Inhibition of Human Neutrophil Elastase by Tetracyclines and Mechanism of the Inhibition

Tetracycline계 항균제에 의한 호중구 Elastase의 효소 활성도 억제 및 그 작용 기전

Human neutrophil elastase (HNE, EC 3,4,21, 11), a mediator of tissue breakdown, was inhibited by tetracycline, oxytetracycline and demeclocycline. Among them, oxytetracycline showed the most potent inhibitory effect on the activity of HNE. IC50 of this drug at our specific condition was less than 1 mM. Tetracycline inhibited human neutrophil elastase non-competitively, and oxytetracycline inhibited competitively. Ki values of tetracycline and oxytetracycline were 4.9 mM and 0.39 mM, respectively. Structural modified tetracycline, de-dimethylaminotetracycline, which showed no antibiotic activity since the active dimethylamino radical was removed from the position #4 of the tetracycline, showed similar inhibition effect on the activity of human neutrophil elastase to that of tetracycline. Thus, we speculated that inhibition of human neutrophil elastase by tetracyclines was not depended on the dimethylamino radical which is a critical active site for antibiotic effect, rather it was depended on the hydoxyl radical of tetracyclines. Therefore, the property of inhibiting elastase may be an additional molecular biochemical mechanism of action of these drugs at the inflammatory sites.

Tetracycline계 약제가, 류마치양 관절염을 비롯한 염증성 질환들의 주된 병인으로 알려지고있는 호중구 elastase의 활성도를 억제하였으며, 특히 oxytetracycline, demeclocycline, 그리고 tetracycline 등은 분자 구조적 차이에 따라 elastase의 효소 활성도에 대하여 다양한 억제율을 나타내었다. 측쇄 구조의 5번 위치에 $OH{^-}$기가 첨가된 oxytetracycline이 가장 높은 억제율을 나타내었다. 억제 양상에 있어서도 tetracycline이 비경쟁적 저해 형태를 보인 반면에, oxytetracycline은 경쟁적 저해 형태를 나타내었으며, Ki값은 각각 4.9mM과 0.39mM로 산출 되었다. 또한 항균 효과를 나타내는 활성 부위를 제거시킨 de-dimethylaminotetracycline을 합성하여 효소 활성도 억제 실험에 사용한 결과, tetracycline과 유사한 효소 억제 작용을 나타냄을 확인하였다. 이상의 연구 결과에서, tetracycline의 효소 활성도 억제 작용은 항균 효과를 나타내는 활성 부위와 상관없이 독립된 기전에 의해서 일어나는 약리 작용이며, 측쇄 구조의 $OH{^-}$기가 이 작용에 영향을 주는 일부 원인인 것으로 추정할 수 있으며, 이를 tetracycline계 약제가 염증 부위에서 나타내는 분자 단계에서의 새로운 약리 기전으로 제시하고자 한다. 또한 de-dimethylaminotetracycline은 항균제의 장기 사용시에 발생할 수 있는 저항균의 출현과는 무관하므로, 다른 부작용에 대한 연구가 선행될 경우, elastase에 의해 야기되는 만성 질환들의 치료제로써 중요한 역할을 할 것으로 사료된다.