บทบาทของเปปไทด์ออกฤทธิ์ในการยับยั้งการอักเสบที่เกิดจากโมโนโซเดียมยูเรต

Abstract

Gout is currently the most common form of inflammatory arthritis caused by hyperuricemia leading to the deposition of monosodium urate (MSU) crystals in the joints and surrounding tissues. The disease is typically characterized by attacks of severe pain, swelling, and stiffness of one or more distal peripheral joints, which can have a substantial impact on the patient's health-related quality of life. The inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β) plays a key role in response to MSU which contributes significantly to the pathophysiology of inflammation in gout. Nowadays, nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), glucocorticoids, and colchicine are used in gout treatment, however these drugs produce many serious side effects. As a consequence, developing novel anti-inflammatory agents that really are safe for gout patients continues a priority. Bioactive peptides have received increasing attention because of their broad biological activities. Nevertheless, studies on bioactive peptides that effectively suppress MSU-induced inflammation in gout is still lacking. The aim of this study was to investigate the anti-inflammatory activity as well as the mechanism of action of the R14 peptide in the MSU-induced macrophage model, with particular emphasized on the IL-1β production. Differentiated THP-1 macrophage cells were treated with MSU (100 µg/ml) in the presence or absence of R14 peptide at the concentrations ranging from 5-100 µM and the levels of IL-1β measured. The results herein showed that the R14 peptide was capable of inhibiting IL-1β production in MSU-induced macrophages in a dose dependent manner, with IC50 value of 53.29±5.39%. The R14 peptide exhibited low cytotoxic effect on THP-1 macrophages. Furthermore, the R14 peptide also showed no hemolytic activity. For the mechanisms of action, our results showed that the R14 peptide suppressed the nuclear factor kappa B (NF-KB) p65. This peptide also decreased NLRP3 expression and the cleavage of caspase-1, both of which are essential components in the Inflammasome activation involved in the maturation of the IL-1β. All of our results therefore indicated the R14 peptide inhibited IL-1β production in MSU-induced macrophage inflammation through the suppression of the NF-KB signaling pathway and the NLRP3 Inflammasome activation. Our findings thus suggest that the R14 peptide would potentially be a promising molecule for future development for the treatment of MSU-induced inflammation.

โรคเกาต์ (gout) เป็นโรคข้ออักเสบที่พบได้บ่อย โดยเป็นผลมาจากร่างกายมีภาวะระดับกรดยูริกสูงในเลือด (hyperuricemia) เป็นเวลานาน ทำให้เกิดการตกตะกอนเป็นผลึกโมโนโซเดียมยูเรต (monosodium urate crystals; MSU) สะสมตามบริเวณข้อและเนื้อเยื่อต่าง ๆ ทั่วร่างกาย ส่งผลให้มีอาการปวด บวม แดง และอาการอักเสบบริเวณข้ออย่างเฉียบพลัน และส่งผลกระทบต่อการใช้ชีวิตประจำวันของผู้ป่วยเป็นอย่างมาก สาเหตุหลักของการอักเสบเกิดจากการตอบสนองต่อ MSU ก่อให้เกิดการหลั่ง pro-inflammatory cytokine ชนิด interleukin-1β (IL-1β) ซึ่งเป็นไซโตไคน์ที่มีบทบาทสำคัญต่อการอักเสบและการเกิดพยาธิสภาพของโรคเกาต์ การรักษาโรคเกาต์ในปัจจุบันจะใช้ยาต้านอักเสบ เช่น ยาในกลุ่ม nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), glucocorticoids และ colchicine อย่างไรก็ตามการใช้ยาในกลุ่มนี้มีผลข้างเคียงอย่างมากมาย ดังนั้นการหาสารใหม่ที่มีฤทธิ์ต้านการอักเสบและมีความปลอดภัยยังคงมีความจำเป็น ในปัจจุบันเปปไทด์ออกฤทธิ์ได้รับความสนใจมาก เนื่องจากมีความหลากหลายของฤทธิ์ทางชีวภาพ แต่รายงานที่ระบุถึงฤทธิ์ในการยับยั้งการอักเสบที่เกิดจาก MSU ยังมีไม่มากนัก การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของเปปไทด์ R14 ต่อการยับยั้งการอักเสบ ตลอดจนศึกษากลไกที่เกี่ยวข้องกับการยับยั้งการอักเสบในเซลล์แมคโครฟาจที่ถูกกระตุ้นด้วยโมโนโซเดียมยูเรต ดำเนินการโดยทดสอบการยับยั้งการอักเสบต่อการสร้าง IL-1β ของเปปไทด์ R14 ตั้งแต่ความเข้มข้น 5-100 µM ในเซลล์แมคโครฟาจ THP-1 ที่กระตุ้นด้วย MSU (100 µg/ml) ผลการวิจัยพบว่า เปปไทด์ R14 สามารถยับยั้งการสร้าง IL-1β ตามความเข้มข้นของเปปไทด์ที่ได้รับได้เป็นอย่างดี โดยมีค่า IC50 มีค่าเท่ากับ 53.29±5.39% และเมื่อทดสอบความเป็นพิษ พบว่าเปปไทด์ R14 ไม่แสดงความเป็นพิษต่อเซลล์ที่ใช้ทดสอบ ประกอบกับไม่ส่งผลทำให้เซลล์เม็ดเลือดแดงแตกแต่อย่างใด แสดงให้เห็นถึงความไม่เป็นพิษของเปปไทด์ R14 และเมื่อนำมาศึกษากลไกการออกฤทธิ์พบว่า เปปไทด์ R14 สามารถลดการแสดงออกของโปรตีน nuclear factor kappa B (NF-KB) p65 ในนิวเคลียส ในวิถี NF-KB signaling pathway อีกทั้งยังสามารถลดการแสดงออกของ NLRP3 และ capase-1 ได้ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในประกอบตัวขึ้นของ Inflammasome นอกจากนี้ยังลดระดับการแสดงออกของโปรตีน IL-1β ได้เป็นอย่างดี ผลของการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าเปปไทด์ R14 สามารถยับยั้งการสร้าง IL-1β ในเซลล์แมคโครฟาจที่กระตุ้นด้วย MSU โดยมีกลไกผ่านวิถี NF-KB signaling pathway (NF-KB p65) และ NLRP3 inflammasome ผลการศึกษาที่ได้รับจึงชี้ให้เห็นถึงศักยภาพของเปปไทด์ R14 ในการนำไปพัฒนาเพื่อใช้เป็นทางเลือกในการยับยั้งการอักเสบที่เกิดจากโมโนโซเดียมยูเรตได้ในอนาคต