CN115919877A - 一种d-氨基葡萄糖化合物在调节昼夜节律中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种D‑氨基葡萄糖化合物在调节昼夜节律中的应用。本发明的D‑氨基葡萄糖化合物经过体内外实验,显示出明显的快速调节昼夜节律紊乱、减少昼夜节律相位移动的同步化时间,以及调控U2OS细胞、小鼠下丘脑和小鼠肝脏中P‑AMPK/AMPK、P‑mTOR/mTOR、P70S6K、BMAL1和P‑BMAL1的表达,因而可以用于治疗时差、轮班工作、连续多昼夜工作或昼夜节律相关的睡眠障碍,同时具有高效、低毒的特点,能够改善和保障作业能力,对于从事夜班、轮班工作以及长途跨时区飞行等工作的昼夜节律紊乱的人员来说具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种D-氨基葡萄糖化合物的应用,特别涉及在调节昼夜节律中的应用。
背景技术
地球自转引起了近24小时昼夜节律性的光照、温度、湿度以及可获得食物的周期性变化,因此地球上的生物必须相应地调整其生理行为才能与环境相适应,在此过程中,绝大多数生物都形成了近24小时的行为和生理生化水平的生物节律,如人体睡眠、觉醒、进食、排泄、激素分泌、体温、血压等各种生理以及代谢活动为了适应这种外界环境周期性的变化而具有一定的节律性。
研究发现,哺乳动物昼夜节律系统主要是集中在中枢神经系统内的某一特定脑区,昼夜节律过程主要发生于下丘脑前区的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)及其邻近结构。SCN是哺乳动物最重要的昼夜节律中枢,它参与控制睡眠与觉醒周期等多种节律性活动。SCN活动节律的自我发生和维持能力依赖于少数几种基因所形成的自发转录反馈环路,这些基因主要包括Bmal1、Clock、Per、Cry、CKIε,上述任何一个时钟基因的突变或缺失将会导致机体的自由运转周期延长或缩短。SCN自身节律受外界环境和集体内源性的双重影响,外界环境所致体内核心生物钟和外周生物钟系统的节律性紊乱是人体出现生物节律紊乱以及其他并发症状的关键原因。
根据从事夜班、轮班工作以及进行长途跨时区飞行等工作的昼夜节律紊乱的人员的需求,目前国内外主要通过结合作业任务需求调整睡眠作息规律、控制劳动作业强度和时间、减少“倒班”以改善和校正复杂工作环境下人员的昼夜节律紊乱,作用较为有限或被动,缺乏积极有效的措施,尤其是缺乏作用明显、副作用小且应用方便的有效靶向药物。近年来,各国开展了一系列常规睡眠管控药物的研究。咖啡因、莫达非尼、阿莫非尼可作为促觉醒药改善嗜睡症状,促进警觉性提升;褪黑素、褪黑素受体激动药以及催眠镇静药可用来促进睡眠;咖啡因、褪黑素、虫草素以及地塞米松等类激素类药物也可用于时差调整。但上述药物均存在药效低、耐受性高等问题,且有一定的不良反应,不适合长期服用,不能满足调节昼夜节律、提高特殊环境人员作业能力以及医学保障的需求。因此,开发高效、低毒的改善昼夜节律紊乱的药物具有重要的意义。
式(I)化合物为一种常见的D-氨基葡萄糖,具有免疫活性,常用作食品抗氧化剂及婴幼儿食品添加剂,也作为药物用于全身各部位骨关节炎的治疗和预防,包括膝关节、髋关节、脊柱、肩、手和手腕、踝关节等。目前尚无此化合物在调节昼夜节律紊乱方面应用的报道。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种D-氨基葡萄糖化合物的应用,所述D-氨基葡萄糖化合物为如下式(I)所示的2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖化合物,式(I)所示化合物或其药用盐或其药物组合物在改善昼夜节律紊乱方面的应用,所述化合物具体为如下结构:
本发明包含式(I)化合物的药用盐,包括无机酸盐和有机酸盐,如盐酸盐、磷酸盐、硫酸盐、醋酸盐、马来酸盐、甲磺酸盐、富马酸盐、枸橼酸盐、苯磺酸盐、甲基苯磺酸盐或酒石酸盐。
式(I)化合物或其药用盐的使用剂量。虽然剂量依治疗对象、给药方式、症状及其它因素而改变,但对准备调节昼夜节律的成人口服或非口服给药时通常为每剂量约0.1mg/kg-1000mg/kg体重,优选剂量约0.1mg/kg-800mg/kg体重,更优选剂量0.5mg/kg-500mg/kg体重,并且可以每日一次或几次给药。本发明还公开了一种用于调节昼夜节律的药物组合物,该药物组合物包含如式(I)所示的2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖化合物或其药用盐及药学上可接受的辅料。
本发明的式(I)化合物、其药用盐能可以安全地口服或非口服给药,或者与药学上可接受的辅料如载体、赋形剂及其他添加剂形成的药物组合物如片剂、缓释制剂、糖衣剂、胶囊剂、注射剂、溶液剂等,安全地口服或非口服给药。为制备口服药物组合物制剂,可采用乳糖或淀粉做载体,明胶,羧甲基纤维素钠,甲基纤维素聚乙烯吡咯烷酮等是合适的结合剂或成颗剂。作为崩解剂可选用淀粉或微晶纤维素,常以滑石粉,胶体硅胶,硬脂酸甘油酯,硬脂酸钙或镁等作为合适的抗黏合剂和润滑剂。例如,可通过压制湿颗粒来制备片剂。活性成分与载体以及选择性的与一份崩解添加剂组成混合物,该混合物与黏合剂的含水溶液,醇性或含水醇性溶液在合适的设备中进行颗粒化,干燥颗粒随后加入其他的崩解剂,润滑剂和抗黏剂将此混合物压片。
本发明的式(I)化合物易溶于水,为增加溶解性可将杂环类衍生物游离后制成药学上可接受的无机酸和有机酸盐,优选马来酸、甲磺酸、富马酸等盐以有利于以注射剂形式非肠道给药。制备注射剂型时,将活性成分式(I)化合物或其药用盐溶于蒸馏水或各种有机溶剂中,也可加入助溶剂如山梨糖醇单月桂酸酯、单硬脂酸酯或单油酸酯等,注射剂还可含有各种常用的添加剂、防腐剂等。在灌装安瓶前,需将注射剂过滤,灌装后进行灭菌。
在不同剂型中,式(I)化合物或其药用盐含量可以根据需要进行调整,在片剂或胶囊剂等口服剂型中可以为重量浓度10%-30%。本发明的化合物可以调节昼夜节律的作用通过实验得到验证。
本发明的式(I)化合物的应用通过实验得到验证。经体外实验证实本发明的式(I)化合物可促进U2OS细胞的生物节律发生相位后移。经小鼠体内实验证实式(I)化合物对于光照后移8小时后昼夜节律的同步化具有显著的促进作用,能显著减少昼夜节律相位移动的同步化时间,并能调控下丘脑生物钟蛋白Per2、Bmal1及相关磷酸化蛋白P-Per2、P-CaMKII的表达,其对调节昼夜节律,改善昼夜节律紊乱具有重要作用。综上所述,本发明的式(I)化合物或其药用盐显示出明显的改善昼夜节律紊乱的作用,因此可以用于调节昼夜节律,调节因时差、轮班工作、连续多昼夜工作导致的昼夜节律紊乱以及昼夜节律相关的睡眠障碍。
本发明还公开了含有式(I)化合物或其药用盐的药物组合物在制备调节昼夜节律药物中的应用,其中调节昼夜节律包括调整因时差、轮班工作、连续多昼夜工作导致的昼夜节律紊乱以及昼夜节律相关的睡眠障碍。
附图说明:
图1为对U2OS细胞进行同步化处理后的CT0(CT是一个标准的时间单位)给药,评价药物对U2OS细胞昼夜节律相位后移的影响。
图2为U2OS细胞进行同步化处理后,分别在CT0、CT4、CT8、CT12、CT16、CT20、CT24给药,评价不同时间给药药物对U2OS细胞昼夜节律相位后移的影响。
图3为在原昼夜节律时间ZT15(ZeitgeberTime,基于时差周期的时间单位,ZT0是灯亮,活动开始的时间)两次给药后,评价药物对光照时间后移8小时后的小鼠昼夜节律相位同步化和瞬时提前量的影响。
图4为在昼夜节律时间CT0或ZT0给药12h后,评价药物对U2OS细胞、小鼠肝脏和小鼠下丘脑生物钟蛋白水平的表达情况。
具体实施方式:
为了更充分地解释本发明的实施,提供制剂制备实施例一到四。这些实施例仅是用于解释本发明,而不是限制本发明的范围。
实施例一 包含本发明的化合物(I)的片剂制备
将活性成分,淀粉和纤维素过筛,并充分混合,将聚乙烯吡咯烷酮溶液与上述的粉混合,过筛,制得湿颗粒于50-60℃干燥,将羧甲基淀粉钠盐,硬脂酸镁和滑石粉预先过筛,然后加入到上述的颗粒中压片。其中式(I)化合物由天方药业有限公司提供,其余试剂均为市购,以下实施例同。
实施例二 包含本发明的化合物(I)的缓释片剂制备
组成 | 用量/片(mg) | 重量浓度(%) |
式(I)化合物 | 10 | 10.0 |
尤特奇RS-PO | 10 | 10.0 |
乳糖 | 40 | 40.0 |
磷酸氢钙 | 20 | 20.0 |
总计 | 100 | 100.0 |
将式(I)化合物、乳糖和磷酸氢钙过筛,并充分混合,将尤特奇RS-PO与上述的粉混合,采用湿法制粒工艺进行压片。
实施例三 包含本发明的化合物(I)的胶囊剂制备
每囊含100mg活性成分的胶囊的制备如下:
将上述活性成分充分混合,过筛,制得颗粒于50-60℃干燥,测颗粒含量,计算装量,装入胶囊,即得。
实施例四 包含本发明的化合物(I)的注射剂制备
组成 | 用量 |
式(I)化合物 | 200mg |
甘露醇 | 700mg |
PEG3000 | 10mg |
蒸馏水 | 100ml |
使PH值为7.0-7.5过滤滤液浓度为3mg/ml,按每安瓶2ml分装,冷冻干燥后即得注射液。
实施例五 U2OS细胞进行同步化处理后的CT0给药,评价药物对U2OS细胞昼夜节律相位后移的影响。
1.实验材料
实验对象:Per2-dLucU2OS细胞。
实验仪器:CO2培养箱、显微镜、Lumicycle仪器(Actimetrics)。
实验试剂:DMEM培养基(GIBCO)、澳洲血清(GIBCO)、PBS、DMEM粉末、无菌水、HEPES、青链霉素、硫酸碳酸氢钠、庆大霉素、DMSO、地塞米松等。
实验药物:式(I)D-氨基葡萄糖类化合物购自Sigma-Aldrich。
2.实验方法
配制2×DMEM培养基:将一袋DMEM粉末加入含有10ml1MHEPES、10ml青链霉素、5ml7.5%碳酸氢钠溶液和500mg硫酸庆大霉素的470ml无菌水中充分搅拌,将PH值调整到7.2-7.4之间,0.22μm滤器过滤。
配制XM培养基:25ml2×DMEM培养基加入含有1ml100mMLuciferin和1mlB27的25ml无菌水中
Lumicycle监测生物节律:将Per2-LucU2OS细胞或Bmal1-LucU2OS细胞以5×105个细胞接种于3.5cm培养皿中,24小时后达100%融合度。配制含5mM、10mM和15mM式(I)化合物的XM培养基,地塞米松处理细胞2小时后将旧培养皿弃掉,1mlPBS清洗2次后换为2ml含式(I)化合物的XM培养基,高真空密封脂封口、封口膜封口后放入Lumicycle仪器中实时监测荧光强度。
数据分析:实时监测数据利用LumicycleAnalysis软件,分析相位变化,与对照组对比分析。
3.实验结果
Per2-LucU2OS细胞给予5mM、10mM、15mM式(I)化合物后相位移动示意图及其相移统计结果如图1所示,与对照组相比,给5mM式(I)化合物后相位后移5.57±0.62(P<0.0001,有统计学差异),给10mM式(I)化合物后相位后移13.23±0.96h(P<0.0001,有统计学差异)。给15mM式(I)化合物后相位后移17.44±1.02h(P<0.0001,有统计学差异)
4.实验结论
式(I)化合物能促进U2OS细胞节律的相位后移,且该作用具有剂量依赖性。
实施例六U2OS细胞进行同步化处理后不同时间给药,评价药物对U2OS细胞昼夜节律相位后移的影响。
1.实验材料
实验对象:Per2-dLucU2OS细胞。
实验仪器:CO2培养箱、显微镜、Lumicycle仪器(Actimetrics)。
实验试剂:DMEM培养基(GIBCO)、澳洲血清(GIBCO)、PBS、DMEM粉末、无菌水、HEPES、青链霉素、硫酸碳酸氢钠、庆大霉素、DMSO、地塞米松等。
实验药物:式(I)D-氨基葡萄糖化合物购自Sigma-Aldrich。
2.实验方法
配制2×DMEM培养基:将一袋DMEM粉末加入含有10ml1MHEPES、10ml青链霉素、5ml7.5%碳酸氢钠溶液和500mg硫酸庆大霉素的470ml无菌水中充分搅拌,将PH值调整到7.2-7.4之间,0.22μm滤器过滤。
配制XM培养基:25ml2×DMEM培养基加入含有1ml100mMLuciferin和1mlB27的25ml无菌水中
Lumicycle监测生物节律:将Per2-LucU2OS细胞或Bmal1-LucU2OS细胞以5×105个细胞接种于3.5cm培养皿中,24小时后达100%融合度。地塞米松处理细胞2小时后将旧培养皿弃掉,1mlPBS清洗2次后换为2mlXM培养基,此刻时间计为CT0,分别在0小时后(CT0)、4小时后(CT4)、8小时后(CT8)、12小时后(CT12)、16小时后(CT16)、20小时后(CT20)、24小时后(CT24)给药5mM式(I)化合物。高真空密封脂封口、封口膜封口后放入Lumicycle仪器中实时监测荧光强度。
数据分析:实时监测数据利用LumicycleAnalysis软件,分析相位变化,与对照组对比分析。
3.实验结果
Per2-LucU2OS细胞在CT0、CT4、CT8、CT12、CT16、CT20、CT24给药5mM式(I)化合物后相位移动示意图及其相移统计结果如图2所示,与对照组相比,CT0给药5mM式(I)化合物后相位后移8.69±0.23小时(P<0.0001,有统计学差异),CT4给药5mM式(I)化合物后相位后移5.50±0.46小时(P<0.0001,有统计学差异)。CT8给药5mM式(I)化合物后相位后移5.33±1.01小时(P<0.0001,有统计学差异)。CT12给药5mM式(I)化合物后相位后移0.82±0.30小时(P=0.3678,无统计学差异)。CT16给药5mM式(I)化合物后相位后移3.80±1.23小时(P<0.0001,有统计学差异)。CT20给药5mM式(I)化合物后相位后移5.73±0.47小时(P<0.0001,有统计学差异)。CT24给药5mM式(I)化合物后相位后移7.78±0.79小时(P<0.0001,有统计学差异)。
4.实验结论
不同时间进行给药式(I)化合物能促进U2OS细胞节律的相位发生不同程度的后移,证明该作用具有时间依赖性。在CT0或CT24时,给药式(I)化合物使得U2OS细胞生物节律相位移动时间最长;在CT12时,给药式(I)化合物使得U2OS细胞生物节律相位移动时间最短。
实施例七光照8小时后移,评价药物对小鼠昼夜节律相位同步化的影响
1.实验材料
实验动物:C57BL/6J雄性小鼠(斯贝福生物技术有限公司),体重(25±2)g。
实验仪器:CLOCKLAB节律生物学系统(武汉普百科科技公司,型号:ACT-556B)
实验药物:式(I)D-氨基葡萄糖化合物购自Sigma-Aldrich,褪黑素购自MedChemExpress。
2.实验方法
小鼠自主活动筛选:购得的雄性C57BL/6J小鼠单笼饲养在配备有跑轮的笼中,每个笼子具有约200lux的光强度。通过使用记录轮转数的数字系统连续记录每只动物的运行轮活动,并每隔6分钟储存一次,以便进一步分析。小鼠生活在正常12:12小时循环的光照环境中约14天(CT8开灯,CT20关灯);在第14天进行昼夜节律相位后移调整,将光照延后8小时(即开关灯时间后移8小时,CT16开灯,CT4关灯),利用运用Clocklab节律生物学系统,观察动物适应新的光照周期的情况,筛选昼夜活动相对均一的小鼠进行后续实验,节律调整过快或活动物无规律的小鼠则被剔除。经过筛选的35只小鼠进行随机分组,对照组5只、20mg/kg褪黑素组4只、150mg/kg式(I)化合物组6只、300mg/kg式(I)化合物组6只、600mg/kg式(I)化合物组5只。在下一次调整光照之前给药,给药时间为开灯前1小时。给药后,调整光照时间后移8小时。CT15给药,CT16调整光照时间为CT0开灯,CT12关灯。给药24小时后进行第二次给药,共给药两次,给药方式为灌胃给药。给药后继续运用Clocklab节律生物学系统记录观察小鼠的运动。
3.实验结果
对照组、20mg/kg褪黑素组、150mg/kg式(I)化合物组、300mg/kg式(I)化合物组、600mg/kg式(I)化合物组相位调整如图3所示。与对照组小鼠适应灯光后移8h所用的天数为7.40±0.58天相比,20mg/kg褪黑素组需要4.00±0.82天(P=0.0004,有统计学差异),150mg/kg式(I)化合物组需要6.67±0.52天(P>0.9999,没有统计学差异),300mg/kg式(I)化合物组需要5.50±0.55天(P=0.046,有统计学差异),600mg/kg式(I)化合物组需要5.00±0.00天(P=0.0061,有统计学差异)
4.结论
在开关灯时间后移8h后,原有昼夜节律打破紊乱,在300mg/kg和600mg/kg式(I)化合物作用下,小鼠加快对灯光调整的适应,而150mg/kg式(I)化合物作用下使其加快适应的效果不明显,如图3B、图3C所示。在300mg/kg和600mg/kg式(I)化合物作用下,可以明显看出,600mg/kg的作用比300mg/kg作用更为明显。因此,小鼠随式(I)化合物剂量增加而适应灯光改变的速度越快,具有剂量依赖性。同时可以看出,300mg/kg,600mg/kg式(I)化合物对于加快小鼠适应灯光的作用均弱于20mg/kg褪黑素。
实施例八 评价药物对U2OS细胞、小鼠下丘脑和小鼠肝脏生物钟蛋白水平的表达情况
1.实验材料
实验动物:C57/B6J雄性小鼠(斯贝福生物技术有限公司),体重(25±2)g
实验仪器:组织研磨机(上海净信科技)、酶标仪、电泳仪(美国伯乐)、AmershamImager680(GE)。
实验试剂:RIPA裂解液(碧云天)、蛋白酶抑制剂混合液(索莱宝)、磷酸酶抑制剂(碧云天)、BCA蛋白浓度测定试剂盒(碧云天)、5×蛋白上样缓冲液(碧云天)、脱脂奶粉(BD)、1.5MTris-HCl缓冲液(索莱宝)、1.0MTris-HCl缓冲液(索莱宝)、10%SDS(索莱宝)、AP(ThermoScientific)、Tris(Biotopped)、甘氨酸(Biotopped)、P-AMPK抗体(CST)、AMPK抗体(CST)、P-mTOR抗体(CST)、mTOR抗体(CST)、P70S6K抗体(CST)、Bmal1抗体(CST)、P-Bmal1抗体(CST)、ACTB抗体(SangonBiotech)、ECL发光液(米鼠)。
实验药物:式(I)化合物和N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc、阴性对照)均购自Sigma-Aldrich。
2.实验方法
细胞蛋白提取:向细胞培养六孔板中接种U2OS细胞,经地塞米松同步化后,按照细胞六孔板100μl/孔加入蛋白裂解液,刮下细胞并转移至1.5mlEP管中在4℃的离心机中离心,转速12000r/min,10min,吸取上清液体至干净ep管中。使用BCA蛋白浓度测定试剂盒结合酶标仪进行蛋白浓度测定,定蛋白浓度,加入相应体积5×蛋白上样缓冲液,混匀后100℃煮10分钟,之后冰水冷却后。
组织蛋白提取:在小鼠正常昼夜节律的ZT12灌胃给药300mg/kg的药物(对照溶剂、式I化合物、GlcNAc),于12小时后取小鼠下丘脑和肝脏,放入液氮快速冷冻,随后按照10mg/100μl比例加入蛋白裂解液(RIPA:磷酸酶抑制剂:蛋白酶抑制剂=970:29:10),利用组织研磨机研磨,条件为60Hz,20s。研磨结束后所有样本在4℃的离心机中离心,转速12000r/min,10min,吸取上清液体至干净ep管中。使用BCA蛋白浓度测定试剂盒结合酶标仪进行蛋白浓度测定,定蛋白浓度,加入相应体积5×蛋白上样缓冲液,混匀后100℃煮10分钟,之后冰水冷却后。
WesternBlot实验:细胞蛋白上样量为30ug,动物组织蛋白上样量为100μg,电泳条件为100V、80分钟,转膜条件为200mA、90分钟。转膜结束后使用含5%脱脂牛奶的TBST封闭PVDF膜,室温慢摇1h。封闭结束后将PVDF膜转移到一抗中在4℃下与一抗慢摇过夜。第二天TBST洗PVDF膜3次,每次10min。随后将PVDF膜转移至HRP缀合的二抗,室温摇床1h。二抗室温摇床结束后,TBST洗PVDF膜三次,每次10min。按1:1比例配制ECL发光液,均匀滴加于PVDF膜上,在AI680系统上成像,ACTB作为内参蛋白。
3.实验结果
在昼夜节律时间CT0或ZT0时进行给药(对照溶剂、式I化合物、N-乙酰氨糖),12小时后收获细胞和组织进行蛋白检测。结果发现,相比于溶剂对照组和N-乙酰氨糖组,式(I)化合物在给药12小时后显著性上调U2OS细胞、小鼠下丘脑和小鼠肝脏中的P-AMPK/AMPK,下调了P-mTOR/mTOR、P70S6K、BMAL1和P-BMAL1(图4)。
4.结论
在昼夜节律时间CT0或ZT0给药12小时后,式(I)化合物在蛋白水平显著上调U2OS细胞、小鼠下丘脑和小鼠肝脏中P-AMPK/AMPK,下调P-mTOR/mTOR、P70S6K、BMAL1和P-BMAL1的表达。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述应用,其中式(I)化合物的药用盐为药学上可接受的无机酸盐或有机酸盐。
3.根据权利要求1或2所述应用,其中式(I)所示化合物的药用盐为盐酸盐、磷酸盐、硫酸盐、醋酸盐、马来酸盐、甲磺酸盐、富马酸盐、枸橼酸盐、苯磺酸盐、甲基苯磺酸盐或酒石酸盐。
4.根据权利要求1或2所述应用,其中式(I)所示化合物或其药用盐有效剂量为每剂量0.1mg/kg-1000mg/kg体重,优选有效剂量为0.1mg/kg-800mg/kg体重,更优选有效剂量为0.5mg/kg-500mg/kg体重,每日一次或几次给药。
5.根据权利要求1所述应用,其中调节昼夜节律包括调节因时差、轮班工作、连续多昼夜工作导致的昼夜节律紊乱或昼夜节律相关的睡眠障碍。
7.根据权利要求6所述药物组合物,其中式(I)化合物或其药用盐含量为10%-30%。
8.根据权利要求6或7所述药物组合物,其特征在于剂型为片剂、缓释片、胶囊剂或注射剂。
9.权利要求6-8任一所述药物组合物,在制备调节昼夜节律药物中的应用。
10.根据权利要求9所述应用,其中调节昼夜节律包括调节因时差、轮班工作、连续多昼夜工作导致的昼夜节律紊乱或昼夜节律相关的睡眠障碍。
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