrom P450 (23; 24), leukotrien, anandamid, 2-arachidonyloglicerol (2-AG) i inne kaskady (25). Na poziomie komórkowym makrofagi mPGES-1-/-, wstępnie potraktowane LPS i stymulowane kwasem arachidonowym (AA), wykazują 5-krotny wzrost 12-HHT (kwasu 12-hydroksyheptadekatrienowego), co wskazuje na ponowne przekierowanie substratu w kierunku syntazy tromboksanu A ( 18). Zgłaszano, że hamowanie i delecja COX-2 nasila metabolity szlaku 5-lipoksygenazy (5-LO) 5-HETE (kwas 5-hydroksyeikozatetraenowy) i leukotrieny LTB4, LTC4, LTD4 (26-28) oraz metabolity kaskady CYP450 14,15-DHET/EET (kwas dihydroksyeikozatrienowy/epoksyeikozatrienowy) (26). Dlatego substrat AA może być przesuwany z jednej ścieżki do drugiej, gdy określona gałąź kaskady jest hamowana farmakologicznie lub genetycznie ablowana.

Tutaj przeprowadzimy szerokospektralne badania lipidomiczne leków przeciwzapalnych i kandydatów na leki, które antagonizują receptory (receptory LTC4, LTB4, EP4) lub hamują określone składniki (COX-1, COX-2, mPGES-1, 5-KO , FLAP, LTA4A) szlaku kwasu arachidonowego w teście ludzkiej pełnej krwi in vitro (hWBA). Zdrowi, niepalący, ochotnicy płci męskiej i żeńskiej zostaną poproszeni o oddanie krwi. Testy pełnej krwi ludzkiej będą obejmować (i) określenie wyjściowych poziomów lipidów w różnych punktach czasowych w stymulowanej krwi pełnej, (ii) pomiar lipidów we wstępnie stymulowanej krwi pełnej poddanej działaniu pojedynczego związku interwencyjnego, (iii) oznaczenie ilościowe lipidów w wstępnie stymulowanej pełnej krwi traktowanej kombinacją związków interwencyjnych. Oczekujemy, że badane związki wpłyną na różne szlaki zapalne, prowadząc do nowych wzorców ponownego przekierowania substratów i pomiaru wcześniej nieznanych produktów lipidowych.