Σύνθεση και φαρμακοχημική μελέτη νέων α,β-ακόρεστων καρβοξυλικών οξέων και παραγώγων τους με πιθανή δράση κατά της φλεγμονής. Εφαρμογή της μεθόδου QSAR

Abstract

Inflammation is the biological response of living organisms to tissue damage. It involves interrelationships between humoral and cellular reactions through a number of inflammatory mediators. In inflammatory conditions arachidonic acid esterified in phospholipids billayer of the membrane is liberated and further metabolized by two enzymatic pathways: the prostaglandin synthase (PGSH) and the lipoxyganase (LOX) to the formation of different metabolites. Lipoxygenases (LOXs) constitute a family of dioxygenases containing one non-heme iron atom per molecule, which oscillates between Fe2+ (inactive enzyme) and Fe3+ (active form) during the catalytic cycle. They catalyze the oxygenation of polyunsaturated fatty acids containing a (1Z, 4Z)-penta-1,4-diene system to the corresponding hydroxyperoxy derivatives. Arachidonic acid, which contains four double bonds in its configuration, is metabolised via lipoxygenases to a number of products with the hydroperoxy group in different positions (5-LOXs, 8-LOXs, 9-LOXs, 11-LOXs, 12-LOXs and 15-LOXs). It has been found from the literature that many compounds acting as inhibitors of 5-LOX can form strong complexes with the iron of the enzyme. This property has been exploited to the synthesis of some new aryl-acetic and aryl-hydroxamic acids in order to study their mechanism of action. Furthermore it is well known that some non-steroidal anti-inflammatory drugs posses side effects from the gastrointenstal system and thus they are not freely used. From the literature it has been found that cinnamomic acid derivatives and amides posses anti-inflammatory and analgesic properties. The structures of the new compounds have been verified by their elemental analysis and by their spectroscopic data IR, 1H-NMR, 13C-NMR and MS. The synthesized compounds have been investigated for: Pharmacochemical Studies in vitro: I. Determination of the reducing activity of the stable radical 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) II. Competition of the tested compounds with DMSO for hydroxyl radicals III. Soybean lipoxygenase inhibition study IV. In vitro PGHS-1 inhibition study V. Heme protein-dependent lipid peroxidation VI. Non enzymatic assay of superoxide radicals-Measurement of superoxide radical scavenging activity VII. Effects of the test compounds on the Fe+3-stimulated peroxidation of linoleic acid VIII. Stability studies and incubation with glutathione IX. Cytotoxic and antiproliferative activity and in vivo: I. the anti-inflammatory activity by the inhibition of the carrageenan induced rat paw edema II. colitis An attempt has been made to correlate the experimental biological results with some physicochemical parameters and some quantitative structure activity relationships have been derived. The physicochemical parameters have been depicted from the literature or calculated by the C-QSAR program of Biobyte. An attempt was also made to evaluate QSAR for LOX inhibitors by retreiving biological data from the literature and using the C-QSAR program by Biobyte. The relationships have been studied, explained and compared to several QSAR equations derived from the literature concerning LOX inhibitors. The lipophilicity as clog P (theoretically calculated lipophilicity) plays the most important role. Steric effects also seem to be important for the interaction of the molecule with the active site of the enzyme. In most of the examples some indicator variables indicating the presence of some functional groups has been used whereas no role for electronic effects has been found.

Η φλεγμονή είναι η φυσιολογική προστατευτική απάντηση του οργανισμού σε βλάβη των ιστών. Σ΄ αυτήν εμπλέκονται πολλοί παράγοντες μεταξύ αυτών και ελεύθερες ρίζες. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας το αραχιδονικό οξύ που βρίσκεται εστεροποιημένο στα φωσφολιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης απελευθερώνεται και με τη δράση των δύο ενζυμικών συστημάτων της προσταγλανδινικής συνθετάσης και της λιποξυγονάσης, μετατρέπεται σε διάφορους μεταβολίτες με διαφορετικό ρόλο στη διεργασία της φλεγμονής (προσταγλανδίνες, προστακυκλίνες, θρομβοξάνια, λευκοτριένια κ.α.). Οι λιποξυγονάσες είναι μονομερείς πρωτεΐνες ευρέως διαδεδομένες στη φύση. Αποτελούν οικογένεια κυτοσολικών ενζύμων, που καταλύουν την οξυγόνωση των ελευθέρων και εστεροποιημένων λιπαρών οξέων που περιέχουν ένα (1Ζ, 4Ζ)-πεντα-1,4-διενικό σύστημα προς σχηματισμό των αντιστοίχων υδροϋπεροξυ-παραγώγων. Τα ένζυμα αυτά αναγνωρίζουν τα λιπαρά οξέα με δύο cis διπλούς δεσμούς μεταξύ των οποίων παρεμβάλεται μια μεθυλενική ομάδα. Ανάλογα με τη θέση εισαγωγής του οξυγόνου στο μόριο του αραχιδονικού οξέος διακρίνονται στις 5-LOXs, 8-LOXs, 9-LOXs, 11-LOXs, 12-LOXs και 15-LOXs. Έχει βρεθεί από τη βιβλιογραφία ότι πολλές ενώσεις αναστολείς της LΟΧ παρουσιάζουν δράση λόγω της ικανότητας σχηματισμού χηλικού συμπλόκου με το σίδηρο του ενζύμου. Για το λόγο αυτό συνετέθηκαν μερικά νέα α,β-ακόρεστα καρβοξυλικά οξέα και υδροξαμικά οξέα με στόχο την μελέτη της δράσης τους ως αναστολέων της LOX και την ποσοτική συσχέτιση της δομής με τη δράση. Ακόμη είναι γνωστό ότι τα όξινα μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα παρουσιάζουν ανεπιθύμητες ενέργειες από το γαστρεντερικό σύστημα, με αποτέλεσμα να περιορίζεται η θεραπευτική τους εφαρμογή. Από τη βιβλιογραφία έχουν βρεθεί παράγωγα του κινναμωμικού οξέος και αμίδια με αντιφλεγμονώδεις και αναλγητικές ιδιότητες. Οι δομές των νέων ενώσεων επιβεβαιώθηκαν με τις στοιχειακές αναλύσεις και τα φασματοσκοπικά δεδομένα UV, IR, 1H-NMR, 13C-NMR και MS. Οι ενώσεις, που παρασκευάστηκαν, α,β-ακόρεστα οξέα, υδροξαμικά οξέα και αμίδια μελετήθηκαν στα ακόλουθα πειράματα: Φαρμακοχημικές δοκιμασίες in vitro I. αλληλεπίδραση των ενώσεων με την ελεύθερη σταθερή ρίζα του 1,1-διφαινυλο πικρυλυδραζυλίου (DPPH) II. ανταγωνισμός του DMSO στη δέσμευση των ελεύθερων ριζών OH III. δέσμευση ριζών ανιόντος οξυγόνου (υπερόξυ ανιόν) IV. αναστολή της υπεροξείδωσης του αραχιδονικού οξέος V. αναστολή της υπεροξείδωσης του λινελαϊκού οξέος VI. αναστολή του ενζύμου λιποξυγονάσης φυτικής προέλευσης (από σόγια) VII. αναστολή του ενζύμου συνθετάση της προσταγλανδίνης-1 (PGHS-1) VIII. μελέτη της αλληλεπίδρασης με γλουταθειόνη (GSH) IX. προσδιορισμός κυτταροτοξικής-κυτταροστατικής δράσης Βιολογικά πειράματα in vivo I. αναστολή της εμφάνισης του οιδήματος που επάγεται με την ενδοδερμική χορήγηση καρραγενίνης στον άκρο πέλμα επίμυα. II. μελέτη της αναστολής της εκδήλωσης ελκώδους κολίτιδας Ακόμη, έγινε προσπάθεια συσχέτισης των βιολογικών δράσεων που προσδιορίστηκαν, με επιλεγμένες φυσικοχημικές ιδιότητες και οι ποσοτικές σχέσεις που προέκυψαν, να συσχετισθούν με σχέσεις που αναφέρθηκαν στη βιβλιογραφία με σκοπό τη συγκριτική τους μελέτη. Οι τιμές των φυσικοχημικών ιδιοτήτων ελήφθηκαν από τη βιβλιογραφία ή υπολογίσθηκαν πχ. η λιποφιλικότητα ως clogP, με το πρόγραμμα C-QSAR και EHOMO/ELUMO, ενέργεια εφυδατώσεως, διπολική ροπή με το πρόγραμμα Spartan. Από τα αποτελέσματα που λαμβάνονται επιβεβαιώνεται η ύπαρξη της πειραματικής βιολογικής δράσης για τις νέες ενώσεις και είναι ανάλογα με τις τιμές της. Εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με τα δομικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των εξεταζόμενων ενώσεων, τα οποία είναι σημαντικά για την εμφάνιση της δράσης. Συγκεκριμένα για τη σάρωση των ριζών υδροξυλίου η λιποφιλικότητα ως clog P φαίνεται ότι είναι η σημαντικότερη φυσικοχημική ιδιότητα που επηρεάζει τη δράση. Ενώ για την αλληλεπίδραση με το DPPH η μοριακή διαθλασιμότητα και οι διαστάσεις του μορίου διαδραματίζουν σπουδαίο ρόλο. Τέλος, με επεξεργασία δεδομένων της βιβλιογραφίας που αφορούν αναστολείς των λιποξυγονασών, έγινε προσπάθεια εξαγωγής ποσοτικών σχέσεων δομής-δράσης με το υπολογιστικό πρόγραμμα C-QSAR της Biobyte. Οι σχέσεις που μελετήθηκαν και έγινε προσπάθεια να εξηγηθούν τα συμπεράσματα που προέκυψαν και να συγκριθούν με προηγούμενες σχέσεις που βρέθηκαν από τη βιβλιογραφία και αφορούν την αναστολή των λιποξυγονασών από διάφορα μόρια. Aπό τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η λιποφιλικότητα αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο για την αναστολή του ενζύμου. Στερεοχημικές ιδιότητες φαίνεται να παίζουν κάποιο ρόλο γεγονός που υποδηλώνει ότι το μόριο πρέπει να λαμβάνει συγκεκριμένη διαμόρφωση για αλληλεπίδραση με το ενεργό κέντρο του ενζύμου λιποξυγονάση ανεξαρτήτου προέλευσης και υποστρώματος. Σε ορισμένες εξισώσεις χρησιμοποιήθηκαν επιπλέον και ορισμένοι δείκτες για την παρουσία συγκεκριμένων σημαντικών χαρακτηριστικών (ποιοτικός ρόλος) ενώ δεν υπάρχει τεκμηρίωση για την συμμετοχή των ηλεκτρονιακών επιδράσεων από τα μέχρι στιγμής δεδομένα.