Analyse af den terapeutiske effekt af eleutherosid E, et naturligt lignanglykosid, på knæartrose og dets interaktion med MMP'er
Slidgigt (OA) er en degenerativ sygdom, der er kendetegnet ved unormal metabolisme af ledbrusk og ødelæggelse af knoglestrukturen i leddene. I alvorlige tilfælde kan det føre til tab af ledfunktion og er blevet en vigtig årsag til arbejdstab og invaliditet hos mennesker over 50 år. Blandt dem er forekomsten af knæartrose den højeste. Ifølge Verdenssundhedsorganisationen er der i øjeblikket omkring 190 millioner patienter med slidgigt på verdensplan. Med det aldrende samfund stiger antallet af OA-patienter år for år, hvilket medfører en stor økonomisk byrde og et psykisk pres på patienternes familier. På nuværende tidspunkt er behandlingen af slidgigt hovedsageligt afhængig af ikke-specifikke lægemidler til at lindre kliniske symptomer. Ikke-opioide analgetika (acetaminophen, centrale analgetika) og ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler tages oralt for at lindre symptomerne hos gigtpatienter, men de kan ikke fundamentalt helbrede slidgigt. Samtidig har disse lægemidler mange bivirkninger i det kardiovaskulære og gastrointestinale system, hvilket begrænser deres anvendelsesområde. Derfor er der et presserende behov for at udvikle et innovativt lægemiddel til behandling af OA med en ny virkningsmekanisme og stærk effekt i klinisk praksis. Eleutherosid E (EE) er en unik lignanglykosidkomponent i Acanthopanax senticosus (figur 1). Vores forskerteam fandt i tidligere undersøgelser, at EE har gode antiinflammatoriske virkninger, men indtil videre har der ikke været nogen internationale forskningsrapporter om anvendelsen af EE i behandlingen af OA. Baseret på tidligere arbejde etablerede denne undersøgelse derfor en kaninknæartrose-model ved hjælp af forreste korsbåndstransektion (ACLT). For første gang blev EE valgt som det terapeutiske lægemiddel og administreret gennem intraartikulær injektion til terapeutisk intervention. De terapeutiske og beskyttende virkninger af EE på eksperimentel knæartrose hos kaniner blev evalueret på dyreniveau. Desuden vil molekylær docking-teknologi og molekylær dynamik-simuleringsmetoder blive brugt til at analysere interaktionsstederne og bindingsmåderne mellem EE og MMP'er, afklare bindingsmåden for EE- og MMP-komplekser og lægge fundamentet for udviklingen af en ny terapeutisk lægemiddelkandidat til slidgigt fra naturlige kilder.

De grundlæggende komponenter i ledbrusk er bruskmatrix, chondrocytter og vand. Bruskmatrixen består hovedsageligt af proteoglykaner og kollagen, og chondrocytter er den vigtigste kilde til nedbrydning af bruskmatrix og metabolismereaktioner. Under normale fysiologiske forhold opretholdes en dynamisk balance mellem nedbrydning og syntese af bruskkomponenter. Forekomsten af osteoarthritis (OA)-læsioner skyldes hovedsageligt den progressive ødelæggelse af knogle, brusk og endda ekstracellulær matrix (ECM) af intraartikulære ledbånd og sener forårsaget af nogle relaterede mediatorer eller faktorer, hvilket resulterer i lokal blødgøring, slid og strukturel skade på ledbrusk. I de senere år har forskere fundet ud af, at matrixmetalloproteinaser (MMP'er) er tæt forbundet med knogle- og ledskader og sygdomsaktivitet hos OA-patienter og spiller en afgørende rolle i den patologiske proces med bruskmatrix og kondrocytødelæggelse. MMP'er er zinkproteaseenzymer, der kan nedbryde ekstracellulær matrix (ECM) og næsten alle komponenter i ECM. Under forekomsten af slidgigt udskiller kondrocytter og synovialceller for mange matrixmetalloproteinaser (MMP-3 og MMP-9), hvilket bryder balancen mellem matrixmetalloproteinaser og vævsinhiberende faktor (MMP-IMP) og forårsager irreversibel nedbrydning af ECM. Dette fører til hævelse af ledbrusken, nedsat modstandsdygtighed over for ydre kræfter, forværrede intraartikulære betændelsesreaktioner og i sidste ende tab af ledfunktion. Bruskskader forårsaget af overekspression af MMP'er er blevet et af hotspots i undersøgelsen af patogenesen af OA. Derfor er det at finde MMP-hæmmere blevet en ny strategi for udvikling af lægemidler til behandling af OA.

Traditionel kinesisk medicin er en vigtig del af den kinesiske medicins skattekiste. På grund af dens brede vifte af kilder, rige kemiske sammensætning og lave forekomst af bivirkninger har den tiltrukket sig stigende opmærksomhed fra indenlandske og udenlandske forskere. I øjeblikket er forsøg på at screene og opdage nye småmolekylære terapeutiske lægemidler rettet mod sygdomsmål fra traditionel kinesisk medicin blevet et forsknings-hotspot. Acanthopanax senticosus (Rupr. et Maxim.) Harms, også kendt som ginseng eller tagrør, er en værdifuld lægeplante, der hovedsageligt produceres i Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Hebei, det russiske Fjernøsten og Hokkaido i Japan. Den har en lang historie med medicinsk brug i Kina. Forskergruppens foreløbige undersøgelser viste, at eleutherosid E (EE) er en af de vigtigste aktive ingredienser i Acanthopanax senticosus. I øjeblikket er der kun få rapporter om de farmakologiske virkninger af EE, primært til reduktion af blodsukker, forbedring af postmenopausal osteoporose, anti-central træthed og hukommelsessvigt og reduktion af cerebral iskæmi-reperfusionsskade. Vores tidligere forskning viste, at EE kan hæmme inflammatoriske faktorer og ledbruskskader betydeligt. Gennem litteratursøgning og undersøgelse er der i øjeblikket ingen forskningsrapporter om anvendelsen af EE i behandlingen af OA internationalt.

Derfor er denne artikel den første, der undersøger den terapeutiske effekt af EE på slidgigt ved at evaluere de terapeutiske og beskyttende virkninger af EE på eksperimentel knæartrose hos kaniner på dyreniveau, hvilket giver eksperimentel dokumentation for forebyggelse og behandling af slidgigt med EE. I denne undersøgelse blev den klassiske metode med overskæring af det forreste korsbånd (ACLT) brugt til at konstruere en model for knæartrose hos kaniner. EE-20 og EE-60 blev injiceret i ledhulen som terapeutisk indgreb en gang om ugen i 5 på hinanden følgende uger. Virkningerne af EE-20 på inflammatoriske cytokiner og patologiske forandringer i leddene i kaninknæartrose-modellen blev undersøgt, og de forebyggende og terapeutiske virkninger af EE på kaninknæartrose-dyremodellen blev observeret. De eksperimentelle resultater viste, at EE kan forbedre infiltrationen af inflammatoriske celler, spredning af fibrøst væv og skader på bruskoverfladen på steder med slidgigt. Undersøgelser har vist, at MMP-3 og MMP-9 kan fremskynde beskadigelsen af den ekstracellulære matrix i OA-leddenes bruskstruktur, fremme hastigheden af bruskdestruktionen og dermed fremskynde udviklingen af OA. Derudover er IL-1 β også en nøglefaktor i produktionen af 0A. IL-1 β kan inducere produktionen af nitrogenoxid (NO) og cyclooxygenase (COX) i synovialceller, mens cyclooxygenase-2 kan fremme udskillelsen af nitrogenoxid og prostaglandin E2 (PGE2). PGE2 er en multifunktionel inflammatorisk mediator, der kan øge produktionen af MMP'er og andre katabolitter og derved påvirke strukturen og funktionen af ledvæv og fremskynde ødelæggelsen af ledstrukturen. Derfor brugte vi yderligere ELISA-detektionsmetoden til at analysere og bestemme niveauerne af inflammatoriske mediatorer (IL-1 β og PGE2) og matrixmetalloproteinaser MMP-3 og MMP-9 i ledvæsken hos OA-modeldyr efter EE-intervention. Resultaterne viste, at EE-behandling kunne reducere niveauerne af inflammatoriske mediatorer (IL-1 β og PGE2) og matrixmetalloproteinaser MMP-3 og MMP-9 i ledvæsken betydeligt (P<0,001), hvilket tyder på, at EE har en betydelig effekt mod slidgigt.

På nuværende tidspunkt er molekylær docking-teknologi og molekylær dynamisk simulering blevet vigtige værktøjer til at udforske bindingstilstanden mellem proteiner og receptorer og har en betydelig anvendelsesværdi inden for forskning i nye lægemidler. Denne undersøgelse anvendte yderligere molekylær docking-teknologi og molekylær dynamik-simulering til at analysere og udforske interaktionsstederne og bindingsmetoderne mellem EE og MMP'er. Hydroxylgruppen på EE-sukkerringen kan danne hydrogenbindinger med aminosyrerne i MMP-3- og MMP-9-receptorerne i rillerne på de katalytiske steder i MMP-3 og MMP-9, som spiller en vigtig rolle i ligandbindingen. Derudover kan EE-ligandens benzenring også danne hydrofobe stablingsinteraktioner med hydrofobe rester i MMP-3 og MMP-9, hvilket kan stabilisere deres binding. Molekylærdynamiske simuleringseksperimenter viser, at de vigtigste bidrag til bindingsprocessen af EE med MMP-3- og MMP-9-komplekser kommer fra van der Waals potentielle energi og elektrostatiske interaktioner, og de to systemer har lignende bindingstilstande. Blandt dem er den samlede bindingsenergi for EE og MMP-3 lavere, mens EE har en stærkere bindingsevne til MMP-3. Dette resultat er i overensstemmelse med tendensen i resultaterne af ELISA-detektionseksperimentet nævnt ovenfor. Ovenstående data giver et vigtigt teoretisk grundlag for fremtidig forskning i den molekylære mekanisme for EE's anti-MMP-effekter og udviklingen af nye MMP-hæmmere baseret på ligninglykosider med en nuklear struktur.

Sammenfattende kan intraartikulær injektion af EE markant forbedre inflammatorisk celleinfiltration, fibrøst vævsproliferation og bruskoverfladeskader på slidgigtsteder og reducere niveauerne af inflammatoriske mediatorer (IL-1 β og PGE2) og matrixmetalloproteinaser MMP-3 og MMP-9 i ledvæske, hvilket indikerer, at EE har en betydelig effekt mod slidgigt. Derudover har yderligere molekylære dockingteknikker og molekylære dynamiske eksperimenter vist, at EE-ligander kan binde sig til rillerne på de katalytiske steder af MMP-3 og MMP-9. Flere hydroxylgrupper på sukkerringen i EE-ligander kan danne hydrogenbindinger med flere aminosyrer i MMP-3- og MMP-9-receptorerne, som spiller en vigtig rolle i ligandbindingen. Resultaterne af denne undersøgelse vil danne grundlag for udviklingen af en ny terapeutisk lægemiddelkandidat mod slidgigt fra naturlige kilder.