Agents for Regulating NO
Opóźnione gojenie ran, które w dużej mierze przypisuje się niskiej biodostępności NO, mogłoby odnieść korzyści z możliwych metod leczenia, w tym donorów NO i terapii genowej NOS (Luo i Chen, 2005). Na przykład, dysfunkcja naczyń limfatycznych jest problemem u pacjentów zmagających się z cukrzycą, otyłością i wysokim poziomem cholesterolu i jest spowodowana niską biodostępnością NO (Scallan et al., 2015). Niska dostępność bioaktywnego NO może być spowodowana upośledzoną produkcją NO lub wzrostem inaktywacji NO przez reaktywne formy tlenu (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Terapie NO mogą również pomóc w powikłaniach związanych z gojeniem się ran, które pojawiają się przy atopowym zapaleniu skóry i chorobach naczyń obwodowych (Martinez et al., 2009). Niedobór NO może być spowodowany przez uszkodzony lub nieprawidłowo funkcjonujący śródbłonek. Dzieje się tak w przypadku niektórych problemów sercowo-naczyniowych, takich jak miażdżyca, niewydolność serca, nadciśnienie tętnicze, zaburzenia zakrzepowo-zatorowe, choroba wieńcowa i udar mózgu (Carpenter i Schoenfisch, 2012).
Istnieje kilka strategii terapeutycznych, które należy rozważyć, próbując kontrolować poziom NO. W zależności od pokarmu, zwiększanie lub zmniejszanie poziomu NO byłoby korzystne. Jak omówili Garrya i wsp. uzupełnianie eNOS przy jednoczesnym hamowaniu iNOS jest możliwą ścieżką leczenia dla kontrolowania uwalniania NO w najlepszy możliwy sposób, aby chronić i zapobiegać urazom głowy (Garrya i wsp., 2015). Istnieje kilka strategii zmniejszania NO, jeśli sytuacja to uzasadnia, w tym selektywne i nieselektywne inhibitory NOS. Niektóre nieselektywne inhibitory działają poprzez konkurowanie z argininą o miejsce aktywne enzymu, obejmują one NG-nitro-l-argininę (l-NNA), NG-monometylo-l-argininę (l-NMMA) i ester metylowy NG-nitro-l-argininy (l-NAME) (Willmota i Batha, 2003).
Innym złożonym przypadkiem modulowania NO są guzy nowotworowe. Przy dużych stężeniach, w regionie mikromolarnym, NO przyczynia się do powstawania reaktywnych form azotu. To, wraz z reaktywnymi formami tlenu sieje spustoszenie wewnątrz komórki, w tym upośledza funkcje komórki i powoduje deaminację pary zasad DNA, która okazała się korzystna dla progresji guza i przeżycia (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Jak również, podwyższone poziomy aktywności NOS zostały znalezione w komórkach nowotworowych, gdzie nadekspresja NO doprowadziła do złych wyników klinicznych (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Z drugiej strony, niskie stężenia, w regionie pikomolarnym, promują angiogenezę i są antyapoptotyczne, co również pomaga we wzroście guza i dostarczaniu składników odżywczych (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Istnieją dwie opcje, jeśli chodzi o terapie nowotworów oparte na NO. Jedną z nich jest zwiększenie stężenia NO w miejscu guza, aby zainicjować apoptozę lub nekrozę komórek nowotworowych (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Niektóre donory NO wykazały korzyści przeciwnowotworowe, w tym NONOate dietylenotriaminy (rys. 3.2C), GTN, nitroprusydek sodu, pochodne furoksanu i aspiryna uwalniająca NO (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Innym sposobem jest zastosowanie inhibitorów NOS poprzez długotrwałe systematyczne podawanie do guza, co powoduje zmniejszenie wzrostu guza (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Proces ten musi być kontynuowany aż do zlikwidowania guza, w przeciwnym razie możliwe są skutki uboczne w postaci nadciśnienia i odrostu guza (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Zaletą NO jako leku przeciwnowotworowego jest zmniejszona toksyczność w stosunku do zdrowych komórek przy stężeniach toksycznych dla komórek nowotworowych (Carpenter i Schoenfisch, 2012).
Rysunek 3.2. Struktury ogólne różnych donorów tlenku azotu, w tym (A) S-nitrozotioli, (B) nieorganicznych związków nitrozowych oraz (C) diazenodiolanów (NONOates). Specyficzne struktury (D) nitrogliceryny, (E) NCX-4016, nitroaspiryny, i (F) SIN-1, sydnoniminy. (G) Schemat reakcji katalizowanej kwasem dysocjacji NONOate w celu utworzenia dwóch cząsteczek tlenku azotu (Packer i Cadenas, 2005).
Przyglądając się zwiększeniu produkcji NO, istnieje kilka czynników ograniczających, które przyczyniają się do produkcji NO. Niektóre naturalne czynniki ograniczające skuteczność NO obejmują dostępność syntazy NO, ponieważ odpowiedź iNOS jest opóźniona o kilka godzin po zainicjowaniu. Natomiast inne czynniki obejmują dostępność argininy, która jest wykorzystywana w innych procesach, a jest substratem NOS, oraz stabilność NO. Z krótkim okresem półtrwania i wysoką reaktywnością, NO może ulec degradacji lub zostać zużyty poprzez reakcję z anionem ponadtlenkowym przed dotarciem do miejsc docelowych.
Używanie inhalacji NO jest szczególnie przydatne w przypadku problemów kardiologicznych. Poprzez zróżnicowanie stężenia i ciśnień parcjalnych NO i tlenu, pożądane plany leczenia mają możliwość być wysoce specyficzne i kontrolowane (Bhatraju et al., 2015). Inną opcją jest upregulowanie enzymów NOS, co można zrobić za pomocą statyn (Willmota i Batha, 2003). Uważa się, że statyny, stosowane już w chorobach naczyniowych, zwiększają ekspresję śródbłonkowej NOS (eNOS) poprzez mechanizmy posttranskrypcyjne (Willmota i Batha, 2003). W leczeniu dysfunkcji układu krążenia inhalacja NO nie jest najlepszą drogą, ponieważ NO jest szybko wymiatany przez hemoglobinę, co utrudnia utrzymanie jego stałego poziomu (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Lepsze terapie obejmują dawców NO, które zapewniają przedłużone uwalnianie NO, aby zmaksymalizować i przedłużyć terapeutyczne poziomy NO.
Gdy mamy do czynienia z niedożywieniem lub brakiem argininy i jej roli jako substratu NOS, zwiększenie poziomu argininy poprzez dietę lub w miejscu rany byłoby korzystne. Niektóre badania kliniczne wykazały wzrost funkcji śródbłonka u pacjentów z chorobami serca i wysokim cholesterolem, przy pomocy doustnej lub dożylnej l-argininy (Willmota i Batha, 2003). Podczas gdy inne badania wykazały korzyści z właściwości przeciwpłytkowych NO za pomocą doustnej lub dożylnej l-argininy (Willmota i Batha, 2003).
NO odgrywa rolę w gojeniu się ran i jako taki, może być postrzegany jako środek wspomagający optymalizację tego procesu. Kaskada gojenia ran rozpoczyna się natychmiast po urazie i przechodzi przez etapy krzepnięcia krwi, zapalenia, proliferacji komórek, kurczenia się zmian i przebudowy, aż do całkowitego wyleczenia rany, przy czym NO odgrywa rolę w niektórych procesach gojenia ran, jak również w codziennych procesach homeostazy tkanek (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Dostarczanie NO w miejscu urazu wspomaga role, które NO odgrywa, w tym pomoc w angiogenezie, zwiększanie odkładania kolagenu i proliferacji komórek. Przy wysokim poziomie NO, odzwierciedlającym aktywność iNOS, NO może działać antybakteryjnie na ranie, jednocześnie pomagając w zaspokajaniu natychmiastowych potrzeb komórek bezpośrednio po urazie. Szczególnie w przypadku opatrunków na rany, które tradycyjnie były opatrunkami pasywnymi, mającymi chronić ranę przed czynnikami zewnętrznymi, w ostatnich latach opatrunki te stały się bardziej aktywne, odgrywając rolę w gojeniu się ran (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Za pomocą polimerów uwalniających NO i innych donorów, opatrunek na ranę może właśnie to robić. Na przykład, hydrożel uwalniający NO może utrzymywać wilgotne środowisko, pozostając jednocześnie przepuszczalnym dla tlenu, a rana otrzymuje korzyści z uzupełniania NO. Niektóre interesujące wyniki badań na szczurach z cukrzycą, symulujące owrzodzenia stóp u ludzi z cukrzycą, wykazały, że hydrożel uwalniający NO poprawił ziarninowanie i grubość tkanki bliznowatej zagojonej rany, a jedynym minusem był dłuższy czas zbliżenia rany (Carpenter i Schoenfisch, 2012).
Z uwagi na krótki okres półtrwania i wysoką reaktywność NO, sprytną alternatywą jest użycie niskocząsteczkowego donora NO w celu zapewnienia kontrolowanego uwalniania NO w zlokalizowanych obszarach. Niektóre organiczne azotany są już szeroko stosowane w propozycjach medycznych. Na przykład, monoazotan izosorbidu i trinitrat glicerolu są stosowane w leczeniu dławicy piersiowej, szczelin odbytu, niewydolności serca i nadciśnienia płucnego (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Jednak z tych zabiegów, pacjenci uruchomić ryzyko budowania tolerancji i możliwe niedociśnienie, jak również ból głowy jako możliwy efekt uboczny (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Niektóre problemy z tymi donorami o niskiej masie cząsteczkowej mogą obejmować ich nieuwalnianie NO lub inaktywację, zanim dotrą do miejsca docelowego, nieuwalnianie NO w sposób trwały i możliwą toksyczność. Aby pomóc zrównoważyć te wady, makrocząsteczki o wyższej masie cząsteczkowej mogą być używane do zapewnienia dłuższego i bardziej ciągłego dostarczania NO do miejsc docelowych, dla terapeutycznego poziomu NO (Carpenter i Schoenfisch, 2012). Obejmuje to nośniki leków, takie jak micele, dendrymery, polimery i nanonośniki.