CN116867513A - 用pten抑制剂治疗脊髓损伤 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了治疗脊髓损伤、或与脊髓损伤相关或由脊髓损伤引起的病况的方法，其包括在神经损伤位点处再生神经或减轻神经变性，所述方法包括在损伤神经处或损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽。

Description

用PTEN抑制剂治疗脊髓损伤
相关申请的交叉引用
本申请主张对2020年12月4日提交的第63/121,336号美国临时专利申请的优先权权益，其在此通过引用以其整体并入。
发明背景
1.发明领域:
本申请涉及通过再生神经或减轻损伤神经的变性来治疗脊髓损伤或与脊髓损伤相关的病况的方法，所述方法包括在脊髓损伤神经处或脊髓损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽。
2.总体背景和技术现状:
在成年哺乳动物神经系统中，受损神经元的再生几乎不发生在对神经损伤的愈合应答中。为什么成年CNS神经元损伤后不能再生-成年中枢神经系统中的轴突不能再生的两个主要原因不仅是因为其在损伤时被分泌的细胞外抑制因子抑制，还因为内在轴突生长能力的丧失，其随着年龄的增长而迅速下降[Schwab等，1996；Goldberg等，2002；Filbin等，2006；Fitch等，2008]。然而，消除神经损伤时分泌的细胞外抑制分子仅在体内触发非常有限的轴突再生[Yiu等，2006；Hellal等，2011]。因此，通过调节内在神经长出来促进轴突的再生过程是目前神经损伤治疗的治疗目标。
PTEN(磷酸酶和张力蛋白同源物)蛋白是双磷酸酶，并且被认为是作为通过负调控磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)信号传导途径的重要肿瘤抑制因子。PI3K信号传导途径是细胞增殖、存活和分化以及蛋白质合成、代谢和运动的关键信号转导途径[Zhang等，2010]。PTEN作为脂质磷酸酶，通过使PIP3的3位去磷酸化催化磷脂酰肌醇(3,4,5)三磷酸(PIP3)转化为磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸(PIP2)，因而通过拮抗PI3K活性抑制PI3K信号传导途径[DiCristofano等2010]。PTEN的缺失或失活增强PI3K活性，并且促进PI3K信号传导途径下游组分，包括PDK1、Akt和雷帕霉素的哺乳动物靶(mTOR)的激活，从而导致肿瘤形成[DiCristofano等，2010；Stambolic等，1998]。
由PTEN调控PI3K介导的信号传导也与神经系统的神经再生过程深度相关。最近的研究表明，PTEN蛋白的抑制或PTEN基因的缺失促进了成年CNS/PNS神经损伤时的内在再生长出[Park等，2008；Liu等，2010；Sun等，2012；Christie等，2012]。例如，Park等人发现，使用条件敲除小鼠缺失成年大鼠视网膜神经节细胞(RGC)中的PTEN，实际上通过重新激活PI3K-Akt-mTOR信号传导途径，促进视神经损伤后强劲的轴突再生。通过条件敲除mTOR途径的另一个负调节因子来重新激活mTOR途径也会导致轴突再生，这表明促进PI3K-mTOR信号传导可以是恢复内在轴突再生能力的关键因素。Liu等人也报道了，在体内CNS损伤模型中，PTEN的条件缺失实际上通过上调PI3K信号传导途径，增加了CNS损伤时神经元mTOR活性的减弱，其导致未损伤CST轴突增强的代偿性萌发以及损伤CST轴突经过脊髓病变后的成功再生。在PNS损伤的情况下，PTEN在体外和体内的抑制也增加轴突长出[Christie等，2012]。因此，开发促进PI3K-mTOR信号传导途径的PTEN抑制剂是增强损伤神经系统中轴突再生的良好治疗目标。PTEN抑制剂可与用于CNS或PNS损伤后的神经再生的现有或新型含有其他有效试剂的细胞疗法一起在联合治疗方法中使用。
在这项研究中，我们开发了通过刺激PI3K信号传导途径对神经再生和/或保护免于神经变性有效的潜在PTEN抑制剂。为了激活作为脂质磷酸酶的PTEN，PTEN必须以适当的方向定位在质膜中[Leslie等，2008]。因此，我们研究了PTEN膜定位机制，以设计肽形式的潜在PTEN抑制剂候选物。设计并合成了三种不同的肽–TGN-1、TGN-2和TGN-3–作为潜在PTEN抑制剂，并且通过体外PTEN活性测定研究了它们对PTEN活性的抑制能力。我们还通过神经元细胞系表征了它们对调节PI3K信号传导途径的作用。在体外PTEN活性测定中，我们发现为模拟PTEN C-末端区域的磷酸化位点的修饰肽的TGN-1和TGN-2肽实际上减弱了PTEN脂质磷酸酶活性。TGN-1肽还能增强PC12细胞中Akt蛋白的激活水平，这表明这些肽有效上调PI3K-Akt信号传导途径。用神经元细胞的神经突测定表明，TGN-1和TGN-2肽通过增强神经突微管结构，促进神经突长出以及延迟神经突变性。因此，TGN肽作为CNS损伤后神经再生治疗剂是有用的。
脊髓损伤(SCI)是引起严重或永久性残疾的严重创伤。SCI诱导原发性机械损害，并且然后引起对脊髓的继发性损害。SCI的原发性损害通过在创伤后立即的真正机械组织破坏而发生。继发性损害通过复杂的细胞和分子过程介导。没有治疗具有SCI的患者的金标准。尽管对SCI患者分别应用了各种细胞类型的治疗方法，但目前还没有有效的方法[McDonald等(2002)；Witiw等(2015)；Fakhoury(2015)]。
神经源性膀胱(NB)是与SCI相关的常见健康问题。大多数SCI患者遭受排泄功能障碍和正常排尿丧失。此外，SCI患者经常经历NB相关的不良事件，诸如尿路感染和尿路结石。有很多改进NB的尝试；然而，目前没有对NB有效的治疗[Jeong等(2020)；Nseyo等(2017)；Bragge等(2019)]。SCI患者的NB是由神经元损害诱导的。而且，已经有许多使用干细胞和其他生物材料用于损伤神经组织再生的临床前和临床研究[Kim等(2020)；Cho等(2014)；Saheli-Pourmehr等(2020)]。然而，干细胞治疗的效果不充分，并且需要新的方法。
用于神经再生的一个挑战性疗法是10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)抑制剂。PTEN因其对中枢和周围神经系统轴突再生长的调控作用而引起了极大关注。PTEN抑制剂已被用于促进脊髓背根神经节神经元、视网膜神经节细胞、皮质神经元和脊髓皮质脊髓束损伤后的神经保护和轴突长出[Christie等(2010)；Zhao等(2013)]。发明人研究了PTEN抑制剂对排泄功能、运动功能和脊髓中血管生成因子表达的影响。
发明概要
在一个方面中，本发明涉及以下方面：
在一个方面中，本发明涉及在神经损伤位点处再生神经或减轻神经变性的方法，所述方法包括在损伤神经处或损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽或编码该肽的核酸。PTEN抑制剂肽可以是修饰PTEN肽或其片段，其中磷酸化位点被修饰，使得磷酸化位点中的丝氨酸或苏氨酸被磷酸化。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Thr-366、Ser-370、Ser-380、Thr-382、Thr-383或Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和/或Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-380和Ser-385处。肽可以是磷酸化位点和/或PDZ结构域结合基序的肽的片段。肽可进一步包含肽转移结构域(PTD)。神经损伤可在中枢神经系统中。
在另一个方面中，本发明涉及抑制磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶活性的肽。PTEN抑制剂肽可以是修饰PTEN肽或其片段，其中磷酸化位点被修饰，使得磷酸化位点中的丝氨酸或苏氨酸被磷酸化。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Thr-366、Ser-370、Ser-380、Thr-382、Thr-383或Ser-385位置处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和/或Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-380和Ser-385处。肽可以是磷酸化位点和/或PDZ结构域结合基序的肽的片段。肽可进一步包含肽转移结构域(PTD)。神经损伤可在中枢神经系统中。
在又另一个方面中，本发明涉及生长、增殖或增强神经细胞活性的方法，所述方法包括用张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽接触神经细胞，特别是，其中神经细胞位于脊髓中。
在另一个方面中，本发明涉及治疗脊髓损伤或与脊髓损伤相关或由脊髓损伤引起的病况(诸如但不限于神经源性膀胱、运动功能丧失或肌肉协调能力丧失)的方法，所述方法包括在损伤神经处或损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽。PTEN抑制剂肽可以是修饰PTEN肽或其片段，其中磷酸化位点被修饰，使得磷酸化位点中的丝氨酸或苏氨酸被磷酸化。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Thr-366、Ser-370、Ser-380、Thr-382、Thr-383或Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和/或Ser-385位置处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-370、Ser-380和Ser-385处。磷酸化丝氨酸或苏氨酸可位于位置Ser-380和Ser-385处。肽可以是磷酸化位点和/或PDZ结构域结合基序的肽的片段。肽可进一步包含肽转移结构域(PTD)。
从本发明的以下描述、所附参考附图和所附权利要求书，可以更充分地理解本发明的这些和其他目的。
附图简述
从本文以下给出的详细描述和仅通过阐释的方式给出的附图中可以更充分地理解本发明，并且因此不限制本发明，以及其中；
图1A-1B显示了TGN肽作为潜在PTEN抑制剂的设计。图1A)PTEN C-末端区示意图。PTEN C-末端区包括C2结构域(AA186～403)、磷酸化位点(AA352～399)和PDZ结构域结合基序(400～403)。含有区(AA352～403)的磷酸化位点和PDZ结构域结合基序用作TGN肽设计的模板。图1B)TGN肽的氨基酸序列。TGN-1、TGN-2和TGN-3肽模拟PTEN磷酸化位点，其中所指示的残基被磷酸化修饰。TGN-4肽是TGN-1的加扰肽，并且TGN-5肽是TGN-2的加扰肽。
图2A-2C显示了TGN肽内的体外PTEN活性测定。图2A)使用孔雀石绿测定试剂盒的体外PTEN活性测定的机制。C8-PIP3用作PTEN底物，并且与其他磷脂(DOPC和DOPC)制备为脂质体。通过监测磷酸根离子-孔雀石绿试剂复合物在620nm处的光密度，测量了由来自C8-PIP3的PTEN产生的磷酸根离子。图2B)TGN肽对体外PTEN活性的影响。经由体外PTEN活性测定，检测了TGN-1、TGN-2和TGN-3肽的PTEN抑制作用。将10μM的每种肽与20ng人重组PTEN蛋白和作为脂质体的0.1mM C8-PIP3在100μL的反应体积中孵育。TGN-4和TGN-5肽分别用于检测TGN-1和TGN-2/3肽的序列特异性。所有数据均代表一式三份的实验结果。图2C)TGN-1和TGN-2肽的IC50曲线。IC50值以TGN-1和TGN-2肽经由体外PTEN活性测定以剂量依赖方式测量，并且经由Prism 5软件计算。TGN肽的IC50值为：TGN-1，19.93μM；TGN-2，4.83μM；TGN-3，87.12μM。
图3A-3C显示TGN-1肽通过提高体内Akt激活水平促进PI3K-Akt信号传导。图3A)通过使用TGN-1阻断PTEN活性的Akt激活的机制。在PI3K信号传导途径中引入TGN-1促进PI3K信号传导，并且促进Akt激活(磷酸化)水平。图3B)PC12细胞裂解物的蛋白质印记数据。用TGN-1肽(10μM、100μM)或TGN-4肽(10μM)二者之一处理PC12细胞，并且孵育24小时。使用抗磷酸化(anti-phospho)Akt抗体的蛋白质印记数据显示，TGN-1以剂量依赖方式特异性地促进内源性Akt激活水平。图3C)还监测PTEN和β-肌动蛋白的表达水平作为阳性对照和上样对照。
图4A-4B显示TGN-1和TGN-2肽，其显示神经营养作用和对神经突变性的神经保护作用。图4A)分化的PC12细胞首先用诺考达唑(0.5μM)处理1小时，并且然后用含有NGF(10ng/mL)和TGN肽(TGN-1和TGN-2，100μM/每个)的新鲜培养基孵育另外72小时。利用ImageJ软件，将相对神经突稳定性计算为来自免疫荧光图像中绿/红荧光信号强度的比率。测量每个样品所有荧光信号强度至少3次，用于绿/红比率计算并标准化(仅介质＝100％)。图4B)分化的PC12细胞上的神经突长出的定量。用含有NGF(50ng/ml)的分化培养基处理PC12细胞24小时，然后用TGN肽(100μM/每个)孵育另外2天。TGN-4肽用作TGN-1的阴性对照。在第3天使用神经突定量试剂盒(密理博)分光光度法进行神经突定量，并标准化(仅介质＝100％)。
图5显示细胞膜表面处PTEN界面激活的假设模型。目前认为PTEN在体内具有两种构象状态，并且为了充分表达其脂质磷酸酶活性，提出了经历构象改变以在膜定位中定位。具有“关”构象的可溶形式的PTEN为无活性状态，其中PTEN C-末端区的磷酸化位点在空间上屏蔽PTEN活性位点和C2结构域，以阻止PTEN膜缔合。当“磷酸化位点”中的磷酸化残基被去磷酸化时，PTEN的构象由“关”构象变为“开”构象。在该阶段，位于PTEN的C2结构域的多个膜结合基序被暴露，并准备与膜缔合。PTEN活性位点的结合口袋也可用于接近驻留在膜表面上的PIP3底物。PTEN定位于细胞膜表面上发生脂质磷酸酶活性所需的适当位置后，膜表面上的PIP2与N-末端PIP2结合基序结合，以及C-末端PDZ结构域结合基序与辅助蛋白(NHERF1)中的PDZ结构域结合。
图6显示了用PTEN抑制剂的治疗方案。10号染色体上的PTEN、磷酸酶和张力蛋白同源物缺失，特别是在SCI的诱导后3天开始施用TGN-2，每2天一次直接施用于脊髓损伤位点，并且施用7次进行14天。图中所提及的TGN为TGN-2。
图7A和图7B显示Basso、Beattie和Bresnahan(BBB)运动标度试验(locomotorscale test)和水平阶梯行走试验。图7A显示了有或没有TGN-2施用的BBB试验的功能恢复结果。图7B显示来自有或没有TGN-2施用的水平阶梯试验的运动功能和协调能力分析结果。图中所提及的TGN为TGN-2。
图8显示TGN-2施用后来自膀胱内压测量法的排泄功能，与SCI组相比，收缩压力(CP)和收缩时间(CT)显著增加(P<0.05)。图中所提及的TGN为TGN-2。
图9显示了在SCI的诱导后18天的脊髓组织的组织学变化，其中TGN处理减少了SCI诱导的破坏病变，以及受损组织周围的新组织增加。
图10A-10C显示了TGN-2对血管内皮生长因子(VEGF)、神经生长因子(NGF)和脑源性神经营养因子(BDNF)表达的影响。
优选实施方式的详细描述
在本申请中，“一/一个/一种(a)”和“一/一个/一种(an)”用于指代单个和多个对象。
如本文所用，在损伤神经或神经系统“附近”注入细胞是指在足够接近注入位点和损伤区域之间的区域，以实现在损伤位点再生神经或预防损伤神经细胞变性的有效结果。因此，在损伤神经处或损伤神经附近(包括在损伤位点或任何足够接近损伤细胞的地方处)注入细胞以表达有效多肽，并且所述多肽被允许直接或间接实现神经再生或防止神经变性的结果。对于周围神经，特别是脊髓损伤，由于细胞在损伤位点处倾向渗漏，因此可以在损伤位点的“上游”进行注入。
如本文所用，“神经突”是指来自神经元细胞体的任何突出物(projection)。该突出物既可以是轴突，也可以是树突。该术语经常用于未成熟或发育中的神经元，特别是培养中的细胞，因为在分化完成之前可能难以区分轴突和树突。
如本文所用，“神经再生”意指在中枢神经系统(CNS)或周围神经系统(PNS)的二者其一的神经损伤时产生新的神经细胞、神经元、胶质、轴突、髓鞘或突触。再生是通过抑制PTEN经由激活PI3K-mTOR介导的信号传导而恢复的内在神经再生能力驱动的。
如本文所用，“减轻”或“预防”神经变性意指延迟中枢神经系统(CNS)或周围神经系统(PNS)二者其一中由神经损伤引起的轴突、胶质或髓鞘结构(myelin stealthstructure)的变性。“减轻”或“预防”通过与PI3K-mTOR介导的信号传导密切相关的神经元微管结构稳定化来实现，所述PI3K-mTOR介导的信号传导由PTEN抑制激活。
磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)
PTEN氨基酸序列如下：
10 20 30 40 50 60
MTAIIKEIVS RNKRRYQEDG FDLDLTYIYP NIIAMGFPAE RLEGVYRNNI DDVVRFLDSK
70 80 90 100 110 120
HKNHYKIYNL CAERHYDTAK FNCRVAQYPF EDHNPPQLEL IKPFCEDLDQ WLSEDDNHVA
130 140 150 160 170 180
AIHCKAGKGR TGVMICAYLL HRGKFLKAQE ALDFYGEVRT RDKKGVTIPS QRRYVYYYSY
190 200 210 220 230 240
LLKNHLDYRP VALLFHKMMF ETIPMFSGGT CNPQFVVCQL KVKIYSSNSG PTRREDKFMY
250 260 270 280 290 300
FEFPQPLPVC GDIKVEFFHK QNKMLKKDKM FHFWVNTFFI PGPEETSEKV ENGSLCDQEI
310 320 330 340 350 360
DSICSIERAD NDKEYLVLTL TKNDLDKANK DKANRYFSPN FKVKLYFTKT VEEPSNPEAS
370 380 390 400
SSTSVTPDVS DNEPDHYRYS DTTDSDPENE PFDEDQHTQI TKV(SEQ ID NO:1)
PTEN蛋白通过促进PI3K-Akt-mTOR信号传导恢复减弱的内在神经再生能力，目前正成为开发治疗材料以再生成年CNS系统中损伤神经的受欢迎的靶标[Park等2008；Liu等2010；Sun等2012]。新型PTEN抑制剂的开发被认为是开发PTEN活性调节分子的良好策略。不幸的是，PTEN蛋白的X射线晶体结构[Lee等1999]不足以为PTEN-底物(PIP3)结合状态提供足够的信息，这对于设计直接阻断PTEN-底物结合的有效PTEN抑制剂至关重要。可选地，PTEN为了其活性靶向质膜的作用机制正在紧张研究中。尽管PTEN酶的底物磷脂酰肌醇(3,4,5)二磷酸盐(PIP3)是细胞膜脂质双层中发现的磷脂的成员，但PTEN蛋白最初是作为可溶性蛋白产生的，并且必须通过构象改变界面上激活其脂质磷酸酶活性，然后是PTEN-膜以适当方向缔合[Das等2003；Leslie等2008]。位于PTEN C2结构域的几个带电氨基酸和结合基序被认为是将PTEN蛋白附接在细胞膜表面上的主要锚定物[Lee等1999；Georgescu等2000；Leslie等2008]。对于PTEN在细胞膜上适当定位用于发生PTEN的脂质磷酸酶活性，也需要使用其他结合部分进行另外的结合[Chambell等2003；Walker等2004；Odriozola等2007]。
PTEN C-末端区中的非结构化部分(AA 352-399)被称为“磷酸化位点”，因为该区域包含已知为磷酸化修饰位点的6个丝氨酸/苏氨酸(Thr-366、Ser-370、Ser-380、Thr-382、Thr-383和Ser-385)残基[Lee等1999；Vazquez等2001]。先前的研究揭示，在该“磷酸化位点”中突变或缺失这六个残基导致更大的肿瘤抑制活性、增强的PTEN膜亲和力和降低的蛋白质稳定性[Vasquez等2001；Das等2003；Okahara等2004；Rahdar等2009]。
目前，认为PTEN蛋白具有两种构象状态(图4)。在“关”构象中，PTEN是无活性的，因为包括“磷酸化位点”的PTEN的C-末端区屏蔽了位于C2结构域中的膜结合基序以及PTEN活性位点口袋，阻止了PTEN缔合至细胞膜以及PIP3接近活性位点。另一个方面，PTEN在“开”构象状态下在界面上是活性的，其中PTEN活性位点口袋和C2结构域都是未屏蔽的并完全暴露于细胞膜及其底物PIP3。此外，“磷酸化位点”中这6个丝氨酸/苏氨酸残基的磷酸化状态被认为是PTEN界面激活的关键因素，因为它直接控制PTEN蛋白从“关”构象到“开”构象的构象变化[Das等2003，Vasquez等2006，Odriozola等2007，Rahdar等2009]。
根据目前建议的模型(图5)，PTEN在膜表面处的界面激活需要三个步骤。
1)“磷酸化位点”中的磷酸化丝氨酸/苏氨酸残基的去磷酸化触发PTEN构象由“关”变为“开”构象，其使PTEN蛋白与细胞膜缔合，并且使PTEN活性位点口袋暴露于位于细胞膜上的PIP3底物。
2)然后C2结构域中的多个膜结合基序与细胞膜相互作用，以将PTEN蛋白锚定在膜表面上。
3)细胞膜中N-末端PIP2结合位点(AA6-15)与PIP2分子的另外相互作用[Walker等2004]以及C-末端PDZ结构域结合位点(AA400-403)与辅助NHERF1蛋白的PDZ结构域的结合[Takahashi等2006；Molina等2010]二者也是调整细胞膜表面上的PTEN定向所需要的。
我们根据图4所示的PTEN膜定位模型，特别是“磷酸化位点”和PDZ结构域结合位点(AA 352-403)，设计了TGN肽作为潜在PTEN抑制剂。TGN肽作为潜在PTEN抑制剂的基本概念是通过屏蔽膜结合所需的PTEN活性位点和C2结构域来阻止PTEN与细胞膜表面之间的缔合。由于Ser370和Ser385经由酪蛋白激酶II被优先磷酸化[Miller等2002]，膜定位以及磷酸酶活性比其他残基突变时增加更多[Odriozola等2007]。因此，这两个中的至少一个丝氨酸残基被包含在所有TGN肽中(Ser370/385在TGN-1中，Ser385在TGN-2/TGN-3中)。此外，位于380和385位置处的磷酸化丝氨酸残基目前也被认为是“假底物”的一部分，其屏蔽了PTEN活性位点的催化口袋，使其无法接近真正的底物PIP3[Odriozola等，2007]。设计的肽在所有TGN肽中都包含这两个丝氨酸残基(Ser 380和Ser 385)。
TGN-1肽序列模拟PTEN磷酸化位点的AA 365～388区，并且包含4个丝氨酸/苏氨酸残基(Thr366、Ser370、Ser380和Ser385)，其中3个是磷酸化修饰残基(Ser370、Ser380和Ser385)。TGN-2和TGN-3肽模拟PTEN蛋白的AA376-403区，包括两个磷酸化丝氨酸残基(Ser380和Ser385)以及C-末端PDZ结构域结合基序(ITKV)。只有TGN-1和TGN-2肽二者中的丝氨酸残基都被磷酸化以模拟体内PTEN的磷酸化位点，因为苏氨酸残基的磷酸化在体内会导致二次修饰，并且当突变时对改变PTEN膜结合亲和力也不太有效[Odriozola等2007；Rahdar等2009]。在TGN-3肽中，两个丝氨酸残基(Ser380和Ser385)用缬氨酸取代用于比较。此外，对TGN-1和TGN-2/3肽的序列进行加扰，以检验序列特异性，并将这些肽分别命名为TGN-4和TGN-5肽。
以重组人PTEN蛋白和C8-PIP3为底物的体外活性测定和IC50测定显示，TGN-1和TGN-2肽在体外以剂量依赖的方式特异性地抑制PTEN活性(图2)。C8-PIP3作为合成脂质囊泡(一种模拟细胞膜脂质双层的系统)与其他磷脂分子(DOPC/DOPS)被引入至PTEN蛋白。活性测定结果提示，TGN-1和TGN-2肽可通过直接与PTEN蛋白相互作用和干扰PTEN-囊泡膜缔合以阻止底物(C8-PIP3)与PTEN活性位点结合，来抑制体外PTEN活性。事实上，直接只添加C-8PIP3脂质而不是脂质体形式的体外PTEN活性测定未能显示PTEN活性(数据未显示)。与TGN-2肽相比，TGN-3肽降低更多的抑制作用表明，丝氨酸残基(Ser380和Ser385)上的磷酸化修饰是TGN肽体外PTEN抑制的重要因素。TGN-2肽还显示对体外PTEN活性的抑制作用比TGN-1肽高近4倍(TGN-1的IC50值为19.93μM，和TGN-2的IC50值为4.83μM)。TGN-1肽和TGN-2肽之间在结构上的主要区别是，TGN-2肽含有PTEN C-末端区(AA389～403)的最后15个氨基酸序列，其包括PDZ结构域结合基序(AA 399～403)。由于活性测定是在体外条件中进行的，这可解释TGN-2肽中存在的最后15个氨基酸序列或者为趋向PTEN蛋白提供更高的结合亲和力以更有效地干扰PTEN-囊泡膜缔合，或者比TGN-1肽更有效地屏蔽PTEN活性位点中的底物结合口袋。
TGN-1肽还能有效阻断PTEN活性，以调节神经元细胞中PI3K-Akt信号转导途径(图3)。将含有内源性或过表达PTEN的PC12细胞与TGN-1孵育24小时，并且使用抗磷酸化Akt抗体通过蛋白质印迹检验Akt蛋白的激活(磷酸化)水平。用TGN-1肽处理的细胞裂解物中Akt蛋白的磷酸化水平远高于用TGN-4肽或DMSO处理的细胞裂解物，表明TGN-1肽特异性地抑制PTEN以拮抗PI3K活性。因此，TGN-1肽通过抑制PTEN活性，在促进PI3K-Akt信号传导途径中有效。
由于微管稳定化被认为是通过促进轴突再生能力和神经元极化来治疗脊髓损伤的关键[Sengottuvel等，2011；Hellal等，2011；Witte等，2008]，我们采用诺考达唑在分化的神经元细胞上诱导神经炎变性(neuritic degeneration)，并试验TGN肽是否经由微管稳定化发挥神经保护作用。由于微管稳定性与α-微管蛋白乙酰化水平密切相关[Takemura等，1992]，我们用抗乙酰化α-微管蛋白抗体对稳定的神经突进行免疫染色。免疫荧光数据(图4A)表明，TGN-1和TGN-2肽实际上稳定了神经突微管结构以延迟神经突变性。此外，TGN-1肽的添加特异性地促进了神经元细胞分化过程中神经突长出(图4B)。因此，TGN-1和TGN-2肽显示神经营养作用，以及对神经突变性的神经保护。
在先前的研究中，Odriozola等人报道了包含PTEN C-末端磷酸化位点簇(AA368～390)的合成磷酸化模拟肽(Cp-23、Cp-23DE)(类似于TGN-1肽序列)在体外介导PTEN催化活性的抑制。此外，用融合GFP的磷酸化模拟肽转染的293T细胞的测定显示，PTEN-膜缔合水平降低，并且磷酸化-Akt水平改善。然而，Odriozola等人中使用的磷酸化模拟肽(Cp-23、Cp-23DE)只模拟PTEN“磷酸化位点”的AA 368～390区，但不含有如本申请的TGN肽那样的磷酸化丝氨酸残基。事实上，尽管Odriozola肽(Cp23)和TGN-1肽共享几乎相同的氨基酸序列，但通过比较体外IC50值(TGN-1的IC50值为19.93μM，和Cp23的IC50值为～1033μM)，TGN-1肽的抑制效力比Odriozola肽(Cp23)几乎高50倍。此外，Odriozola肽(Cp23，1033μM)和其加扰肽(Cp23-Der，945μM)之间IC50值几乎没有差异。然而，TGN-1肽显示远高于其加扰肽TGN-4的抑制作用(图2B)，这表明当Odriozola肽(Cp23)没有这样做时，TGN-1肽显示对体外PTEN活性的序列特异性抑制作用。此外，TGN-2肽与Odriozola肽(Cp23)不同的是，它含有包括PDZ结构域结合基序的另外的15个氨基酸残基，其已显示对PTEN抑制有效(TGN-2的IC50值为4.93μM)。此外，TGN-1和TGN-2肽在它们的N-末端包含PTD(肽转移结构域)序列，使得这些肽可直接被引入细胞，而Odriozola肽需要与GFP融合并转染到细胞中。因此，TGN-1和TGN-2肽在体外和体内具有有效的PTEN抑制能力。
我们通过模拟包括“磷酸化位点”的PTEN C-末端区来开发肽。TGN-1和TGN-2显示在体外对PTEN活性特异且有效的抑制作用，并通过阻断神经元细胞中PTEN活性上调PI3K-Akt信号传导途径。由于通过抑制PTEN促进PI3K-Akt-mTOR信号传导已知在CNS损伤时在神经再生中是有效的[Saijilafu等，2013]，因此本发明多肽作为CNS损伤的有疗效的(therapeutic)剂或治疗(treatment)剂是有用的。用TGN肽使用分化的神经元细胞的神经突测定表明，TGN-1和TGN-2肽通过增强神经突微管结构明显显示对变性神经突的神经营养作用和神经保护作用。因此，这些肽是神经损伤(包括CNS损伤)后用于神经再生，以及用于延迟神经变性进展的治疗靶标。
肽设计
作为PTEN抑制剂的本发明肽(本文也称为“TGN肽”)使用PTEN C-末端区(氨基酸残基352～403)作为模板来设计。
优选所有的TGN肽都包含PTD(肽转移结构域)序列，该序列可包括位于N-末端处的RRRRRRRR(SEQ ID NO:2)以提高膜透性。
TGN肽可以是SEQ ID NO:1的PTEN氨基酸序列的氨基酸残基352～403内的PTEN的任何片段，或者是包括其序列的一部分(SEQ ID NO:1的PTEN氨基酸序列的氨基酸残基352～403的一部分)的PTEN的片段。优选地，TGN肽包括存在于该肽片段中的丝氨酸或苏氨酸的磷酸化。优选地，丝氨酸或苏氨酸位点位于SEQ ID NO:1的PTEN蛋白的366、370、380、382、383或385处。
TGN肽可以是至少10个氨基酸残基长、至少15个、至少20个、至少25个、至少30个、至少35个或至少40个氨基酸残基长。优选的是，在肽中包括至少一个丝氨酸或苏氨酸残基或其组合的磷酸化。
应该认识到，在一个方面中，TGN肽不受其肽长度的限制。优选肽残基的至少一部分位于氨基酸残基352至403内。
在这方面，示例TGN-1肽具有24个氨基酸，其中有三个磷酸化丝氨酸残基VTPDVpSDNEPDHYRYpSDTTDpSDPE(SEQ ID NO:3)，pS＝磷酸化丝氨酸。当PTD附接在N-末端时，看到RRRRRRRR-VTPDVpSDNEPDHYRYpSDTTDpSDPE-酰胺(SEQ ID NO:4)具有32个氨基酸残基。
另一个示例肽是TGN-2肽，其具有28个氨基酸，其中有两个磷酸化丝氨酸残基HYRYpSDTTDpSDPENEPFDEDQHTQITKV(SEQ ID NO:5)。当PTD附接在N-末端时，看到RRRRRRRR-HYRYpSDTTDpSDPENEPFDEDQHTQITKV-酰胺(SEQ ID NO:6)具有36个氨基酸残基。
TGN-3肽与TGN-2肽具有相同的氨基酸序列，但没有残基被修饰，并且两个丝氨酸残基被取代为缬氨酸HYRYVDTTDVDPENEPFDEDQHTQITKV(SEQ ID NO:7)。当PTD附接在N-末端时，看到RRRRRRRR-HYRYVDTTDVDPENEPFDEDQHTQITKV-酰胺(SEQ ID NO:8)。
TGN-4肽被设计为TGN-1肽的加扰肽SDDEYTDNPDSRYVSDTPVDTEH(SEQ ID NO:9)。当PTD附接在N-末端时，看到RRRRRRRR-SDDEYTDNPDSRYVSDTPVDTEH-酰胺(SEQ ID NO:10)。以及TGN-5肽被设计为TGN-2/TGN-3加扰肽DEHDTEYTPDYRQETHFNSQPTDKSDVI(SEQ ID NO:11)。当PTD附接在N-末端时，看到RRRRRRRR-DEHDTEYTPDYRQETHFNSQPTDKSDVI-酰胺(SEQ ID NO:12)。
化学修饰肽
多肽疗法可遭受短循环半衰期、以及蛋白水解降解和低溶解度。为了改善本发明生物药品的药代动力学和药效学特性，可以采用诸如操纵氨基酸序列等的方法来降低或提高免疫原性并降低蛋白水解裂解；可以采用将肽与免疫球蛋白和血清蛋白(如白蛋白)融合或共轭；还可以采用将诸如本发明的肽和抗体等的生物药品并入药物递送媒介中，用于保护和缓释；以及还考虑与天然或合成聚合物的共轭。特别是，对于合成聚合物共轭，也考虑聚乙二醇化或酰化，如N-酰化、S-酰化、酰胺化等。
神经组织
神经组织在脊索的影响下来自胚胎外胚层。外胚层被诱导形成加厚的神经板，其然后分化，并且末端最终融合形成所有中枢神经系统衍生自其的神经管。中枢神经系统由脑、颅神经和脊髓组成。周围神经系统衍生自紧挨着神经沟(称为神经嵴)的细胞。
神经组织以复杂的综合通信网络分布贯穿全身。神经细胞(神经元)在范围从非常简单到非常复杂的高阶回路的回路中与其他神经元进行通信。神经元进行实际的信息传输和整合，而其他称为胶质细胞的神经组织细胞通过支持、保护、防御和滋养神经元来辅助神经元。脑中的胶质细胞大约是神经元的10倍多。胶质细胞创造神经元功能所需的微环境，并且有时它们辅助神经处理和活性。神经元是可兴奋的细胞。这意味着，当被适当刺激时，可以启动动作电势，该动作电势可在细胞膜上传播以将信息传输给远处的细胞。神经元是负责接收、传输和处理刺激的独立功能单元。
一般来说，神经元由三部分组成：细胞体，细胞核和细胞器位于那里；树突，其是从细胞体延伸出来的突起(process)，接受来自环境或其他神经元的刺激；以及轴突，其是长的单一的从细胞体延伸的突起，用于将神经冲动传递给其他细胞。轴突通常在其远端分支，并且在另一个细胞上终止的每个分支有球根末端。末梢球与相邻细胞的相互作用形成称为突触的结构。突触专门用来接收信号并将其转化为电势。
人体中发现的大多数神经元是多极的，这意味着它们具有多于两个细胞突起，其中只有一个是轴突，并且其余突起是树突。视网膜或嗅粘膜的双极神经元具有一个树突和脱离细胞体的轴突。在脊髓神经节中发现的假单极神经元使树突接收的感觉冲动不经过细胞体直接传递到轴突。神经元也可以根据功能来分类。感觉神经元参与感觉刺激的接收和传递。运动神经元发出冲动来控制肌肉和腺体。其他神经元(中间神经元)作为功能网络的一部分充当神经元之间的媒介。
突触是传播细胞信号的特化功能性细胞连接。大多数突触是化学突触，其中突触前末端中的囊泡含有化学信使，当突触前膜被刺激时，该化学信使被释放到突触间隙。化学信使扩散穿过突触间隙以结合至突触后膜中的受体。这诱导突触后膜极化状态的变化，影响细胞活动。特殊类型的突触是神经肌肉连接。已知超过35种神经递质，并且大多数是小分子(一氧化氮、乙酰胆碱)、儿茶酚胺(去甲肾上腺素、血清素)或神经活性肽(内啡肽、加压素)。神经递质一旦被使用，就会被突触前细胞通过酶分解、扩散或内吞作用迅速清除。
一些神经元被称为髓磷脂的绝缘材料包裹。该富含脂质的材料由周围神经系统中的胶质细胞：雪旺细胞和中枢神经系统中的少突细胞形成。该绝缘通过减少必须去极化的膜表面积，使神经传导更快。在有髓鞘的神经元中，神经冲动沿着轴突的长度从一个无髓鞘的片段跳到另一个。正是髓鞘和组织内神经元细胞体的缺乏使一些神经组织呈现白色，如在大的周围神经和脑白质中一样。称为星形胶质细胞的其他胶质细胞参与结构完整性、神经元营养和维持神经组织的微环境。星形胶质细胞经由间隙连接彼此直接通信，并通过调节局部环境影响其所护理的神经元的存活。室管膜细胞排列于(line)脊髓和脑室并分泌脑脊液。其它称为小神经胶质的小胶质细胞是吞噬细胞，其参与成年中枢神经系统的炎症和修复。
神经组织是可兴奋的组织，其能够接收和传输电冲动。中心细胞类型称为神经元。神经元通常具有细胞体、接受输入的树突和传输电势的轴突。
神经元可分为感觉神经元、运动神经元、分泌神经元或联合神经元。它们通常根据传导速度、直径和称为髓磷脂的特化脂蛋白绝缘体的存在与否来分类。A型纤维是有髓鞘的，并且能以12 -120m/秒传导冲动。B型也是有髓鞘的纤维，但它们只以3-5m/秒传输冲动。C型纤维是无髓鞘的，直径小，并且很慢(2.5m/秒)。A型纤维的实例是支配腓肠肌的运动神经元。自主神经节前传出神经元是B型纤维的实例，以及携带弥漫性疼痛信息的感觉神经元是慢的C型纤维的实例。
感觉神经元适于从环境中探测某些类型的信息。这些包括感觉像压力或拉伸的机械接受器、热接受器、视网膜中的光接受器以及化学接受器(诸如味蕾或用于嗅觉的那些)。联合神经元或中间神经元通常发现于脊髓和脑中，其中它们将感觉传入神经元与传出运动或分泌神经元连接。
神经元经由称为突触的结构相互通信。轴突末端为一个或多个包含许多小囊泡的末梢按钮(terminal button)。这些小囊泡充满了称为神经递质的化学物质。乙酰胆碱最通常是位于突触处的神经递质，尽管其他化学物质如去甲肾上腺素、血清素和GABA可依赖于神经元而被使用。当冲动沿着轴突运行并且到达末梢按钮时，囊泡与神经元膜融合，并且神经递质被释放。然后，该化学物质穿过窄的突触间隙扩散到接收神经元的突触后膜上对于该化学物质的特定受体。
神经递质与受体的相互作用引起膜电势的变化，其诱导新的突触后神经元冲动。乙酰胆碱酯酶存在于突触中，分解乙酰胆碱并终止刺激。其他神经递质要么被分解要么被带回突触前神经元以终止刺激。
在中枢神经系统中，许多神经元可会聚在单个神经元上。当每个突触前神经元将神经递质释放到其与突触后神经元的突触中时，局部膜电势发生整合和汇总。这些输入信号可以是抑制性的或刺激性的。如果所得的汇总的膜电势达到该神经元的最小阈值，那么动作电势将被启动。
动作电势通过跳跃式传导在一个方向上远离细胞体运行。最快的神经元被髓鞘覆盖，所述髓鞘被称为郎飞氏结的裸神经元膜的节点分开以离散片段布置。在跳跃式传导中，电势从在结与结之间跳跃，从而减少了参与动作电势传导的膜面积，并且加速了传导。
在神经系统中发现的非神经细胞称为胶质细胞。星形胶质细胞数量最多，并且为神经元提供支持和营养。小神经胶质是神经组织特有的小吞噬细胞。排列在脑室系统和脊髓中央管并产生脑脊液的细胞称为室管膜细胞。在中枢神经系统中，少突细胞形成多个神经元的髓鞘片段。在周围神经系统中，髓鞘的每个片段由单个雪旺细胞构成。
中枢神经系统
中枢神经系统(CNS)由脑和脊髓组成。脑膜(硬脑膜、蛛网膜和软脑膜)除了由骨质头盖骨和椎骨提供的保护外，还保护和滋养CNS。脑脊液被发现在蛛网膜下腔、脊柱中央管和脑室。软脑膜是最内侧的层，并且附着于神经组织。在软脑膜和硬脑膜之间存在蛛网膜层。坚硬的纤维硬脑膜位于颅骨正下方。
脑可以分为前脑、中脑和脑干三个基本区域。前脑包括丘脑、下丘脑、基底神经节和大脑。大脑负责有意识的思考、对感觉的解释、所有的自主运动、心智能力和情感。
大脑组织可分为结构区和功能区。大脑表面卷曲成脑回(脊)和沟(槽)。皮层感觉区和运动区可以分别映射到中央后脑回和中央沟。感觉区接收来自身体另一侧的感觉信息，其是丘脑处理后投射出来的。那些有更多感觉神经末梢的身体部位由更多的皮层感觉区代表。运动区控制对侧身体部位的自主肌运动，但联合区对运动的起始是重要的。
大脑是脑最大的部分，并且分为左右两个半球，有几个脑叶。额叶包含运动区、布洛卡言语区、联合区并且在智力和行为中发挥功能。顶叶包含感觉区，并在感觉和听觉中发挥功能。初级视觉联合区位于枕叶，并且颞叶包含用于听觉联合、嗅觉和记忆存储的区。
丘脑位于大脑皮层和脑干之间。除了嗅觉以外的所有感觉输入都在这里处理，然后再投射到脑的其他区。下丘脑位于丘脑下方，并且负责处理内部刺激和维持内部环境。血压、体温、心率、呼吸、水代谢、渗透压、饥饿感和神经内分泌活动的每时每刻无意识控制在这里处理。从垂体后叶释放催产素和ADH的神经内分泌细胞的核位于下丘脑中。
基底神经节(尾状核、苍白球、黑质、丘脑下核、红核)是嵌入大脑各半球内的神经元组。它们参与控制复杂的运动控制、信息处理和无意识大意向运动。
脑干包括延髓和脑桥。延髓包含控制呼吸、心脏和血管舒缩反射的重要功能区和中转中心。脑桥包含呼吸调节中枢，其参与呼吸的调节。
小脑位于脑干之上，并且使用在其他地方处理的关于身体位置、运动、姿势和平衡的感觉信息。运动不是在小脑启动的，但它是协调运动所必需的。
周围神经系统
周围神经系统包括位于脑和脊髓外的神经、神经节、脊髓和颅神经。12条颅神经产生自位于脑干中的核，并且携带冲动传递至特定位置，以控制各种自主功能，如嗅觉、视觉、唾液分泌、心率和皮肤感觉。颅神经通常是混合的，因为它们携带感觉和运动成分，但它们可只有运动或感觉纤维。下表列出了颅神经和它们的功能。
表1-颅神经
周围神经系统的感觉部门从各种类型的接受器接受输入，对其进行处理并将其发送到中枢神经系统。感觉输入可以来自内部来源如本体感觉(关节和肌肉的位置感)，或外部来源如皮肤上的压力感或热感。由特定脊神经支配的皮肤区称为皮节。传入纤维收集感觉输入，以及沿脊髓上行，在丘脑汇合，并且最后在大脑的感觉皮层结束。那些具有更多感觉接受器的区域，即指尖或嘴唇，对应着脑感觉皮层上更大区域。携带本体感觉信息的纤维也分散到小脑。几乎所有的感觉系统都将冲动传输到丘脑的部分。大脑皮层参与意识感知和感觉刺激的解释。
肌肉和腺体的运动输入经由自主系统和躯体传出系统发生。关节、肌腱和肌肉的CNS神经支配经由躯体传出系统传输。一些肌肉反应经由脊反射来处理。这方面的实例是当手指接触热炉子时所看到的屈肌反射。早在疼痛感觉到达脑之前，移除手指的运动经由简单的脊反射发生。显然，这是保护机制，以避免进一步的损伤。腺体和平滑肌的运动输入通常经由自主系统发生。
大多数器官从自主神经系统的两个分支接受输入。在该器官或组织中，一个分支通常是兴奋性的，而另一个分支是抑制性的。自主系统的交感神经分支为身体应对生理压力做准备。刺激交感神经分支就像踩在油门上一样，因为身体准备跑或参与应答。看到例如心率加快、气道扩张和来自糖原储存的葡萄糖的调动的作用。交感神经从第一胸椎到第四腰椎。它们有短节前神经元，它的末端是沿脊柱的一个链状神经节。乙酰胆碱是位于具有长节后神经元的突触处的神经递质，其然后运行到靶组织，在那里去甲肾上腺素在大部分交感神经末梢处释放。几个交感神经节后神经元(诸如支配汗腺或骨骼肌脉管系统的那些)释放乙酰胆碱。
副交感神经分支经由CNS颅区和骶区产生的神经元来平衡(counterbalance)交感神经分支。例如，副交感神经刺激收缩气道并降低心率。它调节诸如消化、排尿和勃起等静息活动。长节前神经元在靠近末端器官的突触处释放乙酰胆碱。短节后神经元也在效应组织上释放乙酰胆碱。
脊髓损伤和由损伤引起的病况的治疗
本研究显示PTEN抑制剂对SCI之后功能和分子障碍的影响。PTEN抑制剂处理改善了SCI之后的行走能力和协调功能。此外，在PTEN处理后，由SCI诱导的正常排泄行为的消失明显恢复。然而，功能恢复的改善没有达到假组(sham group)观察到的正常功能。观察到PTEN治疗后损伤脊髓的组织学恢复。此外，注意到NGF和BDNF显著降低，并且这些发现表明通过PTEN抑制剂的神经恢复。
数个分子与神经元的再生有关，并且PTEN被认为是最有效的分子之一。先前的研究报道了，敲除肿瘤抑制因子PTEN的小鼠显示损伤后中枢神经系统轴突的显著再生长[Park等(2008)；Liu等(2010)]。PI3K/Akt途径在新轴突形成和再生中起重要作用，并且Akt的过表达有助于神经再生和分支。此外，PTEN降低Akt活性，并且因此PTEN的抑制可通过PI3K/Akt信号传导激活来提高神经再生[Ohtake等(2015)]。使用PTEN抑制剂的先前研究观察到，颈SCI后少突细胞增加以及运动功能恢复[Walker等(2012)]。脑动脉阻塞后，与梗塞相关的功能障碍在长期随访中得到改善[Mao等(2013)]。与这些先前研究类似，本研究中使用的PTEN抑制剂与SCI后的动物相比，可以诱导受损脊髓的神经再生和功能改善。此外，本研究改善了排泄功能。PTEN治疗恢复排尿，与假组观察到的正常排泄模式相似。
生长因子在组织再生中起着重要作用，以及任何类型损伤后生长因子的增加量都有助于受损组织的恢复。本研究中，我们比较了各组中VEGF、NGF和BDNF的变化。SCI组中VEGF、NGF和BDNF的显著过表达被认为是再生过程。Wu等[Wu等(2008)]和Sang等[Sang等(2018)]表明，诸如VEGF、NGF和BDNF等生长因子激活PI3K/Akt途径，并诱导神经发生。
然而，关于运动功能和排泄的功能研究显示，尽管VEGF、NGF和BDNF过表达，但功能受损。另一方面，与SCI动物相比，用PTEN抑制剂的处理诱导功能恢复，并显著降低VEGF、NGF和BDNF的表达。这些结果与PTEN抑制剂相关，因为PTEN的下调通过PI3K/Akt信号传导途径诱导神经再生，而不过表达生长因子。
这是第一个研究PTEN抑制剂在SCI之后排泄功能以及运动功能恢复中的作用的研究。然而，也有一些限制。在本研究中，我们提出PI3K/Akt信号传导途径是最根本的机制。
因此，本发明涉及将PTEN抑制剂作为用于SCI患者中包括排泄障碍的功能障碍的治疗分子。这是第一个证明改善和治疗源于脊髓损伤的运动和排泄功能二者的研究。
治疗组合物
在一个实施方式中，本发明涉及特征在于神经退化的各种疾病的治疗。以这种方式，通过提供抑制神经元变性的化合物，本发明的治疗性化合物可以施用于遭受或倾向于遭受疾病的人患者。特别是，疾病与大脑神经变性紊乱、神经细胞(特别是海马体和大脑皮层中的)的丧失、神经递质减少、脑血管变性、脊柱神经挤压和/或认知能力丧失相关。
治疗性化合物的制剂在本领域通常是已知的，并且可方便地参考Remington的Pharmaceutical Sciences，第17版，麦克出版公司，美国宾夕法尼亚州伊斯顿。例如，每天可施用约0.05μg至约20mg每公斤体重。剂量方案可以调整，以提供最佳的治疗应答。例如，可以每天施用若干分开的剂量，或者通过治疗情况的紧急事件所指示的按比例减少剂量。活性化合物可以以方便的方式施用，例如通过口、静脉注入(在水溶的情况下)、肌内、皮下、鼻内、皮内或栓剂途径或植入(例如通过腹膜内途径使用缓释分子，或通过使用细胞例如在体外致敏的单核细胞或树突细胞并过继转移到接受者)。根据施用途径，肽可能需要涂覆在材料中，以保护其免受酶、酸和其他可能使所述成分失活的自然条件的作用。
例如，肽的低亲脂性将允许它们在胃肠道中被能够切割肽键的酶以及在胃中被酸水解破坏。为了通过除肠胃外施用之外的方式来施用肽，它们将被材料涂覆或与材料一起施用以防止其失活。例如，肽可以在佐剂中施用，与酶抑制剂共施用或与在脂质体中共施用。本文考虑的佐剂包括间苯二酚、非离子表面活性剂，诸如聚氧乙烯油醚和正十六烷基聚乙烯醚。酶抑制剂包括胰蛋白酶抑制剂、二异丙基氟磷酸盐(DEP)和抑肽酶。脂质体包括水包油包水CGF乳剂和常规脂质体。
活性化合物也可以通过肠胃外或腹膜内施用。分散体也可以在甘油液体聚乙二醇及其混合物和油中制备。在常规的储存和使用条件下，这些制剂含有防腐剂以防止微生物的生长。
适于可注入使用的药物形式包括无菌水溶液(在水溶的情况下)或分散体和用于临时制备无菌可注入溶液或分散体的无菌粉末。在所有情况下，形式必须是无菌的，并且必须是液体，以达到方便可注入性存在的程度。它在制造和储存的条件下必须是稳定的，并且必须防止诸如细菌和真菌等的微生物的污染作用。载体可以是溶剂或分散介质，它包含例如水、乙醇、多元醇(例如甘油、丙二醇和液体聚乙二醇等)、其适当混合物和植物油。例如，通过使用诸如卵磷脂的涂层，通过在分散的情况下保持所需的粒度，以及通过使用表面活性剂，可以保持适当的流动性。微生物作用的预防可以通过各种抗细菌和抗真菌剂(例如，氯丁醇、苯酚、山梨酸、硫柳汞等)带来。在许多情况下，优选包括等渗剂，例如糖或氯化钠。可注入组合物的延长吸收可通过在延缓吸收剂(例如单硬脂酸铝和明胶)的组合物中使用带来。
无菌可注入溶液通过将所需量的活性化合物与所需的上面列举的各种其他成分并入到适当的溶剂中，然后通过过滤灭菌来制备。通常，通过将各种无菌活性成分并入含有基本分散介质和来自上述列举的那些的所需其他成分的无菌媒介中来制备分散体。在用于制备无菌可注入溶液的无菌粉末的情况下，优选的制备方法是真空干燥和冷冻干燥技术，所述技术从其先前无菌-过滤的溶液中产生活性成分加上任何额外所需成分的粉末。
当肽如上所述被适当保护时，活性化合物可以口服施用，例如，与惰性稀释剂或可吸收的可食用载体一起施用，或者它可以被封闭在硬壳或软壳明胶胶囊中，或者它可以被压缩成片剂，或者它可以直接与饮食中的食物掺和。对于口服治疗施用，活性化合物可以与赋形剂掺和并以可摄取片剂、口腔片剂、锭剂、胶囊、酏剂、悬浮液、糖浆、晶片(wafer)等的形式使用。此类组合物和制剂应含有按重量计至少1％的活性化合物。当然，组合物和制剂的百分比可以变化并且可以方便地介于单位重量的约5至约80％之间。在此类治疗上有用的组合物中的活性化合物的量使得将获得合适的剂量。制备根据本发明的优选组合物或制剂，使得口服剂量单位形式含有约0.1μg和2000mg之间的活性化合物。
片剂、丸剂、胶囊等还可含有以下：粘合剂，诸如黄芪胶、阿拉伯树胶、玉米淀粉或明胶等；赋形剂，诸如磷酸二钙(dicalcium phosphate)等；崩解剂，诸如玉米淀粉、马铃薯淀粉、藻酸等；润滑剂，诸如硬脂酸镁等；并且可以添加甜味剂，诸如蔗糖、乳糖或糖精，或添加调味剂，诸如薄荷、冬青油或樱桃调味剂。当剂量单位形式为胶囊时，除了上述类型的材料外，它可以包含液体载体。各种其他材料可以作为涂层存在或以其他方式改变剂量单位的物理形式。例如，片剂、丸剂或胶囊可以涂覆有虫胶、糖或二者。糖浆或酏剂可包含活性化合物、作为甜味剂的蔗糖、作为防腐剂的甲基对羟基苯甲酸酯和丙基对羟基苯甲酸酯、染料和调味剂诸如樱桃或橘子风味。当然，用于制备任何剂量单位形式的任何材料应该是药学上纯的，并且在所采用的量中基本上无毒。此外，活性化合物可并入缓释制剂和配方中。
如本文所用，“药学上可接受的载体和/或稀释剂”包括所有溶剂、分散介质、涂层、抗菌剂和抗真菌剂、等渗剂和吸收延缓剂等。此类用于药物活性物质的介质和剂是本领域众所周知的。除非任何常规介质或剂与活性成分不相容，否则考虑在治疗组合物中使用它们。补充活性成分也可以并入组合物中。
为了便于施用和给药均匀，以剂量单位形式配制肠胃外组合物是特别有利的。本文使用的剂量单位形式是指适合作为待治疗的哺乳动物受试者的单位剂量的物理离散单位；每个单位含有预定量的活性物质，其被计算与所需的药物载体联合以产生所需的治疗效果。本发明的剂量单位形式的说明书由以下决定并直接依赖于以下：(a)活性物质的独特特征和待实现的特定治疗效果，以及(b)合成用于治疗患有疾病病况的身体健康受损的活受试者中的疾病的此类活性物质的技术的固有限制。
将有效量的主要活性成分与剂量单位形式的合适药学上可接受的载体混合以方便和有效施用。例如，单位剂量形式可含有主要活性化合物，其量范围为0.5μg至约2000mg。按比例表达，活性化合物通常以约0.5μg/ml的载体存在。在含有补充活性成分的组合物的情况下，剂量是参照所述成分的通常剂量和施用方式确定的。
递送系统
各种递送系统是已知的并且可用于施用本发明的化合物，例如，包封在脂质体、微粒、微胶囊、能够表达该化合物的重组细胞、受体介导的内吞作用、作为逆转录病毒或其他载体的一部分的核酸的构建等。引入方法包括但不限于皮内、肌内、腹膜内、静脉内、皮下、鼻内、硬膜外和口服途径。化合物或组合物可以通过任何方便的途径施用，例如通过输注或弹丸注入，通过上皮或粘膜皮肤内里(例如，口腔粘膜、直肠和小肠粘膜等)的吸收，并且可以与其他生物活性剂一起施用。施用可以是全身的或局部的。此外，可希望通过任何合适的途径包括室内和鞘内注入，将本发明的药物化合物或组合物引入中枢神经系统；室内注入可通过例如，附接到储液器(如奥马耶储液器)的室内导管来促进。也可采用肺施用，例如，通过使用吸入器或雾化器，以及有雾化剂的制剂。
在具体实施方式中，可期望将本发明的药物化合物或组合物局部施用于需要治疗的区域；这可以通过，例如并且不是通过限制的方式，手术期间的局部输注、局部应用(例如，与手术后的伤口敷料结合)、通过注入、通过导管、通过栓剂或通过植入物(所述植入物是多孔的、无孔的或凝胶状的材料(包括膜例如硅橡胶膜，或纤维))来实现。优选地，当施用蛋白质(包括本发明的抗体或肽)时，必须注意使用蛋白质不吸收的材料。在另一个实施方式中，化合物或组合物可在囊泡(特别是脂质体)中递送。在又另一个实施方式中，化合物或组合物可在控释系统中递送。在一个实施方式中，可以使用泵。在另一个实施方式中，可使用聚合材料。在又另一个实施方式中，控制释系统可以放置在治疗靶点(即脑)的附近，从而只需要全身剂量的一部分。
如果组合物的施用能被受体动物耐受并且在其他方面适合施用于该动物，则该组合物被称为“药理学或生理学上可接受的”。如果施用的量是生理学上有意义的，则此类剂称为以“治疗上有效量”施用。如果剂的存在导致受体患者生理上可检测的变化，则该剂是生理学上有意义的。
本发明的范围不受本文描述的具体实施方式的限制。实际上，除了本文所描述的那些之外，本发明的各种修改对于本领域技术人员将从前述描述和附图中变得明显。此类修改旨在落入所附权利要求的范围内。以下实施例通过本发明的阐释并且不通过限制的方式来提供。
实施例
实施例1-材料与实验方法
实施例1.1
大鼠肾上腺髓质PC12嗜铬细胞瘤神经元细胞购自ATCC(弗吉尼亚州马纳萨斯)。包括杜氏改良伊格尔氏培养基(DMEM)、胎牛血清(FBS)和马血清的细胞培养材料购自联发科技股份有限公司(弗吉尼亚州马纳萨斯)。2.5S神经生长因子购自BD生物科学公司(贝德福德，马塞诸塞州01730)。针对神经元III类β-微管蛋白的TUJ-1单克隆兔抗体购自科文斯公司(马里兰州盖瑟斯堡)。针对乙酰化α-微管蛋白的单克隆小鼠抗体购自圣克鲁斯生物技术公司(加利福尼亚州圣克鲁斯)。山羊血清、Texas 山羊抗兔IgG抗体、Alexa />488山羊抗小鼠IgG抗体、4',6-二脒基-2-苯基吲哚、双乳酸盐(DAPI)和/>购自Molecular Probes-Invitrogen(俄勒冈州尤金)。诺考达唑购自西格玛奥德里奇(密苏里州圣路易斯)。神经突长出测定试剂盒购自密理博(马塞诸塞州比勒利卡)。所有脂质均购自Avanti Polar Lipids,Inc.(Alabaster,AL 35007)。重组人PTEN蛋白和孔雀石绿磷酸盐检测试剂盒购自R&D Systems,Inc.(明尼阿波利斯，明尼苏达州55413)。人PTEN c-DNA购自OriGene Inc.(罗克维尔，马里兰州20850)。LipofectamineTM2000转染试剂购自InvitrogenTM。Tris-Glycine梯度微凝胶(10～20％)购自NovexTM。所有抗体均购自SantaCruz Biotechology,Inc.(圣克鲁斯，加利福尼亚州95060)。其他材料均购自费雪科学公司。
实施例1.2-肽设计
以PTEN C-末端区(AA352～403)为模板，设计了作为潜在PTEN抑制剂的TGN肽。所有TGN肽在其N-末端端部处都包括PTD(肽转移结构域)序列(RRRRRRRR)，以提高膜透性。TGN-1肽具有32个氨基酸，其中有3个磷酸化丝氨酸残基(MW＝4244.18Da，序列：RRRRRRRR-VTPDVpSDNEPDHYRYpSDTTDpSDPE-酰胺(SEQ ID NO:4)，pS＝磷酸化丝氨酸)。TGN-2肽具有36个氨基酸，其中有两个磷酸化丝氨酸残基(MW＝4776.28Da，序列：HYRYpSDTTDpSDPENEPFDEDQHTQITKV-酰胺(SEQ ID NO:6)，pS＝磷酸化丝氨酸)。TGN-3肽具有与TGN-2肽相同的氨基酸序列，但没有残基被修饰，并且两个丝氨酸残基被取代为缬氨酸(MW＝4640.99Da，序列：RRRRRRRR-HYRYVDTTDVDPENEPFDEDQHTQITKV-酰胺(SEQ ID NO:8))。TGN-4肽被设计为TGN-1肽的加扰肽(MW＝4004.19Da，序列＝RRRRRRRR-SDDEYTDNPDSRYVSDTPVDTEH-酰胺(SEQ ID NO:10))，以及TGN-5肽被设计为TGN-2/TGN-3加扰肽(MW＝4616.88Da，序列＝RRRRRRRR-DEHDTEYTPDYRQETHFNSQPTDKSDVI-酰胺(SEQ IDNO:12))。所有肽均由21世纪生物化学公司(马伯洛市，马萨诸塞州01752)合成。纯度>95％并通过HPLC证实。
实施例1.3-体外PTEN活性测定
体外PTEN活性测定被设计为检测将磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)转化为磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)并产生磷酸根离子(Pi)的PTEN脂质磷酸酶活性。由于PTEN作为脂质磷酸酶是界面酶，因此以1,2-二辛酰基-sn-丙三基-3-磷酸-(1’-肌-肌醇-3,4,5-三磷酸)(C8-PIP3)用作PTEN底物，并且与其他磷脂一起制备脂质囊泡(脂质体)。对于脂质体制备，将C8-PIP3、DOPS(1,2-二油酰基-sn-丙三基-磷酸丝氨酸)和DOPC(1,2-二油酰基-sn-丙三基-磷酸胆碱)与800μL脂质体缓冲液(50mM Tris，100mM NaCl，10mM MgCl2，5mM DTT，pH＝8.0)一起混合至终浓度为0.1mM的C8-PIP3、0.25mM DOPS和0.25mM DOPC。然后将脂质混合物在4℃下超声30min以产生脂质体。超声后，将脂质体溶液短暂离心以去除残余脂质。
对于PTEN活性测定，将20ng的重组人PTEN蛋白与40μL的完整脂质体溶液混合。加入PTEN测定缓冲液(1mM Tris，20mM DTT和0.5％NP-40，pH＝8.0)达至100μL作为终体积。然后将反应混合物在37℃水浴孵育30min。孵育后使用孔雀石绿磷酸盐检测试剂盒检测由PTEN蛋白产生的无机磷酸根离子。首先，分别将50或100μL的每种反应混合物转移到96孔板以及加入10或20μL的孔雀石试剂A，并且在室温下孵育10min。孵育结束后，向每个样品再加入10或20μL的孔雀石试剂B，并且进一步在室温下孵育20分钟。使用分光光度计在620nm处通过测量OD(光密度)来检测磷酸根离子。为测定TGN肽(10μM)对重组PTEN活性的抑制作用，将每种TGN肽以1mM的浓度在DMSO溶液中制备，以及将1μL的TGN肽溶液与重组PTEN蛋白、脂质体和PTEN测定缓冲液混合，并且按照上述方案测定PTEN活性。
实施例1.4-体外IC50测定
通过用不同浓度的TGN-1和TGN-2肽进行体外PTEN活性测定来测定IC50值。IC50测定中TGN-1和TGN-2肽的浓度范围分别为0.1、1、10、30、60和100μM以及0.05、0.1、0.5、1、5、10和100μM。所有数据均表示一式三份实验，并且IC50值通过Prism 5软件(GraphPadSoftware)来计算。
实施例1.5-PC 12细胞培养
将PC12大鼠嗜铬细胞瘤细胞接种于6孔板(0.6x106细胞/孔)，并且用含有7.5％FBS和7.5％山羊血清的DMEM培养基培养。细胞融合达到约60～70％后，向PC12细胞加入NGF(神经生长因子，50ng/mL)用于分化，并且再孵育5天。然后，向每孔加入含有不同量TGN肽的DMSO溶液的新鲜培养基，并且进一步孵育24小时。对于PTEN过表达，将PC12细胞接种于6孔板(1.0x106细胞/孔)，并且如上用NGF(50ng/mL)分化。首先向500μl的Opti-MEM中加入2～2.5μg的人PTEN c-DNA，为每孔待转染细胞制备DNA-Lipofectamine 2000混合物。接下来，将3.75-8.75μl的Lipofectamine2000TM试剂加入上述稀释的DNA中，轻轻混合，并在室温下孵育25分钟。将6孔板中的PC12细胞的生长培养基更换为新鲜培养基，以及向每孔加入500μl的DNA-Lipofectamine 2000复合物用于转染。转染后，将转染的细胞在5.0％CO2培养箱中在37℃先孵育24-48小时，然后测定转基因表达。
实施例1.6-用PC12细胞的神经突测定
在维持37℃在5％ CO2培养箱中的T-75cm2烧瓶中，向大鼠肾上腺髓质PC12大鼠嗜铬细胞瘤神经元细胞补充7.5％胎牛血清(FBS)、7.5％马血清(ES)和0.5％青霉素链霉素。通过轻轻地、机械地从烧瓶分离细胞在50％汇合(confluence)处细胞分裂，并以1:7的分裂比率繁殖。
对于神经突保护测定，将PC12细胞接种到6孔板，其中接种密度为2.08x105个细胞/支架(经验确定为最佳接种密度)，并孵育24-48小时直到细胞汇合达到60～70％。然后用NGF(50ng/mL)分化PC12细胞72-120小时。为了模拟神经突变性，用诺考达唑(0.5μM)处理分化的PC12细胞。在37℃下孵育1小时后，将包含诺考达唑的旧培养基更换为含NGF(10ng/mL)和/或TGN肽(100μM为终浓度)的新鲜培养基，并且再孵育额外72小时。通过如下所述的免疫荧光测定分析剩余的神经突。
对于神经突长出测定，将PC12细胞接种于6孔板，接种密度为1.0x105个细胞/孔。细胞汇合达到60～70％后，通过加入NGF(50ng/mL)启动PC12细胞的分化。孵育24小时后，将TGN肽(50μM为终浓度)添加到6孔板的孔中，并且孵育另外2天。使用以下描述的神经突长出试剂盒(密理博)用分光光度计定量神经突状态。
实施例1.7-蛋白质印迹
培养后，从6孔板收集PC12细胞，并用台式离心机离心下来以制成细胞球(在室温下13,000rpm，5min)。丢弃上清并用3～500μL 1x PIPA缓冲液(英杰)重悬细胞球。重悬的细胞用液氮和37℃水浴通过冻融循环裂解(3-4次)，然后用27G针注入器重复喷洒重悬的细胞。裂解的细胞在4℃下以10,000g离心20min，以及收集上清液，并且使用BCA蛋白浓度试剂盒(赛默飞世尔)测定总蛋白浓度。
使用抗磷酸化Akt抗体进行蛋白质印迹以检测PC12细胞中内源性Akt蛋白的磷酸化水平。使用NovexTM梯度微凝胶(10～20％)进行SDS-PAGE。将在SDS-PAGE凝胶中的细胞裂解物样品和蛋白质转移到PVDF膜上，然后用阻断液(在含有0.1％ Tween-20的1X TBS缓冲液中的5％奶)孵育。以1:500稀释(含0.1％ Tween-20的1X TBS缓冲液)的抗磷酸化Akt抗体作为一抗。HRP-偶联的抗兔抗体用作二抗，稀释系数为1:8000。使用抗PTEN抗体(1:400稀释因子)检测内源性或过表达PTEN蛋白的表达水平。还测定上样对照的β-肌动蛋白表达水平。
实施例1.8-神经突定量
对于总神经突的定量，我们使用神经突长出测定试剂盒(密理博)和分光光度计。将Millicell插入物(EMD密理博，美国马萨诸塞州比勒埃里卡)的底面在37℃下涂覆新鲜细胞外基质(ECM)蛋白(10μg/mL胶原)2小时后，向置于24孔板的每孔中的每个插入物接种PC12细胞。将细胞在室温下保存15分钟贴壁(attachment)，并且然后每孔加入总计700μl分化培养基(膜下和膜上分别为600μl和100μl)。将神经突放置持续3天，以及然后用-200℃甲醇在室温下固定插入物20分钟，然后用新鲜PBS冲洗。接下来，在室温下将插入物置于400μl神经突染色液中30分钟，以及用湿棉签去除细胞体后，将每个插入物置于100μl神经突染色提取缓冲液(密理博)上。最后，将溶液转移到96孔板上，并且在分光光度计上通过在562nm读取吸光度来定量。
实施例1.9-免疫荧光
细胞培养后，去除生长培养基，并且用10％福尔马林在室温下固定细胞15分钟。之后，用在PBS中的0.5M甘氨酸溶液洗涤细胞，并且用PBS中的5％山羊血清和0.2％ Triton-X溶液在40℃下封闭过夜。对于用一抗的免疫染色，细胞在40℃下与用于总神经突染色的针对神经元III类β-微管蛋白的TUJ-1单克隆兔抗体(1:200稀释)，以及用于稳定神经突染色的针对乙酰化α微管蛋白的单克隆小鼠抗体(1:100稀释)孵育过夜。细胞用1X PBS缓冲液(10分钟/次洗涤)洗涤三次后，加入二抗-用于TUJ-1抗体的Texas山羊抗兔IgG(1:200稀释)以及用于乙酰化α微管蛋白抗体的Alexa/>488山羊抗小鼠IgG(1:200稀释)，并在40℃下孵育过夜。随后，细胞在1X PBS缓冲液(10分钟/次洗涤)以及1μg/ml 4',6-二脒基-2-苯基吲哚中洗涤3次；第二个洗涤步骤后加入双乳酸盐(DAPI)用于染色细胞核。最终洗涤后，准备细胞以使用荧光显微镜检测。Alexa/>488-IgG(绿色)的激发和发射波长为488nm/519nm，和Texas/>山羊抗兔IgG(红色)的激发和发射波长为595/615nm，以及DAPI的激发和发射波长为405/461nm。在不同放大率下获得细胞的荧光图像，并通过“ImageJ”图像处理和分析程序(Wayne Rasband的Public Domain，美国马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院)进行分析。
实施例2-结果
实施例2.1-使用PTEN磷酸化位点为模板设计TGN肽。
体内阻断PTEN作为脂质磷酸酶的活性已知在神经损伤后的轴突再生中有效[Park等，2008；Christie等，2012]。我们研究了PTEN-膜缔合机制，用于设计阻断在细胞膜表面上的PTEN定位的潜在PTEN抑制剂。根据先前的研究[Lee等，1999；Leslie等，2008]，PTEN蛋白具有两个功能结构域–磷酸酶结构域和C2结构域–并在C-末端区具有“磷酸化位点”，其作为“开关”，经由磷酸化-去磷酸化过程控制PTEN蛋白的构象变化[Das等，2003；Leslie等，2008]。对于PTEN的全脂质磷酸酶活性，在PTEN-膜缔合之前，位于“磷酸化位点”处的磷酸化丝氨酸/酪氨酸残基的去磷酸化应发生以改变PTEN的构象。经由N-末端PIP2结合基序和C-末端PDZ结构域结合基序的另外结合将PTEN蛋白以全PTEN活性所需的适当位置定位在细胞膜上[Walker等，2004；Molina等，2010]。因此，我们决定使用PTEN“磷酸化位点”加上PDZ结构域结合基序作为模板，用于通过破坏PTEN-膜缔合来设计TGN肽作为潜在PTEN抑制剂(图1A)。
TGN-1肽模拟“磷酸化位点”的氨基酸序列(365-388)，以及TGN-2和TGN-3肽模拟包括“磷酸化位点”和PDZ结构域结合基序(399-403)的C-末端区的氨基酸序列(376-403)。由于“磷酸化位点”中丝氨酸残基处的磷酸化对PTEN构象变化至关重要[Leslie等，2008；Odriozola等，2007]，TGN-1肽被修饰以在“磷酸化位点”内包含三个被磷酸化的丝氨酸残基(Ser370、Ser380和Ser385)。TGN-2肽包括两个磷酸化丝氨酸残基(Ser380和Ser385))。在TGN-3肽中，两个丝氨酸残基(Ser380和Ser385)被交换为缬氨酸用于比较。TGN-4肽和TGN-5肽被分别设计为加扰TGN-1和TGN-2肽序列。所有TGN肽还被修饰为在N-末端包含8个精氨酸残基作为肽转移结构域(PTD)，以增加细胞膜透性(图1B)。
实施例2.2-TGN-1和TGN-2肽对体外PTEN活性显示特异性抑制作用。
利用体外PTEN活性测定检测合成TGN肽的PTEN抑制作用。选择二-辛酰基磷脂酰肌醇3,4,5三磷酸(diC8-PIP3)作为PTEN的底物，并与两种不同的磷脂-二油基磷脂酰胆碱(DOPC)和二油基磷脂酰丝氨酸(DOPS)制备为脂质囊泡(脂质体)。脂质与脂质体缓冲液混合，并且通过超声变成脂质体(总脂质浓度＝0.6mM)。制备的脂质体(0.1mM的di-C8 PIP3)与20ng的重组人PTEN蛋白在室温下孵育30分钟，以通过将C8-PIP3转化为C8-PIP2并产生磷酸根离子来测定PTEN活性。使用孔雀石绿试剂盒测量由PTEN产生的磷酸根离子(图2A)。测定10μM的每种TGN肽对PTEN活性的抑制作用。如图2B所见，TGN-1和TGN-2肽均能显著阻断PTEN活性(与阳性对照相比，PTEN活性用TGN-1下降至54％以及用TGN-2下降至31％)。另一个方面，与TGN-1或TGN-2相比，TGN-2肽显示出有限的抑制作用(86％)。TGN-4和TGN-5肽也均未显示PTEN活性的显著抑制，这表明由TGN-1和TGN-2肽的PTEN抑制是序列特异性的。仅使用重组PTEN蛋白和diC8-PIP3脂质分子的体外PTEN活性测定未显示PTEN活性(数据未显示)。
使用体外PTEN活性测量TGN肽的IC50值，其中TGN肽呈剂量依赖的方式(0～100μM范围)。对于TGN-1、TGN-2和TGN-3肽计算的IC50值分别为19.93μM、87.12μM和4.83μM(图2C)。
实施例2.3-TGN-1肽在体内促进PI3K-Akt信号传导途径。
用PC12大鼠嗜铬细胞瘤细胞系测定TGN-1肽对神经元细胞种PI3K信号传导途径的影响。将转染有PTEN c-DNA用于PTEN过表达的分化PC12细胞或在天然状态的分化PC12细胞与TGN-1肽(10μM和100μM)或TGN-4肽(10μM)在37℃下孵育24小时。如图3A中的图所见，如果TGN-1肽确实阻断了PTEN的活性，并且抑制了PTEN对PI3K活性的拮抗作用，则PI3K信号传导途径中Akt蛋白的激活(磷酸化)水平应该增加。使用抗磷酸化Akt蛋白抗体的蛋白质印迹数据显示，用TGN-1肽处理的PC12细胞中内源性Akt蛋白的激活(磷酸化)水平以TGN-1肽剂量依赖方式增加(图3B和3C)。用TGN-4肽或DMSO处理的PC12细胞均未增加AKT蛋白的激活水平，这提示TGN-1肽特异性触发AKT蛋白磷酸化水平的提升。由于内源性PTEN(图3B)和过表达的PTEN(图3C)的表达水平在用TGN肽或DMSO处理时活性无差异，很明显TGN-1肽特异性抑制PTEN活性，以抑制PTEN对PI3K信号传导途径的下调作用，并促进PI3K-Akt信号传导途径。
实施例2.4-TGN-1和TGN-2肽在神经元细胞培养中显示包括神经保护作用的神经营养作用
我们研究了TGN肽在分化的神经元细胞上对神经突变性的作用。通过将PC12细胞与诺考达唑接触，通过干扰细胞的神经微管动力学，在细胞中诱导神经突变性。分化的大鼠PC12细胞首先用诺考达唑(0.5μM)处理，并且用含有NGF(50ng/mL)和TGN肽(100μM)的新鲜培养基孵育72小时。使用两种不同的微管蛋白抗体(用于稳定神经突的乙酰化α-微管蛋白抗体以及用于总神经突的TUJ-1β-微管蛋白抗体)进行的免疫荧光分析表明，TGN-1和TGN-2肽经由微管稳定化明显延迟了诺考达唑诱导的神经突变性(图4A)。我们进一步研究了TGN肽在PC12细胞神经突长出上的影响。向正在分化的PC12细胞中添加TGN肽实际上促进了神经突发育(TGN-1增加2.4倍以及TGN-2增加1.6倍，图4B)。综上所述，我们的TGN-1和TGN-2肽显示神经营养作用以及保护成熟神经突免受变性的活性。
实施例3-脊髓处理-材料和方法
实施例3.1-动物和分组
成年雄性Sprague-Dawley大鼠，体重250±10g(12周龄，n＝30)，获自商业饲养商(Orient Co.，韩国首尔)。将大鼠随机分为以下三组(n＝每组10只)：假手术组、脊髓损伤(SCI)诱导组、SCI诱导和TGN-2(PTEN抑制剂)处理组。实验程序按照国立卫生研究院(NIH)的动物护理指南进行，并经庆熙大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准[KHUASP[SE]-17-093]。
实施例3.2-诱导脊髓损伤及处理
按照先前描述的方法诱导SCI模型[Kim等(2019)]。术中，大鼠通过吸入异氟醚(在30％ O2和70％ N2中的2％异氟醚，韩国首尔JW制药公司)麻醉。不破坏硬脑膜，进行椎板切除术以暴露胸椎T9-10水平处的脊髓。使用纽约大学冲击器系统(NYU冲击器，美国纽约)，通过将10g冲击器从2.5cm高度掉落到暴露的硬脑膜上来创建挫伤。为了防止术中低温症，术中使用包裹身体和头的恒温毯控制单元(美国马萨诸塞州哈佛仪器)将身体和直肠温度保持在36±0.5℃。此外，术后监测另外2小时。假手术组的动物除皮肤切口后脊髓未损伤外，处理相同。
从SCI的诱导后3天开始，TGN处理组每2天施用一次TGN-2，并且进行7次，直接施用至脊髓损伤位点，持续14天(图6)。
实施例3.3-BBB标度试验
功能分析首先根据先前建立的行为试验[Basso等(1995)]使用Basso、Beattie和Bresnahan(BBB)运动标度进行评估。在SCI诱导后7、11和15天进行分析。对实验分组不清楚的四名研究人员观察每个受试者在无噪音、开放的活动场地中的行走、步态、肢体运动协调性、爪位置和空间、尾巴活动和身体稳定性5分钟。
实施例3.4-水平阶梯行走试验
为了评估运动功能和协调的变化，根据先前的研究方法[Schira等(2012)]进行了水平阶梯行走试验。试验在SCI的诱导第15天(第6次TGN处理后)进行测量。简言之，每只实验动物被允许穿过设计为圆形金属杆之间具有2cm间隔的1.5m长阶梯杆。在走阶梯时，评估动物的后腿是否定位正确，以及前爪和后爪是否有机协调。当点数不能移动时，最大错误数为20。取决于错误数，给出0至1为10分，2至5为7分，6至9为4分，以及10至20为1分。
实施例3.5-膀胱内压测量法
如前所述，术后18天通过膀胱内压测量法评估排泄功能[Ko等，2018]。用舒泰(10mg/kg，腹膜内；法国卡罗Vibac实验室)麻醉大鼠。带袖口状物的无菌聚乙烯导管(PE50)通过腹部中线切口被植入膀胱进入穹顶，并通过荷包缝合固定住。导管经由3路活塞连接压力换能器(美国马萨诸塞州霍利斯顿哈佛仪器)和注入泵(哈佛仪器)，以记录膀胱内压并将生理盐水注入膀胱。排空膀胱后，通过输注0.5mL的生理盐水进行膀胱内压测量法。使用Labscribe软件(iWorx/CB Science Inc.，美国特拉华州多佛)监测膀胱和排泄功能。
实施例3.6-组织制备
在膀胱内压测量法后，立即处死实验动物以收集组织。按照先前描述的[Ko等(2018)；Kim等，2018]进行组织制备。使用唑来替尔(10mg/kg，腹膜间；Virbac实验室)麻醉大鼠。大鼠心脏灌注50mM磷酸盐缓冲盐水(PBS)，然后是pH 7.4的4％多聚甲醛的100mM磷酸钠缓冲液。去除脊髓，在相同固定物中后固定过夜，并转移到30％蔗糖溶液中进行冷冻保护。用冷冻显微镜用薄片切片机(德国韦茨拉市徕卡)制作一系列40-μm厚的水平切片。脊髓选自横跨损害位点的区。每只大鼠在每个区平均采集4个切片。
实施例3.7-用H&E染色的组织学变化分析
按照先前描述的方法进行H&E染色[Lim等(2018)]。载玻片浸入Mayer氏苏木精(DAKO，丹麦格洛斯楚普)中1分钟，用自来水冲洗至透明，用伊红(西格玛化工有限公司，美国密苏里州圣路易斯)浸泡20秒，并且再用水冲洗。载玻片在以下溶液中浸泡两次：95％乙醇、100％乙醇、50％乙醇、50％二甲苯溶液和100％二甲苯。最后，使用(飞世尔科技，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆)安装盖片。
用连接至光学显微镜(Olympus BX61，日本东京)的加计算机辅助图像分析系统(Media Cyberbetics Inc.，美国马里兰州银泉)拍摄H&E染色载玻片的图像。不知道载玻片特性的研究人员对图像进行评估。
实施例3.8-蛋白质印迹
按照先前描述的方法进行蛋白质印迹[Lee等，2020)]。膀胱组织在冷的RIPA缓冲液(细胞信号传导科技公司，美国丹弗斯)和1mM PMSF(西格玛奥德里奇，美国密苏里州圣路易斯)上均质，并且然后在4℃下以14,000rpm离心30min。蛋白质含量使用μ-滴式酶标仪(赛默飞世尔科技，芬兰万塔)测量。接下来，在SDS-PAGE凝胶上分离30μg蛋白，并将其转移到硝化纤维素膜上。一抗包括以下：抗小鼠NGF抗体、抗小鼠VEGF抗体、抗兔BDNF抗体(1:1000；圣克鲁斯生物技术，美国加利福尼亚州)。
二抗如下：用于NGF、VEGF的辣根过氧化物酶偶联的抗小鼠抗体(1:5000；Vector实验室，美国加利福尼亚州伯林盖姆)；用于BDNF的抗兔抗体(1:5000；Vector实验室)。使用辣根过氧化物酶(HRP)偶联的IgG(1:2000；Vector实验室，美国加利福尼亚州伯林盖姆)和增强型化学发光(ECL)检测试剂盒(Bio-Rad，美国加利福尼亚州赫拉克勒斯)检测印迹膜。为了比较相对蛋白表达，使用加计算机辅助图像分析系统(Media CyberneticsInc)对检测到的条带进行密度计量计算。对于相对定量，将假手术组的结果设为1.00。
实施例3.9-数据分析
数据表示为平均值±平均值的标准误差。对于组间比较，进行单因素方差分析和Duncan事后多重检验(Duncan post hoc test)，并且P值<0.05被认为指示组间统计学显著差异。
实施例4-TGN-2对由脊髓损伤引起的病况的影响
实施例4.1-功能恢复的变化(BBB标度和阶梯试验)
来自BBB试验的功能恢复呈现在图7A中。与假手术组相比，SCI的诱导降低了在BBB试验中的BBB开放场地运动评分(P<0.05)。然而，TGN-2处理改善了SCI诱导的功能失衡，其中增加了BBB开放场地运动评分。由TGN-2处理的改善效果随注入次数的增加而增加。
图7B显示来自水平梯试验的运动功能和协调能力分析结果。SCI的诱导降低了阶梯行走评分，而TGN处理则增强了由SCI导致的降低的阶梯行走评分。这些结果表明，TGN通过提高运动功能和协调性(其由SCI降低)来促进SCI的恢复。
实施例4.2-膀胱内压测量法中排泄功能的变化
来自膀胱内压测量法的排泄功能呈现在图8中。SCI的诱导增加了膀胱收缩压(CP)、收缩时间(CT)和收缩之间间隔(ICI)。在SCI损伤后，与假手术组相比，CP、CT均显著降低(p<0.05)。与假手术组相比，SCI组的ICI显著升高(P<0.05)。TGN-2施用后，与假手术组相比，CP和CT显著升高(P<0.05)。与SCI组相比，SCI组的ICI显著升高(P<0.05)。与假手术组比较，TGN-2施用后观察到CP、CT和ICI的显著差异(p<0.05)。
实施例4.3-脊髓组织的组织学改变
SCI的诱导后18天脊髓组织的组织学变化的外观如图9所示。假手术组中观察到正常形态脊髓组织。在SCI组中，组织学图显示背区完全破坏的损害。然而，TGN-2处理减少了SCI诱导的破坏的损害，并且新组织在受损组织周围出现并增加。
实施例4.4-膀胱组织中VEGF、NGF、BDNF表达的变化
我们进行了蛋白质印迹，以通过检测TGN处理对VEGF、NGF和BDNF表达的影响来确定TGN处理是否改善了SCI(图10A-10C)。SCI的诱导增加了在脊髓损伤位点组织中VEGF、NGF和BDNF表达(P<0.05)。而TGN处理抑制在SCI诱导中过表达的VEGF、NGF和BDNF的表达(P<0.05)。这些结果表明，TGN的处理抑制了由SCI诱导而增加的过度代偿应答。
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本文引用的所有参考文献通过引用以其整体并入。
*****
本领域技术人员将认识到或能够通过不超过常规实验确定与本文具体描述的本发明的具体实施方式的许多等同物。
序列表
<110> 可隆组织基因有限公司
<120> 用PTEN抑制剂治疗脊髓损伤
<130> 16891-060WO0
<150> US 63/121,336
<151> 2020-12-04
<160> 12
<170> PatentIn版本3.5
<210> 1
<211> 403
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTEN氨基酸序列
<400> 1
Met Thr Ala Ile Ile Lys Glu Ile Val Ser Arg Asn Lys Arg Arg Tyr
1 5 10 15
Gln Glu Asp Gly Phe Asp Leu Asp Leu Thr Tyr Ile Tyr Pro Asn Ile
20 25 30
Ile Ala Met Gly Phe Pro Ala Glu Arg Leu Glu Gly Val Tyr Arg Asn
35 40 45
Asn Ile Asp Asp Val Val Arg Phe Leu Asp Ser Lys His Lys Asn His
50 55 60
Tyr Lys Ile Tyr Asn Leu Cys Ala Glu Arg His Tyr Asp Thr Ala Lys
65 70 75 80
Phe Asn Cys Arg Val Ala Gln Tyr Pro Phe Glu Asp His Asn Pro Pro
85 90 95
Gln Leu Glu Leu Ile Lys Pro Phe Cys Glu Asp Leu Asp Gln Trp Leu
100 105 110
Ser Glu Asp Asp Asn His Val Ala Ala Ile His Cys Lys Ala Gly Lys
115 120 125
Gly Arg Thr Gly Val Met Ile Cys Ala Tyr Leu Leu His Arg Gly Lys
130 135 140
Phe Leu Lys Ala Gln Glu Ala Leu Asp Phe Tyr Gly Glu Val Arg Thr
145 150 155 160
Arg Asp Lys Lys Gly Val Thr Ile Pro Ser Gln Arg Arg Tyr Val Tyr
165 170 175
Tyr Tyr Ser Tyr Leu Leu Lys Asn His Leu Asp Tyr Arg Pro Val Ala
180 185 190
Leu Leu Phe His Lys Met Met Phe Glu Thr Ile Pro Met Phe Ser Gly
195 200 205
Gly Thr Cys Asn Pro Gln Phe Val Val Cys Gln Leu Lys Val Lys Ile
210 215 220
Tyr Ser Ser Asn Ser Gly Pro Thr Arg Arg Glu Asp Lys Phe Met Tyr
225 230 235 240
Phe Glu Phe Pro Gln Pro Leu Pro Val Cys Gly Asp Ile Lys Val Glu
245 250 255
Phe Phe His Lys Gln Asn Lys Met Leu Lys Lys Asp Lys Met Phe His
260 265 270
Phe Trp Val Asn Thr Phe Phe Ile Pro Gly Pro Glu Glu Thr Ser Glu
275 280 285
Lys Val Glu Asn Gly Ser Leu Cys Asp Gln Glu Ile Asp Ser Ile Cys
290 295 300
Ser Ile Glu Arg Ala Asp Asn Asp Lys Glu Tyr Leu Val Leu Thr Leu
305 310 315 320
Thr Lys Asn Asp Leu Asp Lys Ala Asn Lys Asp Lys Ala Asn Arg Tyr
325 330 335
Phe Ser Pro Asn Phe Lys Val Lys Leu Tyr Phe Thr Lys Thr Val Glu
340 345 350
Glu Pro Ser Asn Pro Glu Ala Ser Ser Ser Thr Ser Val Thr Pro Asp
355 360 365
Val Ser Asp Asn Glu Pro Asp His Tyr Arg Tyr Ser Asp Thr Thr Asp
370 375 380
Ser Asp Pro Glu Asn Glu Pro Phe Asp Glu Asp Gln His Thr Gln Ile
385 390 395 400
Thr Lys Val
<210> 2
<211> 8
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD (肽转移结构域)
<400> 2
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg
1 5
<210> 3
<211> 24
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> TGN-1肽
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (6)..(6)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (16)..(16)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (21)..(21)
<223> Ser是磷酸化的
<400> 3
Val Thr Pro Asp Val Ser Asp Asn Glu Pro Asp His Tyr Arg Tyr Ser
1 5 10 15
Asp Thr Thr Asp Ser Asp Pro Glu
20
<210> 4
<211> 32
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-1
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (14)..(14)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (24)..(24)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (29)..(29)
<223> Ser是磷酸化的
<400> 4
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Val Thr Pro Asp Val Ser Asp Asn
1 5 10 15
Glu Pro Asp His Tyr Arg Tyr Ser Asp Thr Thr Asp Ser Asp Pro Glu
20 25 30
<210> 5
<211> 28
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-2
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (5)..(5)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (10)..(10)
<223> Ser是磷酸化的
<400> 5
His Tyr Arg Tyr Ser Asp Thr Thr Asp Ser Asp Pro Glu Asn Glu Pro
1 5 10 15
Phe Asp Glu Asp Gln His Thr Gln Ile Thr Lys Val
20 25
<210> 6
<211> 36
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-2
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (13)..(13)
<223> Ser是磷酸化的
<220>
<221> MISC_FEATURE
<222> (18)..(18)
<223> Ser是磷酸化的
<400> 6
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg His Tyr Arg Tyr Ser Asp Thr Thr
1 5 10 15
Asp Ser Asp Pro Glu Asn Glu Pro Phe Asp Glu Asp Gln His Thr Gln
20 25 30
Ile Thr Lys Val
35
<210> 7
<211> 28
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-3
<400> 7
His Tyr Arg Tyr Val Asp Thr Thr Asp Val Asp Pro Glu Asn Glu Pro
1 5 10 15
Phe Asp Glu Asp Gln His Thr Gln Ile Thr Lys Val
20 25
<210> 8
<211> 36
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-3
<400> 8
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg His Tyr Arg Tyr Val Asp Thr Thr
1 5 10 15
Asp Val Asp Pro Glu Asn Glu Pro Phe Asp Glu Asp Gln His Thr Gln
20 25 30
Ile Thr Lys Val
35
<210> 9
<211> 23
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-4
<400> 9
Ser Asp Asp Glu Tyr Thr Asp Asn Pro Asp Ser Arg Tyr Val Ser Asp
1 5 10 15
Thr Pro Val Asp Thr Glu His
20
<210> 10
<211> 31
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-4
<400> 10
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Ser Asp Asp Glu Tyr Thr Asp Asn
1 5 10 15
Pro Asp Ser Arg Tyr Val Ser Asp Thr Pro Val Asp Thr Glu His
20 25 30
<210> 11
<211> 28
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> PTD和TGN-5
<400> 11
Asp Glu His Asp Thr Glu Tyr Thr Pro Asp Tyr Arg Gln Glu Thr His
1 5 10 15
Phe Asn Ser Gln Pro Thr Asp Lys Ser Asp Val Ile
20 25
<210> 12
<211> 36
<212> PRT
<213> 人工序列
<220>
<223> 附接在TGN-5的N-末端的PTD
<400> 12
Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Arg Asp Glu His Asp Thr Glu Tyr Thr
1 5 10 15
Pro Asp Tyr Arg Gln Glu Thr His Phe Asn Ser Gln Pro Thr Asp Lys
20 25 30
Ser Asp Val Ile
35

Claims (13)

1.一种治疗脊髓损伤的方法，其包括在神经损伤位点处再生神经或减轻神经变性，所述方法包括在损伤神经处或损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽。
2.根据权利要求1所述的方法，其中PTEN抑制肽是修饰PTEN肽或其片段，其中磷酸化位点被修饰使得磷酸化位点中的丝氨酸或苏氨酸被磷酸化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中磷酸化丝氨酸或苏氨酸位于位置Thr-366、Ser-370、Ser-380、Thr-382、Thr-383或Ser-385处。
4.根据权利要求1所述的方法，其中磷酸化丝氨酸或苏氨酸位于位置Ser-370、Ser-380和/或Ser-385处。
5.根据权利要求3所述的方法，其中磷酸化丝氨酸或苏氨酸位于位置Ser-370、Ser-380和Ser-385处。
6.根据权利要求3所述的方法，其中磷酸化丝氨酸或苏氨酸位于位置Ser-380和Ser-385处。
7.根据权利要求1所述的方法，其中肽是磷酸化位点和/或PDZ结构域结合基序的肽的片段。
8.根据权利要求1所述的方法，其中肽进一步包含肽转移结构域(PTD)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中神经损伤在中枢神经系统中。
10.一种治疗与脊髓损伤相关或由脊髓损伤引起的病况的方法，其包括在神经损伤位点处再生神经或减轻神经变性，所述方法包括在损伤神经处或损伤神经附近区域施用神经再生或神经变性减轻量的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)脂质磷酸酶抑制肽。
11.根据权利要求10所述的方法，其中病况是神经源性膀胱。
12.根据权利要求11所述的方法，其中病况是运动功能丧失。
13.根据权利要求11所述的方法，其中病况是运动协调性丧失。
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