The study of the anti-inflammatory activity of a thick lingonberry fruit extract in the carrageenan-induced rat paw edema model and molecular docking

Abstract

Aim. To assess the anti-inflammatory activity of a concentrated lingonberry fruit extract using the carrageenan-induced rat paw edema model, complemented by the molecular docking analysis.Materials and methods. The study object was a concentrated lingonberry fruit extract. Molecular docking analy-ses were conducted using AutoDockTools 1.5.6, and the anti-inflammatory activity was evaluated using the carrageen-an-induced paw edema model in rats.Results. The theoretical assessment of the anti-inflammatory activity of the lingonberry fruit extract showed that lingonberry anthocyanins, such as cyanidin-3-galactoside, cyanidin-3-arabinoside, blocked three of them highly se-lectively, such as cyclooxygenase (COX-2), phospholipase A2 and 5-lipoxygenase (5-LOX), and medium-selective nuclear factor kappa B (NF-kB). No highly selective inhibitor was found among anthocyanins of NF-kB. At the same time, сyanidin-3-glucosideblocked three out four targets, such as COX-2, phospholipase A2, 5-LOX. Although the widely used reference compounds in medicine and research – the synthetic drug diclofenac sodium and the natural fla-vonoid quercetin – demonstrated the inhibitory activity against pro-inflammatory enzymes, their binding affinities were moderate to low. The molecular docking analysis showed the following binding energy values (kcal/mol) for diclofenac sodium and quercetin: COX-2 (–5.76 and –4.59), phospholipase A2 (–7.65 and –6.79), 5-LOX (–6.00 and –6.45), and NF-κB (–3.00 and –3.61), respectively. Experimental studies have shown a thick lingonberry fruit extract in the dose of 13.0 mg/kg (calculated with reference to the total anthocyanins expressed as cyanidin-3-glycoside) reduces edema in 1, 2, 3 and 4 hours by 45 %, 35 %, 25 % and 24 %compared to the control group, respectively.Conclusions. A comprehensive theoretical and experimental study of the anti-inflammatory properties of the ling-onberry fruit extract has been conducted using the molecular docking analysis and the carrageenan-induced rat paw edema model in vivo. The results in silico demonstrated that lingonberry anthocyanins exhibited a strong binding af-finity toward key pro-inflammatory targets, including COX-2, phospholipase A2, 5-LOX, and NF-κB. The findings in vivoshowed that administration of a thick lingonberry fruit extract in the dose of 13.0 mg/kg (calculated with reference to the total anthocyanins expressed as cyanidin-3-glycoside) significantly inhibited inflammatory responses in all phases of the carrageenan-induced paw edema

Мета – оцінка протизапальної активності концентрованого екстракту плодів брусниці за допомогою моделі набряку лапи щурів, індукованого карагенаном, доповненої молекулярним докінговим аналізом.Матеріали та методи. Об’єктом дослідження був густий екстракт плодів брусниці. Молекулярний докінг проводили за допомогою AutoDockTools 1.5.6. Протизапальний ефект оцінювали на моделі набряку лапи, інду-кованого карагенаном у щурів.Результати та їхнє обговорення. Теоретична оцінка протизапальної активності екстракту плодів брусниці показала, що антоціани брусниці, такі як ціанідин-3-галактозид, ціанідин-3-арабінозид, блокували три з них високо-селективно, такі як циклооксигеназа-2 (ЦОГ-2), фосфоліпаза А2 та 5-ліпооксигеназа (5-ЛОГ), та середньоселек-тивно ядерного фактора каппа B (NF-kB). Не було виявлено жодного високоселективного інгібітора серед ан-тоціанів NF-kB. Тоді як ціанідин-3-глюкозид блокував три з чотирьох мішеней, таких як ЦОГ-2, фосфоліпаза А2, 5-ЛОГ. Незважаючи на те, що широко застосовувані референтні сполуки в медицині та наукових дослідженнях – синтетичний препарат диклофенак натрію та природний флавоноїд кверцетин – виявляли інгібувальну актив-ність щодо про-запальних ферментів, їхні показники зв’язування були помірними або низькими. Молекулярний докінг показав такі значення енергії зв’язування (ккал/моль) для диклофенаку натрію та кверцетину відповідно: COX-2 (–5,76 та –4,59), фосфоліпаза A2 (–7,65 та –6,79), 5-LOX (–6,00 та –6,45) та NF-κB (–3,00 та –3,61). Експе-риментальні дослідження показали, що густий екстракт плодів брусниці в дозі 13,0 мг/кг (у перерахунку на суму антоціанів, виражено як ціанідин-3-глікозид) зменшує набряки через 1, 2, 3 та 4 години на 45, 35, 25 та 24 % порівняно з контрольною групою відповідно.Висновки. Було проведено комплексне теоретичне та експериментальне дослідження протизапальних властивостей екстракту плодів брусниці з використанням молекулярного докінг-аналізу та моделі набряку лапи щурів, індукованого карагенаном, in vivo. Результати in silico продемонстрували, що антоціани брусниці демон-струють сильну спорідненість зв’язування з ключовими прозапальними мішенями, включно з ЦОГ-2, фосфолі-пазою A2, 5-ЛОГ та NF-κB. Результати in vivo показали, що введення густого екстракту плодів брусниці в дозі 13,0 мг/кг (у перерахунку на суму антоціанів, виражено як ціанідин-3-глікозид) значно пригнічувало запальні реакції на всіх фазах набряку лапи, індукованого карагенаном