Lipidomisk screening av antiinflammatoriska läkemedel och läkemedelskandidater in vitro - del A

Icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel (NSAID), selektiva för hämning av cyklooxygenas (COX)-2, lindrar smärta och inflammation genom att undertrycka COX-2-härlett prostacyklin (PGI2) och prostaglandin (PG) E2 (1). Men åtta placebokontrollerade kliniska prövningar har visat att NSAID, utformade för att hämma specifikt COX-2, predisponerar patienter för ökade kardiovaskulära risker inklusive hjärtinfarkt, stroke, systemisk och pulmonell hypertoni, kronisk hjärtsvikt och plötslig hjärtdöd (1-3) ). De kardiovaskulära biverkningarna är hänförliga till undertryckandet av COX-2-härledd PGI2, en potent vasodilator och hämmare av trombocytaktivering (4; 5). Vårt laboratorium har visat att global deletion, selektiv hämning eller mutation av COX-2, eller deletion av receptorn för PGI2 höjer blodtrycket och påskyndar trombogenes i musmodeller (6). Vi har vidare visat att vaskulär COX-2-deletion predisponerar möss för trombos och hypertoni (7), och att selektiv deletion av COX-2 i kardiomyocyter leder till hjärtdysfunktion och ökad känslighet för inducerad arytmogenes (8) som kan bidra till hjärtsvikt och hjärtarytmier rapporterade hos patienter som tar NSAID-preparat som är specifika för hämning av COX-2.

Denna kardiovaskulära fara från NSAID väckte intresse för det mikrosomala prostaglandin E-syntas-1 (mPGES-1) som ett alternativt läkemedelsmål. mPGES-1 är det inducerbara PG-terminala syntaset som verkar nedströms om COX-2 och katalyserar omvandlingen av den intermediära COX-endoperoxidprodukten PGH2 till PGE2 (9). Vi har tidigare rapporterat att i likhet med interferensen med COX-2-uttryck eller funktion, undertrycker global eller cellspecifik deletion av mPGES-1 PGE2-produktion; men till skillnad från med COX-2 ökar global mPGES-1-brist biosyntesen av PGI2 och predisponerar inte normo- eller hyperlipidemiska möss för trombogena eller hypertensiva händelser (9-11). Både suppression av PGE2 och förstärkning av PGI2 i mPGES-1-/- möss är resultatet av omdirigeringen av det ackumulerade PGH2-substratet till PGI2-syntas (10). Vidare begränsar global deletion av mPGES-1 det vaskulära proliferativa svaret på trådskada (12), fördröjer aterogenes och undertrycker angiotensin II-inducerad abdominal aortaaneurysmbildning hos hyperlipidemiska möss (10; 13). Vi har också visat att mPGES-1-brist inte påverkar ozoninducerad luftvägsinflammation eller luftvägsöverkänslighet, vilket tyder på att farmakologisk hämning av mPGES-1 och endoperoxidomledning till PGD2 kanske inte predisponerar patienter med risk för luftvägsdysfunktion (14). Dessutom indikerar studier av andra att global deletion av mPGES-1 minskar den post-ischemiska hjärninfarkten och neurologisk dysfunktion i cerebral ischemi/reperfusion hos möss (15). mPGES-1-brist gör också möss mindre mottagliga för överdriven inflammation och överkänslighet i gnagarmodeller av analgesi (16; 17). Sammantaget tyder dessa fynd på att farmakologisk hämning av mPGES-1 kan bibehålla antiinflammatoriska effekter från PGE2-undertryckning, men på grund av PGI2-förstärkning kan inriktning av mPGES-1 undvika de kardiovaskulära riskerna som är förknippade med selektiva COX-2-hämmare.

PGH2-substratomdirigering till följd av mPGES-1-deletion är en allestädes närvarande händelse som observeras på cellnivå och systemiskt (urinära prostaglandinmetaboliter); profilen för omdirigeringsprodukterna varierar dock beroende på cell och vävnadstyp, sjukdomsmodell och omfattningen av systemstörning (6; 10-14; 18-21). Vi har visat att hos möss som saknar mPGES-1 i endotelceller (EC) eller vaskulära glatta muskelceller (VSMC), är PGI2 den dominerande substratrediversionsprodukten, medan deletion av mPGES-1 i myeloidceller resulterar i shunting av PGH2 mestadels mot TxA2(11). Funktionellt uppvisade möss som saknade mPGES-1 i myeloidceller ett dåligt svar på vaskulär skada vilket implicerade myeloid mPGES-1 som ett kardiovaskulärt läkemedelsmål. Därför leder cellspecifik mPGES-1-deletion till ett differentiellt mönster av substratomdirigering och kan påverka systemets biologiska funktion, vilket komplicerar läkemedelsutvecklingen. Vad som är okänt är huruvida genetisk deletion eller farmakologisk hämning av mPGES-1 kan direkt (genom substratrediversion) eller indirekt (genom effekter av prostaglandinrediversionsprodukter på enzymuttryck eller deras vidare metabolism till transcellulära produkter (22)) påverka lipidomen bortom prostaglandinet väg med funktionell konsekvens. Till exempel kan störningar av AA-PGE2-metabolismen påverka bildandet av arakidonatprodukt av cytokrom P450 (23; 24), leukotrien, anandamid, 2-arachidonylglycerol (2-AG) och andra kaskader (25). På cellnivå uppvisar mPGES-1-/- makrofager, förbehandlade med LPS och stimulerade med arakidonsyra (AA), en 5-faldig ökning av 12-HHT (12-hydroxiheptadekatriensyra), vilket indikerar substratomdirigering mot tromboxan A-syntas ( 18). Hämning och deletion av COX-2 har rapporterats öka metaboliter av 5-lipoxygenas (5-LO)-väg 5-HETE (5-hydroxieicosatetraensyra) och leukotriener LTB4, LTC4, LTD4 (26-28) och metaboliter av CYP450-kaskad 14,15-DHET/EET (dihydroxieikosatriensyra/epoxieikosatriensyra) (26). Därför kan substratet AA shuntas från en väg till den andra när en viss gren av kaskaden är farmakologiskt hämmad eller genetiskt ablerad.

Här kommer vi att genomföra en bredspektrum lipidomisk screening av antiinflammatoriska läkemedel och läkemedelskandidater som antagoniserar receptorer (LTC4, LTB4, EP4-receptorer) eller hämmar specifika komponenter (COX-1, COX-2, mPGES-1, 5-KO , FLAP, LTA4A) av arakidonsyravägen i en in vitro human helblodsanalys (hWBA). Friska, rökfria, manliga och kvinnliga volontärer kommer att uppmanas att donera blod. Mänskliga helblodsanalyser kommer att innefatta (i) bestämning av baslinjelipidnivåerna vid olika tidpunkter i stimulerat helblod, (ii) mätning av lipider i förstimulerat helblod behandlat med en enda interventionsförening, (iii) kvantifiering av lipider i förstimulerat helblod behandlat med en kombination av interventionssubstanser. Vi förväntar oss att föreningarna i fokus kommer att påverka olika inflammatoriska vägar vilket resulterar i nya mönster av substratomdirigering och mätning av tidigare okända lipidprodukter.