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Zusammenfassung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren welches es ermöglicht, Triterpene mit einem
pentacyclischen Grundgerüst
des Oleanan- und Ursan-Typs, die gegenüber Enzymen vom Typ 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
im wesentlichen keine Enzym hemmenden Eigenschaften aufweisen, dahingehend
zu modifizieren, dass sie die 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase-Aktivität (11beta-HSD)
und vorzugsweise spezifisch 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
Typt-Aktivität
(11beta-HSD1) inhibieren.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung chemische Verbindungen mit Oleanan-
oder Ursan-Grundgerüst, die
als Inhibitoren der 11beta-HSD, vorzugsweise als spezifische 11beta-HSD1
Inhibitoren wirken. Diese Inhibitoren können beispielsweise zur Behandlung
und Vorbeugung von Diabetes, Metabolischem Syndrom, Fettsucht, Hyperlipoproteinämien, Hyperglykämie, Hyperinsulinämie, Arteriosklerose,
Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom und Viruserkrankungen
eingesetzt werden.
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Das
Enzym 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (11beta-HSD) katalysiert
die Umwandlung von Cortisol zu Cortison, bzw. von Cortison zu Cortisol,
wobei zwei gewebespezifische Isoformen bekannt sind, die als 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase Typ
1 (11beta-HSD1) und 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase Typ 2 (11beta-HSD2) bezeichnet
werden. Während
11beta-HSD1 ein
ubiquitär
vorkommendes Enzym ist, findet sich 11beta-HSD2 hauptsächlich in
der Niere. 11beta-HSD1 arbeitet, abhängig vom zellulären Kontext,
entweder als Reduktase oder als Dehydrogenase, während 11beta-HSD2 nur als Dehydrogenase
wirkt. 11beta-HSD2 schützt
die entsprechenden Gewebe vor Cortisol, indem es das aktive Hormon,
Cortisol, in inaktives Cortison umwandelt. In der Niere zum Beispiel
verhindert 11beta-HSD2 die Aktivierung des Mineralocorticoid-Rezeptor
durch Cortisol. Diese Aktivierung hätte eine unerwünschte Blutdrucksteigerung
durch Störung
des Elektrolythaushalts der Niere und Hypervolämie zur Folge.
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Entwicklung
spezifischer Inhibitoren der 11beta-HSD1 und Hemmung der 11beta-HSD1
in Geweben zur Regulation der Glucocorticoid-Wirkung ist in den
letzten Jahren in den Focus der pharmazeutischen Industrie getreten,
seitdem in Tierexperimenten gezeigt werden konnte, dass eine Dysregulation
der 11beta-HSD1 zu
metabolischen Störungen
führt. Masuzaki
et al. (Science 2001, 294, 2166-2170) beschreiben eine
transgene Maus, in deren Adipocyten zusätzlich noch das Rattengen 11beta-HSD1
eingeführt
worden ist und daher eine Überexpression
von 11beta-HSD1 zeigt. Dieses Mausmodell zeigt als Folge der Überexpression
von 11beta-HSD1 mit Hyperglykämie,
Glukose-Intoleranz, Hyperinsulinismus, Insulin-Resistenz und visceraler Stammfettsucht
alle Symptome eines metabolischen Syndroms. Im Gegenzug zeigen 11beta-HSD1
knock-out Mäuse
eine Resistenz gegenüber
der Entwicklung eines Diabetes Mellitus Typ 2 (Kotelevtsev
et al.. Proc. Natl. Acad. Sci. 1997, 94, 14924-14929). Auch bei energiereicher
Nahrung bleiben die Blutglukose-Werte und die Aktivität der Schlüsselenzyme
der Glukoneogenese in der Leber, die Phosphoenol-Pyruvat-Kinase
und Glukose-6-Phosphatase, im Normbereich im Vergleich zu einer
Kontrollgruppe normaler Mäuse.
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Die
Entwicklung von 11beta-HSD Inhibitoren und vor allem von spezifisch
11beta-HSD1 inhibierenden Substanzen ist ein hochaktuelles Forschungsgebiet
der pharmazeutischen Industrie, was sich auch in der Patentliteratur
wiederspiegelt.
WO 01/90094 beschreibt
Arylsulfoamidothiazole als spezifische Inhibitoren der humanen 11beta-HSD1.
Diese Verbindungen zeigten aber in klinischen Studien der Phase
2 ein zu schlechtes pharmakokinetisches Profil.
US 2005/0154038 und
US 2006/0106008 beschreiben Triazole
als spezifisch 11beta-HSD1 hemmende Verbindungen, die auch im Mausmodell
günstige
pharmakodynamische und -kinetische Eigenschaften zeigen (
Olsen
et al.. Biorg. Med. Chem. Lett. 2005, 15, 4359-4362).
WO 2004/065351 beschreibt Säureamide,
abgeleitet von der Benzoesäure,
als spezifische Inhibitoren der 11beta-HSD1 Aktivität. Verbindungen
dieses Typs verhindern im Mausmodell eine Aktivierung der Glukocorticoide
um bis zu 70% (
Coppola et al.. J. Med. Chem. 2005, 48, 6696-6712).
WO 03/086410 und
Sandeep
et al. (Proc. Natl. Acad, Sci. 2004, 101, 6734-6739) beschreiben
ein Verfahren, die unerwünschten
Nebenwirkungen des nicht-spezifischen Inhibitors Carbenoxolon zu
vermeiden. Um eine, durch 11beta-HSD2 Inhibition ausgelöste, Blutdrucksteigerung
abzufangen bzw. wieder umzukehren, wird zusätzlich ein Diuretikum gegeben.
Die Gabe eines Diuretikums schränkt
die Anwendung der bislang bekannten 11beta-HSD Inhibitoren jedoch
ein, da z. B. Diuretika bei Patienten mit Diabetes kontraindiziert
sind.
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Triterpene
mit pentacyclischem Grundgerüst
aus kondensierten Cyclohexanringen sind in der Natur weit verbreitet
und können
aus den verschiedenen Pflanzen isoliert werden. Viele der bekannten
pflanzlichen Triterpene sind für
den Menschen physiologisch aktive Verbindungen, die als Wirkstoffe – häufig in
Form von Derivaten oder auch als Inhaltsstoffe von Pflanzenextrakten – in Apotheken
und Drogerien frei erhältlich
sind, wobei die genauen Wirkmechanismen teilweise nicht bekannt
sind Die hier betrachteten pentacyclischen Triterpene können dabei
in zwei Klassen unterteilt werden, die sich nur bezüglich ihres
Substitutionsmusters am Grundgerüst
unterscheiden:
- 1.) Die erfindungsgemäß als Oleanan-Grundgerüst bezeichnete
Verbindungsgruppe, die in Position C20 zwei Substituenten trägt. Im einfachsten
Fall bestehen diese beiden Substituenten aus zwei Methylgruppen,
wie zum Beispiel in der Oleanolsäure
(1).
- 2.) Die zweite erfindungsgemäß als Ursan-Grundgerüst bezeichnete
Verbindungsgruppe ist in Position C20 monosubstituiert. In Position
C19 befindet sich in eine weitere Methylgruppe, wie zum Beispiel
in der Ursolsäure
oder „Asiatic
acid" (1).
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Verbindung mit Oleanan-Grundgerüst Verbindung
mit Ursan-Grundgerüst
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Pentacyclische
Triterpene des Oleanan- bzw. des Ursan-Typs werden für die blutzuckersenkende
Wirkung bestimmter hypoglykämisch
wirkender Pflanzen verantwortlich gemacht. Zu diesen pentacyclischen
Triterpenen mit hypoglykämischer
Wirkung gehört
u.a. die Oleanolsäure
(1). Die Isolierung von Oleanolsäure-Glycosiden
wurde unter anderem aus den Pflanzen Momordica charantia (Murakami
T et al.. Chem. Pharm Bull 2001; 49(1): 54-63), Gymnema
sylvestre (Yoshikawa et al.. Chem. Pharm. Bull. 1996, 45,
2034-2038),
Kalopanax pictus (Kim et al.. Biol. Pharm. Bull. 1998, 21,
360-365) und Gymnema inodorum (Shimizu et al..
J. Vet. Med. Sci. 1997, 59, 753-757),
die für
ihre hypoglykämischer
Wirkung bekannt sind, beschrieben. Als möglicher Wirkmechanismus der
hypoglykämischen
Eigenschaften der Oleanolsäure
wird eine Hemmung der gastro-intestinalen Aufnahme von Glukose,
verursacht durch die Oleanolsäure,
diskutiert (Matsuda et al.. Chem. Pharm. Bull. 1998, 46,
1399-1403). Zwar wurde die Oleanolsäure als nicht-spezifischer
Inhibitior der 11beta-HSD Aktivität der Ratte in der Literatur
beschrieben (Bühler
H. et al.. Biochim. Biophys. Acta 1991, 1075, 206-212),
aber die humanen Enzyme 11beta-HSD1 und 11beta-HSD2 werden durch
Oleanolsäure
nicht in ihrer Aktivität
beeinflusst. In eigenen Versuchen konnte die Oleanolsäure als
schwacher, nicht-spezifischer Inhibitor von 11beta-HSD1 (Ki = 500 μM) und 11beta-HSD2
(Ki = 400 μM)
der Ratte bestätigt
werden.
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Corosolsäure (
1),
ein pentacyclisches Triterpen, isoliert aus den Blättern der
Pflanze Lagerstroemia speciosa, induziert die Translokation des Glukosetransporters
4 (GLUT4) an die Plasmamembran in Muskelzellen und verbessert in
dieser Weise die Aufnahme von Glukose aus dem Blut (
Miura
et al.. Bio% Pharm. Bull. 2004, 27(7), 1103-1105). Corosolsäure als
blutzuckersenkende Verbindung wird in
US
6.485.760 ,
US 6.908.632 und
US 2005/0267055 beschrieben.
Corosolsäure
hat jedoch keine hemmenden Eigenschaften auf menschliche 11beta-HSD1
oder 11beta-HSD2.
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Zwei
weitere pentacyclische Triterpene mit Ursan-Grundgerüst, Ursolsäure und „Asiatic
acid" (1) wurden
auf ihre hemmenden Eigenschaften in Bezug auf menschliche 11beta-HSD1
und 11beta-HSD2 getestet. Bei diesen Versuchen konnte keine Inhibition
der beiden Isoenzyme durch diese Triterpene festgestellt werden.
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Es
besteht daher ein Bedarf für
spezifische 11beta-HSD1 Inhibitoren mit Ursan- und Oleanan-Grundgerüst, da diese
den Vorteil hätten,
dass mögliche
Ausgangssubstanzen für
Ihre Herstellung weit verbreitet im Pflanzenreich sind und sie nur
ein geringes toxikologisches Potential besitzen. Jeder Mensch nimmt
Triterpene des Ursan- und Oleanan-Typs jeden Tag mit der pflanzlichen
Nahrung zu sich. Ein weiterer Vorteil wäre, dass durch Auswahl entsprechender
Substituenten am Grundgerüst
pharmakodynamische und -kinetische Eigenschaften der Substanzen
entsprechend günstig
beeinflusst werden können.
Chemische Verbindungen mit Oleanan- oder Ursan-Grundgerüst, die
als Inhibitoren der 11beta-HSD wirken, insbesondere solche, die
als spezifische Inhibitoren der 11beta-HSD1 wirken, wären bedeutsame
Medikamente zur Behandlung und Vorbeugung von Diabetes, Metabolischem
Syndrom, Fettsucht, Hyperlipoproteinämien, Hyperglykämie, Hyperinsulinämie, Arteriosklerose,
Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom und Viruserkrankungen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein 11beta-HSD Inhibitoren
sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen. Vorzugsweise
hemmen die mittels des Verfahrens hergestellten Inhibitoren im wesentlichen
spezifisch die Isoform der 11beta-HSD1 und weisen dabei aber im
wesentlichen keine inhibitorische Aktivität gegenüber der Isoform der 11beta-HSD2
auf, wobei die hergestellten Verbindungen solche mit einem Oleanan-
oder Ursan-Grundgerüst
(2) sind.
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Es
ist ferner eine Aufgabe der Erfindung 11beta-HSD Inhibitoren bereitzustellen,
die im Stand der Technik bekannten Nachteile 11beta-HSD Inhibitoren
und vorzugsweise auch die Nachteile der bekannten spezifischen 11beta-HSD1
Inhibitoren vermeiden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindungen ist es, Triterpene des Oleanan-
und Ursan-Typs,
welche im wesentlichen keine inhibitorische Aktivität gegenüber 11beta-HSD aufweisen, so
zu modifizieren, dass sie 11beta-HSD inhibieren, vorzugsweise im
wesentlichen spezifisch die Isoform der 11beta-HSD1 hemmen.
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Eine
weitere Aufgabe ist es Stoffe und Medikamente bereitzustellen, die
etwa zur Behandlung und Vorbeugung von Diabetes, Metabolischem Syndrom,
Fettsucht, Hyperlipoproteinämien,
Hyperglykämie,
Hyperinsulinämie,
Arteriosklerose, Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom und
Viruserkrankungen eingesetzt werden können.
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Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung solche Stoffe bzw.
Medikamente bereitzustellen, die von chemischen Verbindungen mit
Oleanan- oder Ursan-Grundgerüst abgeleitet
sind.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Verbindung vom Typ Triterpen mit einem pentacyclischen
Grundgerüst
des Oleanan- oder Ursan-Typs, wobei die Verbindung 11β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
hemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung an der Position
C11 eine funktionelle Gruppe trägt,
die in der Lage ist, Wasserstoffbrücken auszubilden. Die mit Hilfe
des Verfahrens erhaltenen Produkte hemmen spezifisch die 11beta-HSD
und vorzugsweise spezifisch die Isoform der 11beta-HSD1.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindungen sind in den Ansprüchen definiert. Die erfindungsgemäßen Verbindungen
sind überraschenderweise
therapeutisch wirksam etwa bei der Behandlung und Vorbeugung von
Diabetes, Metabolischem Syndrom, Fettsucht, Hyperlipoproteinämien, Hyperglykämie, Hyperinsulinämie, Arteriosklerose,
Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom und Viruserkrankungen.
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Verbindung
keine der folgenden Verbindungen: Glycyrrhitinsäure und deren Säurederivate.
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Triterpene
des Oleanan- und Ursan-Typs und Glucocorticoide, die natürlichen
Substrate der 11beta-HSD, haben bei ihrer Biosynthese gemeinsame
acyclische Vorläufermoleküle, aus
denen sich die Ringsysteme des Sterans oder Gonans bzw. Ursan oder
Oleanan bilden. Aufgrund dessen findet man gemeinsame Strukturmerkmale
in den Molekülen.
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Die
natürliche
enzymatische Reaktion, die von den 11beta-HSD Isoenzymen durchgeführt wird,
ist die Oxidation einer Alkoholfunktion oder die Reduktion einer
Keto-Gruppe in C11-Position des Steran/Gonan-Grundgerüstes. Dabei
unterscheiden sich beide Isoformen in ihrer Substratspezifität. 11beta-HSD1
akzeptiert Cortisol und Cortison als Substrat, d. h. sie arbeitet
sowohl als Dehydrogenase als auch als Reduktase, während 11beta-HSD2
nur Cortisol als Substrat erkennt, somit nur als Dehydrogenase unter
physiologischen Bedingungen wirkt. Dieses bedeutet, dass die Keto-Funktion
in Cortison nicht mehr mit dem katalytischen Zentrum der 11beta-HSD2
in Wechselwirkung treten kann. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeiten
sollte ein Substituent in C11-Position
des Oleanan- oder Ursan-Grundgerüstes
auch mit den katalytischen Zentren der 11beta-HSD Isoenzyme in Wechselwirkung
treten können.
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Es
konnte von den Erfindern überraschenderweise
gezeigt werden, dass diese Wechselwirkung eines Substituenten in
C11-Position des Oleanan-/Ursan-Grundgerüstes mit
dem katalytischen Zentrum stattfindet, dass diese Wechselwirkung
aber bei 11beta-HSD1 von stärkerer
Natur ist als bei 11beta- HSD2.
Dieses spiegelt sich in unterschiedlichen Inhibitionskonstanten
bezüglich
11beta-HSD1 und 11beta-HSD2 von an C11-Position substituierten Triterpenen
des Oleanan- oder Ursan-Typs wieder (siehe Beispiele).
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Die
bevorzugten Verbindungen im Sinne der Erfindung, auch spezifische
11beta-HSD1-Inhibitoren
genannt, zeichnen sich durch eine im Wesentlichen spezifische Inhibition
der 11beta-HSD1-Aktivität
aus. Im Sinne der Erfindung bedeutet im wesentlichen spezifische
Hemmung bzw. Inhibition in diesem Zusammenhang, daß die Verbindung
unter den Isoformen 11beta-HSD1 und 11beta-HSD2 im wesentlichen
nur inhibitorische Aktivität
gegenüber
der 11beta-HSD1 Isoform zeigt, während
die Verbindung gegenüber
der 11beta-HSD2 im wesentlichen keine inhibitorische Aktivität aufweist.
Es ist weiterhin bevorzugt, daß die
erfindungsgemäßen Verbindungen,
auch gegenüber
anderen Stoffen als den vorgenannten 11beta-HSD Enzymen, wie Enzymen oder
Proteinen im wesentlichen keine inhibitorische Aktivität aufweisen.
Geeignete Testverfahren zur Bestimmung der inhibitorischen Aktivität gegenüber einem
bestimmten Stoff sind dem Fachmann allgemein geläufig und werden in Abhängigkeit
von dem gewählten
Stoff, gegenüber
dem die inhibitorische Aktivität
zu bestimmen ist, unterschiedlich ausfallen. Alle bisher bekannten
Triterpene mit pentacyclischem Grundgerüst, die als Inhibitoren der
11beta-HSD bekannt sind, hemmen in der Regel die Aktivität beider
Isoformen des Enzyms. Diese, sowohl die 11beta-HSD1 als auch die 11beta-HSD2 betreffende,
hemmende Aktivität
eines 11beta-HSD
Inhibitors wird erfindungsgemäß als nicht-spezifisch
bezeichnet, wenn der Quotient der Hemmkonstanten Ki11beta-HSD2/Ki11beta-HSD1 (Inhibitionsverhältnis) einen
Wert zwischen etwa 0,2 und etwa 5 aufweist. Vorzugsweise wird dabei
der Quotient aus der Hemmkonstanten für die Dehydrogenaseaktivität von 11beta-HSD2 und der Hemmkonstanten
für die
Reduktaseaktivität
der 11beta-HSD1 zugrundegelegt, wie dies in den Beispielen illustriert
wird. Im Gegensatz hierzu wird die hemmende bzw. inhibitorische
Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindungen
auf ein Enzym, entweder auf 11beta-HSD1 oder auf 11beta-HSD2, als
spezifisch bezeichnet, wenn das Inhibitionsverhältnis der Hemmkonstanten (Ki) beider Isoenzyme kleiner als 0,2 bzw.
größer als
etwa 5 ist: Ein für
die 11beta-HSD1 spezifischer Inhibitor hat ein Inhibitionsverhältnis größer etwa
5, wohingegen ein spezifischer Inhibitor für die 11beta-HSD2 ein Inhibitionsverhältnis von
kleiner als etwa 0,2 besitzt.
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Die
Hemmkonstanten (Ki) der beiden Isoenzyme
(Ki11beta-HSD2/Ki11beta-HSD1)
können
nach allgemein bekannten Verfahren bestimmt werden, z. B. nach dem
weiter unten in den Beispielen und im Material & Methoden-Abschnitt definierten Verfahren.
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Durch
das Einfügen
eines Wasserstoffbrücken-bildenenden
Substituenten, insbesondere an der Position C11, ist es überraschenderweise
gelungen, diese Substanzen, die im wesentlichen keine 11beta-HSD
inhibitorische Aktivität
aufweisen, zu starken 11beta-HSD Inhibitoren, bevorzugt zu 11beta-HSD1-spezifischen Inhibitoren,
zu verändern
und ihnen somit eine vollkommen neue und überraschende Eigenschaft zu
verleihen.
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Das
Verfahren zur Herstellung kann grundsätzlich an allen Triterpenen
mit einem erfindungsgemäßen pentacyclischen
Grundgerüst
des Oleanan- bzw. des Ursan-Typs
durchgeführt
werden (2), die in der Position C11
nicht substituiert sind. Zu den Verbindungen des Oleanan- oder Ursan-Typs
mit pentacyclischem Grundgerüst
zählen
z. B. die folgenden Verbindungen, die im Herstellungsverfahren als
Ausgangssubstanzen eingesetzt werden können:
3beta-Hydroxyurs-12-en;
3beta-Hydroxyolean-12-en; 2alpha,3beta,24-Trihydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 3beta-Hydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 3beta-Hydroxyolean-12-en-28-carbonsäure; 2alpha,3beta-Dihydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 2alpha,3beta,24-Trihydroxyolean-12-en-28-carbonsäure; 30-Hydroxy-3-oxo-olean-12-en-28-carbonsäure; 3beta-Hydroxyolean-12-en-27,28-dicarbonsäure; 3beta, 16alpha,24,28,23-Pentahydroxyolean-12-en;
3beta,15alpha,28,30-Tetrahydroxyolean-12-en; 2beta,3beta,6beta,24-Tetrahydroxyolean-12,15-dien-28-carbonsäure; 2alpha,3alpha-Dihydroxy-19-oxo-olean-12-en-28-carbonsäure; 3beta,6beta,23-Trihydroxy-2-oxo-olean-12-en-28-carbonsäure; 3alpha,19alpha-Dihydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 3beta,19alpha-Dihydroxy-6-oxo-urs-12-en-28-carbonsäure; 3beta,22alpha,30-Trihydroxyurs-12-en;
1beta,2alpha,3beta,19alpha-Tetrahydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 3beta,19alpha,23-Trihydroxyurs-12-en;
3beta,27-Dihydroxyurs- 12-en-28-carbonsäure; 3beta,19alpha,23,24-Tetrahydroxyurs-12-en-28-carbonsäure; 3beta,19alpha,24-Trihydroxyurs-12-en-23,28-dicarbonsäure; 3beta,6beta,16beta,28-Tetrahydroxyolean-12-en;
3alpha,27-Dihydroxyolean-12-en-28-carbonsäure; 2beta,3beta-Dihydroxy-15-oxo-olean-12-en-23-carbonsäure; 1alpha,3beta,2beta-Trihydroxyolean-12-en-28-carbonsäure; 2alpha,3beta-Dihydroxyolean-12-en-24,28-dicarbonsäure; 2beta,3beta,6beta,28-tetrahydroxyolean-12-en-24-carbonsäure; 2alpha,2alpha,21beta-Trihydroxyolean-12-en-28-carbonsäure, 1alpha,2alpha,3beta,18alpha,23-Tetrahydroxyurs-12en-28-carbonsäure; und
1beta,3beta-Dihydroxyurs-12-en-27-carbonsäure.
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Dieses
pentacyclische Grundgerüst
bildet das Kerngerüst,
das an anderen Positionen durchaus weitere Substituenten tragen
kann, wie man es auch in herkömmlichen
Oleanan- bzw. Ursan-abgeleiteten Verbindungen vorfindet. Die Ausgangsverbindungen
zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen mit den oben
dargestellten pentacyclischen Grundgerüsten sind synthetisch herstellbar,
kommen aber auch in der Natur in Form verschiedener Triterpene vor.
Beispielhaft wird die Synthese der erfindungsgemäßen Verbindungen an einem Beispiel
vorgestellt, wobei allgemein bekannt ist, mit welchen alternativen
Syntheseverfahren die erfindungsgemäßen Stoffe, sowie die Ausgangsstoffe
des erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugt werden, oder woher sie bezogen werden können.
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Um
inhibitorische Aktivität
gegenüber
11beta-HSD und vorzugsweise spezifische inhibitorische Aktivität gegenüber 11beta-HSD1
aufzuweisen, muß die
eingeführte,
funktionelle Gruppe an der Position C11 in der Lage sein Wasserstoffbrücken-Bindungen
zu bilden und somit mit dem katalytischen Zentrum der humanen 11beta-HSD1
interagieren zu können.
Eine funktionelle Gruppe an der Position C11 kann z. B. sein: R
= -F, -Cl, -Br, -OH, =O, -CO2H, -SH, -S-Alkyl,
-O-Alkyl, -NH2, sekundärer Aminstickstoff, tertiärer Aminstickstoff
oder ein Ester.
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Der
Verfahrensschritt des Einfügens
einer funktionellen Gruppe wird z. B. durch das in der 3 dargestellte
Syntheseverfahren bewirkt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt über
die natürlich
vorkommenden Triterpene des Oleanan- und Ursan-Typs mit der wie
oben modifizierten C11-Position hinaus, funktionelle Triterpenverbindungen
bereit, die 11beta-HSD und vorzugsweise spezifisch 11beta-HSD1 inhibieren.
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Des
Weiteren werden pharmazeutische Verbindungen, pharmazeutische Zusammensetzungen
und Arzneimittel bereitgestellt, die die erfindungsgemäßen Verbindungen
umfassen. Vorzugsweise enthalten die pharmazeutischen Zusammensetzungen
Träger
und/oder Hilfsstoffe und sind idealer Weise pharmazeutisch verträglich. Derlei
Träger
und Hilfsstoffe sind dem Fachmann allgemein bekannt. Auch werden
die erfindungsgemäßen Verbindungen
zur Verwendung in der Medizin bereitgestellt, vorzugsweise zur Diagnose,
Prophylaxe oder Therapie.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung
eines Patienten oder zur Vorbeugung bei einem Patienten bereitgestellt,
der einer solchen Therapie bedarf, wobei dem Patienten eine erfindungsgemäße Verbindung,
eine erfindungsgemäßen pharmazeutische
Zusammensetzung oder ein erfindungsgemäßes Medikament in einer therapeutisch
effektiven Menge verabreicht wird. Vorzugsweise wird das Verfahren
zur Vorbeugung oder Behandlung von Diabetes, Metabolischem Syndrom,
Fettsucht, Hyperlipoproteinämien,
Hyperglykämie,
Hyperinsulinämie,
Arteriosklerose, Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom oder
einer Viruserkrankung angewandt.
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Dabei
ist es allgemein bekannt, wie derlei therapeutisch effektive Mengen
und Dosen bestimmt werden. Diese werden von dem Patienten und dem
Zweck der Anwendung und der vorzubeugenden oder der zu behandelnden
Krankheit abhängen
und können
vom Fachmann routinemäßig bestimmt
werden. Vorzugsweise wird handelt es sich bei der therapeutische
wirksamen Dosis um eine Dosis, die im Bereich von etwa 0,1 mg/kg
bis 100 mg/kg Körpergewicht
liegt, bevorzugt von etwa 0,9 mg/kg bis 10 mg/kg, mehr bevorzugt
von 1,0 bis 3,0 mg/kg. Der angegebene Dosisbereich kann entweder
die bei einer gegebenen Applikation verabreichte Dosis oder die
an einem gegebenen Tag oder innerhalb einer gegebenen Woche verabreichte
Dosis sein. Die Verabreichung kann einmalig, als Bolus-Verabreichung,
jeden Tag, wöchentlich
oder monatlich verabreicht werden kann. Der Weg der Verabreichung
ist ebenfalls leicht zu bestimmen. Grundsätzlich kommt eine orale, rektale,
parenterale wie intravenöse,
intramuskuläre,
subkutane, transdermale Gabe, intrapulmonale Verabreichung sowie
Gabe als Aerosol, intravesikale Instillation, intraperitoneale oder
intrakardiale Injektion, Aufnahme über Schleimhäute oder
intravaginale Applikation zum Beispiel über Suppositorien in Betracht.
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Die
erfindungsgemäßen Verbindungen
werden vorzugsweise bereitgestellt zur Verwendung in der Behandlung
und Vorbeugung von Diabetes, Metabolischem Syndrom, Fettsucht, Hyperlipoproteinämien, Hyperglykämie, Hyperinsulinämie, Arteriosklerose,
Demenz, Depressionen, Osteroporese, Glaukom oder einer Viruserkrankung.
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Der
Begriff "11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase", wie er erfindungsgemäß verstander
wird, bezieht sich auf die 11beta-HSD Enzyme des Typs 1 und 2, die
aus Wirbeltieren stammen, vorzugsweise aus Säugetieren, vorzugsweise aus
Nagetieren wie Ratten oder Mäusen,
noch bevorzugter aus Menschen.
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Der
Begriff "11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
Typ 1", wie er erfindungsgemäß verstanden
wird, bezieht sich auf das 11beta-HSD1 Enzyms, das aus Wirbeltieren
stammt, vorzugsweise aus Säugetieren,
vorzugsweise aus Nagetieren wie Ratten oder Mäusen, noch bevorzugter aus
Menschen. Insbesondere bezieht sich der Begriff auf das Enzym mit
der Aminosäuresequenz,
die bei Whorwood et al. (Mol. Cell. Endocrinol. 1995, 110,
37-12) beschrieben wird.
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Der
Begriff "11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
Typ 2", wie er erfindungsgemäß verstanden
wird, bezieht sich auf das 11beta-HSD2 Enzym, das aus Wirbeltieren
stammt, vorzugsweise aus Säugetieren,
vorzugsweise aus Nagetieren wie Ratten oder Mäusen, noch bevorzugter aus
Menschen. Insbesondere bezieht sich der Begriff auf das Enzym mit
der Aminosäuresequenz, die
bei Whorwood et al. (Mol. Cell. Endocrinol. 1995, 110, 37-12) beschrieben
wird.
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Im
folgenden wird am Beispiel des alpha-Amyrins (3beta-Hydroxyurs-12-en)
der Oleanolsäure
und der Ursolsäure – nicht
11beta-HSD inhibierende Verbindunggezeigt, wie durch das erfindungsgemäße Verfahren spezifisch
11beta-HSD hemmende Verbindungen hergestellt werden können.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Beispiele und der Figuren
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Natürlich vorkommende
Triterpene mit pentacyclischem Grundgerüst, die die humane 11beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenase
Aktivität
nicht hemmen.
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2 Allgemeine
Reaktionsgleichung zur Einführung
eines Substituenten R in C11 Position eines Triterpens mit pentacyclischem
Grundgerüst
des Oleanan- oder Ursan-Typs.
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3 Syntheseweg
zu einem erfindungsgemäßen 11beta-HSD1
Inhibitor, der Verbindung 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en.
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4 Syntheseweg
zu einem erfindungsgemäßen 11beta-HSD1
Inhibitor, der Verbindung 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure.
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5 Syntheseweg
zu einem erfindungsgemäßen 11ta-HSD1
Inhibitor, der Verbindung 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure.
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Beispiele
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Im
Folgenden wird ein Syntheseweg zu den erfindungsgemäßen Inhibitoren
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en (3), 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure (4)
und 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure (5) beschrieben.
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3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en
-
Die
Ausgangssubstanz für
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en ist alpha-Amyrin (3beta-Hydroxyurs-12-en). In
einem ersten Schritt wird die Alkoholfunktion als Acetylester geschützt. Im
folgendem wird das geschützte
alpha-Amyrin in Allylstellung mit N-Bromsuccinimid in Dioxan, in
Gegenwart von CaCO3 und Spuren von Wasser
oxidativ bromiert. Das erhaltene Produkt ist geschützte 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en.
Durch Umsetzung mit ethanolischer Natronlauge werden in dem letzten
Schritt der Ester verseift und man erhält freies 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en.
-
Die
ermittelten Inhibitionskonstanten K
i zeigen,
dass 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en überraschend
spezifisch 11beta-HSD1 hemmen. Tabelle 1
Inhibitionskonstante 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD1 | Reduktaseaktivität 11beta-HSD1 | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD2 |
Ki | 22
nM | 280
nM | 9 μM |
Inhibitionsverhältnis Ki11beta-HSD2/Ki11beta-HSD1 | 409 | 32 | |
-
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure
-
Die
Ausgangssubstanz für
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure ist Oleanolsäure. In
einem ersten Schritt wird die Säurefunktion
durch Bildung des Methylester und die Alkoholfunktion als Acetylester
geschützt.
Im folgendem wird die geschützte
Oleanolsäure
in Allylstellung mit N-Bromsuccinimid
in Dioxan, in Gegenwart von CaCO
3 und Spuren
von Wasser oxidativ bromiert. Das erhaltene Produkt ist geschützte 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure. Durch
Umsetzung mit ethanolischer Natronlauge werden in dem letzten Schritt
die Schutzgruppen abgespalten und man erhält freie 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure. Die
ermittelten Inhibitionskonstanten K
i zeigen,
dass 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure überraschend
spezifisch 11beta-HSD1 hemmen. Tabelle 2
Inhibitionskonstante 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD1 | Reduktaseaktivität 11beta-HSD1 | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD2 |
Ki | 22
nM | 280
nM | 9 μM |
Inhibitionsverhältnis Ki11beta-HSD2/Ki11beta-HSD1 | 409 | 32 | |
-
Die
oxidative Bromierung des Allyl-Systems ermöglicht es auch in das Ursan-Grundgerüst in C11-Position
eine funktionelle Gruppe einzuführen.
Im folgenden wird dieses beispielhaft an der Ursolsäure gezeigt. Die
Reaktionsschritte entsprechen den oben beschriebenen. Im ersten
Schritt werden die funktionellen Gruppen der Ursolsäure als
Ester geschützt.
Dann erfolgt die oxidative Bromierung der Allyl-Stellung, die zu
dem geschützten
Produkt 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure führen. Im
letzten Schritt werden die Ester in ethanolischer Natronlauge verseift
und man erhält
freie 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure.
-
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure
-
3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure hemmt überraschend
spezifisch menschliche 11beta-HSD1. Die ermittelten Inhibitionskonstanten
K
i entsprechen ungefähr den ermittelten Inhibitionskonstanten
K
i der 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-olean-12-en-28-carbonsäure. Diese
Ergebnis lässt
darauf schließen,
dass die Methylgruppe in C19 oder C20-Position des Triterpen-Grundgerüst keinen
Einfluss auf die Inhibition der 11beta-HSD Enzyme nimmt, wie es
schon die fehlende hemmende Aktivität der Ausgangssubstanzen es
erwarten lassen. Tabelle 3
Inhibitionskonstante 3beta-Hydroxy-11-oxo-18beta-urs-12-en-28-carbonsäure | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD1 | Reduktaseaktivität 11beta-HSD1 | Dehydrogenaseaktivität 11beta-HSD2 |
Ki | 20
nM | 275
nM | 9 μM |
Inhibitionsverhältnis Ki11beta-HSD2/Ki11beta-HSD1 | 450 | 33 | |
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Materialen und Methoden:
-
Die
hier eingesetzten molekularbiologischen und biochemischen Methoden
sind beispielhaft zu verstehen und können auch durch allgemein bekannte
alternative Methoden realisiert werden.
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Zum
Beispiel werden viele der hier eingesetzte Methoden beschrieben
von Sambrook et al. 2001, Molecular cloning. A laboratory
manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor,
2001. Die Präparation
von gereinigter 11beta-HSD1 aus menschlicher Leber, menschlichen
Lebermikrosomen und rekombinanter menschlicher 11beta-HSD1, überexprimiert
in der Hefe Pichia pastoris, wurde nach den Angaben aus der Literatur
vorgenommen (Blum et al.. Toxicology 2000, 144, 113-120; Maser
et al.. Biochemistry 2002, 41, 2459-2465).
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Die
11beta-HSD2 wurde aus menschlichen Plazentamikrosomen gewonnen:
Die Placentaproben wurden in 4 Volumenteilen Homogenisierungspuffer
(20 mM Tris/HCl, 250 mM Sucrose, 1 mM EDTA, 0,1 mM PMSF, pH 7,4)
mit einem Glass-Teflon
Potter-Elvehjem aufgeschlossen. Das Homogenat wurde bei 600 × g für 10 min
und bei 10000 × g
für 10
min zentrifugiert, um die Zellkerne, Mitochondrien und Zelltrümmer abzutrennen.
Der Überstand
wurde danach bei 170.000 × g
für eine
Stunde zentrifugiert, um die Mikrosomen abzutrennen. Das erhaltene
Pellet, das die Mikrosomen enthält,
wurde wieder in Homogenisierungspuffer aufgenommen, so dass die
Proteinkonzentration ungefähr
20 mg/ml beträgt.
Alternative Verfahren zur Isolierung von 11beta-HSD2 sind allgemein bekannt.
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Für die Analyse
der Inhibition der Reduktase-Aktivität der 11beta-HSD1 wurde die
Carbonylreduktion von Cortison zu Cortisol gemessen. Ein typischer
Reaktionsansatz enthielt: 10 μl
gereinigte 11beta-HSD1, 5 μl
einer 250 μM
Cortison-Lösung
(Endkonzentration: 2,5 μM),
100 μl NADPH-regenerierendes
System (2 mg NADP, 6 mg Glukose-6-Phosphat, 5 μl Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase, 100 μl eines 20
mM Phosphatpuffer pH 7,4 und 100 μl
0,1 M Magnesiumchlorid-Lösung).
Nach Zufügen
der zu testenden, in DMSO gelösten Substanzen,
wurde der Ansatz auf 500 μl
mit 20 mM Phosphat-Puffer, pH 7,4, aufgefüllt. Die Konzentration an DMSO
im Testansatz betrug 10%. Der Ansatz wurde für drei Stunden bei 37°C inkubiert.
Alternative Verfahren zur Analyse der Inhibition der Reduktase-Aktivität der 11beta-HSD1
sind ebenfalls bekannt.
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Zur
Analyse der Inhibition der Dehydrogenase-Aktivität der 11beta-HSD1 wurde die
Oxidation von Cortisol zu Cortison gemessen. Der Ansatz wurde wie
oben beschrieben durchgeführt,
mit der Veränderung,
dass das NADPH-regenerierende System durch 100 μl 5 mM NADP-Lösung ersetzt
wurde und Cortisol anstatt Cortison als Substrat eingesetzt wurde.
Die Inkubationszeit betrug eine Stunde.
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Dieselben
Bedingungen wurden benutzt, um die Inhibition der 11beta-HSD2 Dehydrogenase-Aktivität zu messen.
Anstatt gereinigter 11beta-HSD1 Fraktionen wurden 50 μl Plazentamikrosomen
eingesetzt. Auch wurde das NADP gegen 100 μl 5 mM NAD-Lösung ausgetauscht, da 11beta-HSD2
nicht NADP sondern NAD als Cofaktor benutzt. Die Inkubationszeit
betrug auch hier eine Stunde. Alternative Verfahren zur Analyse
der Inhibition der Dehydrogenase-Aktivität der 11beta-HSD1 oder 11beta-HSD2
sind dem Fachmann bekannt.
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Nach
der Inkubationszeit wurde die Reaktion durch Zugabe von 500 μl Ethylacetat
und vortexen gestoppt. Die Phasen wurden durch Zentrifugation getrennt,
die wässrige
Phase noch zweimal mit je 500 μl
Ethylacetat ausgeschüttelt.
Die organischen Phasen wurden vereinigt und das Lösungsmittel
in einer SpeedVac (Thermosavant) abdestilliert. Der Rückstand
wurde in 120 μl
Methanol/H2O (58:42, v/v) aufgenommen und
100 μl dieser
Lösung
der HPLC-Detektion
der Glukocorticoide zugeführt.
Die HPLC-Bedingungen und Retentionszeiten sind in der Literatur
beschrieben (Blum et al.. Toxicology 2000, 144, 113-120; Maser
et al.. Biochemistry 2002, 41, 2459-2465).
-
Literatur
-
- Blum A., Martin H.-J., Maser E.. Human
11-hydroxysteroid dehydrogenase 1/carbonyl reductase: recombinant expression
in the yeast Pichia pastoris and Escheria coli. Toxicology 2000,
144, 113-120.
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