Az eleutherozid E, egy természetes lignan glikozid terápiás hatásának elemzése a térd osteoarthritisre és az MMP-kkel való kölcsönhatásának vizsgálata
Az osteoarthritis (OA) egy degeneratív betegség, amelyet az ízületi porc rendellenes anyagcseréje és az ízületi csontszerkezet pusztulása jellemez. Súlyos esetekben az ízületi funkciók elvesztéséhez vezethet, és az 50 év feletti emberek körében a munkaképesség-csökkenés és a rokkantság egyik fontos okává vált. Közülük a térdízületi csontritisz előfordulása a legmagasabb. Az Egészségügyi Világszervezet szerint jelenleg világszerte mintegy 190 millió osteoarthritisben szenvedő beteg van. A társadalom öregedésével az OA-betegek száma évről évre nő, ami nagy gazdasági terhet és mentális nyomást jelent a betegek családjaira. Jelenleg az osteoarthritis kezelése főként a klinikai tünetek enyhítésére szolgáló nem specifikus gyógyszerekre támaszkodik. A nem opioid fájdalomcsillapítók (paracetamol, centrális fájdalomcsillapítók) és a nem szteroid gyulladáscsökkentők szájon át szedve enyhítik az ízületi gyulladásos betegek tüneteit, de alapvetően nem tudják gyógyítani az osteoarthritist. Ugyanakkor ezeknek a gyógyszereknek számos mellékhatásuk van a szív- és érrendszeri, valamint a gyomor-bélrendszerben, ami korlátozza alkalmazási körüket. Ezért sürgősen szükség van egy új hatásmechanizmussal és erős hatékonysággal rendelkező, innovatív OA kezelő gyógyszer kifejlesztésére a klinikai gyakorlatban. Az Eleutheroside E (EE) az Acanthopanax senticosus (1. ábra) egyedülálló lignán-glikozid komponense. Kutatócsoportunk korábbi vizsgálatokban megállapította, hogy az EE jó gyulladáscsökkentő hatással rendelkezik, de eddig nem születtek nemzetközi kutatási jelentések az EE alkalmazásáról az OA kezelésében. Ezért a korábbi munkák alapján ebben a tanulmányban nyúl térdízületi osteoarthritis modellt hoztunk létre elülső keresztszalag átvágással (ACLT). Első alkalommal választottuk az EE-t terápiás gyógyszerként, és ízületen belüli injekcióval adtuk be a terápiás beavatkozáshoz. Az EE terápiás és védő hatásait a kísérleti nyúl térdízületi osteoarthritisre állati szinten értékelték. Továbbá, molekuláris dokkolási technológiát és molekuladinamikai szimulációs módszereket alkalmazunk az EE és az MMP-k közötti kölcsönhatási helyek és kötődési módok elemzésére, az EE és az MMP-k komplexek kötődési módjának tisztázására, és megalapozzuk az osteoarthritis új terápiás gyógyszerjelöltjének természetes forrásokból történő kifejlesztését.

Az ízületi porc alapvető összetevői a porcmátrix, a kondrociták és a víz. A porcmátrix főként proteoglikánokból és kollagénből áll, a porcmátrix lebontásának és az anyagcsere-reakcióknak pedig a kondrociták a fő forrása. Normál fiziológiás körülmények között dinamikus egyensúly áll fenn a porckomponensek lebomlása és szintézise között. Az osteoarthritis (OA) elváltozások kialakulása elsősorban a csont, a porc, sőt az ízületen belüli szalagok és inak extracelluláris mátrixának (ECM) progresszív pusztulása miatt következik be, amelyet bizonyos kapcsolódó mediátorok vagy tényezők okoznak, ami az ízületi porc helyi lágyulásához, kopásához és szerkezeti károsodásához vezet. Az elmúlt években a tudósok megállapították, hogy a mátrix metalloproteinázok (MMP-k) szorosan kapcsolódnak a csont- és ízületi sérülésekhez és a betegség aktivitásához az OA betegeknél, és döntő szerepet játszanak a porc mátrixának és a kondrociták pusztulásának patológiás folyamatában. Az MMP-k olyan cink-proteáz enzimek, amelyek képesek lebontani az extracelluláris mátrixot (ECM) és az ECM szinte valamennyi komponensét. Az osteoarthritis kialakulása során a kondrociták és a synovialis sejtek túlzott mátrix metalloproteinázokat (MMP-3 és MMP-9) választanak ki, megbontva a mátrix metalloproteinázok szöveti gátló faktorának (MMP-IMP) egyensúlyát, és az ECM irreverzibilis degradációját okozva. Ez az ízületi porc duzzanatához, a külső erőkkel szembeni csökkent ellenálláshoz, súlyosbodó ízületen belüli gyulladásos reakciókhoz és végül az ízületi funkció elvesztéséhez vezet. Az MMP-k túlzott expressziója által okozott porckárosodás az OA patogenezisének tanulmányozásában az egyik forró pont lett. Ezért az MMP-gátlók megtalálása az OA kezelésére szolgáló gyógyszerek kifejlesztésének új stratégiájává vált.

A hagyományos kínai orvoslás a kínai gyógyászat kincsestárának fontos eleme. Széles körű forrásai, gazdag kémiai összetétele és a mellékhatások alacsony előfordulása miatt egyre nagyobb figyelmet kap a hazai és külföldi kutatók részéről. Jelenleg a hagyományos kínai orvoslásból származó, betegségeket célzó új kismolekulás terápiás gyógyszerek szűrésére és felfedezésére irányuló kísérletek a kutatás egyik forró pontjává váltak. Az Acanthopanax senticosus (Rupr. et Maxim.) Harms, más néven ginzeng vagy tövises nád, értékes gyógynövény, amelyet főként Heilongjiangban, Jilinben, Liaoningban, Hebeiben, az orosz Távol-Keleten és a japán Hokkaidón termesztenek. Kínában régóta használják gyógyászati célokra. A kutatócsoport előzetes kutatásai megállapították, hogy az eleutherozid E (EE) az Acanthopanax senticosus egyik fő hatóanyaga. Jelenleg kevés jelentés létezik az EE farmakológiai hatásairól, főként a vércukorszint csökkentésére, a posztmenopauzális csontritkulás javítására, a központi fáradtság és a memóriazavarok ellen, valamint az agyi iszkémia-reperfúziós sérülés csökkentésére. Korábbi kutatásaink azt találták, hogy az EE jelentősen gátolja a gyulladásos faktorokat és az ízületi porckárosodást. A szakirodalmi keresés és vizsgálat révén jelenleg nincsenek nemzetközi kutatási jelentések az EE alkalmazásáról az OA kezelésében.

Ezért ez a cikk az első, amely tanulmányozza az EE terápiás hatását az osteoarthritisre, értékelve az EE terápiás és védő hatását a kísérleti nyúl térd osteoarthritisre állati szinten, kísérleti bizonyítékot szolgáltatva az osteoarthritis megelőzésére és kezelésére az EE-vel. Ebben a vizsgálatban a klasszikus elülső keresztszalag-transzekció (ACLT) módszerét alkalmazták egy nyúl térdízületi osteoarthritis modell létrehozására. Az EE-20 és EE-60 hatóanyagot terápiás beavatkozás céljából hetente egyszer, 5 egymást követő héten keresztül injekciózták az ízületi üregbe. Az EE-20 gyulladásos citokinekre és ízületi patológiai változásokra gyakorolt hatását vizsgálták a nyúl térdízületi osteoarthritis modellben, és megfigyelték az EE preventív és terápiás hatását a nyúl térdízületi osteoarthritis állatmodellben. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy az EE jelentősen javíthatja a gyulladásos sejtek beszivárgását, a rostos szöveti proliferációt és a porcfelszíni károsodást az osteoarthritises helyeken. A vizsgálatok kimutatták, hogy az MMP-3 és az MMP-9 felgyorsíthatja az extracelluláris mátrix károsodását az OA ízületek porcszerkezetében, elősegítheti a porcpusztulás sebességét, és így előreviszi az OA progresszióját. Ezenkívül az IL-1 β is kulcsfontosságú tényező a 0A termelésében. Az IL-1 β indukálhatja a nitrogén-oxid (NO) és a ciklooxigenáz (COX) termelését az ízületi sejtekben, míg a ciklooxigenáz-2 elősegítheti a nitrogén-oxid és a prosztaglandin E2 (PGE2) kiválasztását. A PGE2 egy többfunkciós gyulladásos mediátor, amely növelheti az MMP-k és más katabolitok termelését, ezáltal befolyásolhatja az ízületi szövetek szerkezetét és működését, és felgyorsíthatja az ízületi struktúra pusztulását. Ezért a továbbiakban ELISA kimutatási módszert alkalmaztunk a gyulladásos mediátorok (IL-1 β és PGE2) és a mátrix metalloproteinázok MMP-3 és MMP-9 szintjének elemzésére és meghatározására az OA modellállatok ízületi folyadékában az EE beavatkozás után. Az eredmények azt mutatták, hogy az EE kezelési beavatkozás jelentősen csökkentette a gyulladásos mediátorok (IL-1 β és PGE2) és a mátrix metalloproteinázok MMP-3 és MMP-9 szintjét az ízületi folyadékban (P<0,001), ami azt jelzi, hogy az EE jelentős osteoarthritis-ellenes hatással rendelkezik.

Jelenleg a molekuláris dokkolási technológia és a molekuladinamikai szimuláció fontos eszközzé vált a fehérjék és receptorok közötti kötődési mód feltárására, és jelentős alkalmazási értékkel bír az új gyógyszerek kutatásának területén. Ez a tanulmány a molekuláris dokkolási technológiát és a molekuladinamikai szimulációt használta fel az EE és az MMP-k közötti kölcsönhatási helyek és kötődési módok elemzésére és feltárására. Az EE cukorgyűrűn lévő hidroxilcsoport hidrogénkötéseket tud kialakítani az MMP-3 és MMP-9 receptorok aminosavaihoz az MMP-3 és MMP-9 katalitikus helyeinek barázdáiban, amelyek fontos szerepet játszanak a ligandumkötésben. Ezenkívül az EE ligandum benzolgyűrűje hidrofób egymásra épülő kölcsönhatásokat is kialakíthat az MMP-3 és MMP-9 hidrofób maradékokkal, ami stabilizálhatja a kötődésüket. A molekuladinamikai szimulációs kísérletek azt mutatják, hogy az EE és az MMP-3 és MMP-9 komplexek közötti kötődési folyamathoz a fő hozzájárulás a van der Waals-potenciális energiából és az elektrosztatikus kölcsönhatásokból származik, és a két rendszer hasonló kötődési móddal rendelkezik. Ezek közül az EE és az MMP-3 teljes kötési energiája alacsonyabb, míg az EE erősebb kötődési képességgel rendelkezik az MMP-3-hoz. Ez az eredmény összhangban van a fent említett ELISA kimutatási kísérlet eredményeinek tendenciájával. A fenti adatok kulcsfontosságú elméleti alapot nyújtanak az EE MMP-ellenes hatásainak molekuláris mechanizmusával kapcsolatos jövőbeli kutatásokhoz és a lignin glikozidokon alapuló új MMP-gátlók nukleáris szerkezetű kifejlesztéséhez.

Összefoglalva, az EE ízületen belüli injekciója jelentősen javíthatja a gyulladásos sejtek beszivárgását, a rostos szövet proliferációját és a porcfelszín károsodását az osteoarthritis helyein, valamint csökkentheti a gyulladásos mediátorok (IL-1 β és PGE2) és a mátrix metalloproteinázok MMP-3 és MMP-9 szintjét az ízületi folyadékban, ami azt jelzi, hogy az EE jelentős osteoarthritis-ellenes hatással rendelkezik. Ezenkívül további molekuláris dokkolási technikák és molekuladinamikai kísérletek kimutatták, hogy az EE ligandumok képesek az MMP-3 és az MMP-9 katalitikus helyeinek barázdáihoz kötődni. Az EE ligandumok cukorgyűrűjében lévő több hidroxilcsoport hidrogénkötéseket tud kialakítani az MMP-3 és MMP-9 receptorok több aminosavával, amelyek fontos szerepet játszanak a ligandumok kötődésében. A vizsgálat eredményei megalapozzák az osteoarthritisre új, természetes forrásokból származó terápiás gyógyszerjelölt kifejlesztését.