Doğal bir lignan glikozidi olan eleutheroside E'nin diz osteoartriti üzerindeki terapötik etkisinin ve MMP'lerle etkileşiminin analizi
Osteoartrit (OA), eklem kıkırdağının anormal metabolizması ve eklem kemik yapısının tahribatı ile karakterize dejeneratif bir hastalıktır. Ciddi vakalarda eklem fonksiyon kaybına yol açabilir ve 50 yaşın üzerindeki kişilerde iş gücü kaybı ve sakatlığın önemli bir nedeni haline gelmiştir. Bunlar arasında diz osteoartriti görülme sıklığı en yüksek olanıdır. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, şu anda dünya çapında yaklaşık 190 milyon osteoartrit hastası bulunmaktadır. Yaşlanan toplumla birlikte, OA hastalarının sayısı her geçen yıl artmakta, bu da hastaların ailelerine büyük ekonomik yük ve ruhsal baskı getirmektedir. Günümüzde osteoartrit tedavisi, klinik semptomları hafifletmek için çoğunlukla spesifik olmayan ilaçlara dayanmaktadır. Opioid olmayan analjezikler (asetaminofen, santral analjezikler) ve nonsteroid antienflamatuvar ilaçlar artrit hastalarının semptomlarını hafifletmek için ağızdan alınır, ancak osteoartriti temelden tedavi edemezler. Aynı zamanda, bu ilaçların kardiyovasküler ve gastrointestinal sistemlerde birçok yan etkisi vardır ve bu da uygulama alanlarını sınırlamaktadır. Bu nedenle, yeni bir etki mekanizmasına ve klinik uygulamada güçlü bir etkinliğe sahip yenilikçi bir OA tedavi ilacının geliştirilmesine acil ihtiyaç vardır. Eleutheroside E (EE), Acanthopanax senticosus'ta bulunan eşsiz bir lignan glikozit bileşenidir (Şekil 1). Araştırma ekibimiz önceki çalışmalarda EE'nin iyi anti-enflamatuar etkilere sahip olduğunu bulmuştur, ancak şu ana kadar OA tedavisinde EE'nin uygulanmasına ilişkin uluslararası bir araştırma raporu bulunmamaktadır. Bu nedenle, önceki çalışmalara dayanarak, bu çalışmada ön çapraz bağ transeksiyonu (ACLT) kullanılarak bir tavşan diz osteoartrit modeli oluşturulmuştur. İlk kez, EE terapötik ilaç olarak seçilmiş ve terapötik müdahale için intra-artiküler enjeksiyon yoluyla uygulanmıştır. EE'nin deneysel tavşan diz osteoartriti üzerindeki terapötik ve koruyucu etkileri hayvan düzeyinde değerlendirilmiştir. Ayrıca, EE ve MMP'ler arasındaki etkileşim bölgelerini ve bağlanma modlarını analiz etmek, EE ve MMP komplekslerinin bağlanma modunu açıklığa kavuşturmak ve doğal kaynaklardan osteoartrit için yeni bir aday terapötik ilacın geliştirilmesine temel oluşturmak için moleküler yerleştirme teknolojisi ve moleküler dinamik simülasyon yöntemleri kullanılacaktır.

Eklem kıkırdağının temel bileşenleri kıkırdak matriksi, kondrositler ve sudur. Kıkırdak matrisi temel olarak proteoglikanlar ve kolajenden oluşur ve kondrositler kıkırdak matrisinin bozulması ve metabolizma reaksiyonlarının ana kaynağıdır. Normal fizyolojik koşullar altında, kıkırdak bileşenlerinin bozulması ve sentezi arasında dinamik bir denge sağlanır. Osteoartrit (OA) lezyonlarının oluşumu temel olarak kemik, kıkırdak ve hatta eklem içi bağlar ve tendonların hücre dışı matrisinin (ECM) bazı ilgili aracılar veya faktörlerin neden olduğu ilerleyici yıkımından kaynaklanır ve bu da eklem kıkırdağının lokal yumuşaması, aşınması ve yapısal hasarıyla sonuçlanır. Son yıllarda, araştırmacılar matriks metalloproteinazların (MMP'ler) kemik ve eklem yaralanmaları ve OA hastalarında hastalık aktivitesi ile yakından ilişkili olduğunu ve kıkırdak matriksi ve kondrosit yıkımının patolojik sürecinde önemli bir rol oynadığını bulmuşlardır. MMP'ler, hücre dışı matrisi (ECM) ve ECM'nin neredeyse tüm bileşenlerini bozabilen çinko proteaz enzimleridir. Osteoartrit oluşumu sırasında, kondrositler ve sinovyal hücreler aşırı matriks metalloproteinazları (MMP-3 ve MMP-9) salgılayarak matriks metalloproteinazları doku inhibitör faktörü (MMP-IMP) arasındaki dengeyi bozar ve ECM'nin geri dönüşü olmayan şekilde bozulmasına neden olur. Bu da eklem kıkırdağının şişmesine, dış kuvvetlere karşı direncin azalmasına, eklem içi enflamatuar reaksiyonların şiddetlenmesine ve nihayetinde eklem fonksiyonunun kaybına yol açar. MMP'lerin aşırı ekspresyonunun neden olduğu kıkırdak hasarı, OA patogenezinin araştırılmasında sıcak noktalardan biri haline gelmiştir. Bu nedenle, MMP inhibitörlerinin bulunması, OA tedavisine yönelik ilaçların geliştirilmesi için yeni bir strateji haline gelmiştir.

Geleneksel Çin tıbbı, Çin tıbbı hazinesinin önemli bir bileşenidir. Geniş kaynak yelpazesi, zengin kimyasal bileşimi ve düşük advers reaksiyon insidansı nedeniyle yerli ve yabancı araştırmacıların artan ilgisini çekmiştir. Şu anda, geleneksel Çin tıbbından hastalık hedeflerini hedefleyen yeni küçük moleküllü terapötik ilaçları taramaya ve keşfetmeye çalışmak bir araştırma noktası haline gelmiştir. Ginseng veya diken kamışı olarak da bilinen Acanthopanax senticosus (Rupr. et Maxim.) Harms, çoğunlukla Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Hebei, Rus Uzak Doğusu ve Hokkaido, Japonya'da üretilen değerli bir tıbbi bitkidir. Çin'de uzun bir tıbbi kullanım geçmişine sahiptir. Araştırma grubunun ön araştırması, eleutheroside E'nin (EE) Acanthopanax senticosus'un ana aktif bileşenlerinden biri olduğunu ortaya koymuştur. Şu anda, EE'nin farmakolojik etkileri hakkında, özellikle kan şekerini düşürmek, menopoz sonrası osteoporozu iyileştirmek, merkezi yorgunluk ve hafıza bozukluğunu önlemek ve serebral iskemi-reperfüzyon hasarını azaltmak için çok az rapor bulunmaktadır. Önceki araştırmalarımız, EE'nin enflamatuar faktörleri ve eklem kıkırdağı hasarını önemli ölçüde engelleyebileceğini ortaya koymuştur. Literatür araştırması ve incelemesi sonucunda, EE'nin OA tedavisinde uygulanmasına ilişkin uluslararası düzeyde herhangi bir araştırma raporu bulunmamaktadır.

Bu nedenle, bu makale EE'nin osteoartrit üzerindeki terapötik etkisini inceleyen, EE'nin deneysel tavşan diz osteoartriti üzerindeki terapötik ve koruyucu etkilerini hayvan düzeyinde değerlendiren ve EE ile osteoartritin önlenmesi ve tedavisi için deneysel kanıt sağlayan ilk çalışmadır. Bu çalışmada, tavşan diz osteoartriti modeli oluşturmak için klasik ön çapraz bağ transeksiyonu (ACLT) yöntemi kullanılmıştır. EE-20 ve EE-60, 5 ardışık hafta boyunca haftada bir kez terapötik müdahale için eklem boşluğuna enjekte edilmiştir. EE-20'nin tavşan diz osteoartriti modelinde inflamatuar sitokinler ve eklem patolojik değişiklikleri üzerindeki etkileri incelenmiş ve EE'nin tavşan diz osteoartriti hayvan modeli üzerindeki önleyici ve tedavi edici etkileri gözlemlenmiştir. Deneysel sonuçlar, EE'nin osteoartrit bölgelerinde inflamatuar hücrelerin infiltrasyonunu, fibröz doku proliferasyonunu ve kıkırdak yüzey hasarını önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Çalışmalar, MMP-3 ve MMP-9'un OA eklemlerinin kıkırdak yapısındaki hücre dışı matris hasarını hızlandırabildiğini, kıkırdak yıkımının hızını artırabildiğini ve böylece OA'nın ilerlemesini ilerletebildiğini göstermiştir. Ayrıca, IL-1 β da 0A üretiminde önemli bir faktördür. IL-1 β sinovyal hücrelerde nitrik oksit (NO) ve siklooksijenaz (COX) üretimini indükleyebilirken, siklooksijenaz-2 nitrik oksit ve prostaglandin E2 (PGE2) salgılanmasını teşvik edebilir. PGE2, MMP'lerin ve diğer katabolitlerin üretimini artırabilen, böylece eklem dokusunun yapısını ve işlevini etkileyen ve eklem yapısının tahribatını hızlandıran çok işlevli bir enflamatuar aracıdır. Bu nedenle, EE müdahalesinden sonra OA modeli hayvanların eklem sıvısındaki enflamatuar aracıların (IL-1 β ve PGE2) ve matris metaloproteinazlar MMP-3 ve MMP-9 seviyelerini analiz etmek ve belirlemek için ELISA tespit yöntemini kullandık. Sonuçlar, EE tedavisi müdahalesinin eklem sıvısındaki enflamatuar aracıların (IL-1 β ve PGE2) ve matris metaloproteinazları MMP-3 ve MMP-9 seviyelerini önemli ölçüde azaltabildiğini göstermiştir (P<0.001), bu da EE'nin önemli bir anti osteoartrit etkisine sahip olduğunu göstermektedir.

Günümüzde, moleküler yerleştirme teknolojisi ve moleküler dinamik simülasyonu, proteinler ve reseptörler arasındaki bağlanma modunu keşfetmek için önemli araçlar haline gelmiştir ve yeni ilaç araştırmaları alanında önemli uygulama değerine sahiptir. Bu çalışmada ayrıca EE ve MMP'ler arasındaki etkileşim bölgelerini ve bağlanma modlarını analiz etmek ve keşfetmek için moleküler kenetlenme teknolojisi ve moleküler dinamik simülasyonu kullanılmıştır. EE şeker halkası üzerindeki hidroksil grubu, MMP-3 ve MMP-9'un katalitik bölgelerinin oluklarındaki MMP-3 ve MMP-9 reseptörlerindeki amino asitlerle hidrojen bağları oluşturabilir ve bu da ligand bağlanmasında önemli bir rol oynar. Ayrıca, EE ligand benzen halkası, MMP-3 ve MMP-9'daki hidrofobik kalıntılarla hidrofobik istifleme etkileşimleri oluşturabilir ve bu da bağlanmalarını stabilize edebilir. Moleküler dinamik simülasyon deneyleri, EE'nin MMP-3 ve MMP-9 kompleksleri ile bağlanma sürecine ana katkıların van der Waals potansiyel enerjisi ve elektrostatik etkileşimlerden geldiğini ve iki sistemin benzer bağlanma modlarına sahip olduğunu göstermektedir. Bunlar arasında, EE ve MMP-3'ün toplam bağlanma enerjisi daha düşükken, EE MMP-3'e daha güçlü bir bağlanma yeteneğine sahiptir. Bu sonuç, yukarıda bahsedilen ELISA tespit deney sonuçlarının eğilimiyle tutarlıdır. Yukarıdaki veriler, EE'nin MMP karşıtı etkilerinin moleküler mekanizması ve nükleer yapıya sahip lignin glikozitlerine dayalı yeni MMP inhibitörlerinin geliştirilmesi üzerine gelecekteki araştırmalar için önemli bir teorik temel sağlamaktadır.

Özetle, eklem içi EE enjeksiyonu, osteoartrit bölgelerinde inflamatuar hücre infiltrasyonunu, fibröz doku proliferasyonunu ve kıkırdak yüzey hasarını önemli ölçüde iyileştirebilir ve eklem sıvısındaki inflamatuar mediatörlerin (IL-1 β ve PGE2) ve matris metalloproteinaz MMP-3 ve MMP-9 seviyelerini azaltabilir, bu da EE'nin önemli bir anti osteoartrit etkisine sahip olduğunu gösterir. Ek olarak, daha ileri moleküler yerleştirme teknikleri ve moleküler dinamik deneyleri, EE ligandlarının MMP-3 ve MMP-9'un katalitik bölgelerinin oluklarına bağlanabildiğini bulmuştur. EE ligandlarının şeker halkası üzerindeki çoklu hidroksil grupları, MMP-3 ve MMP-9 reseptörlerindeki çoklu amino asitlerle hidrojen bağları oluşturabilir ve bu da ligand bağlanmasında önemli bir rol oynar. Bu çalışmanın sonuçları, doğal kaynaklardan osteoartrit için yeni bir aday terapötik ilacın geliştirilmesine temel oluşturacaktır.