CN102120034B - 一种靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物医学技术领域，具体地涉及一种靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物。根据本发明的靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物，所述药物由棕色脂肪组织靶向的多肽CKGGRAKDC-NH2与11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂连接而成，它将靶向作用于棕色脂肪组织，放大棕色脂肪的功能，而对其他脏器和组织没有亲和性或作用，从而达到更加高效地治疗肥胖的目的。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域，具体地涉及一种靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物。
背景技术
随着社会经济的发展，肥胖已成为世界关注的热点问题。随着肥胖发病率的增高，肥胖相关的疾病也相应增加，包括2型糖尿病、高血压、脂质代谢紊乱等，从而导致心脑血管疾病的显著增加。
目前研究发现，机体含有两种脂肪形式：白色脂肪(white adipose tissue，WAT)和棕色脂肪(brown adipose tissue，BAT)。白色脂肪是体内能量贮存的形式，摄入的能量越多白色脂肪的体积和数量越多；相反，棕色脂肪细胞中富含大量的线粒体，通过线粒体的氧化磷酸化作用将脂质颗粒中的游离脂肪酸氧化，并以热量的形式散发，消耗能量。最近研究甚至发现，仅仅只需要50g的棕色脂肪作用就足够消耗人体每日摄入热卡总量的20％。因此，棕色脂肪的主要功能是燃烧脂肪，促进能量的消耗。
肥胖是由于机体能量摄取增加和/或能量消耗减少所导致，增加能量的消耗就可以有效减少白色脂肪的蓄积。因此，棕色脂肪作为有效的消耗能量的组织在肥胖中起着关键的作用。
既往的观点认为棕色脂肪作为非战栗性产热的主要器官仅仅在新生儿和婴幼儿体内具有，随着年龄增加棕色脂肪逐渐消退。但是，2009年N Engl J Med却发表了系列文章证实，健康成人体内其实仍然存在散在的棕色脂肪组织，PET-CT扫描时呈现较高的代谢影，主要位于颈部、锁骨上、脊椎旁以及纵隔等部位。最近Saito等人甚至用穿刺活检的方法取出成人的锁骨上脂肪组织，检测关键功能基因、进行免疫组化分析，结果证实成人锁骨上PET-CT扫描增强的脂肪组织的确是特异性的棕色脂肪组织。不仅如此，进一步的研究还发现，棕色脂肪组织在受到寒冷环境的刺激后PET-CT扫描显示其代谢会显著性地增强，提示棕色脂肪在成人体内仍然发挥着耗能、产热、御寒的基本功能。
因此，目前充足的证据都证实成人体内仍然存在具有功能的棕色脂肪组织，对机体的能量平衡发挥着重要的作用。
Katrine等人对一种特殊的代谢综合征抵抗的小鼠(129S6/SvEvTac)研究发现，正是由于小鼠的骨骼肌肌束中存在大量异位的棕色脂肪细胞，才表现为对高脂饮食诱导的肥胖、高脂血症、胰岛素抵抗等代谢紊乱状态产生抵抗。而当小鼠Jhdm2a(一种特异的脱甲基酶)基因敲除致使棕色脂肪作用缺失时，虽然其摄食并没有增加，但仍然因为组织耗氧量降低和甘油释放的减少导致了肥胖和高脂血症的产生。
对人体的研究也同样发现类似的结果，成人体内棕色脂肪的含量与体重指数(BMI)、总脂肪含量以及内脏脂肪含量呈明显负相关，棕色脂肪含量越少肥胖程度越严重。不仅如此，最新研究甚至发现，成人体内63g的棕色脂肪组织每年能消耗高达4kg的白色脂肪组织。
因而，棕色脂肪是维持机体能量平衡的关键组织，有效地增强棕色脂肪功能就可以有效增加能量的消耗、减少白色脂肪蓄积，达到治疗肥胖的目的。
随着成人体内证实存在棕色脂肪，棕色脂肪的调控已成为众学者关注的焦点，寻找促进棕色脂肪活性的因子已成为研究热点。2002年美国学者Hernandez进行体外研究时发现，使用糖皮质激素(glucocorticoids，GC)作用于棕色脂肪细胞后，其特异性的功能基因水平出现下调。2004年Rodríguez等人也发现，当给予药物抑制棕色脂肪细胞的GC活性后，其功能基因表达量却会显著性地增加。这都提示，GC作用影响棕色脂肪的活性，抑制棕色脂肪组织的GC活性可能反而可以增强棕色脂肪的功能。
而目前研究发现，体内糖皮质激素(glucocorticoids，GC)的作用受局部组织的GC代谢的关键酶——11β羟基类固醇脱氢酶1(11β-HSD1)调控，它将无活性的可的松转化为有活性的氢化可的松，增强局部组织GC的作用，是GC在局部组织的功能放大器。大量的研究已证实，11β-HSD1与肥胖、糖尿病等代谢紊乱性疾病的发生密切相关。
发明内容
本发明的目的是提供一种靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物。
根据本发明的靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物，所述药物由棕色脂肪组织靶向的多肽CKGGRAKDC-NH2与11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂(11β-HSD1)连接而成，它将靶向作用于棕色脂肪组织，放大棕色脂肪的功能，而对其他脏器和组织没有亲和性或作用，从而达到更加高效地治疗肥胖的目的。
根据本发明的靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物，优选所述11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂为化合物BVT.2733，化学名称：3-氯-2-甲基-N-[4-[2-(4-甲基哌嗪-1-基)-2-羧甲基]噻唑基-2-基]苯磺酰胺盐酸盐(3-Chloro-2-methyl-N-[4-[2-(4-methylpiperazin-1-yl)-2-oxoethyl]thiazol-2-yl]benzenesulfonamide hydrochloride)；分子式：C17-H21-Cl-N4-O3-S2.Cl-H；分子量：465.4238，结构式：
本发明的发明人在研究过程中，不仅研究了11β-HSD1抑制剂对白色脂肪作用，同时也研究了11β-HSD1抑制剂对棕色脂肪的影响，结果发现11β-HSD1抑制剂作用于肥胖小鼠后，棕色脂肪组织的棕色脂肪标志基因非偶联蛋白-1(UCP-1)、超长链游离脂肪酸延伸类似物3(Elovl3)、过氧化物酶增殖活化受体γ共激活体-1a(Pgc-1a)、细胞色素氧化酶7a亚单位多肽1(Cox7a1)明显上调(如图2)。进一步体外研究的结果同样如此，11β-HSD1抑制剂明显促进原代棕色脂肪细胞的标志基因的表达(如图3)。因此，11β-HSD1可能是调节棕色脂肪活性的重要因子，抑制11β-HSD1活性可以促进棕色脂肪功能。
由于糖皮质激素也是机体重要的免疫调节因子，具抗炎和免疫抑制作用。当抑制一些组织(如血管内皮、免疫细胞等)的11β-HSD1活性时，组织内有活性的氢化可的松水平降低，会造成免疫反应增强、内源性抗炎作用削弱，对机体造成不利影响。并且11β-HSD1分布于机体多种组织(包括免疫系统组织)，全面地抑制机体11β-HSD1的活性可能因影响免疫系统的功能而导致不良后果。因而，在抑制11β-HSD1作用时，如何仅仅改善代谢而不促进内源性炎症反应，是一个巨大的挑战。
本发明的在既往白色脂肪组织靶向药物研究的过程中，已筛选出CKGGRAKDC多肽能够特异性地结合棕色脂肪组织。在此基础上，本发明的创新性地将上述棕色脂肪组织靶向的多肽和11β-HSD1抑制剂相连接，合成特异的棕色脂肪组织靶向的11β-HSD1抑制剂，使其仅仅作用于棕色脂肪组织，放大棕色脂肪的功能，从而达到更有效治疗肥胖的目的。迄今为止，尚无类似的11β-HSD1靶向抑制剂的报道，也尚未见11β-HSD1靶向抑制剂在肥胖中的研究。
CKGGRAKDC-NH2是本发明筛选得到的具有棕色脂肪靶向性的特异性多肽，在此基础上，将该多肽与11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)连接，合成特异性的棕色脂肪靶向11β-HSD1抑制剂，检测其对机体的代谢(体重、血糖、胰岛素敏感性)变化的影响，验证其对肥胖治疗的有效性。
本发明筛选得到具有棕色脂肪组织特性亲和性的多肽，并验证其能够携带具有不同分子量大小的治疗性药物进入棕色脂肪组织中，具有作为治疗肥胖、机体代谢紊乱的特异性载体的潜在科研及临床应用价值。此外，该多肽仅仅含有9个氨基酸残基，合成容易，空间位置变化相对较小，易于对多肽进行质量监控，使用方面。本发明填补了棕色脂肪组织靶向物质的国内外空白，不仅能够积极推动棕色脂肪的科研进展，并且为肥胖、代谢性紊乱疾病的治疗拓展出新的方向。此外，本发明进一步提供了携带11β-羟基类固醇脱氢酶1抑制剂的靶向至棕色脂肪组织治疗肥胖的新型靶向药物，充分发挥11β-羟基类固醇脱氢酶1抑制剂放大棕色脂肪功能，促进能量消耗、减轻肥胖的作用，另一方面还避免了11β-羟基类固醇脱氢酶1抑制剂对其他组织(如血管内皮、免疫细胞等)的作用，有效减少其促进炎症、心血管副作用的发生。
附图说明
图1是本发明的多肽在C57BL/6J小鼠体内的组织亲和性结果(100×图)。
图2显示11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)能够明显促进小鼠棕色脂肪组织的棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3的表达，使用BVT.2733 200mg/kg.day灌胃高脂饮食诱导的C57BL/6J肥胖小鼠2w，提取小鼠棕色脂肪组织，通过实时定量PCR检测棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1 mRNA的表达，*p＜0.05，**p＜0.01。
图3显示11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)能够明显促进原代棕色脂肪细胞的棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1的表达，提取C57BL/6J小鼠原代前棕色脂肪细胞，诱导其分化，同时加入11β-HSD1抑制剂(BVT.2733 2.0mM)待棕色脂肪分化成熟后收集细胞，通过实时定量PCR检测棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1 mRNA的表达，*p＜0.05，**p＜0.01。
图4是本发明的靶向药物在肥胖小鼠体内作用2周后小鼠体重变化的结果。
图5是本发明的靶向药物在肥胖小鼠体内作用2周后小鼠体脂含量(内脏脂肪重量/体重)变化的结果。
图6是本发明的靶向药物在肥胖小鼠体内作用2周后小鼠血糖变化的结果。
具体实施方式
实施例1
取四周龄的C57BL/6J雄性小鼠，将标记绿色荧光FITC的多肽10ul(溶液浓度为1mM)通过小鼠尾静脉注射入小鼠体内，10min后断颈处死小鼠，取新鲜组织(白色脂肪组织、棕色脂肪组织、肌肉组织、肝脏组织)，立即避光石蜡包埋、切片，于激光共聚焦显微镜下直接观察荧光，结果显示仅在棕色脂肪的毛细血管网中FITC标记的绿色荧光表达最明显，提示该多肽的确可以靶向到棕色脂肪组织(如图1所示)。
实施例2
使用BVT.2733 200mg/kg.day灌胃高脂饮食诱导的C57BL/6J肥胖小鼠2w，提取小鼠棕色脂肪组织，通过实时定量PCR检测棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1 mRNA的表达。如图2所示，显示11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)能够明显促进小鼠棕色脂肪组织的棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3的表达。
提取C57BL/6J小鼠原代前棕色脂肪细胞，诱导其分化，同时加入11β-HSD1抑制剂(BVT.2733 2.0mM)待棕色脂肪分化成熟后收集细胞，通过实时定量PCR检测棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1 mRNA的表达。如图3所示，图3显示11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)能够明显促进原代棕色脂肪细胞的棕色脂肪标志基因UCP-1、Elovl3、Pgc-1a、Cox7a1的表达。
取四周龄的C57BL/6J雄性小鼠高脂饮食23周，诱导为肥胖小鼠。使用棕色脂肪靶向11β-HSD1抑制剂(BVT.2733)后颈背皮下注射两周，分别使用溶剂对照注射组和多肽与11β-HSD1抑制剂混合组作为对照。分别检测体重、糖代谢情况，结果提示棕色脂肪靶向11β-HSD1抑制剂组和高脂对照组，以及多肽+11β-HSD1抑制剂混合组比较，靶向组的体重明显下降，血糖水平明显降低，提示该靶向性药物的确具有治疗肥胖的效应，如图4、5、6所示。
Claims (1)
1.11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂与棕色脂肪组织靶向的多肽CKGGRAKDC-NH2用于合成治疗肥胖的棕色脂肪组织靶向药物的应用，
其中，棕色脂肪组织靶向的多肽CKGGRAKDC-NH2与11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂连接构成棕色脂肪组织靶向药物，所述11β羟基类固醇脱氢酶1抑制剂为3-氯-2-甲基-N-[4-[2-(4–甲基哌嗪-1-基)-2–羧甲基]噻唑基-2-基]苯磺酰胺盐酸盐，其结构式为：
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