PORADNIK.FARMACEUTY.05.[13].2005.pdf

Leki przeciwzapalne blokujące aktywność

czynnika transkrypcyjnego NF κ B

Zenobia Wydmuch 1* , Agnieszka Więcławek 2 , Przemysław Besser 3 , Urszula Mazurek 2 , Agata Pytel 4 , Jerzy Pacha 1

1 Katedra i Zakład Mikrobiologii,

2 Katedra i Zakład Biologii Molekularnej i Genetyki Medycznej,

3 Katedra i Kliniczny Oddział Chorób Wewnętrznych,

4 Kosmetologia,

Śląskiej Akademii Medycznej, Wydziału Farmaceutycznego i Oddziału Medycyny Laboratoryjnej

Streszczenie

W zapaleniu dochodzi do wytwarzania rodników tlenowych, uwalniania cytokin oraz stymulacji prozapalnych czynników transkrypcyjnych.

Zahamowanie lub zablokowanie tych procesów, oparte na molekularnej wiedzy, daje podstawy nowej strategii leczniczej. Przeciwzapalny

efekt wydaje się możliwy dzięki wyłączeniu lub zahamowaniu działania np.: cytokin prozapalnych, czynnika transkrypcyjnego NF-κB lub

enzymu – cyklooksygenazy COX-2.

Opcja terapeutyczna, uwzględniająca zwłaszcza redukcję aktywności NF-κB, niezależnie od etapu ścieżki sygnałowej, prowadzić może do

zmniejszenia odczynu zapalnego i pobudzenia następowego procesu naprawczego. Znanymi inhibitorami NF-κB są salicylany i kortyko-

sterydy, lecz ich efekt terapeutyczny jest mało specyficzny. Inne środki lecznicze mogą wywierać wpływ na NF-κB albo poprzez bloko-

wanie proteosomów, albo hamowanie prawidłowej aktywności NF-κB lub też bezpośrednio uczestniczyć w blokowaniu transkrypcji

NF-κB (np. oligonukleotydy antysensowe). Nie bez znaczenia jest również rola przeciwutleniaczy, które zapobiegają aktywacji NF-κB poprzez

„zmiatanie” rodników tlenowych.

Abstract

Inflammation is associated with reactive oxygen species production, cytokine release, and upregulation of pro-inflammatory transcription factors.

Treatment strategies based upon novel molecular targets in inflammatory pathways have been suggested and are currently being evaluated

in experimental and clinical trails. Inflammatory components targeted by these therapies include agents inhibition or block cytokines,

NF-κB activity, COX-2, as well as oxidative damage.

Therapeutic options directed at inhibiting NF-κB function could possibly reduce inflammation and subsequent repair processes. Salicylates

and corticosteroids have been known to inhibit the NF-κB function, but their effects are non-specific. A number of different agents have

been developed that directly inhibit NF-κB activation by either blocking proteosomes (e.g., proteosome inhibitors), inhibiting normal

NF-κB activation pathways, or blocking NF-κB transcription (e.g., antisense oligonucleotides). Anti-oxidants have also been used since re-

active oxygen species are known to activate NF-κB.

BUDOWA, FUNKCJA

Rel/NF κ κ κ B/I κ κ κ B

Jak dotąd poznano u ssaków dziesięć

różnych czynników transkrypcyjnych

z rodziny NF#B, wśród których pięć

to regulatory transkrypcji - Rel/NFκB

(p50/p105 – NFκB 1 , p52/p100 –

NFκB 2 , c – Rel – Rel, RelA – p65

i RelB), a pozostałe pięć ma właści-

wości inhibitorowe. (IκB – IκBa,.

IκBb, IκBg – p105, IκBd – p100 oraz

Bcl – 3). Wszystkie czynniki regula-

torowe mają podobną budowę, w któ-

rej wyróżnić można N – końcową

domenę RHD (Rel Homology Doma-

in) odpowiedzialną za tworzenie di-

merów, wnikanie do jądra komórko-

wego i wiązanie z odpowiednim frag-

mentem DNA. W końcowym odcinku

domeny RHD znajduje się sekwencja

NLS (nuclear location signal) będąca

miejscem bezpośredniego włączania

do jądra komórkowego. Białka NFκB

mogą być zarówno homo – jak i he-

terodimerami (wyjątek Rel B). Więk-

szość homodimerów na ogół nie wy-

kazuje zdolności do indukcji trans-

krypcji, zaś struktury heterodimerycz-

ne zawierają domeny transaktywacyj-

ne niezbędne w procesie indukcji

genów zaangażowanych zarówno

w procesy zapalne jak i odpowiedź

immunologiczną. [5, 6 ,10, 11].

AKTYWACJA NF κκκ B

NFκB jest białkiem należącym do gru-

py czynników transkrypcyjnych, akty-

wowanych po zadziałaniu na komór-

kę czynników prozapalnych np. lipo-

polisacharydu (LPS) – składnika ścia-

ny komórkowej bakterii Gram – ujem-

nych, TNF: α, ß, IL – 1, naskórkowe-

go czynnika wzrostu (EGF), wolnych

rodników czy promieniowania ultra-

fioletowego. Białka NFκB, obecne

w komórkach w formie nieaktywnej,

są połączone z inhibitorami IκB sta-

nowiąc cytoplazmatyczną pulę. Odłą-

czenie inhibitora aktywuje NFκB

z jego następczą translokacją do jądra

komórkowego [1, 2, 3, 4] (rys. 1).

dzięki odsłonięciu sekwencji NLS

mogą łatwo wnikać do jądra komór-

kowego, regulując tam transkrypcję

zależnych od siebie genów. Autoregu-

lacyjne działanie białek z rodziny

NFκB przejawia się wzrostem aktyw-

ności transkrypcyjnej genu ikb a, któ-

rego produktem białkowym jest IκBα.

Synteza nowych cząsteczek IκBα pro-

wadzi do usunięcia NFκB związane-

go z fragmentem DNA i jego ponow-

ną translokację do cytozolu gdzie na-

stępuje powtórne połączenie z inhibi-

torami [5, 6].

i γ, czynników pobudzających kolonie

(CSF – colony stimumulating factors):

GM – CSF (czynnik pobudzający gra-

nulocyty i makrofagi), G – CSF (czyn-

nik pobudzający granulocyty), M –

CSF (czynnik pobudzający makrofa-

gi). Z uwagi na fakt iż, niektóre inter-

leukiny oraz erytropoetyna są rodza-

jami CSF, do grupy tej zalicza się

także geny dla erytropoetyny oraz IL

– 6. Kolejną grupę stanowią geny dla

czynników wzrostu i różnicowania:

czynnika martwicy nowotworów TNF

(tumor necrosis factor) α i β czyli ka-

chektyny i transformującego czyn-

nika wzrostowego TGFβ 2 (transfor-

ming growth factor β 2 ), geny dla

głównego układu zgodności tkanko-

wej MCH I i MCH II (major histo-

compatibility complex) oraz molekuł

adhezyjnych VCAM – 1 (vascular cell

adhesion molekule – 1) i ICAM – 1

(intercellular adhesion molekule 1).

[5, 6]

Istotnym punktem aktywacji NFκB

jest fosforylacja IκBα za pośrednic-

twem kinazy IκBα (IKK), zbudowa-

nej z trzech podjednostek: IKK1

(IKKα), IKK2 (IKKβ) oraz składnika

regulacyjnego IKKγ [5, 7, 8].

Aktywacji czynników transkrypcyj-

nych należących do rodziny Rel/

NFκB/IκB towarzyszy fosforylacja N

– końcowych reszt serynowych IκBα

w wyniku działania kinazy IκB (IKK)

zależnej od ubikwityny. Na skutek

fosforylacji, IκBα przyłącza się do

białka – ubikwityny, które naznacza

inhibitor do degradacji. Uwolnione

z kompleksu heterodimery NFκB

Czynnik transkrypcyjny NFκB akty-

wuje wiele genów, wśród nich geny

o charakterze pozapalnym [9]. Tu wy-

mienić należy geny dla: interleukin

(peptydowych cytokin): IL – 1β, IL –

2, IL – 6, IL – 8, interferonu: INF β

Ryc.1 Przeciwzapalne leki działające na

różnych etapach aktywacji NF κ B

Legenda:

IKK

– kinaza IκB

– fosfor

IκB

– inhibitor kappa B

NFκB

– czynnik jądrowy kappa B

MTX

– metotreksat

– aminokwas

Nr 5 (13) 2005

STRATEGIE TERAPEUTYCZNE

W LECZENIU PROCESÓW

ZAPALNYCH

Blokowanie aktywności NFκB jest ce-

lem różnych strategii terapeutycznych

w tym strategii o charakterze przeciw-

zapalnym zmierzających do ograni-

czenia ekspresji genów NFκB – zależ-

nych. Leki przeciwzapalne działają

w różnych etapach aktywacji NFκB

(ryc.1)

ten jest głównym elementem terapii

immunosupresyjnej z zastosowaniem

glikokortykosteroidów [12].

wego niewrażliwych na androgeny

obserwowana jest stała, konstytutyw-

na aktywacja czynnika jądrowego

NFκB wraz z obniżeniem poziomu

IκBα. Natomiast w komórkach rako-

wych wrażliwych na androgeny obser-

wowany jest niski poziom NFκB.

Działanie ibuprofenu polega na hamo-

waniu konstytutywnej aktywacji

NFκB i IKKα w komórkach niewraż-

liwych na androgeny, natomiast bloko-

waniu stymulacji aktywacji w komór-

kach rakowych poddających się an-

drogenom. Stała aktywacja NFκB

może wzmacniać ekspresję prozapal-

nych cytokin i przez to zmniejszać

efektywność terapii przeciwnowotwo-

rowej, stąd też zastosowanie ibuprofe-

nu w terapii raka stercza wydaje się

być w pełni uzasadnione [17].

Innym celem działania glikokortyko-

steroidów jest miejsce wiązania we-

wnątrzkomórkowej molekuły adhezyj-

nej ICAM – 1 przez NFκB. ICAM –

1 odgrywa istotną rolę w rekrutacji

i migracji leukocytów do miejsca ob-

jętego procesem zapalnym. Glikokor-

tykosteroidy są ujemnym regulatorem

ICAM – 1 [12].

Na szczególną uwagę zasługują po-

chodne kwasu salicylowego (kwas

acetylosalicylowy, salicylan sodu).

Mają one udział nie tylko w hamowa-

niu aktywności cyklooksygenazy, lecz

także w hamowaniu aktywacji NFκB

przez zapobieganie degradacji IκBα.

Leki te są kompetytywnymi inhibito-

rami IKKβ, jednak w celu osiągnięcia

efektu inhibicji NFκB wymagane są

duże dawki leków, co może nasilać

niepożądane działania stosowanego

leczenia [5, 6].

Podsumowując, glikokorykosteroidy

to silnie działające leki przeciwzapal-

ne i immunosupresyjne, hamujące

syntezę prawie wszystkich cytokin,

będących pod regulacyjnym wpływem

białek z rodziny NFκB [12, 13].

Innym zasługującym na uwagę tera-

peutykiem jest metotreksat (MTX)

antagonista kwasu foliowego, będący

inhibitorem dehydrogenazy tetrahy-

drofolianowej, przez co zaburza syn-

tezę DNA i RNA. MTX stosowany

jest głównie w terapii nowotworów,

lecz także używany jest jako lek

immunosupresyjny i przeciwzapalny.

Terapia z zastosowaniem metotreksa-

tu przyczynia się do inhibicji degrada-

cji i fosforylacji IκBα, a przez to do

inaktywacji NFκB [14].

Niesteroidowe leki przeciwzapalne

(NLPZ) wykazują hamujący wpływ na

aktywność enzymu COX i produkcję

mediatorów prozapalnych. Wykazano,

że w komórkach nowotworowych raka

okrężnicy oraz otaczających je prawi-

dłowych tkankach, przede wszystkim

śluzówce, obecne są duże ilości COX

– 2, ale nie COX – 1 oraz prostaglan-

dyn, szczególnie prostaglandyny E2

(PGE2) [18]. Kargman i wsp. potwier-

dzili, że NLPZ powodują znaczące

obniżenie aktywności COX – 2 w ko-

mórkach raka okrężnicy [19]. COX

poza katalizującym działaniem na

powstawanie prostaglandyn bierze

również udział w procesach powsta-

wania karcinogenów (konwersja form

nieaktywnych w aktywne) oraz pro-

dukcji m.in. rodników nadtlenkowych

oraz dwualdehydu malonowego o bez-

pośrednim działaniu mutagennym

[20]. Wydaje się jednak, że zahamo-

wanie aktywności COX nie jest jedy-

nym mechanizmem odpowiedzialnym

za przeciwzapalne działanie NLPZ.

Jednak niektórzy autorzy nie stwier-

dzili istnienia korelacji pomiędzy ob-

niżeniem poziomu PGE2 w guzie,

a hamowaniem jego wzrostu przez

NLPZ. Co więcej obserwowano rów-

nież, że egzogenne prostaglandyny

hamowały proliferację komórek in

vitro i wzrost guzów in vivo [21].

Zupełnie inny punkt uchwytu w blo-

kowaniu NFκB wykazują aldehydy

peptydowe. Blokują one etap degrada-

cji IκB w proteosomach przez bloko-

wanie enzymu proteolitycznego - chy-

motrypsyny. Jednak z uwagi na fakt

braku specyficznej inhibicji tego enzy-

mu nie znalazły one zastosowania

w terapii [6]. Podobny mechanizm

działania, hamowanie degradacji

IκBα, wykazują leflunamid i sulfasa-

lazyna [5].

Maślan (sól kwasu masłowego) nale-

ży do leków zmniejszających ekspre-

sję prozapalnych cytokin przez inhibi-

cję degradacji IκBα co skutkuje pre-

wencją aktywacji NFκB. To działanie

sprzyja szerszemu stosowaniu maśla-

nu w chorobach o podłożu zapalnym

m. in. w chorobie Crohna [15].

Istotne miejsce w inhibicji NFκB zaj-

mują również glikokortykosteroidy.

Bezpośrednia (fizyczna) interakcja

receptora dla glikokortykosteroidów

z dexametazonem prowadzi do obniże-

nia zdolności NFκB do regulacji trans-

krypcji. Jest to wystarczający efekt

prowadzący do blokowania TNFα czy

IL – 1 zaangażowanych w procesy

zapalne. Leczenie dexametazonem

skutkuje zmniejszeniem puli jądrowe-

go p65 z jednoczesnym wzrostem puli

cytoplazmatycznej. Ponadto glikokor-

tykosteroidy mają zdolność indukcji

IκBα, opisanego w limfocytach i mo-

nocytach, co skutkuje wzrostem

mRNA jak i białka IκBα, a w dalszej

kolejności dezaktywacją poprzez za-

trzymanie NFκB w cytoplazmie. Efekt

Innymi lekami, wybiórczo hamujący-

mi cytokiny, są selektywne inhibitory

fosfodiesterazy typu 4 (PDE 4) mają-

ce zastosowanie np. w leczeniu cho-

roby Cohna. Inhibicja ta, przyczynia

się do wzrostu poziomu cAMP, który

z kolei doprowadza do aktywacji ki-

nazy A (PKA), która zapobiega akty-

wacji czynnika transkrypcyjnego

NFκB[16].

Ciekawa jest rola ibuprofenu w lecze-

niu raka gruczołu krokowego. W ko-

mórkach rakowych gruczołu sterczo-

Wydaje się obecnie, że mechanizm

przeciwzapalnego działania NLPZ nie

Nr 5 (13) 2005

ogranicza się do hamującego wpływu

na aktywność COX i produkcję pro-

staglandyn. W ostatnich latach odkry-

to szereg nowych właściwości tej gru-

py leków mogących mieć istotne zna-

czenie w ich supresyjnym wpływie na

procesy karcinogenezy [22]. Wiele

przemawia za znaczącym udziałem

hamowania aktywności cyklooksyge-

nazy, z drugiej strony wydaje się, że

nie we wszystkich procesach ma ono

miejsce. Możliwe, że różne mechani-

zmy działają na różnych etapach kar-

cinogenezy wzmagając tym samym

ochronne działanie NLPZ. Za koniecz-

nością wyjaśnienia faktycznego stanu

rzeczy przemawia nie tylko ciekawość

badaczy, ale i perspektywa opracowa-

nia nowych metod skuteczniejszego

leczenia wielu chorób o charakterze

zapalnym, jak również zapobieganiu

chorobie nowotworowej.

Petrosospongiolid M interferuje

w kluczowe miejsca aktywacji NFκB,

mianowicie w etap fosforylacji,

a następnie degradacji IκBα [24]. Oba

wymienione związki mają zdolność

hamowania fosfolipazy A 2 [23, 24].

Badania nad produktami metabolizmu

morskich pasożytów Fasciospongia

cavernosa dostarczają nowych strate-

gii terapeutycznych w zapaleniach.

Kakospongiolid B hamuje wiązanie

NF#B do struktury DNA i jądrową

translokację tego czynnika [23].

Obecne przeciwazapalne strategie te-

rapeutyczne dążą do blokowania swo-

istych, charakterystycznych etapów

w szlaku aktywacji NFκB przez co

zmniejszają możliwość wywołania

działań niepożądanych.

Bibliografia

[1] Delfino, F. and Walke,r W. H. Hormo-

nal regulation of the NF#B signaling

pathway. Molecular and Cellular En-

docrinology. 1999, 157, 1-9.

[2] Schulze, S., Wiegmann, K, M. Kron-

ke, et al. TNF-induced activation of

NF#B. Immunobiol. 1995, 193, 193-

203.

[3] Zhang, G. and Ghosh, S. Molecular

mechanisms of NF#B activation indu-

ced by bacterial lipopolisaccharide

through Toll-like receptors. J. Endo-

toxin Res. 2000, 6(6), 453-7.

[4] Kuno, K. and Matsuchina, K. The IL-

1 receptor signaling pathway. Journal

of Leukocyte Biology. 1994, 56, 542-

[5] Tak, P. P. and Firestein, G. S. NF÷B:

a key role in inflammatory diseases. J.

Clin. Invest. 107, 2003, 7- 11.

[6] Deptała, A., Nurzyńska, D., Darżyn-

kiewicz, Z., Jędrzejczak, W.W. The

role of Rel/NF÷B/I÷B proteins In

the pathogenesis of cancer. Advan-

ces in Cell Biology. 29, 2002, 487-

502.

[7] Nomura, F., Kawai, T., Nakanishi, K.,

and Akira, S. NF kappaB activaction

through IKK-i-dependent I-TRAF/

TANKphosphorylation. Genes Cells.

5, 2000, 191-202.

[8] Zandi, E., Chen, Y., and Karin, M.

1998. Direct phosphorylation of Ikap-

paB by IKKalpha and IKKbeta: discri-

mination between free and NF-kap-

paB-bound substrate. Science. 281,

1360-1363.

[9] Baldwin, A. S. The NF-kappa B and

I kappa B proteins: new discoveries

and Insights. Annu. Rev. Immunol.

14, 1996. 649-683.

[10] Chen, F., Castranova, V., Shi, X., and

Demers, L.M. New insights into the role

of nuclear factor-kappaB, a ubiquitous

transcription factor in the initiation of

diseases. Clin. Chem. 45, 1999, 7-17.

[11] Li, Z., and Nabel, G.J. A new member

of the I kappaB protein family, I kap-

paB epsilon, inhibits RelA (p65)-me-

diated NF-kappaB transcription. Mol.

Cell Biol. 17, 1997,6184-6190.

[12] http://flybase.bio.indiana.edu/allied-

data/lk/interactive-fly/torstoll/ dor-

sal2d.htm, Indiana University, Blo-

omington, US.

[13] Kelly, R. W., King, A. E. and Critchley,

H. O. Cytokine control in human endo-

metrium. Genes cells. 5 ,2000, 191- 202.

[14] Majumdar, S. and Aggarwal, B. B. Me-

thotrexate suppresses NF- kappaB ac-

tivation through inhibition of Ikappa-

Balpha phosphorylation and degrada-

tion. J. Immunol. 167, 2001, 2911 -

2920.

[15] Segain, J. P., Raingeard de la Bletiere,

D., Bourreille, A., Leray, V., Gervois,

N., Rosales, C., Ferrier, L., Bonnet, C.,

Blottiere, H. M. and Galmiche, J. P.

Butyrate inhibits inflammatory respon-

ses through NFkappaB inhibition: im-

plications for Crohn’s disease .Gut. 47,

2000, 397-403.

[16] http://www.bio.warwick.ac.uk/res/rese-

arch.asp?ID=31, University of War-

wick, Coventry, UK.

[17] Palayoor, S. T., Youmell, M. Y., Calder-

wood, S. K., Coleman, C. N. and Pri-

ce, B. D. Constitutive activation of

IkappaB kinase alpha and NF- kappa B

in prostate cancer cells in inhibited by

ibuprofen. Oncogene. 18 ,1999, 7389-

7394.

[18] Sano, H. et al.: Expression of cyclo-

oxygenase-1 and -2 in human colorec-

tal cancer. Cancer Res., 55 ,1995,

3785-9.

[19] Kargman, S. L. et al. Expression of

prostaglandin G/H synthase-1 and -2

protein in human colon cancer. Can-

cer Res. 55 ,1995, 2556-9.

[20] Shiff, S. J. and Rigas B. Nonsteroidal

anti-inflammatory drugs and colorec-

tal cancer: evolving concepts of their

chemopreventive actions. Gastroente-

rology. 113 ,1997, 1992-8.

[21] Hixson, L. J. et al. NSAID effect on the

sporadic colon polyps. Am. J. Gastro-

enterol., 88, 1993, 1652-6.

[22] Zhang, X. et al. Malignant transforma-

tion and antineoplastic actions of iin-

flammatory drugs (NSAIDs) on cyclo-

oxygenase-null embryo fibroblasts. J.

Exp. Med. 190, 1999, 451-9.

[23] Posadas, I., De Rosa, S., Terencio, M.

C., Paya, M. and Alcaraz, M.J. Caco-

spongiolide B suppresses the expres-

sion of inflammatory enzymes and tu-

mour necrosis factor- @ by inhibiting

nuclear factor- ÷B activation. British

Journal of Pharmacology. 138, 2003,

1571-9.

[24] Posadas, I., Terencio, M. C., Randaz-

zo, A., Gomez- Paloma, L., Paya, M.

and Alcaraz,M. J. Inhibition of the NF

- ÷B signaling pathway mediates the

anti-inflammatory effects of petrosa-

spongiolide M. Biochemical Pharma-

cology. 65, 2003, 887-895.

Nr 5 (13) 2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: