Gliptins vs. Milk-derived Dipeptidyl-Peptidase IV Inhibiting Biopeptides: Physicochemical Characterization and Pharmacokinetic Profiling / Gliptinas vs. Biopéptidos Inhibidores de Dipeptidil-Peptidasa IV Derivados de la Leche: Caracterización Fisicoquímica y Perfil Farmacocinético

ABSTRACT

Background: Milk-derived biopeptides have reported in vitro dipeptidyl-peptidase IV (DPP-IV) inhibition, suggesting a glycemic-regulatory effect in Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM). Nonetheless, the therapeutic application of these nutraceuticals is limited by the scarcity of knowledge regarding their pharmacokinetic profile. Objective: This study aimed to characterize and assess the pharmacokinetics of milk-derived biopeptides. Through an in silico comparative analysis with gliptins, we expected to identify enhanced properties in food-hydrolysates and suitable DPP-IV inhibiting peptides as candidates for T2DM therapy. Methods: A comparison between gliptins and biopeptides was conducted based on in silico evaluation of drug-likeness, physicochemical properties, pharmacokinetics, and synthetic accessibility. Suitable target proteins for gastrointestinal-absorbable biopeptides were determined as well. Data collection was performed on SwissADME, ADMETlab, DrugBank, SwissTargetPrediction, ChemDes, and BIOPEP-UWM platforms. Statistical analysis was carried out using a one-way ANOVA test. Results: Drug-likeness compliance showed no significant difference between gliptins and biopeptides (p>0.05) in three out of nine assessed rules, though gastrointestinal-absorbable biopeptides exhibited no significant difference with gliptins in five drug-likeness guidelines. The physicochemical evaluation revealed a significant difference (p<0.05) between both groups, with peptides exhibiting enhanced solubility, flexibility, and polarity. Nine out of thirty-six assessed biopeptides reported being likely gastrointestinal-absorbable molecules, from which six displayed ≥30% predicted bioavailability, two reported CYP450 interactions, and all were determined to be blood confined. Biopeptides showed a slightly lower clearance than gliptins yet counteracted by a significantly lower half-life. Moreover, synthetic accessibility scores indicated higher synthetic ease for biopeptides. In addition, absorbable bioactive peptides reported a considerable binding affinity to DPP-IV and Calpain-I. Conclusions: Compared to gliptins, gastrointestinal-absorbable biopeptides exhibit superior physicochemical properties (higher solubility, flexibility, and polarity), lesser CYP450 interactions, higher synthetic ease, and some reported an important affinity for DPP-IV and Calpain-I. Only a small fraction of milk-derived biopeptides are suitable drug-like compounds and feasible candidates for T2DM therapy; yet, testing their therapeutic potency remains subject to further studies

RESUMEN

Antecedentes Los biopéptidos derivados de la leche han mostrado inhibir la dipeptidil-peptidasa IV (DPP-IV) en ensayos in vitro, lo que sugiere una regulación de la glicemia en la Diabetes Mellitus Tipo 2 (DM2). Sin embargo, su uso terapéutico está limitado por el escaso conocimiento de sus propiedades farmacológicas. Objetivo: Caracterizar y evaluar el perfil farmacocinético de los biopéptidos derivados de la leche. Por medio de un análisis comparativo in silico, se buscó identificar propiedades de carácter superior a las gliptinas en los biopéptidos inhibidores de DPP-IV, así como posibles candidatos a agentes terapéuticos en la DMT2. Métodos: Se llevó a cabo una comparación entre las Gliptinas y los biopéptidos basada en la evaluación in silicode las características "d r ug - li ke", propiedades fisicoquímicas, farmacocinética y accesibilidad sintética. Adicionalmente, se determinaron posibles proteínas diana para los biopéptidos de alta probabilidad de absorción gastrointestinal. Los datos se obtuvieron en SwissADME, ADMETlab, DrugBank, SwissTargetPrediction, ChemDes y BIOPEP-UWM. El análisis estadístico se basó en un análisis de varianza (one-way ANOVA test). Resultados: El cumplimiento de las reglas de "drug-likeness" no mostró diferencias significativas entre las gliptinas y los biopéptidos (p>0.05) en tres de las nueve normas evaluadas, empero, los biopéptidos absorbibles no mostraron diferencias significativas con las gliptinas en cinco de estas. La evaluación fisicoquímica reveló una diferencia significativa (p>0.05) entre ambos grupos y una mayor solubilidad, flexibilidad y polaridad para los biopéptidos. Nueve de los treinta y seis biopéptidos estudiados reportaron alta probabilidad de absorción gastrointestinal, de los cuales seis presentaron una biodisponibilidad predicha ≥30%, dos reportaron interacciones con el CYP450, y todos mostraron permanecer confinados en sangre. Los biopéptidos mostraron una tasa de aclaramiento inferior a las gliptinas, sin embargo, contrarrestado por una vida-media significativamente menor. Los valores de accesibilidad sintética indicaron una mayor facilidad de síntesis para los biopéptidos. Por último, los biopéptidos absorbibles mostraron una considerable afinidad por la DPP-IV y la Calpaína-I. Conclusiones: Frente a las gliptinas, los biopéptidos absorbibles presentan propiedades fisicoquímicas superiores (mayor solubilidad, flexibilidad y polaridad), menores interacciones con el CYP450, mayor facilidad de síntesis y algunos una importante afinidad por la DPP-IV y la Calpaína-I. Una mínima fracción de biopéptidos derivados de la leche son candidatos viables para la terapia de DM2; sin embargo, la determinación de su efectividad terapéutica permanece sujeta a futuros estudios