Anti-inflammatory effects of NO-releasing compounds

Abstract

Typpioksidi on ensimmäinen tunnettu kaasumainen aine, joka toimii elimistössä säätelymolekyylinä. Useat solut tuottavat typpioksidia ja se säätelee mm. verenpainetta ja immuunivastetta. Typpioksidin historia on lyhyt, vajaan kahdenkymmenen vuoden mittainen: se 'löydettiin' 1980-luvun lopussa ja vuonna 1998 kolme yhdysvaltalaista tutkijaa sai Nobelin palkinnon tunnustuksena typpioksidia koskevista uraauurtavista tutkimuksistaan. Typpioksidin merkitys verenpainetaudin, ateroskleroosin ja reumatautien synnyssä on aktiivisen tutkimuksen kohteena ja nitron (glyseryylinitraatin) ja Viagran (sildenafiilin) vaikutuksen paljastuminen typpioksidivälitteiseksi antoi voimakkaan sysäyksen uusien typpioksidia luovuttavien lääkeaineiden kehittämiseksi. Paitsi verisuonitaudeissa typpioksidilla on tärkeä merkitys myös tulehduksen synnyssä. Tulehdus on elimistön normaali reaktio bakteerin tai muun taudinaiheuttajan tunkeutuessa elimistöön. Liian voimakas tai väärin kohdistunut tulehdus on kuitenkin haitallinen ja aiheuttaa nivelreuman ja astman kaltaisia tauteja. Typpioksidin on joissakin olosuhteissa todettu voimistavan tulehdusreaktiota ja toisaalta sillä on myös tulehdusta hillitseviä vaikutuksia. Tässä tutkimuksessa tutkittiin kehitteillä olevia lääkeaineita, joista vapautuu typpioksidia. Erilaisissa soluviljelymalleissa mitattiin, voidaanko typpioksidia antamalla estää tulehdusreaktion syntymiseen liittyviä solutason tapahtumia. Tässä työssä havaittiin, että typpioksidia luovuttavilla yhdisteillä on tulehdusta estäviä vaikutuksia: typpioksidiluovuttajat estävät tulehdussolujen kertymistä tulehduspesäkkeeseen sekä tulehdussolujen toimintaa. Tämä tutkimus on perustutkimusta, jossa selvitetään tulehduksen syntymiseen johtavia solutason tapahtumia ja typpioksidin merkitystä tulehduksenvälittäjäaineena. Tutkimuksessa havaittiin, että typpioksidia luovuttavilla lääkeaineilla on soluviljelyolosuhteissa tulehdusta hillitseviä vaikutuksia. Typpioksidia säätelevistä lääkeaineista odotetaan tulevaisuudessa uusia lääkkeitä mm. reuman ja astman hoitoon.

Nitric oxide (NO) is a unique messenger molecule involved in the regulation of diverse physiological processes including smooth muscle contractility, platelet reactivity and central and peripheral neurotransmission. In the immune system NO has been recognized as an important effector molecule for macrophages as well as a homeostatic regulator. Depending on the type and phase of the inflammatory reaction and the individual vascular or cellular reponses studied, NO can exert both proinflammatory and antiinflammatory actions. Thus NO, like many other inflammatory mediators, has a dualistic regulatory function in inflammation. Initial attempts to manipulate the L-arginine:NO pathway have already demonstrated the therapeutic potential of some of these interventions. It is likely that, in the future safe and effective medicines will be developed in this field.

The present studies were designed to investigate the effects of NO-releasing compounds on leukocyte and endothelial cell functions related to inflammatory response in vitro and to elucidate the mechanisms of their anti-inflammatory actions. The two recently characterized NO-releasing mesoionic oxatriazole derivatives GEA 3162 and GEA 3175 were compared to earlier known NO donors 3-morpholino-sydnonimine (SIN-1) and S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP).

The major findings were: 1. NO-releasing compounds inhibited mitogen-induced proliferation of human lymphocytes by a cGMP-independent mechanism. 2. NO-releasing compounds inhibited lipopolysaccharide (LPS)-induced production of prostacyclin in human endothelial cells. The data suggest that NO-releasing compounds inhibit cyclooxygenase-2 (COX-2) enzyme activity but not COX-2 protein expression. 3. NO-releasing compounds inhibited the adhesion of tumor necrosis factor-a (TNF-a)-stimulated neutrophils to endothelial cells. NO donors did not alter adhesion molecule CD11/C18 surface expression in TNF-a-stimulated neutrophils. The data indicate a role for cGMP in the modulation of neutrophil adhesion by NO donors. 4. By selectively exposing cultured endothelial cells to NO donors, we have identified adhesion molecule expression in endothelial cells as a potential target of NO. NO-releasing compounds inhibited E-selectin expression in and neutrophil adhesion to LPS-stimulated endothelial cells.

In conclusion, chemically different NO-releasing compounds were shown to have NO-dependent anti-inflammatory effects in various models in vitro indicating that NO serves as a regulatory molecule in inflammation. The immunosuppressive action of NO-releasing compounds offers therapeutic possibilities and may lead to adverse effects when NO-releasing compounds are used in other indications.