Agenter för reglering av NO
Försenad sårläkning som till stor del beror på låg biotillgänglighet av NO skulle kunna gynnas av möjliga behandlingar, inklusive NO-donatorer och NOS-genterapi (Luo och Chen, 2005). Till exempel är dysfunktion i lymfkärlen ett problem hos patienter som lider av diabetes, fetma och höga kolesterolnivåer och orsakas av en låg biotillgänglighet av NO (Scallan et al., 2015). Låg tillgänglighet av bioaktivt NO kan orsakas av försämrad produktion av NO eller av en ökad NO-inaktivering av reaktiva syrearter (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Dessutom skulle NO-terapier kunna hjälpa till med sårläkningskomplikationer som uppstår vid atopisk dermatit och perifer kärlsjukdom (Martinez et al., 2009). Brist på NO kan orsakas av skadat eller inte korrekt fungerande endotel. Detta är fallet vid vissa kardiovaskulära problem, såsom ateroskleros, hjärtsvikt, hypertoni, arteriella trombotiska störningar, kranskärlssjukdom och stroke (Carpenter och Schoenfisch, 2012).
Det finns flera terapeutiska strategier att överväga när man försöker kontrollera NO-nivåerna. Beroende på näring skulle det vara fördelaktigt att öka eller minska NO-nivåerna. Som Garrya et al. diskuterar är tillskott av eNOS samtidigt som iNOS hämmas en möjlig behandlingsväg för att kontrollera frisättningen av NO på bästa möjliga sätt för att skydda och förebygga huvudskador (Garrya et al., 2015). Det finns flera strategier för att minska NO, om situationen motiverar det, inklusive selektiva och icke-selektiva NOS-hämmare. Vissa icke-selektiva hämmare fungerar genom att konkurrera med arginin om enzymets aktiva plats, dessa inkluderar NG-nitro-l-argininin (l-NNA), NG-monometyl-l-argininin (l-NMMA) och NG-nitro-l-arginininmetylester (l-NAME) (Willmota och Batha, 2003).
Ett annat komplext fall för modulering av NO är med cancertumörer. Vid stora koncentrationer, i den mikromolära regionen, bidrar NO till reaktiva kvävearter. Detta tillsammans med reaktiva syrearter ställer till med förödelse inne i cellen, bland annat genom att försämra cellfunktioner och orsaka DNA-baspardeaminering, vilket har visat sig vara gynnsamt för tumörprogression och överlevnad (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Dessutom har förhöjda nivåer av NOS-aktivitet hittats i cancerceller där överuttryck av NO har lett till dåliga kliniska resultat (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Å andra sidan främjar låga koncentrationer, i den pikomolära regionen, angiogenes och är antiapoptotiska, vilket också bidrar till tumörtillväxt och näringstillförsel (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Det finns två alternativ när man tittar på NO-baserade terapier för cancer. Ett av dem är att öka koncentrationerna av NO vid tumörstället för att initiera apoptos, eller nekros, av cancerceller (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Vissa NO-donatorer har visat sig ha antitumörfördelar, bland annat dietylentriamin NONOate (fig. 3.2C), GTN, natriumnitroprussid, furoxanbaserade derivat och NO-frisättande aspirin (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Den andra är att använda NOS-hämmare via långvarig systematisk administrering vid tumören som orsakar en minskning av tumörtillväxten (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Denna process måste fortsätta tills tumören är utrotad, annars är biverkningar av hypertoni och återväxt av tumören möjligheter (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Som cancerbehandling har NO fördelen av minskad toxicitet mot friska celler vid de koncentrationer som är giftiga för cancerceller (Carpenter och Schoenfisch, 2012).
Figur 3.2. De allmänna strukturerna hos olika kväveoxiddonatorer, inklusive (A) S-nitrosotioler, (B) oorganiska nitrosoföreningar och (C) diazeniumdiolater (NONOates). De specifika strukturerna för (D) nitroglycerin, (E) NCX-4016, ett nitroaspirin, och (F) SIN-1, ett sydnonimin. (G) Reaktionsschemat för den syrakatalyserade dissociationen av en NONOat för att bilda två molekyler kväveoxid (Packer och Cadenas, 2005).
När man vill öka NO-produktionen finns det flera begränsande faktorer som bidrar till produktionen av NO. Några naturliga begränsande faktorer för NO-effektivitet är tillgången på NO-syntas, eftersom svaret från iNOS fördröjs med flera timmar efter initiering. Medan de andra faktorerna omfattar tillgången på arginin, som används i andra processer och är substrat för NOS, och NO:s stabilitet. Med en kort halveringstid och hög reaktivitet kan NO brytas ned eller förbrukas genom att reagera med superoxidanjonen innan det når sina målpunkter.
Användning av NO-inhalation är särskilt användbart vid hjärtproblem. Genom att variera koncentrationen och partialtrycket av NO och syre har önskade behandlingsplaner möjlighet att vara mycket specifika och kontrollerade (Bhatraju et al., 2015). Ett annat alternativ är att uppreglera NOS-enzymer, vilket kan göras med statiner (Willmota och Batha, 2003). Statiner, som redan används vid kärlsjukdomar, tros öka uttrycket av endotel NOS (eNOS) genom posttranskriptionella mekanismer (Willmota och Batha, 2003). För behandling av cirkulationsstörningar är inhalation av NO inte den bästa vägen eftersom NO snabbt tas bort av hemoglobin, vilket gör det svårt att hålla nivåerna konstanta (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Bättre terapier innefattar NO-donatorer som ger en förlängd frisättning av NO för att maximera och förlänga de terapeutiska nivåerna av NO.
När man har att göra med undernäring eller brist på arginin och dess roll som NOS-substrat, skulle det vara fördelaktigt att öka argininnivåerna genom kosten eller på en plats där det finns ett sår. Vissa kliniska prövningar visade en ökning av endotelfunktionen hos patienter med hjärtsjukdomar och högt kolesterol, med hjälp av oralt eller intravenöst l-arginin (Willmota och Batha, 2003). Medan andra studier visade fördelar av NO:s trombocythämmande egenskaper via oralt eller intravenöst l-arginin (Willmota och Batha, 2003).
NO spelar en roll vid sårläkning och som sådant kan det ses som ett sätt att hjälpa till att optimera processen. Sårläkningskaskaden börjar omedelbart efter skadan och går igenom stegen blodkoagulation, inflammation, cellproliferation, lesionskontraktion och remodellering tills såret är helt läkt, där NO spelar en roll genom vissa sårläkningsprocesser samt genom de vardagliga processerna för vävnadshomeostas (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Tillhandahållande av NO på skadeplatsen underlättar de roller som NO spelar, bland annat genom att hjälpa till med angiogenes, öka kollagenavlagring och cellproliferation. Med höga nivåer av NO, som speglar iNOS-aktiviteten, kan NO vara antibakteriellt vid ett sår, samtidigt som det hjälper till med omedelbara cellbehov direkt efter en skada. Särskilt när det gäller sårförband, som traditionellt har varit passiva förband avsedda att skydda såret från yttre element, har dessa förband gjorts mer aktiva på senare år och spelar en roll i sårläkningen (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Med hjälp av NO-frisättande polymerer och andra donatorer kan ett sårförband göra just detta. Till exempel kan en hydrogel som frigör NO hålla en fuktig miljö samtidigt som den förblir genomsläpplig för syre, och såret får nytta av kompletterande NO. Några intressanta resultat från en studie med diabetiska råttor, som simulerade fotsår som drabbas av mänskliga diabetiker, visade att en NO-frisättande hydrogel förbättrade granulations- och ärrvävnadstjockleken i det läkta såret, med den enda nackdelen att det tog längre tid att stänga såret (Carpenter och Schoenfisch, 2012).
Med tanke på NO:s korta halveringstid och höga reaktivitet är det smarta alternativet att använda en NO-donator med låg molekylvikt för att ge en kontrollerad frisättning av NO i lokaliserade områden. Vissa organiska nitrater används redan i stor utsträckning för medicinska förslag. Till exempel används isosorbidmononitrat och glyceryltrinitrat för att behandla angina pectoris, analfissurer, hjärtsvikt och pulmonell hypertoni (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Med dessa behandlingar riskerar dock patienterna att bygga upp en tolerans och eventuell hypotoni, samt huvudvärk som en möjlig biverkning (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Några problem med dessa donatorer med låg molekylvikt kan vara att de inte frigör NO, eller inaktiveras, innan de når sin målpunkt, att de inte frigör NO på ett uthålligt sätt och eventuell toxicitet. För att hjälpa till att balansera dessa nackdelar kan makromolekyler med högre molekylvikt användas för att ge en längre och mer kontinuerlig leverans av NO till målpunkterna, för terapeutisk NO-nivå (Carpenter och Schoenfisch, 2012). Detta inkluderar läkemedelsbärare som miceller, dendrimerer, polymerer och nanodragare.