Análisis del efecto terapéutico del eleuterósido E, un glucósido lignano natural, en la artrosis de rodilla y su interacción con las MMPs
La osteoartritis (OA) es una enfermedad degenerativa caracterizada por un metabolismo anormal del cartílago articular y la destrucción de la estructura ósea de la articulación. En casos graves, puede provocar la pérdida de la función articular y se ha convertido en una causa importante de pérdida de trabajo y discapacidad en personas mayores de 50 años. Entre ellas, la incidencia de la artrosis de rodilla es la más alta. Según la Organización Mundial de la Salud, actualmente hay unos 190 millones de pacientes con artrosis en todo el mundo. Con el envejecimiento de la sociedad, el número de pacientes con osteoartritis aumenta año tras año, lo que supone una gran carga económica y presión mental para las familias de los pacientes. En la actualidad, el tratamiento de la artrosis se basa principalmente en fármacos no específicos para aliviar los síntomas clínicos. Los analgésicos no opiáceos (paracetamol, analgésicos centrales) y los antiinflamatorios no esteroideos se toman por vía oral para aliviar los síntomas de los pacientes con artritis, pero no pueden curar fundamentalmente la artrosis. Al mismo tiempo, estos fármacos tienen muchas reacciones adversas en los sistemas cardiovascular y gastrointestinal, lo que limita su ámbito de aplicación. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar un fármaco innovador para el tratamiento de la osteoartritis con un nuevo mecanismo de acción y una gran eficacia en la práctica clínica. El eleuterósido E (EE) es un componente glucósido lignano único del Acanthopanax senticosus (Figura 1). Nuestro equipo de investigación descubrió en estudios anteriores que el EE tiene buenos efectos antiinflamatorios, pero hasta ahora no ha habido informes de investigación internacionales sobre la aplicación del EE en el tratamiento de la OA. Por lo tanto, basándose en trabajos anteriores, este estudio estableció un modelo de osteoartritis de rodilla de conejo utilizando la transección del ligamento cruzado anterior (ACLT). Por primera vez, se seleccionó EE como fármaco terapéutico y se administró mediante inyección intraarticular para la intervención terapéutica. Se evaluaron a nivel animal los efectos terapéuticos y protectores de EE en la osteoartritis experimental de rodilla de conejo. Además, se utilizará la tecnología de acoplamiento molecular y los métodos de simulación de dinámica molecular para analizar los sitios de interacción y los modos de unión entre EE y las MMP, aclarar el modo de unión de los complejos de EE y MMP, y sentar las bases para el desarrollo de un nuevo fármaco terapéutico candidato para la osteoartritis a partir de fuentes naturales.

Los componentes básicos del cartílago articular son la matriz cartilaginosa, los condrocitos y el agua. La matriz cartilaginosa está compuesta principalmente por proteoglicanos y colágeno, y los condrocitos son la principal fuente de degradación de la matriz cartilaginosa y de reacciones metabólicas. En condiciones fisiológicas normales, se mantiene un equilibrio dinámico entre la degradación y la síntesis de los componentes del cartílago. La aparición de lesiones de osteoartritis (OA) se debe principalmente a la destrucción progresiva del hueso, el cartílago e incluso la matriz extracelular (MEC) de los ligamentos y tendones intraarticulares causada por algunos mediadores o factores relacionados, lo que provoca el reblandecimiento local, la abrasión y el daño estructural del cartílago articular. En los últimos años, los estudiosos han descubierto que las metaloproteinasas de la matriz (MMP) están estrechamente relacionadas con las lesiones óseas y articulares y con la actividad de la enfermedad en pacientes con OA, y desempeñan un papel crucial en el proceso patológico de destrucción de la matriz del cartílago y de los condrocitos. Las MMP son enzimas proteasas de zinc que pueden degradar la matriz extracelular (MEC) y casi todos sus componentes. Durante la aparición de la artrosis, los condrocitos y las células sinoviales secretan un exceso de metaloproteinasas de matriz (MMP-3 y MMP-9), lo que rompe el equilibrio entre el factor inhibidor tisular de las metaloproteinasas de matriz (MMP-IMP) y provoca una degradación irreversible de la MEC. Esto provoca la inflamación del cartílago articular, la disminución de la resistencia a las fuerzas externas, el agravamiento de las reacciones inflamatorias intraarticulares y, en última instancia, la pérdida de la función articular. El daño del cartílago causado por la sobreexpresión de MMPs se ha convertido en uno de los puntos calientes en el estudio de la patogénesis de la OA. Por lo tanto, encontrar inhibidores de las MMPs se ha convertido en una nueva estrategia para el desarrollo de fármacos para el tratamiento de la OA.

La medicina tradicional china es un componente importante del tesoro de la medicina china. Debido a su amplia gama de fuentes, su rica composición química y la baja incidencia de reacciones adversas, ha atraído cada vez más la atención de investigadores nacionales y extranjeros. En la actualidad, los intentos de cribado y descubrimiento de nuevos fármacos terapéuticos de moléculas pequeñas dirigidos a dianas patológicas a partir de la medicina tradicional china se han convertido en uno de los principales focos de investigación. El Acanthopanax senticosus (Rupr. et Maxim.) Harms, también conocido como ginseng o caña espinosa, es una planta medicinal preciosa que se produce principalmente en Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Hebei, el Lejano Oriente ruso y Hokkaido (Japón). Tiene una larga historia de uso medicinal en China. La investigación preliminar del grupo de investigación descubrió que el eleuterósido E (EE) es uno de los principales ingredientes activos del Acanthopanax senticosus. Actualmente, hay pocos informes sobre los efectos farmacológicos de EE, principalmente para reducir el azúcar en la sangre, mejorar la osteoporosis posmenopáusica, antifatiga central y deterioro de la memoria, y reducir la lesión cerebral por isquemia-reperfusión. Nuestra investigación anterior encontró que EE puede inhibir significativamente los factores inflamatorios y el daño del cartílago articular. A través de la búsqueda bibliográfica y la investigación, actualmente no hay informes de investigación sobre la aplicación de EE en el tratamiento de la OA a nivel internacional.

Por lo tanto, este artículo es el primero en estudiar el efecto terapéutico del EE en la osteoartritis, evaluando los efectos terapéuticos y protectores del EE en la osteoartritis experimental de rodilla de conejo a nivel animal, proporcionando evidencia experimental para la prevención y el tratamiento de la osteoartritis con EE. Este estudio utilizó el método clásico de transección del ligamento cruzado anterior (ACLT) para construir un modelo de osteoartritis de rodilla de conejo. Se inyectaron EE-20 y EE-60 en la cavidad articular para la intervención terapéutica, una vez a la semana durante 5 semanas consecutivas. Se estudiaron los efectos de EE-20 sobre las citocinas inflamatorias y los cambios patológicos articulares en el modelo de osteoartritis de rodilla de conejo, y se observaron los efectos preventivos y terapéuticos de EE en el modelo animal de osteoartritis de rodilla de conejo. Los resultados experimentales mostraron que la EE puede mejorar significativamente la infiltración de células inflamatorias, la proliferación de tejido fibroso y el daño de la superficie del cartílago en los sitios con osteoartritis. Los estudios han demostrado que las MMP-3 y MMP-9 pueden acelerar el daño de la matriz extracelular en la estructura del cartílago de las articulaciones con OA, promover la velocidad de destrucción del cartílago y, por lo tanto, avanzar en la progresión de la OA. Además, la IL-1 β también es un factor clave en la producción de 0A. La IL-1 β puede inducir la producción de óxido nítrico (NO) y ciclooxigenasa (COX) en las células sinoviales, mientras que la ciclooxigenasa-2 puede promover la secreción de óxido nítrico y prostaglandina E2 (PGE2). La PGE2 es un mediador inflamatorio multifuncional que puede aumentar la producción de MMP y otros catabolitos, afectando así a la estructura y función del tejido articular y acelerando la destrucción de la estructura articular. Por lo tanto, utilizamos además el método de detección ELISA para analizar y determinar los niveles de mediadores inflamatorios (IL-1 β y PGE2) y metaloproteinasas de matriz MMP-3 y MMP-9 en el líquido articular de animales modelo de OA tras la intervención de EE. Los resultados mostraron que la intervención de tratamiento EE podría reducir significativamente los niveles de mediadores inflamatorios (IL-1 β y PGE2) y metaloproteinasas de matriz MMP-3 y MMP-9 en el líquido articular (P <0,001), lo que indica que EE tiene un efecto significativo contra la osteoartritis.

En la actualidad, la tecnología de acoplamiento molecular y la simulación de dinámica molecular se han convertido en herramientas importantes para explorar el modo de unión entre proteínas y receptores, y tienen un importante valor de aplicación en el campo de la investigación de nuevos fármacos. En este estudio se utilizó además la tecnología de acoplamiento molecular y la simulación de dinámica molecular para analizar y explorar los sitios de interacción y los modos de unión entre EE y las MMP. El grupo hidroxilo del anillo de azúcar de EE puede formar enlaces de hidrógeno con los aminoácidos de los receptores de MMP-3 y MMP-9 en las ranuras de los sitios catalíticos de MMP-3 y MMP-9, que desempeñan un papel importante en la unión del ligando. Además, el anillo bencénico del ligando EE también puede formar interacciones hidrofóbicas de apilamiento con residuos hidrofóbicos en MMP-3 y MMP-9, que pueden estabilizar su unión. Los experimentos de simulación de dinámica molecular muestran que las principales contribuciones al proceso de unión de EE con los complejos MMP-3 y MMP-9 proceden de la energía potencial de van der Waals y de las interacciones electrostáticas, y los dos sistemas tienen modos de unión similares. Entre ellos, la energía de unión total de EE y MMP-3 es menor, mientras que EE tiene una mayor capacidad de unión a MMP-3. Este resultado concuerda con la tendencia de los resultados del experimento de detección ELISA mencionado anteriormente. Los datos anteriores proporcionan una base teórica clave para futuras investigaciones sobre el mecanismo molecular de los efectos anti MMPs de EE y el desarrollo de nuevos inhibidores de MMPs basados en glucósidos de lignina con estructura nuclear.

En resumen, la inyección intraarticular de EE puede mejorar significativamente la infiltración de células inflamatorias, la proliferación de tejido fibroso y el daño de la superficie del cartílago en los sitios de osteoartritis, y reducir los niveles de mediadores inflamatorios (IL-1 β y PGE2) y metaloproteinasas de matriz MMP-3 y MMP-9 en el líquido articular, lo que indica que EE tiene un efecto significativo contra la osteoartritis. Además, otras técnicas de acoplamiento molecular y experimentos de dinámica molecular han descubierto que los ligandos de EE pueden unirse a las ranuras de los sitios catalíticos de las MMP-3 y MMP-9. Múltiples grupos hidroxilo en el anillo de azúcar de los ligandos EE pueden formar enlaces de hidrógeno con múltiples aminoácidos en los receptores MMP-3 y MMP-9, que desempeñan un papel importante en la unión del ligando. Los resultados de este estudio sentarán las bases para el desarrollo de un nuevo fármaco terapéutico candidato para la osteoartritis a partir de fuentes naturales.