CN102026651B - 达到所需胶质生长因子2血浆水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将胶质生长因子2(GGF2)给予需要的患者以达到在所需治疗窗口内的GGF2血清水平,该治疗窗口是基于折磨患者的疾病或障碍确定的。在特定的实施方案中,患者患有与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍,并且给予GGF2以促进患者的髓鞘形成。

Description

达到所需胶质生长因子2血浆水平的方法
相关申请的交叉参考
本申请依据35USC§119(e)要求2008年2月29日提交的美国临时申请系列号61/067,589的优先权,在此特意将该申请全部引入作为参考。
导致本发明的研究由NIH专用拨款号RO1-NS45939-01部分资助。美国政府在本发明中具有某些权利。
发明领域
本发明涉及将胶质生长因子2(GGF2)给予需要的患者,以达到在基于折磨患者的疾病或障碍确定的所需治疗窗口内的GGF2血清水平。
背景
神经调节蛋白(NRG)和NRG受体包括生长因子-受体酪氨酸激酶系统,该系统用于神经、肌肉、上皮和其他组织的器官形成中所涉及的细胞-细胞信号传导(Lemke,Mol.Cell.Neurosci.7:247-262,1996;Burden等,Neuron 18:847-855,1997)。NRG家族由三个基因组成,这三个基因编码包含上皮细胞生长因子(EGF)样、免疫球蛋白(Ig)和其他可识别结构域的许多配体。许多分泌的和膜相连的同种型在该信号传导系统中起着配体的作用。NRG的受体是人体中EGF受体(EGFR)家族的所有成员,包括EGFR(或ErbB1)、ErbB2、ErbB3和ErbB4,也分别称为HER1至HER4(Meyer等,Development 124:3575-3586,1997;Orr-Urtreger等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA90:1867-71,1993;Marchionni等,Nature 362:312-8,1993;Chen等,J.Comp.Neurol.349:389-400,1994;Corfas等,Neuron 14:103-115,1995;Meyer等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:1064-1068,1994;和Pinkas-Kramarski等,Oncogene 15:2803-2815,1997)。
对这三个NRG基因,Nrg-1、Nrg-2和Nrg-3,作图至不同的染色体基因座(Pinkas-Kramarski等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:9387-91,1994;Carraway等,Nature 387:512-516,1997;Chang等,Nature387:509-511,1997和Zhang等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA94:9562-9567,1997),并共同编码不同的NRG蛋白质阵列。迄今为止研究最彻底的是Nrg-1的基因产物,其包括一组大约15个不同的结构相关的同种型(Lemke,Mol.Cell.Neurosci.7:247-262,1996,以及Peles和Yarden,BioEssays 15:815-824,1993)。最先鉴定的NRG-1的同种型包括Neu分化因子(NDF;Peles等,Cell 69,205-216,1992和Wen等,Cell 69,559-572,1992)、神经生长因子(HRG;Holmes等,Science 256:1205-1210,1992)、乙酰胆碱受体诱导活性(ARIA;Falls等,Cell 72:801-815,1993)以及胶质生长因子GGF1、GGF2和GGF3(Marchionni等,Nature 362:312-8,1993)。
通过同源性克隆(Chang等,Nature 387:509-512,1997;Carraway等,Nature 387:512-516,1997和Higashiyama等,J.Biochem.122:675-680,1997)和基因组方法(Busfield等,Mol.Cell.Biol.17:4007-4014,1997)鉴定出Nrg-2基因。NRG-2 cDNA也称为神经-和胸腺-衍生的ErbB激酶激活剂(NTAK;Genbank Accession No.AB005060)、神经调节蛋白的分支(Don-1)和小脑衍生的生长因子(CDGF;PCT申请WO 97/09425)。实验证据表明表达ErbB4或ErbB2/ErbB4组合的细胞很可能显示出对NRG-2特别强烈的应答(Pinkas-Kramarski等,Mol.Cell.Biol.18:6090-6101,1998)。还知道Nrg-3基因产物(Zhang等,上文)结合并激活ErbB4受体(Hijazi等,Int.J.Oncol.13:1061-1067,1998)。
EGF样结构域存在于所有形式的NRG的核心,并且是结合并激活ErbB受体所需的。这三个基因编码的EGF样结构域的推断的氨基酸序列大约30-40%相同(逐对比较)。此外,在NRG-1和NRG-2中似乎存在至少两个亚形式的EGF样结构域,这可以赋予不同的生物活性和组织特异性效能。
通过上皮生长因子受体家族的NRG受体酪氨酸激酶EGFR、ErbB2、ErbB3和ErbB4介导对NRG的细胞应答(Busfield等,1997,Mol Cell Biol.17:4007-14;Carraway等,1997,Nature 387:512-6;Chang等,1997,Nature 387:509-12)。所有NRG的高亲和性结合主要是通过ErbB3或ErbB4介导的(Ferguson等,2000,EMBO J.19:4632-43)。NRG配体的结合导致与其他ErbB亚基的二聚作用和通过特定酪氨酸残基磷酸化的反式激活(Honegger等,1990,Mol Cell Biol.10:4035-44;Lemmonand Schlessinger,1994,Trends Biochem Sci.19:459-63;Heldin,1995,Cell.80:213-23;Hubbard等,1998,J Biol Chem.273:11987-90)。在某些实验情况中,几乎所有ErbB受体组合在应答NRG-1同种型结合时似乎能够形成二聚体。然而,ErbB2似乎是优选的二聚化伴侣,其在稳定配体-受体复合物中可能起着重要作用。
已经显示出GGF2能促进施旺细胞的增殖、分化和保护(Goodearl等,1993,J Biol Chem.268:18095-102;Minghetti等,1996 J NeurosciRes.43:684-93)。NRG-1、ErbB2和ErbB4的表达也是小鼠发育过程中心室心肌的小梁形成所需的(Meyer和Birchmeier,1995,Nature378:386-90;Gassmann等,1995,Nature 378:390-4;Kramer等,1996,Proc Nal Acad Sci USA 93:4833-8)。GGF2也显示出能促进心肌细胞的增殖和保护(Zhao等,1998,J Biol Chem 273:10261-10269)。在中风的动物模型中还证明了GGF2-介导的神经保护作用,尽管关于给药的参数仍然不明确。
本发明通过提供关于优化治疗益处同时限制不利作用的GGF2给药方法的指导增进了GGF2关于治疗应用的使用。本发明限定了针对特别的疾病状况规定的GGF2血清浓度水平的靶治疗窗口。
概述
本发明涉及将GGF2给予需要的患者,以达到在靶治疗窗口内的GGF2血清血浆水平,确定了该水平在疾病或障碍的治疗中是有效的。根据本发明,可以在药物组合物中给予GGF2。
根据本发明,提供了避免在受治疗者中给予胶质生长因子2(GGF2)后施旺细胞髓鞘形成抑制的方法,所述方法包括:提供需要神经元髓鞘形成的受治疗者;在药物学上可接受的载体中提供GGF2;将GGF2给予受治疗者;和确定GGF2的量低于抑制施旺细胞髓鞘形成的量。
在另一个实施方案中,本发明涉及促进患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者中髓鞘形成的方法,该方法包括:选择患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者;将用量为约500ng GGF2/kg体重的胶质生长因子2(GGF2)给予患者;由此促进髓鞘形成。
在另一个实施方案中,本发明涉及促进患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者中髓鞘形成的方法,该方法包括:选择患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者;和,将达到约0.01nM GGF2血浆水平量的胶质生长因子2(GGF2)给予患者。
在进一步的实施方案中,本发明涉及当将GGF2用于促进髓鞘形成时拓宽GGF2治疗剂量范围的方法,该方法包括:
选择患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者;
将GGF2和Mek1/Erk途径抑制剂给予患者,和,由此在比不存在给予Mek1/Erk途径抑制剂时发生的更高剂量的GGF2下发生GGF2介导的髓鞘形成。
在另一个实施方案中,本发明涉及确定GGF2的量是否是促进髓鞘形成的治疗有效量的方法,该方法包括:
提供接受GGF2治疗的患者;和测量患者中的c-Jun蛋白质水平,由此c-Jun相对于基线c-Jun水平的增加表示GGF2的量接近用于促进髓鞘形成的治疗功效的最大阈值。
在本发明的特定实施方案中,使用针对达到得血浆GGF2浓度的狭窄靶治疗窗口的给药方案,将GGF2给予哺乳动物。
如在此所示的,已知GGF2能够促进施旺细胞的增殖、分化和保护。GGF2还显示出在多发性硬化(包括实验性自体免疫脑脊髓炎)的动物模型中能促进髓鞘重新形成和减轻症状。然而,在一些情况下(例如,在高浓度的GGF2下),GGF2可以防止与施旺细胞共同培养的神经元的髓鞘形成。
在此提供的数据证明GGF2实际上能够促进外周神经的髓鞘形成,但教导了给予需要的哺乳动物的GGF2的精确剂量是获得所需的GGF2介导的促进的外周神经的髓鞘形成需要的。如在此所教导的,为了促进髓鞘形成,给予GGF2,使得在血浆GGF2浓度的治疗窗口内。在缺乏在此所示结果的情况下,不存在促进需要的哺乳动物中髓鞘形成所需的血浆GGF2浓度的狭窄治疗窗口的评价。
在此所示的数据还证明了GGF2足以促进髓鞘形成并拯救CRD-Nrg1-缺乏轴突上的髓鞘形成缺陷。然而,在高浓度下,GGF2以Erk-依赖性方式抑制髓鞘形成。本发明的结果证明了GGF2既可以促进也可以抑制髓鞘形成,这取决于提供给施旺细胞的浓度。
因此,本发明涉及以下令人惊讶的发现:在GGF2-介导的PI3-激酶途径激活和髓鞘形成促进之间存在迄今为止未实现的正相关,在GGF2-介导的Mek1/Erk途径激活和髓鞘形成促进之间存在负相关。换句话说,本发明人发现了通过测定这些途径的激活水平,GGF2的给药可以精细地调节以促进髓鞘形成。根据本发明,关于促进患者髓鞘形成的GGF2的靶治疗窗口是在不存在可检测的Mek1/Erk途径激活(例如,通过检测磷酸化的Erk来测定)情况下促进PI3-激酶途径激活(例如,通过检测磷酸化的Akt来测定)的GGF2的量。
本发明的制剂和组合物呈现出特定的、所需的释放特征,其最大化治疗效果同时最小化不利副作用。可以根据药物或活性剂的最大血浆浓度(Cmax)和在特定给药间隔药物或活性剂的血浆浓度(Ctau)来描述所需的释放特征。可以从观察到的Cmax和Ctau计算Cmax与Ctau的比例(Cmax∶Ctau)。给药间隔(tau)是从最后一次给予药物或活性剂起的时间。在本发明的应用中,给药间隔(tau)可以是,例如,十二(12)小时,在该情况下,Ctau是在最后一次给药后十二(12)小时时药物或活性剂的浓度。
此外,本发明的制剂和组合物呈现出所需的释放特征,其可以根据在稳定状态下的药物或活性剂的最大血浆浓度(CmaxSS)和在稳定状态下的药物或活性剂的最小血浆浓度(CminSS)来描述。当给药速率(吸收)等于药物或活性剂的清除速率时,观察到稳定状态。可以从观察到的CmaxSS和CminSS来计算CmaxSS与CminSS的比例(CmaxSS∶CminSS)。此外,本发明的制剂和组合物呈现出所需的释放特征,其可以根据在稳定状态下药物或活性剂的平均最大血浆浓度(CavSS)来描述。
在涉及需要髓鞘重新形成的患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标峰血清水平为约0.01nM。
在涉及需要髓鞘重新形成的患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标峰血清水平为或约为以下的任一个值,或以下值之间的范围:约0.001至0.01ng/ml;0.01至0.1ng/ml;0.1至1.0ng/ml;1.0至10ng/ml;10至100ng/ml;或100至1000ng/ml。在特定的实施方案中,目标峰血清水平为约1.0ng/ml。
在涉及患有中风的患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标峰血清水平为或约为以下的任一个值,或以下值之间的范围:约0.00001至0.0001ng/ml;0.0001至0.001ng/ml;0.001至0.01ng/ml;0.001至0.01ng/ml;0.01至0.1ng/ml;0.1至1.0ng/ml;1.0至10ng/ml;10至100ng/ml;100至1000ng/ml;1000至10000ng/ml;或10000至100000ng/ml。在特定的实施方案中,目标峰血清水平为约0.2微克/ml。
在涉及患有神经病患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标峰血清水平为或约为以下的任一个值,或以下值之间的范围:约0.001至0.01ng/ml;0.01至0.1ng/ml;0.1至1.0ng/ml;1.0至10ng/ml;10至100ng/ml;或100至1000ng/ml。在特定的实施方案中,目标峰血清水平为约6.25ng/ml。
在涉及患有心力衰竭的患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标峰血清水平为或约为以下的任一个值,或以下值之间的范围:约0.001至0.01ng/ml;0.01至0.1ng/ml;0.1至1.0ng/ml;1.0至10ng/ml;10至100ng/ml;或100至1000ng/ml。在特定的实施方案中,目标峰血清水平为约6.8微克/ml。
根据本发明,可以通过本领域技术人员已知的不同途径来给予含有GGF2的药物组合物。可以使用任何合适的给药途径,例如,静脉内、非肠道、皮下、肌内、颅内、眼窝内、眼部、心室内、囊内、脊柱内、脑池内、腹膜内、鼻内、气溶胶、口服或局部(例如,通过使用带有能够穿过真皮并进入血流的制剂的粘性贴剂)给药。设想了口服给药包括含有GGF2的持续释放口服剂型。如在此所述的GGF2药物组合物可以用于治疗患有神经障碍的个体,其中所述药物组合物使治疗效果最大化,同时使不利的副作用最小化。
在本发明的第一个实施方案中,将GGF2给予患有与脱髓鞘相关的神经障碍的哺乳动物,其中以获得和维持血浆GGF2浓度的狭窄靶治疗窗口的给药方案来给予GGF2。如在此所教导的,给予精确剂量的GGF2是必需的,以便达到就诱导需要的受试者中髓鞘形成而言的治疗功效所需要的GGF2的血清血浆水平。为了获得治疗功效需要给予合适剂量GGF2的脱髓鞘障碍的实例包括Guillain-Barre综合症,慢性炎性脱髓鞘多发性神经病,多发性神经病,由于创伤引起的外周性脱髓鞘,多发性硬化,视神经炎,由于创伤引起的中枢脱髓鞘,横贯性脊髓炎,进行性多病灶脑白质病,Devic’s病(德维克氏病),急性弥散性脑脊髓炎,肾上腺脑白质萎缩症和肾上腺脊髓神经病。
在本发明的第二个实施方案中,将GGF2给予患有心肌障碍的哺乳动物,所述心肌障碍如充血性心力衰竭,心肌梗塞,再灌注损伤,化学性、病毒性或突发性心脏中毒,心律不齐,其中以获得血浆GGF2浓度的靶治疗窗口的给药方案来给予GGF2。
在本发明的第三个实施方案中,将GGF2给予患有中风、脊髓损伤或创伤性脑损伤的哺乳动物,其中以获得血浆GGF2浓度的靶治疗窗口的给药方案来给予GGF2。
将认识到,对于在此详述的任何应用,可以以任何合适的形式,或作为药物组合物中的成分,并且通过任何方式来给予GGF2,所有这些都在本文中有描述和/或是本领域已知的。
因此,本发明涉及就治疗有效血浆水平的GGF2靶而言治疗窗口的鉴定。该靶治疗窗口根据折磨患者的疾病或障碍和通过达到适当的治疗有效的GGF2血浆水平赋予的所需活性而改变。
在此也包括基于症状的表现来选择个体的方法。在此还包括基于对达到治疗有效的GGF2血浆水平的响应性来选择个体的方法,如对于每种应用所示的。
除了以上所示的治疗方法,本发明延伸至本发明的任一种化合物的用途,用于制备药物或作为可以给予用于这些治疗的药物,以及延伸至用于所公开的和限定的治疗的这些化合物。
本发明还包括药物组合物,其含有GGF2或EGFL结构域和Mek1/Erk途径抑制剂,以及该组合物在患有与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍的患者治疗中的用途。
附图简述
图1A-C显示(A)施旺细胞-DRG神经元共培养物中GGF2-诱导的Akt和MAPK激活。在髓鞘形成条件下施旺细胞-DRG共培养物是处理过的GGF(0.6μM),并且20分钟后,通过蛋白质印迹分析来测定Akt和MAPK激活水平。(B)通过U0125抑制GGF2-诱导的MAPK激活。用递增剂量的U0125将共培养物预处理30分钟,然后用GGF2进行刺激。对照培养物是留下未处理的。20分钟后测定MAPK激活。(C)通过U0125(1和3μM)抑制GGF2-诱导的MAPK激活逆转了GGF2对髓鞘形成的抑制作用。在髓鞘形成条件下,用GGF2和U0125(1和3μM)将共培养物进行共同处理。十至十二天后,将培养物固定并对MBP进行免疫染色,来测定髓鞘形成的水平。
图2显示了GGF2在低浓度下促进了髓鞘形成。在髓鞘形成条件下用0.5至1000pM(0.0005至1nM)浓度范围的GGF2处理共培养物。十至十二天后,通过MBP免疫染色来测定髓鞘形成。更特别地,从左到右的GGF2浓度分别为:NT,0.5pM,1pM,3pM,10pM,30pM,300pM,600pM和1,000pM。十至十二天后,通过MBP免疫染色来测定髓鞘形成。
图3A-F显示了通过Mek1/Erk激活介导了GGF对髓鞘形成的抑制作用。(A)用GGF(0.01,0.6和1nM)处理施旺细胞DRG共培养物,并且45分钟后,制备细胞裂解物,并通过蛋白质印迹分析确定活性Erk(p-Erk)和Akt(p-Akt)的水平。在1nM(框内),GGF诱导了Erk和Akt的激活。(B)在共培养物中GGF-诱导的Erk激活的抑制。用U0126预处理施旺细胞-DRG共培养物30分钟,然后在U0126连续存在下加入GGF(0.6nM)。在45分钟后,制备细胞裂解物,并测定p-Erk和p-Akt的水平。用U0126的处理抑制了内源性和GGF-诱导的Erk激活,而没有影响Akt激活。(C)用GGF或GGF+U0126(1nM)处理的共培养物中形成的MBP+髓磷脂部分的图像。用U0126处理消除了GGF的抑制作用并诱导了髓鞘形成。没有任何处理维持了对照培养物(NT)。刻度棒:100μm。结果的量化显示于(D)中。(E)共培养物中内源性Erk活性的抑制促进了髓鞘形成。在髓鞘形成条件下,用递增浓度的U0126(0.5、1和3nM)处理共培养物,并且11天后,如上分析髓鞘形成。在用U0126处理的培养物中观察到了髓鞘形成的明显增加。误差棒表示±SE(p<0.001)。(F)通过c-Jun降低和Krox20表达增加来实现GGF诱导的Erk激活的抑制。在GGF或GGF+U0126(0.5、1和3nM)的存在下在髓鞘形成条件下维持共培养物11天,分析细胞裂解物的MBP、c-Jun和Krox 20表达。肌动蛋白水平作为装载对照。随着用U0126的处理,GGF-诱导的c-Jun表达得到下调。在用U0126处理的培养物中的Krox 20蛋白质的水平显示出增加。
图4A-C显示了GGF在低浓度下促进髓鞘形成。(A)用0.0003至10nM范围中的不同浓度的GGF处理施旺细胞,并且20分钟后,制备细胞裂解物,并通过蛋白质印迹(上)和密度分析(下)来分析Erk和Akt激活的水平。与Erk激活相比,Akt激活显示出在更低浓度范围下(框内)增加。(B)在髓鞘形成条件下用不同浓度(0.0005,0.001,0.003,0.01,0.03,0.3,0.6和1nM)的GGF将共培养物处理11天,然后固定并对MBP和DAPI进行免疫染色。与结果的量化(右侧)一起显示了对照和用0.01nMGGF处理过的培养物的图像。显示了明显的GGF的双相作用:在低浓度(0.0005至0.01nM)下促进髓鞘形成,而在较高(0.3nM及以上)浓度下抑制该过程。(C)低浓度(0.01nM)的GGF显著增加了CRD-Nrg1+/-神经元的髓鞘形成(p=0.003)。误差棒显示±SEM。通过一尾ANOVA(*:p<0.001)来分析数据。
图5A-D显示了全长GGF2的核酸和氨基酸序列。
图6-11显示了表皮生长因子样(EGFL)结构域1-6的核酸和氨基酸序列。
图12显示了关于神经调节蛋白命名的表。
发明详述
在此呈现的数据证明了为了促进外周神经的髓鞘形成,必须使用涉及达到例如血浆GGF2浓度或GGF2剂量的治疗窗口的给药方案来给予GGF2。
定义
在此所用的术语具有本领域技术人员所识和所知的意思,然而,为了方便和完整性,以下列出了特定的术语和它们的意思。
如在此所用的“约”意思是所述的值加上或减去另一个量;由此确定一个值的范围。在某些优选实施方案中,“约”表示相对于基础(或核心或参照)值或量加上或减去高达15%,14%,13%,12%,11%,10%,9%,8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%,1%,.75%,.5%,.25%或.1%的范围。
“表皮生长因子样结构域”或“EGF样结构域”意思是由NRG-1、NRG-2或NRG-3基因编码的多肽基序,其结合并激活ErbB2、ErbB3、ErbB4或其组合,并具有与EGF受体结合结构域的结构相似性,如如下文献中所公开的:Holmes等,Science 256:1205-1210,1992;美国专利号5,530,109;美国专利号5,716,930;美国系列号08/461,097;Hijazi等,Int.J.Oncol.13:1061-1067,1998;Chang等,Nature 387:509-512,1997;Carraway等,Nature 387:512-516,1997;Higashiyama等,JBiochem.122:675-680,1997和WO 97/09425。对于表皮生长因子样(EGFL)结构域1-6的核酸和氨基酸序列,参见图10-15。
“神经调节蛋白”或“NRG”意思是由NRG-1、NRG-2或NRG-3基因或核酸(例如,cDNA)编码的多肽,其结合并激活ErbB2、ErbB3、ErbB4受体,或其组合。
“神经调节蛋白-1”、“NRG-1”、“神经生长因子”、“GGF2”或“p185erbB2配体”意思是直接结合或反式激活ErbB2受体并由美国专利号5,530,109;美国专利号5,716,930和美国专利号7,037,888中所述的p185erbB2配体基因编码的多肽,在此将每篇专利的内容引入作为参考。对于全长GGF2的核酸和氨基酸序列,参见图9A-D。对于涉及神经调节蛋白命名的表格,参见图12。
由NRG-1、NRG-2和NRG-3基因编码的多肽具有EGF样结构域,这使其结合并激活ErbB受体。Holmes等(Science 256:1205-1210,1992)已经表明单独的EGF样结构域足以结合并激活p185erbB2受体。因此,由NRG-1、NRG-2或NRG-3基因编码的任何蛋白质产品,例如,具有由神经调节蛋白基因或cDNA编码的EGF样结构域的多肽(例如,EGF样结构域,如美国专利号5,530,109;美国专利号5,716,930;美国专利号7,037,888,美国专利号7,135,456和美国专利号7,319,019中所述的;或如WO97/09425中公开的EGF样结构域),可以用于本发明的方法中,以获得其中获得了有效血清血浆GGF2水平的治疗窗口。
还必须注意到如在此和所附权利要求中使用的,单数形式“a”,“an”和“the”包括复数指代物,除非文中另外清楚地指出。
除非另外限定,在此所用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的意思。尽管与在此所述那些相似或相等的任何方法和材料可以用于本发明实施方案的实践或测试中,但现在将描述特定的方法、装置和材料。
“局部给药”意思是通过非全身性途径在患病或障碍部位或附近的直接给药。
如在此所用的术语“患者”和“受治疗者”指的是所有动物,包括哺乳动物。患者或受治疗者的实例包括人、牛、狗、猫、山羊、绵羊和猪。
如在此所用的“药物学上可接受的盐、酯、酰胺和前药”指的是本发明化合物的那些羧酸盐、氨基酸加成盐、酯、酰胺和前药,这在合理的医学判断范围内,适用于接触患者的组织,而没有不当的毒性、刺激、过敏性反应等,与合理的益处/风险比例匹配,并且对预期的用途是有效的,以及在可能的情况中,还指本发明化合物的两性离子形式。
术语“前药”指的是在体内快速转化以产生上式的母体化合物的化合物,例如,通过血液中的水解。T.Higuchi和V.Stella,“Pro-drugsas Novel Delivery Systems”(作为新传送系统的前药),A.C.S.Symposium系列的Vol.14,和Bioreversible Carriers in Drug Design(药物设计中的生物可逆载体),编辑Edward B.Roche,AmericanPharmaceutical Association and Pergamon Press,1987中提供了彻底的讨论,在此将这两篇文献引入作为参考。
术语“盐”指的是本发明化合物的相对无毒的、无机和有机酸加成盐。可以在化合物的最终分离和纯化过程中在现场制备这些盐,或通过分开地将游离碱基形式的纯化化合物与合适的有机或无机酸反应并分离由此形成的盐来制备这些盐。代表性的盐包括溴酸盐、盐酸盐、硫酸盐、硫酸氢盐、硝酸盐、醋酸盐、草酸盐、戊酸盐、油酸盐、棕榈酸盐、硬脂酸盐、月桂酸盐、硼酸盐、苯甲酸盐、乳酸盐、磷酸盐、甲苯磺酸盐、柠檬酸盐、马来酸盐、延胡索酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、萘二甲酸盐、甲磺酸盐、葡萄糖酸盐、乳糖酸盐和月桂酰磺酸盐等。这些可以包括基于碱和碱土金属的阳离子,如钠、锂、钾、钙、镁等,以及无毒的铵、四甲铵、四甲铵、甲胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、乙胺等。(参见,例如,S.M.Barge等,“Pharmaceutical Salts”,J.Pharm.Sci.,1977,66:1-19,在此将其引入作为参考)。
“治疗有效量”是足以减轻与医学病症或虚弱相关的症状、正常化导致特定身体功能削弱的疾病或障碍中的身体功能或提供一种或多种临床测量的疾病参数的改善的量。优选,与脱髓鞘疾病相关疾病的症状的改善,例如,包括,步行速度、较低的末端肌紧张性、较低的末端肌力或痉挛状态。如与本申请相关的,治疗有效量是足以减轻与待治疗的神经障碍相关的疼痛或痉挛的量,或足以导致患有损害神经功能的或阻碍正常性欲、膀胱或肠功能的神经障碍的患者性欲、膀胱或肠功能改善的量。
“治疗”指的是对于患者给予药物或进行医疗程序,以缓解患者的临床病症,包括降低的疾病持续时间和疾病严重程度,或患者生活质量的主观改善或患者延长的存活。
如在此所用的,术语“靶治疗窗口”指的是达到所需治疗结果的剂量范围或血清浓度范围。对于GGF2,在特定的实施方案中,靶治疗窗口指的是足以诱导患者中施旺细胞髓鞘形成的GGF2的量,该量低于足以抑制患者中髓鞘形成的含量。在一个令人惊讶的发现中,本发明人通过确定PI3-激酶途径激活和Mek1/Erk途径激活的相对水平鉴定出GGF2对于其促进髓鞘形成能力的靶治疗窗口。更特别地,本发明人发现了在GGF2-介导的PI3-激酶途径激活和髓鞘形成促进之间存在迄今为止未实现的正相关,在GGF2-介导的Mek1/Erk途径激活和髓鞘形成促进之间存在负相关。换句话说,本发明人发现了通过测定这些途径的激活水平,GGF2的给药可以精细地调节以促进髓鞘形成。就促进受治疗者髓鞘形成而言GGF2的靶治疗窗口被定义为在不存在可检测的Mek1/Erk途径激活(例如,通过检测磷酸化的Erk来测定)情况下促进PI3-激酶途径激活(例如,通过检测磷酸化的Akt来测定)的GGF2的量。可以使用本领域已知的标准试验来获得磷酸化Akt和磷酸化Erk的检测,这些试验包括ELISA、蛋白质(免疫)印迹、免疫细胞化学、体外激酶试验、LC/MS(液相色谱/质谱)、MaldiTOF/MS(基质辅助激光解离/离子化-飞行时间质谱)或其他本领域已知的蛋白系统,如Luminex。
本领域技术人员将认识到PI3-激酶途径激活和Mek1/Erk途径激活的其他细胞内标记是已知的并且根据本发明来使用。根据本发明,PI3-激酶途径激活和Mek1/Erk途径激活的其他指示剂可以用于确定其中GGF2促进髓鞘形成的治疗窗口。
此外,本发明的化合物可以以未溶解以及溶解形式存在,用药物学上可接受的溶剂,如水、乙醇等溶解。通常,对于本发明的目的,认为溶解形式等同于未溶解形式。
“MAP激酶抑制剂”
可以用于本发明中的MAP激酶抑制剂的非限制性列表包括:牛蒡子甙元,其在体外有效地抑制MKK1的活性,具有1nM的IC50值,并因此抑制MAP激酶ERK1/2、p38激酶和JNK的磷酸化和激活及其在用LPS处理的Raw264.7细胞中的活性;PD 98059,其是MAP激酶-激酶(也称为MAPK/ERK激酶或MEK)有效的、选择性的和细胞渗透性的抑制剂,通过MAP激酶-激酶抑制MAP激酶的磷酸化但不抑制MAP激酶自身。PD98059-诱导作用的IC50值对于许多试验在1-20μM范围中;SB202190,其是p38MAP高选择性的、有效的和细胞渗透性的抑制剂,在活性激酶的ATP袋内结合,如在重组人p38中测量的,具有38nM的Kd,并选择性地抑制p38α和β同种型(对于p38α/SAPK2α和p38β2/SAPK2β的IC50值分别为50和100nM);SB203580,其是p38有丝分裂素激活的蛋白激酶的高选择性和细胞渗透性抑制剂,对于p38/SAPK2a和p38/SAPK2b分别具有50和500nM的IC50值,并且还在高10倍的浓度下(IC50~3-5μM)抑制磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(PDK1)(显示出超过Lck,GSK3b和Akt/PKB 100-500倍的选择性);SL 327,其是MEK1和MEK2的选择性抑制剂,分别具有180和220nM的IC50值。其在体外阻断海马趾LTP并且是体内的脑渗透剂,全身给药后,阻断大鼠中的恐惧条件作用和学习,并且在小鼠中产生神经保护;SP600125,其是c-Jun N-末端激酶(JNK)的选择性抑制剂。其竞争性地和可逆地抑制JNK1、2和3(IC50=40-90nM)并已经显示出对ERK2、p38b和各种其他激酶具有较低的抑制力,并且已知在体内是活性的;和U0126,其是有丝分裂素激活的蛋白激酶、MEK-1和MEK-2的选择性抑制剂,具有高于PD98059100倍的功效,并且是PKC、Raf、ERK、JNK、MEKK、MKK-3、MKK-4/SEK、MKK-6、Abl、Cdk2和Cdk4的弱抑制剂,并在基于细胞的受体试验中抑制AP-1反式激活。
目前在FDA期试验中的其他抑制剂包括法呢基转移酶抑制剂(FTI)。例如,Zarnestra(R115777,tipifarnib)是开发中最向前的FTI。患有之前治疗过的转移性乳癌的患者的II期试验测试了两个不同的给药方案:连续的和间歇的。这2组中的客观反应率为10%和14%,另外15%和9%具有至少6个月的稳定疾病。观察到的主要副作用是骨髓抑制和神经病,两者在间歇给药组中都低于连续的。已经与细胞毒性化疗结合进行了zarnestra和其他FTI的几个I期研究,并且证明了这些组合方案的安全性。乳癌中的II期试验正在进行中,包括与芳香酶抑制剂联合使用zarnestra。FDA对在急性骨髓性白血病(AML)中使用zarnestra的批准是未决的III期数据,因为基于来自单臂II期试验的数据,FDA委员会投票反对加快对zarnestra的批准。
关于Zarnestra对于I期临床试验,每日口服两次400mg的Zarnestra持续两周;对于II期临床试验,每日口服两次300mg的Zarnestra在每28天的循环中持续头21天;对于III期临床试验,每日口服两次600mg的Zarnestra在每28天的循环中持续头21天。
Raf抑制剂包括另一种类型的目前处于FDA期试验的抑制剂。例如,索拉非尼(BAY 43-9006)是第一种不仅靶向Raf/MEK/Erk信号途径而且靶向VEGFR和PDGFR途径的化合物。在2004年3月,索拉非尼以捷径状态得到FDA批准用于转移性肾细胞癌。在2005年4月,接受索拉非尼进入Pilot1计划,其是设计用于已经通过FDA快速追踪状态批准的治疗,并且具有提供明显优于现有标准治疗益处的潜能。还存在几个在患有晚期原发性肾癌和肝癌以及转移性黑素瘤患者中进行中的大的、国际性的、多机构的索拉非尼III期临床研究。
关于索拉非尼,I期临床试验测试了两个剂量水平:剂量水平1:每日口服两次200mg的索拉非尼,持续3周的循环,或剂量水平2:每日口服两次400mg的索拉非尼,持续3周的循环。
最近提出了患有晚期肾癌患者中进行的III期试验的计划中期分析的结果(Escudier等,J Natl Cancer Inst.2008,100:1454-63;在此将其内容全部引入作为参考)。在769名分析的患者中,与使用安慰剂的12周相比,用索拉非尼使无进展存活(PFS)加倍至24周的中值。在所有患者亚组中观察到来自索拉非尼的益处,与年龄、疾病持续时间或之前的治疗无关。在接受索拉非尼的80%患者中获得疾病控制:78%具有稳定的疾病(与安慰剂臂中的55%相比)和2%具有部分反应(与安慰剂臂中的无相比)。索拉非尼的12周无进展率为79%(相对于安慰剂的50%)。此外,在768名患者中,索拉非尼耐受非常好,并且最常见的副作用是高血压、疲劳、腹泻和皮疹,包括手脚上的皮疹(手脚综合症)。
II期功效试验是研究索拉非尼在晚期肺、乳房和其他癌症中作为单种药剂。I/II期临床试验是研究索拉非尼结合各种标准化疗和其他抗癌剂。
ISIS 5132是另一种raf抑制剂,已经在I期研究中显示出可接受的毒性。II期研究目前正在各种癌症类型中进行。
目前在FDA期试验中的其他抑制剂包括MEK抑制剂。例如,CI-1040是MEK1-2的口服、选择性的小分子抑制剂。动物和培养物研究已经表明这种药剂在乳癌细胞系中的活性。I期研究已经发现了轻度的胃肠道和皮肤副作用。不幸地,在4种不同肿瘤类型(晚期结直肠癌、NSCLC、乳癌和胰腺癌)的67名患者的II期研究发现没有应答,尽管CI-1040治疗是耐受性良好的。
PD0325901,第二代MEK抑制剂,最近已经进入了临床进展,与CI-1040相比,显示出明显更好的药理特性,这些研究者希望可以转化成更好的抗癌功效。已经在黑素瘤患者中显示出一些部分的应答。
对于PD 0325901,I期和II期临床试验测试了多剂量水平。一天口服给药一次或两次;评价了几个给药时间表;目前的给药时间表为在28天的循环中,5天给药,2天停药,持续3周。评价的剂量范围为一天一次1mg至每日两次30mg。由于安全性考虑,尤其是在一天两次10mg和更高剂量下呈现的眼部和神经毒性,过早地停止了临床试验。
理解本发明不限于所述的特定分子、组合物、方法或方案,因为这些可以改变。还应当理解说明书中所用的术语只是出于描述特定实施方案的目的,而不是打算来限制本发明的范围,本发明只受所附权利要求的限制。
给药:可以将神经调节蛋白基因编码的神经调节蛋白和含有EGF样结构域的多肽与药物学上可接受的稀释剂、载体或赋形剂一起以单位剂型给予患者或实验动物。可以使用常规的药物实践来提供合适的制剂或组合物,以将这样的组合物给予患者或实验动物。可以使用任何合适的给药途径,例如,静脉内、非肠道、皮下、肌内、颅内、眶内、眼部、心室内、囊内、脊柱内、脑池内、腹膜内、鼻内、气溶胶、口服或局部(例如,通过使用带有能够穿过真皮并进入血流的制剂的粘性贴剂)给药。治疗制剂可以是液体溶液或悬浮液的形式;对于口服给药,制剂可以是片剂或胶囊的形式;对于鼻内制剂,是粉末、鼻滴液或气溶胶的形式。以上任一种制剂都可以是持续释放制剂。
本领域公知的用于制备制剂的方法可以在例如“Remington’sPharmaceutical Sciences”中找到,在此将其全部引入作为参考。对于非肠道给药的制剂可以例如含有赋形剂、无菌水或盐水、聚烷撑二醇(如聚乙二醇)、植物来源的油或氢化萘。可以使用持续释放的、生物相容的、生物可降解的丙交酯聚合物,丙交酯/乙交酯共聚物,或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物,来控制化合物的释放。对于给药本发明分子,其他有用的非肠道传送系统包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物颗粒、渗透泵、可植入灌输系统和脂质体。用于吸入的制剂可以含有赋形剂,例如,乳糖,或可以是水溶液,其含有,例如,聚氧乙烯-9-月桂酯、甘胆酸盐和脱氧胆酸盐,或可以是油性溶液,用于以鼻滴液的形式或作为凝胶来给药。
因此,并且如之前所述的,本发明在其范围内包括并延伸至所述的治疗方法和这些化合物用于制备药物的用途,这些药物可用于这些方法。
脱髓鞘疾病:髓鞘覆盖中枢和外周神经系统中的许多神经纤维。完整髓鞘的存在加速了神经脉冲的轴突传送。影响髓磷脂的障碍中断了神经传递,并且疾病症状可以反应出神经系统任何部分中的缺陷。
通过中枢神经系统(CNS)中的少突神经胶质形成的髓磷脂在化学上和免疫学上不同于外周通过施旺细胞形成的。因此,一些髓磷脂障碍(例如,Guillain-Barré综合症,慢性炎性脱髓鞘多神经病和其他外周性神经多神经病)倾向于主要影响外周神经,而其他髓磷脂障碍主要影响CNS。CNS中最常受到影响的区域是大脑、脊髓和视神经。
脱髓鞘通常是感染性、缺血性、代谢性或遗传性障碍继发性的。在主要的脱髓鞘障碍中,同时诱因是未知的,怀疑自体免疫机制,因为障碍有时候跟随病毒性感染或病毒疫苗接种。
脱髓鞘倾向于是片段性的或不调和的,同时或按序影响多个区域。然而,髓鞘重新形成可以伴随神经功能的修复、再生和完全恢复而发生。然而,大范围的髓磷脂丧失通常接着轴突变性,并且通常跟随着细胞体变性。
多发性硬化(MS)的特征在于大脑和脊髓中脱髓鞘的分散碎片。常见的症状包括视觉和眼球运动异常、感觉异常、虚弱、痉挛、排尿障碍和轻度认知障碍。通常,神经缺陷是多重的,好转和恶化逐渐导致失去能力。诊断是通过好转和恶化的病史加上临床病征、测试结果、核磁共振成像(MRI)看到的损伤或其他标准(取决于症状),以客观地证明≥2分开的神经异常。治疗通常包括用于急性恶化的皮质类固醇、防止恶化的免疫调节药物和支持性方法。
在MS中,产生局部区域的脱髓鞘(斑),伴随少突神经胶质的破坏、血管周围的炎症以及斑中和周围的髓磷脂的脂质和蛋白质成分的化学变化。轴突损伤是可能的,但细胞体和轴突倾向于相对得到较好的保护。在斑中产生纤维性神经胶质增殖,其分散在整个CNS中,主要在白质中,特别是在侧柱和后柱(尤其是在颈部)、视神经和室周区域。中脑、脑桥和小脑中的纤维束也受到影响。大脑和脊髓中的灰质可能受到影响,但程度要低得多。
心脏疾病
心脏疾病是对各种影响心脏的不同疾病的统称。它是许多工业化国家(包括美国)中的主要死亡原因。通过介绍呈现了以下宽泛种类的心脏疾病。外源性心肌病是其中主要病状位于心肌外的一种心肌病。大部分心肌病是外源性的,因为心肌病最常见的诱因是缺血。内源性心肌病源自心肌的虚弱,而不是由于可识别的外部诱因。另一方面,心血管疾病指的是各种影响心脏自身和/或血管系统的特定疾病,尤其是流入和流出心脏的静脉和动脉。对疾病二态性的研究表明患有心血管疾病的女性通常患有影响血管的形式,而男性通常患有影响心肌自身的形式。心血管疾病已知的或相关的诱因包括糖尿病、高血压、高同型半胱氨酸血症和高胆固醇血症。缺血性心脏病是另一种类型的心脏自身的疾病,特征在于供应给器官的血液减少。
高血压性心脏病是用于表示由高血压(尤其是局部高血压)引起的心脏病的术语。炎性心脏病涉及心肌和/或其周围组织的发炎。瓣膜性心脏病是涉及心脏的一个或多个瓣膜的任何疾病过程。心脏右侧的瓣膜是三尖瓣,肺瓣膜和心脏左侧的瓣膜是二尖瓣和动脉瓣膜。
充血性心力衰竭,是工业化国家死亡的主要诱因之一,由心脏增加的工作负荷及其泵动能力逐渐降低引起。其可以由损害心脏填充或泵出足量通过身体血液的能力的任何结构或功能性的心脏障碍引起。最初,由高血压或收缩组织损失引起的提高的工作负荷诱发补偿性心肌细胞肥大和左心室壁增厚,由此增强收缩力和维持心脏功能。然而,随着时间推移,左心室扩大,心脏收缩泵功能恶化,心肌细胞经受细胞死亡,并且心肌功能逐渐恶化。
成为充血性心力衰竭基础的因素包括血压、缺血性心脏疾病、暴露于心脏中毒化合物(如蒽环类抗生素)和已知能提高心力衰竭风险的遗传缺陷。
“充血性心力衰竭”意思是受损的心脏功能,其使得心脏不能维持休息或锻炼时的正常血液输出,或不能维持正常心脏充盈压情况中的正常心脏输出。约40%或更低的左心室射血分数表示充血性心力衰竭(通过比较,约60%的射血分数是正常的)。充血性心力衰竭患者显示出公知的临床症状和体征,如呼吸急促、胸腔积液、休息或锻炼时疲劳、收缩功能障碍和水肿。可以通过公知的方法容易地诊断出充血性心力衰竭(参见,例如,“Consensus recommendations for the management ofchronic heart failure”(慢性心力衰竭控制的一致推荐),Am.J.Cardiol.,83(2A):1A-38-A,1999)。
使用公知的方法(如,身体检查、超声心动图显象、放射性核素成像、入侵性血液动力学监控、核磁共振血管造影术和结合耗氧量研究的踏车锻炼测试)来测定相对严重性和疾病进展。
“缺血性心脏病”意思是由心脏对氧的需求和足够的氧供应之间的不平衡引起的任何障碍。大部分缺血性心脏疾病的病例是由冠状动脉狭窄引起的,如在动脉粥样硬化或其他血管疾病中产生。
“心肌梗塞”意思是通过其缺血性疾病导致一部分心肌由疤痕组织替代的过程。
“心脏中毒”意思是通过直接或间接损害或杀灭心肌细胞降低心脏功能的化合物。
“高血压”意思是医学专业人士(例如,医生或护士)认为高于正常和携带提高的产生充血性心力衰竭风险的血压。
“治疗”意思是相对于在治疗不存在下产生的疾病进展,治疗过程中神经调节蛋白或神经调节蛋白样多肽的给药以统计学显著的方式减缓或抑制了充血性心力衰竭的进展。公知的标志,如左心室射血分数、锻炼表现和其他临床测试,以及存活率和住院治疗可以用于测定疾病进展。可以通过本领域公知的方法(参见,例如,SOLVD Investigators,N.Engl.J.Med.327:685-691,1992和Cohn等,N.Engl.J.Med.339:1810-1816,1998)来测定治疗是否以统计学差异方式减缓或抑制了疾病进展。
“降低心肌变薄进展”意思是维持心室心肌细胞的肥大,使得心肌壁的厚度得到维持或提高。
“抑制心肌凋亡”意思是与未治疗的心肌细胞相比,神经调节蛋白治疗抑制至少10%的心肌细胞死亡,更优选至少15%,再更优选至少25%,更优选至少50%,再更优选至少75%,最优选至少90%。
中风
中风或脑血管意外(CVA)是用于表示由于将血液供应给大脑的血管障碍引起的大脑功能快速产生丧失的术语。当大脑部分的血液供应突然中断时或大脑中的血管爆裂,将血液泄露进大脑细胞周围的空间中时,发生了中风。当大脑细胞不再从血液接受氧和营养物时,或进入大脑或大脑周围存在突然出血时,大脑细胞死亡。中风的症状包括突然失去知觉或软弱无力,尤其是身体的一侧;突然混乱或失语或说话不能理解,或失去平衡或方向感;或突然不知原因的严重头疼。存在两种形式的中风:缺血性的,其是由于供应大脑的血管的阻塞(例如,由血栓症或栓塞引起的);和出血,其是进入大脑或大脑周围的出血引起的。
治疗窗口指数
对于在此所述的每种疾病应用,建立了GGF2血清血浆水平的靶治疗窗口。根据在此呈现的实验结果,将GGF2给予患有脱髓鞘相关神经障碍的哺乳动物,必须以定量方案来给予GGF2,以获得和维持狭窄的血浆GGF2浓度的靶治疗窗口。如在此所教导的,需要精确的GGF2定量给药,以便获得对于就在需要的患者中诱导髓鞘形成而言治疗功效所需要的GGF2血清血浆水平。
在涉及需要重新形成髓鞘患者的本发明的实施方案中,GGF2的目标血清血浆水平为约0.01nM。
在另一个涉及需要重新形成髓鞘的患者的本发明实施方案中,给予用量为约500ng/kg患者体重的GGF2。
本发明的组合物可以用于患者病症的治疗中,包括在需要的患者中建立GGF2的治疗有效浓度。该组合物可以用于建立一个水平和或维持患者中GGF2的治疗有效浓度。在理想的情况中,本发明的组合物可以配制以避免GGF2最初释放中的大峰。本发明的组合物当给予需要的患者时可提供上述疾病的治疗。优选地,给予组合物,使得达到在患者中维持至少6小时,优选至少8小时,更优选至少约10-12小时时间段的GGF2治疗有效的血浆水平。
实施例
材料和方法
抗体
对于免疫荧光分析,使用1∶500稀释度的髓磷脂碱性蛋白(MBP)的单克隆抗体(SM194)(Sternberger monoclonals)。对于蛋白质印迹分析,用于激活erbB2(p-Neu/Tyr 1248)、erbB2和erbB3的多克隆抗体全部获自Santa Cruz并以1∶1000稀释度来使用。磷酸化Akt的单克隆抗体和磷酸化MAPK的多克隆抗体购自Cell Signaling,并分别以1∶1000和1∶500的稀释度来使用。Akt和MAPK的多克隆抗体(Promega)分别以1∶1000和1∶5000的稀释度来使用。
II型和III型神经调节蛋白-1
重组人胶质生长因子-II(rhGGF-II,II-型Nrg1)获自AcordaTherapeutics,Inc。重组人感觉和运动神经元衍生因子(rhSMDF,III-型Nrg1)购自R&D Systems。在本发明的研究中,rhGGF-II和rhSMDF各自简单地称为GGF(或GGF2)和SMDF。GGF是含有EGF结构域和Ig样结构域的N-末端419个氨基酸残基。因此,GGF是缺乏跨膜和细胞质结构域的可溶性蛋白。
初级大鼠施旺细胞培养物
按照之前所述的(Brockes等,Brain Res.1979;165:105-118)从新生大鼠(1-2天大)的坐骨神经制备施旺细胞。对于常规培养,使施旺细胞在含有10%胎牛血清(FBS)的Dulbecco’s改良Eagle’s培养基(DMEM)中生长,该培养基补充了EGF-结构域神经调节蛋白-1(R&DSystems)(10ng/ml)和福司柯林(2μM)。在文中描述的所有实验中都使用了传代2-4之间的细胞。
背根神经节(DRG)神经元-施旺细胞共培养物
按照之前所述的(Eldridge等,J Cell Biol.1987;105(2):1023-34)从14.5天大的大鼠胚胎制备分离的DRG,并以1.25DRG/盖玻片的密度涂布于胶原蛋白(1型大鼠尾巴胶原蛋白)覆盖的12mm玻璃盖玻片上。五至六小时后,用补充了B27(GIBCO),20%葡萄糖,NGF(50ng/ml)和5-氟脱氧尿苷(FUdR,10μM)的神经基础培养基(Cellgro)注满培养物,并将培养物再维持2-3天,以除去增殖中的非神经细胞。然后将培养物转入不含FUdR的新鲜培养基中,并维持直至DRG轴突达到盖玻片的外周。在轴突网络建立后,将施旺细胞以100,000细胞/盖玻片的密度置于神经元上。四至五天后,将培养物转入形成髓鞘的培养基中:最小必需培养基(MEM),该培养基补充10%热灭活FBS,20%葡萄糖,NGF(50ng/ml)和抗坏血酸(50μg/ml)。十至十一天后,通过MBP的免疫染色来测定髓鞘形成。
上颈部神经节(SCG)神经元-施旺细胞共培养物
按照之前所述的从出生后1-2天的大鼠制备分离的SCG,并以0.8SCG/盖玻片的密度涂布于胶原覆盖的12mm玻璃盖玻片。第二天,用补充B27(GIBCO),20%葡萄糖,NGF(50ng/ml)和5-氟脱氧尿苷(FUdR,10μM)的神经基础培养基注满培养物,并将培养物在培养基中再维持2-3天,以除去增殖中的非神经细胞。将培养物转回不含FudR的新鲜培养基,并维持,直至轴突延伸出盖玻片的外周。将施旺细胞置于神将元上,并在含补充剂的神经基础培养基中偶那个维持,直至施旺细胞移植于轴突上(约7-10天)。按照对DRG-施旺细胞共培养物所述的,通过将培养物置于髓鞘形成培养基中来启动髓鞘形成。四十天后,通过MBP免疫染色来测定髓鞘形成。
免疫沉淀和蛋白质印迹分析
为了制备细胞裂解物,将60mm平板或共培养物上90-95%汇合的大鼠施旺细胞在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中洗涤两次,在300μl冰冷裂解缓冲液(50mM Tris HCl pH7.4,1%NP-40,0.25%脱氧胆酸钠,150mM NaCl,1mM EGTA,10μg/ml亮肽素,2μg/ml抑肽酶,1mM PMSF和0.5mM原钒酸盐)裂解。通过在冷的14,000rpm下离心15min来澄清裂解物,并根据制造商说明来测定上清液的蛋白质浓度(Bio-Rad:Hercules,CA)。对于蛋白质印迹分析,在10% SDS-聚丙烯酰胺凝胶上将50-70μg施旺细胞裂解物进行大小分级,并转移至PVDF膜上。在5%奶中阻断后,用在阻断溶液中制备的合适一抗来孵育膜。用辣根过氧化物酶缀合的二抗孵育后,通过增强的化学发光来观察蛋白质条带。对于免疫沉淀,用0.6μg一抗在4℃下将500μg施旺细胞裂解物培养3小时,然后用50μlSepharose A珠粒孵育1小时。将珠粒在裂解缓冲液中洗涤5次,并在SDS-聚丙烯酰胺凝胶上将结合珠粒的蛋白质分级,并接受蛋白质印迹分析。
MBP的免疫荧光染色
在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中冲洗DRG-施旺细胞或SCG-施旺细胞培养物,然后在4%多聚甲醛中固定20分钟。用PBS洗涤后,在冰冷甲醇中将样品渗透25分钟,然后在阻断溶液(5%正常山羊-血清+0.3%曲通X)中在室温下孵育1小时。这以后用在阻断溶液中制备的一抗孵育过夜。用PBS洗涤后,用Alexa-488缀合的山羊抗鼠二抗将样品孵育45分钟。通过用DAPI染色来观察细胞的核。
实时定量PCR
统计学分析
使用SAS编程软件进行单向ANOVA,具有95%的显著性水平。
结果
通过MAPK激活介导GGF2对髓鞘形成的抑制功能。早先的研究已经表明II型Nrg1(GGF2),加入施旺细胞-神经元共培养物中时,抑制了髓鞘形成。还报道了Ras/Raf/MAPK途径的激活抑制了施旺细胞中髓磷脂相关的基因表达,而PI3-激酶途径的激活促进了髓鞘形成,形成了施旺细胞的髓鞘形成状态是由PI3-激酶和Ras/Raf/MAPK途径之间的平衡来决定的主张(Ogata等,J Neurosci 2004;24:6724-32)。本发明人预测到如果GGF2通过MAPK激活将逆转对髓鞘形成的抑制作用。为了测定GGF2对髓鞘形成的抑制作用可能是由于其诱导施旺细胞中强烈的MAPK激活的能力引起的可能性,本发明人使用了公认的体外髓鞘形成培养系统,其中将施旺细胞与背根神经节(DRG)神经元共同培养,并通过将抗坏血酸加入到培养基中来诱导相关轴突形成髓鞘。首先为了测定GGF2对共培养物中MAPK激活的作用,将初级施旺细胞置于DRG神经元上,并使轴突增殖。一旦培养物停止增殖,用0.6nM的GGF2刺激共培养物。二十分钟后,制备细胞裂解物,并通过蛋白质印迹分析测定MAPK激活。在对照共培养物中,存在低水平的活性MAPK。如图1中所示的,用GGF2处理进一步提高了MAPK激活的水平。为了测定GGF2诱导的MAPK激活是否可以通过用U0126(MAPK激酶的药物抑制剂)处理来阻断,在GGF2刺激之前,用递增浓度(0.5、1、3和10μM)的U0126将共培养物预处理30分钟,并且在培养基中维持这些浓度。在GGF2处理不存在下用抑制剂处理对照培养物。在对照和实验培养物中,U0126介导的MAPK抑制都是浓度依赖性的,如通过磷-MAPK水平的逐渐降低所示的。在用GGF2和1μM浓度的U0126处理的培养物中,激活的水平降至基础水平,而在10μM U0126下,共培养物中的MAPK激活完全被消除。U0126对GGF2诱导的PI3激酶激活没有作用。
为了评价MAPK抑制对髓鞘形成的作用,在启动髓鞘形成时,在U0126存在或不存在下,用GGF2处理共培养物,并在所述的髓鞘形成条件下,维持相同的条件。在所述的髓鞘形成条件下对照培养物不进行处理。十至十一天后,将培养物固定并将髓磷脂碱性蛋白(MBP)进行免疫染色,以观察髓磷脂部分。在用GGF2处理的培养物中,如之前所示的,髓磷脂部分的数量存在明显的降低,表明GGF2对髓鞘形成的抑制作用。然而,在用U0126共同处理的培养物中,髓鞘形成存在剂量依赖性增加,表明阻断MAPK激活逆转了GGF2的抑制作用。
GGF2在低浓度下促进髓鞘形成:尽管在用递增浓度的GGF2处理的施旺细胞中,MAPK激活的水平稳定提高,但本发明人观察到在低于0.01μM的低浓度下,同时Akt激活水平明显增加超过基础水平,则不存在可检测水平的MAPK激活。如果通过Akt和MAPK激活之间的平衡来测定施旺细胞的髓鞘形成状态,本发明人设法评价在这些浓度下在MAPK活性不存在下的Akt激活提高是否与对髓鞘形成的积极作用相关。为了研究这种可能性,在启动髓鞘形成时用0.0005至0.03nM浓度范围的GGF2处理共培养物。之后将培养物固定并对MBP进行免疫染色。如基于即时的发现所预测的,与未处理的对照培养物相比,用0.0005至0.01nM范围的低剂量GGF2处理的培养物中,存在髓鞘形成水平的提高。当量化时,结果证明了髓磷脂部分的数量存在剂量依赖性增加(图2):在0.0005、0.001和0.01nM GGF2下,相对于对照水平,髓鞘形成各自增加1.9-,2.7-和3.5-倍。在0.03nM下,髓鞘形成水平存在剧烈下降,降至接近或略低于对照培养物的水平。随后GGF2量的增加导致髓鞘形成进一步降低。在0.6nM GGF2下,对GGF2的髓鞘形成应答得到完全抑制。图1中显示了对应于共培养物中活性MAPK出现的该浓度。这些结果表明GGF2在髓鞘形成中起着双重作用:一个是促进髓鞘形成,而另一个是抑制髓鞘形成,并且通过呈现给施旺细胞的GGF2剂量来决定这两个相对的功能。
GGF2的相对功能通过Mek/Erk激活来介导。为了进一步研究GGF2的相对功能,进行了其他的实验。之前的研究已经表明了Ras/Raf/Erk和PI-3激酶分别作为髓鞘形成的负向和正向调节剂,表明两者之间的平衡与施旺细胞的髓鞘形成状态相关。为了进一步描述通过GGF2诱导的途径的激活状态,用1nM的可溶性GGF2蛋白处理共培养物。本发明人确定了在该浓度下,GGF2有效地抑制了髓鞘形成。GGF2处理后30分钟制备细胞裂解物,并且通过蛋白质印迹分析测定磷酸化蛋白的存在(图3A)。在1nM下(图3A,框内泳道),GGF2将Akt激活提高超过基础水平。在该浓度下GGF2处理的培养物中,也观察到了Erk激活的增加。显示出低如0.6nM的GGF2浓度对于GGF2处理的培养物中的Erk激活足够了。
为了确证以上的结果,并进一步研究Erk激活和GGF2对髓鞘形成的抑制作用之间的关联,进行了其他的实验。因此,用GGF2和递增浓度的U0126(上述的Mek1/Erk途径的特定抑制剂)一起处理共培养物。图3B中呈现的蛋白质印迹分析显示出U0126以剂量依赖性方式抑制了GGF2诱导的Erk激活,同时对Akt激活没有作用。用药物处理也降低了在共培养物系统中正常观察到的低水平的内源性Erk活性。
本发明人进一步确定了Mek1/Erk对髓鞘形成的抑制作用。如图3C和3D中所示的,高浓度GGF2的添加几乎完全抑制了共培养物中的髓鞘形成。然而,在U0126共同处理的培养物中,逆转了GGF2的抑制作用,如通过髓鞘形成水平剂量依赖性增加所示的(图3C和3D)。该结果提供了GGF2对髓鞘形成的抑制作用是通过Erk激活来介导的直接证据。令人感兴趣地,在GGF2不存在下,共培养物中的U0126处理也导致了髓鞘形成水平的提高(图3E),这表明内源性Mek1/Erk活性起着固有的髓鞘形成负向调节剂的作用。
对从共培养物制得的裂解物的蛋白质印迹分析也表明GGF2处理提高了c-Jun蛋白(施旺细胞分化和髓鞘形成的负向调节剂)的表达。随后GGF2-诱导的Mek1/Erk活性的抑制下调了c-Jun水平,这随后伴随着髓磷脂蛋白表达的提高。与对c-Jun作用的不同,U0126处理导致了共培养物中Krox20表达的提高。这与最近的报道相一致,该报道表明了c-Jun和Krox20在调节髓鞘形成中的交叉对抗关系(Parkinson等,2008,Journal of Cell Biology 181:625-637)。
GGF2促进施旺细胞髓鞘形成:为了确证和延伸在此所呈现的结果,并进一步评价GGF2的相对作用,本发明人测定了GGF2对施旺细胞中Ras/Raf/Erk和PI3-激酶激活的浓度依赖性作用。用0.0003至10nM范围的不同浓度的GGF2处理细胞,并通过蛋白质印迹分析测定Erk和Akt激活的水平。图4A和4B中呈现了激活水平的图像和相对提高。在最低测试剂量开始,活性Akt的水平稳定提高,而Erk激活需要更高浓度的GGF2。作为结果,低浓度下两个途径的不同激活产生了狭窄的剂量窗口(0.003至0.01nM,在图4B中带框),其中Akt是应答GGF2中激活的主要途径。接着,在共培养系统中测定各种剂量的GGF2对髓鞘形成的作用。在低浓度窗口下,GGF2引发了剂量依赖性促进髓鞘细胞形成作用:与对照培养物相比,在0.0005、0.001、0.003和0.01nM GGF2下,髓鞘形成分别增加了1.5-、2.3-、2.2-和2.8-倍(图4C)。随着浓度进一步提高,GGF2开始抑制髓鞘形成,与Erk激活的出现相符。在CRD-Nrg1+/-共培养物中也证明了GGF2的促进髓鞘细胞形成作用,其中低剂量的GGF2拯救了对突变轴突的髓鞘形成作用(图4D)。
可溶性Nrg1同时促进和抑制了髓鞘形成:通过浓度来决定双重选择:在外周神经系统中(PNS),将GGF2认为是与施旺细胞损伤应答相关的Nrg1同种型。髓鞘形成中的施旺细胞中GGF-β3的异常体内表达刺激了细胞增殖并诱导脱髓鞘(Huijbregts等,J Neurosci 2003;23:7269-80)。此外,显示出将高浓度GGF2(例如,超过0.25nM GGF2的那些)加入施旺细胞-DRG神经元共培养物中将刺激髓鞘形成(Zanazzi等,J Cell Biol 2001;152:1289-99)。因此,本发明研究的一个出人意料的结果是以下的发现:在低浓度下,GGF2呈现出髓鞘形成促进作用。然而,这种促进髓鞘形成的作用限于低浓度范围,并且如之前所述的,从该范围开始,GGF2浓度的提高导致髓鞘形成的抑制。这是令人感兴趣的发现,因为其证明了可溶性GGF2在相同的细胞背景中只是基于呈现给细胞的含量就能引发两种相对的生物功能。还表明了GGF2的阈水平决定了髓鞘形成过程中的促进髓鞘形成和抑制功能。如本发明中第一次证明的,这可以通过受体下游信号效应物的浓度依赖性差异激活来解释。更具体地,本发明的数据表明在优选激活Akt的浓度下观察到GGF2的促进髓鞘形成功能,而在与Erk激活出现相符的较高浓度下转变成抑制作用,尽管水平的持续提高活化Akt。该结果也支持之前的观点:PI3-激酶和Ras/Raf/Erk激活之间的平衡在决定施旺细胞的髓鞘形成状态中是关键的(Ogata等,J Neurosci 2004;24:6724-32)。然而,本发明的发现提供了直接的证据:Ras/Raf/Erk途径的激活起着髓鞘形成的负向调节剂的作用。
Nrg1对髓鞘形成的抑制功能是通过Erk/Mek1激活来介导的:Ras/Raf/Erk途径对髓鞘形成的抑制作用之前已经通过研究进行了表明,在这些研究中,施旺细胞中组成型活性Mek1的表达阻断福司柯林诱导的髓磷脂基因表达,而结构域-阴性Ras阻断由Nrg1诱导的髓磷脂基因下调。然而,在本发明的结果之前,没有说明它对髓鞘形成的直接作用。如在此所证明的,GGF2,在超过极限浓度使用时,抑制了共培养物中的髓鞘形成。本发明人在此显示了Mek1/Erk1激活的抑制恢复了GGF2处理过的共培养物中的髓鞘形成,证明了GGF2的抑制作用是通过其Ras/Raf/Erk1激活来介导的。通过Mek1/Erk激活抑制髓鞘形成的机制是不清楚的。可能的机制包括之前所述的髓磷脂基因表达的抑制。作为这种意见的支持,本发明数据揭示了U0126处理过的培养物中髓鞘形成的提高伴随着P0表达的提高。还可能的是Mek1/Erk途径可能调节涉及髓鞘形成或施旺细胞分化的转录因子。最近表明了施旺细胞中c-Jun的异常表达抑制了髓鞘形成,由此表明c-Jun起着髓磷脂程序的负向调节剂的作用。本发明的发现与该结论相一致,因为本发明人确定了抑制髓鞘形成的GGF2处理伴随c-Jun诱导,此外,Nrg1-诱导的Mek1/Erk1活性的抑制阻断了c-Jun表达。该结果表明Mek1/Erk1对髓鞘形成的抑制作用部分是通过c-Jun的诱导来介导的。
本发明研究的另一个令人感兴趣的发现是共培养物中作为髓鞘形成负向调节剂的内在Mek1/Erk-依赖性信号的存在。在用U0126处理的正常髓鞘形成共培养物促进了髓鞘形成的实验中显示了这一情况。在髓鞘形成过程中引起Mek1/Erk1活性的信号性质目前是未知的,尽管很可能起源是轴突性的,与轴突CRD-Nrg1无关。可能的候选物是由PNS神经元表达并随后通过蛋白水解分裂从轴突膜释放出来的I型和II型Ig-Nrg1。另一种可能的Mek1/Erk激活剂是FGF-2,其在PNS神经元中表达,并且其受体在施旺细胞上表达。用FGF-2的处理下调了髓磷脂基因表达并在体外抑制髓鞘形成。FGF-2表达的丧失导致坐骨神经再生过程中形成髓鞘的轴突的数量增加。外周神经元也表达PDGF和IGF,相应的受体酪氨酸激酶在相关的施旺细胞上表达。非常关心的是测定这些生长因子在PNS的髓鞘形成过程中的调节作用。
GGF2的治疗用途:实验移植已经给通过髓鞘形成胶质细胞的移植修复损伤神经的潜能提供了压倒性的证明。施旺细胞对于这样的治疗是良好的候选物,因为它们容易在培养物中扩大,并给予自体移植的可能性,以促进在脱髓鞘损伤处(不仅在PNS中,而且在CNS中)的髓鞘重新形成和神经调节的恢复。然而,通过施旺细胞对成年再生轴突的髓鞘重新形成通常不完全,与正常神经相比,导致形成较薄的髓鞘和较短的节间。因此,本发明的GGF2的促进髓鞘形成功能的证明和由于GGF2剂量水平避免疏忽的髓鞘形成障碍的能力是意义重大的,因为这提供了用于治疗脱髓鞘疾病以及用于神经损伤后重建髓磷脂的治疗策略。
其他实施方案:本说明书中提及的所有出版物和专利申请在此引入作为参考,至特意和单独指明每篇单独的出版物或专利申请引入作为参考相同的程度。
尽管已经结合其特定的实施方案描述了本发明,但应当理解它能够进一步改进,并且本申请旨在覆盖通常按照本发明的原理本发明的任何改变、用途或改进而且包括这样的与本发明公开内容的偏离,其在本发明所属领域内已知的或通常的实践内,可以应用于上文中所述的必要特征,并且在所附权利要求的范围中。

Claims (11)

1.GGF2在制备用于通过以下方法促进患者中施旺细胞髓鞘重新形成的组合物中的用途,所述患者患有与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍,所述方法包括:
(a)选择患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者;和
(b)以每kg体重大约500ng的胶质生长因子2(GGF2)的量给予患者GGF2。
2.GGF2在制备用于通过以下方法促进患者中施旺细胞髓鞘重新形成的组合物中的用途,所述患者患有与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍,所述方法包括:
(a)选择患有与髓鞘形成水平降低相关疾病或障碍的患者;和
(b)以在患者中引发0.001nM至0.01nM胶质生长因子2(GGF2)的目标峰血清水平的量给予患者GGF2。
3.根据权利要求2的用途,其中给予GGF2以达到0.01nM GGF2的目标峰血清水平。
4.根据权利要求1或2的用途,其中所述组合物进一步包含Mek1/Erk途径抑制剂。
5.根据权利要求4的用途,其中所述组合物包含的GGF2的量使得在患者中达到大于0.01nM GGF2的目标峰血清水平。
6.根据权利要求1-5中任一项的用途,其中与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍选自:Guillain-Barre综合症,多发性神经病,由于创伤引起的外周性脱髓鞘,多发性硬化,视神经炎,由于创伤引起的中枢脱髓鞘,横贯性脊髓炎,进行性多病灶脑白质病,Devic’s病(德维克氏病),急性弥散性脑脊髓炎,肾上腺脑白质萎缩症和肾上腺脊髓神经病。
7.根据权利要求6的用途,其中与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍是由于创伤引起的外周性脱髓鞘。
8.根据权利要求6的用途,其中与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍是由于创伤引起的中枢脱髓鞘。
9.根据权利要求6的用途,其中与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍是视神经炎。
10.根据权利要求6的用途,其中与髓鞘形成水平降低相关的疾病或障碍是多发性硬化。
11.根据权利要求6的用途,其中所述多发性神经病是慢性炎性脱髓鞘多发性神经病。
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