Spectroscopic analysis of changes in the lipid profile of vascular endothelial cells induced by stavudine (d4T) and zalcitabine (ddC) - in vitro studies using Raman imaging

Terapia antyretrowirusowa (ART, z ang. antiretroviral therapy) to leczenie zakażenia ludzkim wirusem niedoboru odporności za pomocą odpowiedniej kombinacji leków przeciwretrowirusowych, które działają na różne etapy cyklu życiowego wirusa. Dzięki temu skutecznie hamuje się replikację wirusa, zmniejsza się jego ilość we krwi (tzw. wiremia), poprawia się funkcjonowanie układu odpornościowego (wzrost liczby limfocytów CD4+), ogranicza się ryzyko rozwoju AIDS i występowania chorób oportunistycznych oraz zmniejsza się ryzyko przeniesienia HIV na inne osoby. Współczesne schematy ART są zazwyczaj dobrze tolerowane i umożliwiają pacjentom z HIV prowadzenie długiego, zdrowego życia. Nukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy (NRTI, ang.nucleosidereversetranscriptase inhibitors), do których należą zalcytabina (ddC) i stawudyna (d4T), stanowią jedną z podstawowych klas zatwierdzonych leków przeciwretrowirusowych. NRTI działają poprzez hamowanie enzymu odwrotnej transkryptazy, który jest niezbędny wirusowi HIV do przekształcenia swojego RNA w DNA (proces niezbędny do integracji z materiałem genetycznym gospodarza). Pomimo stosowania ich w terapii ART, mechanizmy ich działania na naczynia krwionośne i metabolizm lipidów nie są w pełni poznane. Zaburzenia lipidowe mogą prowadzić do dysfunkcji naczyniowej, co zwiększa ryzyko chorób sercowo-naczyniowych. Doniesienia literaturowe w zakresie obserwacji klinicznych wskazują, że stosowanie niektórych NRTI może wiązać się z ryzykiem lipodystrofii, dyslipidemii oraz insulinooporności. Mając na uwadze powyższe, w niniejszej pracy skupiono się na zbadaniu odpowiedzi biochemicznej komórek śródbłonka naczyniowego na 24 godzinną stymulację farmakologiczną ddC i d4T. Ocenę indukowanych lekami zmian wykonano za pomocą spektroskopii ramanowskiej wspieranej analizą chemometryczną. Otrzymane wyniki wskazują na wzrost zawartości lipidów nienasyconych w komórkach poddanych działaniu zalcytabiny i stawudyny.Te obserwacje mogą świadczyć o rozwoju stanu zapalnego w śródbłonkach. Zaobserwowano także liniową odpowiedź komórek w zakresie stosowanych stężeń leków, określoną na podstawie oceny zmian w widmach obszaru okołojądrowego wykazującego najwyższą zawartość lipidów. Badane leki już przy niewielkim stosowanym stężeniu równym 1 μM, wywołują zmiany w profilu lipidowym komórek śródbłonka. Co więcej przeprowadzone analizy danych dane dowodzą o słabszym działaniu ddC względem d4T.

Antiretroviral therapy (ART) is the treatment of human immunodeficiency virus (HIV) infection using an appropriate combination of antiretroviral drugs that act on different stages of the virus's life cycle. This effectively inhibits viral replication, reduces the amount of virus in the blood (viremia), improves the functioning of the immune system (increase in the number of CD4+ lymphocytes), reduces the risk of developing AIDS and opportunistic diseases, and decreases the risk of transmitting HIV to others. Modern ART regimens are usually well tolerated and allow HIV patients to lead long, healthy lives. Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs), including zalcitabine (ddC) and stavudine (d4T), are among the primary classes of approved antiretroviral drugs. NRTIs act by inhibiting the reverse transcriptase enzyme, which is necessary for HIV to convert its RNA into DNA (a process required for integration with the host's genetic material). Despite their use in ART therapy, the mechanisms of their action on blood vessels and lipid metabolism are not fully understood. Lipid disorders can lead to vascular dysfunction, which increases the risk of cardiovascular disease. Literature reports in the field of clinical observations suggest that the use of certain NRTIs may be associated with an increased risk of lipodystrophy, dyslipidemia, and insulin resistance. Considering the above, this work focused on examining the biochemical response of vascular endothelial cells to 24-hour pharmacological stimulation with ddC and d4T. The assessment of drug-induced changes was performed using Raman spectroscopy supported by chemometric analysis. The obtained results indicate an increase in the content of unsaturated lipids in cells exposed to ddCand d4T. These observations may indicate the development of inflammation in the endothelium. A linear response of the cells was also observed in the range of drug concentrations used, as determined by the assessment of changes in the spectra of the perinuclear area, which showed the highest lipid content. The tested drugs, even at a low concentration of 1 μM, induce changes in the lipid profile of endothelial cells. Moreover, the data analyses conducted prove a weaker effect of ddC compared to d4T.