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Die Erfindung betrifft neue, wirksame
und selektive α4β7-Integrin Antagonisten, die die Zelladhäsion an das
mukosale Adressin-Zelladhäsionsmolekül-1(MAdCAM-1)
hemmen. Die neuen Integrin-Antagonisten
können
als therapeutische Wirkstoffe zur Prävention und Behandlung von
Krankheiten eingesetzt werden, die mit einer Störung der durch α4β7-Integrin
vermittelten Zelladhäsion
an MAdCAM-1 assoziiert sind.
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Integrine sind heterodimere Transmembranglykoproteine,
die aus einer α- und einer β-Untereinheit
bestehen. Sie sind an Zell-Zell- und Zell-Matrix-Wechselwirkungen beteiligt (Hynes, Cell
69 (1992), 11–25).
Gegenwärtig
sind 15 unterschiedliche α-
und β-Untereinheiten
bekannt, aus denen nach heutigem Kenntnisstand mindestens 23 unterschiedliche
Integrinrezeptoren gebildet werden können (Eble, Integrin-Ligand
Interaction, Springer-Verlag Heidelberg (1997) 1–40). Die Familie der Integrine
zeigt erhebliche Unterschiede in ihren biologischen Funktionen und
Ligandenspezifitäten.
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Die Gruppe der α4-Integrine
wird aus α4β7-Integrin und α4β1-Integrin
gebildet. Beide Rezeptoren werden auf den meisten Typen von Leukocyten
exprimiert und vermitteln als Leukocytenrezeptoren sowohl Zell-Zell-
als Zell-Matrix-Wechselwirkungen. Die wichtigsten endogenen Liganden
für α4-Integrine sind das vaskuläre Zelladhäsionsmolekül-1(VCAM-1)
und Fibronektin (Fn) (Hemler, Annu. Rev. Immunol. 8 (1990), 365–400; Postigo
et al., J. Immunol. 151 (1993), 2471–2483) sowie MAdCAM-1, das
unter physiologischen Bedingungen ausschließlich an α4β7-Integrine
bindet (Berlin et al., Cell 74 (1993), 185–195; Kilger und Holzmann, J.
Mol. Med. 73 (1995), 347–354).
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MAdCAM-1 (auch als LPAM-1 und α4βP bezeichnet)
gehört
wie VCAM-1 zur Immunglobulinsuperfamilie (IgSF) und besitzt drei
Immunglobulin (Ig) Domänen.
Eine kohlenhydratreiche mucinartige Domäne ist zwischen der zweiten
und dritten Ig-Domäne
inseriert. Die Bindung von α4β7-Integrinen an MAdCAM-1 wird hauptsächlich durch
die erste N-terminate Ig-Domäne
vermittelt, es sind jedoch auch Sequenzen aus der zweiten Ig-Domäne beteiligt.
Durch Peptidepitop-Kartierung und ortsspezifische Mutagenese bei
MAdCAM-1 konnte das Leu-Asp-Thr-Motiv aus der N-terminalen Ig-Domäne als notwendig
für die
Bindung an α4β7-Integrine identifiziert werden (Shroff
et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 6 (1996), 2495–2500; Briskin et al., J. Immunol.
156 (1996), 719–726;
Viney et al., J. Immunol. 157 (1996), 2488–2497).
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MAdCAM-1 ist der wichtigste Gegenrezeptor
für α4β7-Integrine
auf mukosalen Endothelzellen (Strauch et al., Int. Immunol. 6 (1994),
236–275).
Die organspezifische Adhäsion
normaler Lymphocyten und Lymphomzellen an endotheliale Venulen von
mesontorischen Lymphknoten und Peyer's-Flecken wird durch α4β7-Integrine
vermittelt (Holzmann et al., Cell 56 (19891, 37–46; Holzmann und Weissmann,
EMBO 8 (1989), 1735–1741;
Hu et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (1992), 8254–8288).
Im Maus-Modell konnte gezeigt werden, dass β7-Integrin
und/oder MAdCAM-1 spezifische Antikörper die Rekrutierung von Lymphocyten
im entzündeten
Darmgewebe blockieren und signifikant den Verlauf von entzündlichen
Darmerkrankungen lindern (Picarella et al., J. Immunol. 158 (1997),
2099–20106).
Weiterhin können
Antikörper
gegen β7-Integrine Mäuse vor der Ausbildung von
Insulin-abhängigem
Diabetes schützen
(Yang et al., Diabetes 46 (1997), 1542–1574).
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Peptidische Integrin-Inhibitoren
sind bekannt.
US-A-6,037,324 offenbart
Dipeptide als Inhibitoren von Integrin-MAdCAM-1-Wechselwirkungen.
WO97/25351 offenbart peptidische Substanden mit an den N- und C-Terminus gebundenen
Gruppen als Mimotope des konservierten Aminosäuremotivs LDTSL von MAdCAM-1.
WO98/06248 beschreibt humanisierte Immunglobuline mit hoher Spezifität für Integrine,
welche eine Antigen bindende Region von nichthumanem Ursprung und
mindestens einen Teil eines Immunglobulins von humanem Ursprung
aufweisen.
US-A-5,510,332 offenbart
Peptide mit einer Länge
von 4–13
Aminosäuren
umfassend die LDV-Domäne
des CS1-Peptids, welche die Bindung von α
4β
1-Integrinen
an VCAM-1 oder Fibronektin hemmen.
US-A-6,087,330 offenbart zyklische Peptide
mit 5–13
Aminosäuren
abgeleitet vom CS1-Peptid,
welche die Bindung von α
4β
1-Integrinen an VCAM-1, Fibronektin oder
Invasin selektiv hemmen. WO 02/06650 offenbart zyklische Hexapeptide
als Peptidomimetika des konservierten Aminosäuremotivs LDTSL mit inhibitorischer
Wirkung auf die Rezeptor-Integrin-α
4β
7-Wechselwirkung. Inhibitoren
der Bindung von α
4β
1-Integrin an seine Rezeptoren, z.B. VCAM-1,
werden auch in
US-A-6,096,773 offenbart.
Ein Verfahren zur Identifizierung von α
4β
7-Antagonisten
wird in WO00/30681 beschrieben.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe bestand darin, neue nicht-peptidische Antagonisten
von α4β7-Integrinen bereitzustellen, die insbesondere
eine hohe Selektivität
für MAdCAM-1
besitzen. Diese Aufgabe wird durch Bereitstellung neuer Peptidomimetika
auf Mannopyranosidbasis gelöst.
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung
sind somit selektive α
4β
7-Integrin-Antagonisten
mit der Formel (I)
worin X O oder CHR
15, insbesondere O bedeutet, R
1,
R
2, R
3, R
4, R
5 und R
15 jeweils unabhängig einen organischen Rest
mit 1 bis 30 C-Atomen darstellen, welcher gegegebenenfalls Heteroatome,
insbesondere ausgewählt
aus O, S oder/und N, enthalten kann oder/und substituiert sein kann,
insbesondere mit einem oder mehreren Substituenten ausgewählt aus
NH
2, NO
2, CN, OH,
COOH, COOR
6 oder/und CONR
7R
8, worin R
6, R
7 und R
8 jeweils
unabhängig
H oder einen organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen bedeuten, und
Z eine Verknüpfungsgruppe
mit einer Kettenlänge
von zwei Atomen, insbesondere ausgewählt aus -CH
2-O-,
-CH
2-CH
2-, -CH
2-S- oder -CH
2-NH
darstellt.
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Überraschenderweise
wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine hohe
und selektive inhibitorische Wirkung auf die Wechselwirkung von α4β7-Integrin
mit seinem Rezeptor, insbesondere MAdCAM-1 zeigen.
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Basierend auf einem D-Mannosegerüst bzw.
dem analogen C-Glukosid davon, insbesondere einem β-D-Mannosegerüst, werden
erfindungsgemäß selektive
Antagonisten für α4β7-Integrine,
insbesondere für
die α4β7/MAdCAM-1-Wechselwirkung bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel
(I) zeichnen sich dadurch aus, dass sie selektive α4β7-Integrin-Antagonisten
sind. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei vielen bekannten Integrin-Antagonisten
um Moleküle,
die mit α4
Wechselwirken und somit nicht für α4β7 spezifisch
sind sondern gleichzeitig Antagonisten auch für α4β1 darstellen.
Solche Moleküle,
die Antagonisten für α4-Integrine
sind, sind aber aufgrund der unerwünschten Wechselwirkung mit α4β1-Integrinen
für viele
Anwendungen ungeeignet. Bei den erfindunsgemäßen Verbindungen handelt es
sich um selektive α4β7-Integrin-Antagonisten,
was bedeutet, dass die Wirkung betreffend α4β7-Integrin mindestens
das Doppelte, mehr bevorzugt das Dreifache, noch mehr bevorzugter
das Fünffache
und insbesondere das Zehnfache der Wirkung auf α4β1-Integrine
beträgt.
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In den Verbindungen der Formel (I)
bedeuten die Reste R1, R2,
R3 und R4 bevorzugt
einen organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen, insbesondere 1 bis
10 C-Atomen. Bei den Resten R3 und R4 handelt es sich bevorzugt um hydrophobe
Reste, insbesondere aromatische Reste, um die Hydrophobizität der erfindungsgemäßen Peptidomimetika
zu erhöhen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden die Reste
R3 und R4 zusammen
sein Ringsystem, wodurch die Flexibilität des Mannosegerüstes eingeschränkt wird.
Auf diese Weise wird die Konformation, in denen die Reste R1, R2 und R5 präsentiert
werden, fixiert. Bei den Resten R1 handelt
es sich insbesondere um einen Asp-Rest (CH2OOOH)
oder um ein Mimetikum für
den Asp-Rest. Der Rest R2 ist besonders
bevorzugt ein von Leu abgeleiteter Rest (CH2CH(CH3)2), welcher für die Aktivität der erfindungsgemäßen Verbindungen
von besonderer Bedeutung ist. Als Rest R5 wird
bevorzugt ein von Serin (CH2CH2OH)
oder von Phenylalanin (CH2C6H5) abgeleiteter Rest eingesetzt.
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Z bedeutet bevorzugt -CH2-O-
oder -CH2-CH2-,
insbesondere -CH2-O-.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen liegen besonders
bevorzugt in der β-anomeren Konformation vor.
In SAR-Studien (Structure Aktivity Relationship; Struktur-Wirkungs-Beziehung)
konnte festgestellt werden, dass erfindungsgemäße Peptidomimetika mit β-Orientierung
des anomeren Zentrums besondere Aktivität aufweisen. Es zeigte sich,
dass die Ursache für
die Affinität
und Selektivität
gegenüber
der α4β7/MAdCAM-1-Wechselwirkung eine hydrophobe Tasche
ist, die durch den Rest an Position R2 und
den Rest an Position R5 zusammen mit der
konformationellen Versteifung des Mannosegerüsts, insbesondere durch Zyklisierung
an den Positionen R3 und R4 ausgebildet
wird.
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Im Gegensatz zu bekannten Integrinantagonisten
des Standes der Technik handelt es sich bei den erfindungsgemäßen selektiven α4β7-Integrin-Antagonisten um nicht
peptidische Verbindungen. Ein wesentlicher damit verknüpfter Vorteil
ist eine erhöhte
Stabilität
und orale Bioverfügbarkeit.
Die erfindungsgemäße Klasse von
Peptidomimetika überwindet
damit die Nachteile peptidischer Verbindungen in Bezug auf ihre
Anwendung als Arzneimittel.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
Verbindungen mit der Formel (I) worin R1,
R2, R3, R4 und R5 jeweils
unabhängig
einen organischen Rest mit 1 bis 30 C-Atomen darstellen, welchergegegebenenfalls
Heteroatome, insbesondere ausgewählt
aus O, S oder/und N, enthalten kann oder/und substituiert sein kann,
insbesondere mit einem oder mehreren Substituenten ausgewählt aus
NH2, NO2, CN, OH,
COOH, COOR6 oder/und CONR'RS, worin R6, R7 und R8 jeweils unabhängig N oder einen organischen
Rest mit 1 bis 20 C-Atomen bedeuten und Z eine Bindung oder eine
Verknüpfungsgruppe
ausgewählt
aus CH2, O, NH oder S darstellt.
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Solche Verbindungen können insbesondere
als selektive α4β7-Integrin-Antagonisten eingesetzt werden. Besonders
bevorzugt ist die Verbindung Carboxymethyl-2-O-benzyl-3,4-O-[1',2'-dimethoxycyclo-hexan-1',2'-diyl]-6-O-isobutyl-β-D-mannopyranosid.
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Weiterhin betrifft die Erfindung
eine pharmazeutische Zusammensetzung, die als Wirkstoff mindestens ein
Pyranosid wie zuvor definiert, gegebenenfalls zusammen mit pharmazeutisch üblichen
Träger-,
Hilfs- oder Verdünnungsmitteln
enthält.
Insbesondere werden die erfindungsgemäßen Pyranoside zur Herstellung
von α4β7-Integrin-Inhibitoren verwendet, die sich
auch zur Diagnose, Prävention
oder/und Bekämpfung
von mit α4β7-Integrinen
assoziierten Krankheiten, z.B. chronisch entzündlichen Darmerkrankungen wie
Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, aber auch Autoimmunerkrankungen,
insbesondere Asthma, Typ-I Diabetes und rheumatoider Arthritis,
Transplantations-Abstoßungsreaktionen,
sowie Allergien, wie z.B. Nahrungsmittelallergien eignen (Kilger,
G., Holzmann, J., J. Mol. Med. 1995, 73, 347 ff.). Weitere Anwendungsgebiete
stellen strahlungs- und strahlentherapiebedingte Magen-Darm-Trakt-Schädigungen
dar. Zusätzlich
sind Tumore mit α4β7-Integrin-Beteiligung wie z.B. metastatisches
Melanom (Sanders et al., Cancer Invest. 16: 329–44, 1998), Non Hodgkin Lymphom,
lymphoblastisches T-Zell Lymphom sowie MALT-Lymphome besonders bevorzugte Anwendungsgebiete
der erfindungsgemäßen Verbindungen.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Verbindungen zur selektiven
Inhibierung der Wechselwirkung von α4β7-Integrin
mit MAdCAM-1 verwendet, wobei für
diesen Zweck besonders bevorzugt solche Verbindungen eingesetzt
werden, die bezüglich
der Wechselwirkung zwischen α4β7-Integrin und MAdCAM-1 eine mindestens um
den Faktor 2 höhere
Hemmwirkung als bezüglich
der Wechselwirkung zwischen α4β1-Integrin und VCAM-1 haben.
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Noch ein weiterer Gegenstand der
Erfindung ist ein Verfahren zur Inhibierung von α4β7-Integrin,
wobei man eine erfindungsgemäße Pyranosid
in einer wirksamen Dosis in ein α4β7-Integrin enthaltendes biologisches System,
beispielsweise eine Zelle oder einen Organismus einbringt. Das erfindungsgemäße Verfahren
umfasst auch die Verabreichung des Wirkstoffs an ein bedürftiges
Subjekt, insbesondere einen menschlichen Patienten.
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Die erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
können
in beliebiger Form vorliegen, beispielsweise als Tabletten, als
beschichtete Tabletten oder in Form von Lösungen oder Suspensionen in
wässrigen
oder nichtwässrigen
Lösungsmitteln.
Die Verbindungen werden vorzugsweise oral oder parenteral in einer
flüssigen
oder festen Form verabreicht. Bei Verabreichung in flüssiger Form
wird Wasser vorzugsweise als Trägermedium
verwendet, das gegebenenfalls Stabilisatoren, Löslichkeitsvermittler und/oder
Puffer enthält,
die üblicherweise
für Injektionslösungen verwendet
werden. Solche Zusatzstoffe sind beispielsweise Tartrat- oder Boratpuffer,
Ethanol, Dimethylsulfoxid, Komplexierungsmittel wie etwa EDTA, Polymere
wie etwa flüssiges
Polyethylenglycol, etc.
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Bei Verabreichung in fester Form
können
feste Trägersubstanzen
wie etwa Stärke,
Lactose, Mannitol, Methylcellulose, Talkum, hochdisperses Siliciumoxid,
hochmolekulare Fettsäuren
wie etwa Stearinsäure,
Gelatine, Agar, Calciumphosphat, Magnesiumstearat, tierische oder
pflanzliche Fette oder feste hochmolekulare Polymere wie etwa Polyethylenglykole
eingesetzt werden. Weiterhin können
die Formulierungen zur oralen Applikation, sofern gewünscht, auch
Aroma- und Süßstoffe
enthalten.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auch
in Komplexen vorliegen, z.B. mit Cyclodextrinen wie etwa α, β oder γ-Cyclodextrin.
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Für
therapeutische Anwendungen hängt
die verabreichte Dosis vom Alter, Gesundheitszustand und Gewicht
des Patienten, von der Art und der Schwere der Erkrankung, von der
Art der Behandlung, von der Häufigkeit
der Verabreichung und der Art der gewünschten Wirkung ab. Die tägliche Dosis
der aktiven Verbindung ist üblicherweise
0,01 bis 50 mg/kg Körpergewicht.
Normalerweise sind 0,1 bis 40 und vorzugsweise 0,5 bis 20 mg/kg/Tag
in einer oder mehreren Dosen ausreichend, um die gewünschten
Wirkungen zu erzielen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Verfahren zur Inhibierung von α4β7-Integrinen, wobei
man eine wie oben beschriebene Verbindung insbesondere in wirksamer
Dosis in ein α4β7-Integrin enthaltendes biologisches System,
beispielsweise eine Zelle oder Organismus einbringt. Das Verfahren
kann sowohl in vivo als auch in vitro durchgeführt werden.
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Weiterhin soll die Erfindung durch
die im nachfolgenden beschriebenen Figuren und Beispiele erläutert werden.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Verbindungen.
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2 zeigt
IC50-Kurven, gemessen für
- A) eine
Referenzverbindung (α4β7-Antagonist) gegenüber der α4β7/MAdCAM-1-Wechselwirkung
(H.N. Shroff, C.F. Schesender, A.D. Baxter, F. Brookfield, L.J.
Payne, N.A. Cochran, D.L. Gallant, M.J. Briskin, Bioorg. Med. Chem.
Lett. 1998, 8, 1601)
- B) einer Referenzsubstanz (α4β1-Antagonist) gegenüber der α4β1/VCAM-Wechselwirkung
(J.H. Wang, R.B. Pepinsky, T. Stehle, J.H. Liu, M. Karpusas, B.
Browning, L. Osborn, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995, 92, 5714)
und
- C) der erfindungsgemäßen Verbindung
20-β auf
Zuckerbasis gegenüber
der α4β7/MAdCAM-Wechselwirkung.
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3 zeigt
das NOESY-Spektrum, aufgenommen für 20-β in CD3CN bei 275 K. Langkettige
Konntivitäten
umfassend die aromatischen Protonen von Phe sind markiert.
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4 zeigt
die Überlagerung
von repräsentativen
Strukturen für
20-β für jeden
der fünf
durch molekulares Modellieren bestimmten Cluster.
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5 zeigt
als Schema 1 die Herstellung erfindungsgemäßer Mannosederivate; in Schema
1 bedeuten: a) BnBr, KOH in DMSO, 75–85%; b) iBuBr oder iPrl, KOH
in DMSO, 90–95%;
c) 90% TFA in DCM, 80% d) Mel, KOH in DMSO, 70% e) Br2 in
DCM bei 0°C
f) HOCH2CH2(OMe)2, Ag2CO3 in
DCM bei 0°C,
75%, α/β 1:5 g) NIS,
AgOTf in DCM bei 0°C,
80%, α/β 6:1 h) H2, Pd/C in MeOH, 98% i) HOCH2CH2OBn, KOH in DMSO, 95% I) HCl in H2O/THF m) NaClO2,
2-Methyl-2-buten
in tert-BuON n) H2, Pd/C in MeOH, 98%.
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6 zeigt
als Schema 2 die Herstellung erfindungsgemäßer Verbindungen, in denen
R3 und R4 einen Ring
bilden, an dem wiederum R9 und R10 sowie R11 und
R12 ein weiteres zyklisches System ausbilden.
In Schema 2 bedeuten: a) TBDPSCI, Imidazol in DMF, 85% b) BnBr,
KOH in DMSO, 95% c) TBAF in THF, 96% d) iBuBr, KOH in DMSO, 95%
e) Br2 in DCM bei 0°C f) HOCH2CH2OH, Ag2CO3 in DCM/THF bei 0°C, 90%, α/β 1:1 g) TBDPSCI, Imidazol in
DMF, 85% h) H2, Pd/C in MeOH, 98% i) HOCH2CH2OBn, KOH in DMSO,
95% I) TBAF in THF, 96% m)PySO3, TEA in
DCM/DMSO 3:1 n) NaClO2, 2-Methyl-2-buten
in tert-BuOH o) H2, Pd/C in McOH, 98%.
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7 zeigt
als Schema 3 Herstellungsmöglichkeiten
für besonders
bevorzugte Verbindungen, in denen die Reste R3 und
R4 ein zyklisches System bilden. In Schema
3 bedeuten: a) PySO3, TEA in DCM/DMSO 3:1
b) Toluol, Δ c)
KN[Si(CH3)3]2 in Toluol bei 0°C, 70% für 24 E/Z > 1:10 d) TosNHNH2, NaOAc in DME bei 80°C, 60–65% e)
H2 Pd/C, TEA in MeOH, 80% f) 90% TFA in
DCM, 80% g) Mel, KOH in DMSO, 90% h) NBS, HCl in ACN/H2O,
90–95%
i) SOCl2 I) HOCH2OOOMe,
Ag2CO3 in DCM bei
0°C, 75%, α/β 1:5 m) NIS,
AgOTf in DCM bei 0°C,
80%, α/β 6:1 n) NaOH
in McOH/H2O, 99%.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Gemäß den in den 5 bis 7 dargestellten
Schemata 1 bis 3 wurden verschiedene Verbindungen auf Mannosebasis
hergestellt. Die Inhibition von 38-β7 (α4β7
–, α4β7
+) Zelladhäsion an MAdCAM-1 in Gegenwart von
1 mg/ml der Verbindungen ist in Tabelle 1 dargestellt.
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Tabelle
1. Wirkungen von Peptidomimetika auf Mannosebasis auf die Bindung
von 38-,β7-Lymphomzellen
und Jurkat-Zellen an immobilisiertes VCAM-1 bzw. MAdCAM-1
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Zusätzlich zur biologischen Aktivität ist Selektivität ein wichtiges
Merkmal bei der Entwicklung von Arzneimitteln. Um die Selektivität, d.h.
die Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Verbindungen
spezifische Wechselwirkungen von Integrinen mit entsprechenden Liganden
zu inhibieren, zu bestätigen
wurde die Bindung des strukturell verwandten Integrins α4β1 an
VCAM-1 untersucht. Die durch α4β1-Integrin-vermittelte Adhäsion wurde
unter Verwendung von Jurkat-(α4β7
+, α4β7
–)-Lymphomzellen untersucht.
Die Ergebnisse sind in 2 dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Figur 20-β zeigte eine
Inhibitionswirkung gegenüber
der Wechselwirkung α4β7/MAdCAM mit einem IC50 von
420 μM (siehe
Figur 2).