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Isoniazid and nicotinic hydrazide hybrids mitigate trehalose-6,6’-dimycolate-induced inflammatory responses and pulmonary granulomas via Syk/PI3K pathways: A promising host-directed therapy for tuberculosis - 05/02/25

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.117798 
Ha-Yeon Song a, 1, Bo-Gyeong Yoo a, b, 1, Yuna Lee a, Jae Yoon Lim a, c, Eun Ji Gu d, Jongho Jeon d, Eui-Baek Byun a,
a Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup 56212, Republic of Korea 
b Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan 32439, Republic of Korea 
c Department of Food and Nutrition, Chungnam National University, Daejeon 34134, Republic of Korea 
d Department of Applied Chemistry, College of Engineering, Kyungpook National University, Daegu 41566, Republic of Korea 

Corresponding author.

Abstract

Granulomas, dense clusters of immune cells and bacteria, are critical barriers in tuberculosis (TB) treatment. Recent advancements in TB management have highlighted granuloma control as a potential host-directed therapy (HDT) strategy. Although isoniazid (INH) is the first-line drug for TB therapy, its efficacy is limited to non-replicating Mycobacterium tuberculosis (Mtb) under granulomatous conditions, necessitating the development of more effective derivatives. In this study, hybrid compounds of isoniazid, designated as INH-D1 and INH-D2, were synthesized and evaluated for their effects on controlling inflammatory responses and pulmonary granuloma lesions induced by trehalose-6,6′-dimycolate (TDM), a glycolipid of Mtb. Both INH-D1 and INH-D2 demonstrated stronger inhibitory effects on inflammatory mediators (TNF-α, interleukin-6, co-stimulatory molecules, and MHC class I) in TDM-stimulated macrophages compared to original INH. These anti-inflammatory effects were mediated by the inhibition of Syk, p38, PI3K, and NF-κB transcription. INH-D1 and INH-D2 exhibited stronger binding energies to Syk and PI3Kα/β than INH, which are known as proximal kinases and key mediator in TDM-mediated inflammatory responses. Oral administration of INH-D2 successfully relieved TDM-induced pulmonary granuloma pathology by reducing innate immune cell infiltration, hypoxic conditions in the lungs, and systemic inflammation by decreasing serum cytokines and chemokines. In contrast, original INH and INH-D1 did not effectively alleviate pulmonary granuloma pathology. These findings demonstrate that the novel molecule INH-D2 is effective in treating pulmonary granulomas owing to its strong anti-inflammatory effects, highlighting it as a promising HDT candidate for the management of pulmonary tuberculosis, thereby providing a strategic alternative to standard anti-TB antibiotics.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Graphical Abstract




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Keywords : Isoniazid hybrids, Pulmonary granuloma, Tuberculosis, Host-directed therapy, Anti-inflammation, Trehalose-6,6’-dimycolate


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