DE19817511A1 - Antivirale Wirksamkeit der Pantothensäure, des Dexpanthenols und ihrer Derivate. Hemmwirkung auf die Virusreplikation umhüllter Viren durch Blockade des Fusionsvorgangs. - Google Patents

Description

Beschreibung des Standes der Technik

1.) Pantothensäure, Panthenol und ihre Derivate sind in ihrer Wirkung auf den Menschen geprüft und als unschädlich erwiesen. Sie sind seit Jahrzehnten in der Therapie verschiedener Erkrankungen des Menschen eingeführt. Der Substanz, die eine Vorstufe des Coenzym A darstellt, werden Vitamin­ ähnliche Wirkungen nachgesagt, die einen günstigen Effekt auf die Epithelisierung bei Haut- und Schleimhaut-Defekten haben sollen. Von Kritikern wird der Pantothensäure aber jeder therapeutische Nutzen abgesprochen, zumal ein Pantothenmangel beim Menschen nicht bekannt ist.
Als Ergebnis dieser Kritik wird Panthenol (Bepanthen) heute lediglich als ein "Adjuvans" bei Haut- und Schleimhautläsionen und als Therapeutikum bei Darmatonie empfohlen. Nach unserer Erfahrung hat die Pantothensäure und Panthenol bei Anwendung in Zellkulturen keinerlei proliferations­ fördernden Effekt sondern behindert die Verankerung der Zellen an festen Oberflächen, die Kloneffizienz von Hela-Zellen wird durch 4% Dexpanthenol um mehr als 95% reduziert. Bei einer derartigen in-vitro Wirkung kann man sich schwer vorstellen, daß die topische Applikation dieses Präparates die Wundheilung durch Verbesserung der Epithelisierung fördern könnte. Hingegen kann man sich sehr wohl vorstellen, daß eine Behandlung mit Pantothenat der Keimbesiedelung und Invasion nicht nur mit Viren sondern auch mit Bakterien und der Aktivität von bakteriellen Toxinen entgegen wirkt.

Dexpanthenol ist ein Präparat auf der Suche nach einer Indikation und einem Wirkungsmechanismus.

2.) Für die Behandlung von Virusinfektionen durch Viren der Herpesgruppe gibt es heute hervorragend wirksame Pharmaka aus der Gruppe der Nukleosid-Analoga, z. B. Aciclovir unter dem Handels-namen Zovirax, Ganciclovir und neuerdings Penciclovir (Handelsname Vectavir). Gemeinsam ist diesen Präparaten, daß es sich um sogenannte "pre-drugs" handelt, die erst durch die Thymidinkinase des Virus phosphoryliert werden müssen, um ihre Wirksamkeit zu entfalten. Dieser hochspezifische Angriffspunkt ermöglicht eine hohe Selektivität der Wirksamkeit mit großer therapeutischer Breite, weil die Substanzen erst in der Virus-infizierten Zelle aktiviert werden müssen.

Daneben gibt es andere Nucleosid-Analoga wie das Azidothymidin, welche prinzipiell von jeder Zelle aufgenommen werden. Die Selektivität im Hinblick auf die Replikationshemmung ergibt sich in diesem Fall aus der geringeren Substratspezifität viraler Polymerasen im Vergleich zu den zelleigenen Enzymen.

Auch bei den Protease-Inhibitoren, die neuerdings zur antiviralen Behandlung von HIV-Infektionen eingesetzt werden, handelt es sich um Wirkstoffe mit sehr hoher Substratspezifität und entsprechend hoher Selektivität ihrer Wirksamkeit.

Mit der Erfindung zu lösendes Problem

Der Nachteil der hohen Selektivität von Aciclovir und anderer antiviraler Präparate ist die Anfälligkeit gegenüber Resistenzentwicklungen. Man isoliert schon heute Virusmutanten, die gegen Aciclovir resistent sind. Durch den breiten Einsatz dieser Substanzen nicht nur bei der schwersten Herpes-Komplikation, der Enzephalitis, sondern auch zur Behandlung von oberflächlichen Herpesinfektionen ist mit dem gehäuften Auftreten von Aciclovir­ resistenten Virusstämmen zu rechnen. Dies wird voraussichtlich dazu führen, daß Aciclovir über kurz oder lang bei der schwersten Komplikation einer Herpes-Infektion, der Herpes-Enzephalitis, für die es zur Zeit die einzige therapeutische Möglichkeit darstellt, nicht mehr wirksam sein wird.

Es liegt deswegen nahe, nach einem Therapeutikum zu suchen, welches bei den banalen oberflächlichen Herpesinfektionen und möglichst auch beim Herpes corneae sowie bei Varizellen und beim Zoster als Alternative zur topischen Behandlung mit Aciclovir eingesetzt werden kann, ohne den schwerwiegenden Nachteil der Resistenzentwicklung.

Prinzipiell ist Pantothensäure auch gegen andere umhüllte Virusarten wirksam und zwar sowohl Viren mit DNS-Genom wie RNS-Viren. In welchem Maße auch solche Virusinfektionen mit Pantothensäure erfolgreich behandelt oder verhindert werden können, das wird von der Toxizität und von der Art der Zubereitungsformen abhängig sein und läßt sich erst bei der Durchführung von Tierexperimenten und klinischen Versuchen prüfen.

Eine Möglichkeit der antiviralen Therapie, die von der Virusart unabhängig ist, die praktisch die Infektion mit allen umhüllten Virusarten hemmen kann würde den Vorteil haben, daß man ohne Zeitverlust mit der wirksamen Therapie beginnen kann.

Vorteile der Erfindung

1.) Der Angriffspunkt der antiviralen Therapie mit Pantothenat, die Fusion des Virus mit der Zelle, ist essentiell, weil das Virus ohne Fusion nicht in die Zelle aufgenommen werden kann. Bisher gibt es keine einzige antiviral wirkende Substanz, die diese Schlüsselfunktion im Vermehrungszyklus blockiert. Mit der Entwicklung von Pantothen-resistenten Virusvariantenist nicht zu rechnen, da die Blockade nicht durch Enzymhemmung sondern durch einen leicht umkehrbaren physikalischen Vorgang bewirkt wird. Varianten mit Mutationen in diesem hochkonserviertem Bereich würden höchstwahrscheinlich Letalmutanten sein.

Glykoproteine der Virusoberfläche haben unterschiedliche Funktionen. Zu den wichtigsten dieser Funktionen zählen die Rezeptorerkennung (attachement) sowie die Penetration (entry) und die Virusfreisetzung (egress). Beim Influenza Virus, beispielsweise, dient das Glykoprotein HA1 (Hämagglutinin 1) der Bindung an den zelleigenen Rezeptor, bei dem es sich um eine endständige Neuraminsäure handelt. Die Rezeptorerkennung ist die "conditio sine qua non" für den Erfolg einer Influenza-Virus-Infektion, und sie bestimmt das Wirtsspektrum des Virus, welches durch die Verbreitung von geeigneten zellulären Rezeptoren im Organismus bzw. in der Natur definiert wird. Aber die Rezeptorerkennung, die Bindung des Virus an den passenden Rezeptor, ist noch nicht ausreichend, um das Virus in die Zelle hineinzubringen. Es muß erst noch die Penetration des Virus ermöglicht werden. Dieser Vorgang beruht auf der Fusion der Virus-Membran mit der Zytoplasma- Membran oder den von ihr abgeleiteten Membranen.

Die Penetration erfolgt beim Influenza-Virus durch eine Membranfusion zwischen der Virusmembran und der Membran von endozytotischen Vesikeln, in welche das Virus eingeschlossen wird. Voraussetzung der Fusion ist, daß die hydrophoben Bereiche beider Membranen, der des Virus und der Vesikel-Membran in so engen Kontakt gebracht werden, daß sie verschmelzen können. Die Annäherung muß gegen den Widerstand von hydrophilen Gruppen der Membran-Proteine und Kohlehydrate erfolgen. Die Voraussetzung dafür ist eine erneute Rezeptorerkennung zwischen einem viralem Fusionsprotein und einem zelleigenem Rezeptor, der ebenfalls eine hohe Hydrophobizität aufweisen muß. Beim Influenza-Virus ist die Funktion der Membranfusion an das Hämagglutinin 2 (HA 2) gebunden.

Beim Herpes simplex-Virus (Herpes homims Typ I und II) ist für die Rezeptorerkennung das Glykoprotein gC verantwortlich. An der Penetration, die auch bei diesem Virus durch eine Membranfusion erfolgt, sind jedenfalls die Glykoproteine gG und gH (dieses im Komplex mit gL) beteiligt, außerdem aber auch noch die Glykoproteine gB und gD.

Auch beim HIV, dem menschlichen Immundefizienz-Virus, gibt es eine entsprechende Arbeitsteilung zwischen den Glykoproteinen der Virus-Oberfläche. Das Glykoprotein gp 120 dient der Rezeptor­ erkennung, deren Ziel in diesem Fall der CD4-Rezeptor der T-Helfer-Zellen ist. Das gp 41 enthält beim HIV das Fusionsprotein, welches nach Bindung an einen zellulären Rezeptor (Chemokin- Rezeptor) den Fusionsvorgang bewirkt.

2.) Die antiviale Wirksamkeit der Pantothensäure und ihrer Derivate wurde an Herpesinfektionen in Zellkulturen überprüft. In einer Konzentration von 4% (160 mM) hemmt Pantothensäure nicht nur das Eindringen des bereits gebundenen Virus in die Zelle sondern außerdem den Befall der Nachbar­ zellen einer bereits infizierten Zelle. Der antivirale Effekt setzt unmittelbar nach Zugabe der Substanz ein und hält solange an, wie die Substanz in der Zellkultur in ausreichender Konzentration vorhanden ist. Wird die Substanz aus der Kultur herausgewaschen, so ist der Hemmeffekt aufgehoben und das bereits an die Zellen gebundene Virus kann den Infektionszyklus fortsetzen.

Der Vorgang der Rezeptorerkennung (auch Adsorption genannt) durch ein Virus erfolgt weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur. Die Bindung ist lediglich abhängig von der Kollisionswahrscheinlichkeit der beiden Bindungspartner aber nicht von einer aktiven Leistung. Dagegen erfolgt die Penetration von Viren in die Wirtszellen nur unter Bedingungen, unter denen die Zelle aktiven Metabolismus ausüben kann; das heißt bei physiologischen Temperaturen. Mit einem Temperaturshift kann man die Vorgänge der Rezeptorerkennung und der Fusion experimentell unterscheiden.

Durch kinetische Analysen läßt sich für die Infektion von Vero-Zellen und anderen epithelialen Zellen zeigen, daß Herpes simplex-Viren und auch Influenza-Viren, in Gegenwart von 4% Pantothenat oder der gleichen Konzentration von Dexpanthenol sich ungehindert an die Rezeptoren der Zellmembran anheften können. Eine Penetration ist aber in Gegenwart von Pantothenat nicht möglich. Das bereits an die Zellmembran gebundene Virus kann nicht in die Zelle hinein gelangen, der Fusions-Mechanismus ist blockiert.

Man kann weiterhin zeigen, daß einige Virus-Partikel an der Zelloberfläche über eine längere Zeit inaktiv aber infektionsbereit liegen bleiben. Sobald der Block durch Entfernung der Pantothensäure beseitigt wird, kann Virus wieder in die Zellen hinein gelangen, und der Infektionszyklus wird fortgesetzt. Beim Herpes simplex Virus und beim Influenza Virus haben wir gezeigt, daß nach einer Fusions-Blockade von 24 Stunden immer noch adsorbiertes Virus an der Zellmembran vorhanden ist. Wird der Block nun durch Verdünnung des Pantothenats oder durch Auswaschen der Substanz aufgehoben, dann wird die Virusreplikation fortgesetzt. Mit einer Verzögerung, die exakt der Dauer des Fusionsblocks entspricht, wird schließlich der gleiche Virustiter erreicht, der von der unbehandelten Kontrollkultur bereits 24 Stunden früher erreicht wurde. Gleiches läßt sich für Infektionen mit Influenza, RS-Virus und Filoviren zeigen.

Im Unterschied zu den gebräuchlichsten Wirkmechanismen von antiviralen Medikamenten liegt hier also keine dauerhafte Hemmung einer Enzymwirkung vor sondern wir haben es mit einer jederzeit reversiblen Blockade des Fusionsvorganges zu tun.

Man könnte nun die Auffassung vertreten, daß das Verweilen des Virus in infektiösem Zustand am Ort der Infektion, gebunden an den zellulären Rezeptor, für die Wirtszelle, für den befallenen Wirtsorganismus einen geringen oder gar keinen Vorteil haben würde. Dies ist aber nicht der Fall. Es läßt sich nämlich bei topischer Anwendung von Pantothenat die Einwirkungsdauer beliebig verlängern, indem die Substanz rechtzeitig wieder appliziert wird. Lediglich in der Mundhöhle ist mit den gegenwärtig verfügbaren Zubereitungen des Dexpanthenols keine ausreichende Konzentration erreichbar, da die Speichelsekretion und der Schluckreflex die Substanz zu schnell wieder eliminieren würden. Aber im Konjunktivalsack beispielsweise, ließe sich trotz Tränenfluß und -Abfluß ohne weiteres durch Nachdosieren eine ausreichende Wirkstoffkonzentration über längere Zeit aufrecht erhalten.

Im Hinblick auf das Einsetzen von natürlichen Abwehrmechanismen ist jeder Tag ein Gewinn für die Wirtszelle und ebenso für den Wirtsorganismus. Die Interferonsekretion ebenso wie die Induktion von zellulären und humoralen Immunreaktionen kann induziert werden, sobald überhaupt Virus­ infizierte Zellen vorhanden sind und das Virus dem Immunapparat präsentiert wird. Gewinnt der Organismus in dieser Phase einer Infektion einige Stunden oder noch besser einige Tage Zeit, dann ist dies von sehr großem Nutzen. Die Ausdehnung des zytopathischen Effektes der Viren kann dadurch erheblich limitiert werden. Dies ist von großem Vorteil nicht nur bei der primären sondern auch bei rekurrierenden Virus-Infektionen.

4.) Wegen der guten Verträglichkeit der Substanz wird sich Pantothensäure nicht nur zur Therapie sondern voraussichtlich auch zur Prophylaxe von Virusinfektionen einsetzen lassen. Sexuell übertragbare Infektionen könnten so verhindert werden.

Modifikationen der Erfindung

Obwohl Pantothensäure auch auf andere Lipid-haltige Viren hemmend wirkt (z. B. auf Respiratory syncytial-Virus), wird sich die praktische Anwendbarkeit wohl nur auf Infektionen der Haut, der Bindehaut des Auges, der Nasenschleimhaut, der Lippen, des Gehörgangs, der Genital-Organe und des Enddarms und Alters beschränken, weil an anderen Lokalitsationen die zur Wirksamkeit erforderlichen Substanzkonzentrationen nicht erreichbar sind oder sich nicht lange genug aufrecht erhalten lassen. In den genannten Applikationsgebieten ist die Pantothensäure nicht nur zur Therapie sondern auch zur Prophylaxe einsetzbar und zwar höchstwahrscheinlich gegen alle Infektionen mit Lipid-haltigen Virusarten.

Wünschenswert wäre natürlich eine Anwendbarkeit auch an der Mundschleimhaut. Dort ist allerdings auch Azyklovir nicht anwendbar. Durch besondere Zubereitungsweisen (z. B. Ahäsivpaste oder Lutschbonbons) wäre der erfolgreiche Einsatz von Pantothenat an der Mundschleimhaut vielleicht möglich.

Die geschilderten Versuche sind aus praktischen Gründen überwiegend mit dem Natriumsalz der Pantothensäure durchgeführt worden. Andere Derivate wie Calcium-Pantothenat, sowie DL- Pantothenol und D-Pantothenol sind ebenso wirksam. D-Pantothenol ist möglicherweise etwas günstiger als D-Pantothenol. Es gibt aber keinen Hinweis für eine echte Stereospezifität der Wirkung. Bestandteile der Pantothensäure, Pantoyllacton in der D-Form und als Racemat sowie β-Alanin sind ebenfalls antiviral wirksam allerdings auf Kosten einer höheren Toxizität. Weiterentwicklungen, bei denen die physikochemischen Eigenschaften der Pantothensäure oder ihrer Bestandteile beibehalten werden, sind denkbar.

Versuche, die Wirksamkeit von Panthenol zur Behinderung einer HIV-Infektion einzusetzen, scheitern bisher noch an der relativ hohen Empfindlichkeit der Zielzellen gegen diese Substanz. Letztlich werden zur Klärung dieser Frage in vivo-Experimente an Affen erforderlich sein.

Anhang

Ausgedehnte experimentelle Untersuchungen haben die Fusion des Virus, und zwar die Funktion der Glykoproteine gG und gH des Herpes hominis Typ I und II als Angriffspunkt für die Wirksamkeit von Pantothensäure und Panthenol gezeigt. Die inhibitorische Wirkung des Panthenols beruht weder auf Virus-Inaktivierung noch auf einer Behinderung der Adsorption des Virus. Intrazelluläre Mechanismen der Virus-Replikation sind von der Hemmwirkung nicht betroffen. Gehemmt werden die Prozesse der Penetration (Fusion), der Egression und die Zell-zu-Zell-Ausbreitung.

Ausführungsbeispiele

1. In der Zellkultur verhindert Dexpanthenol die Replikation von Herpesviren, wenn die Substanz appliziert wird, ehe das Virus-Genom von der Zelle internaiisiert wurde. Die Substanz wirkt nicht auf intrazelluläre Mechanismen der Virus-Replikation. Stattdessen wird die Virusfreisetzung (Egression) und die Infektion von Nachbarzellen durch Fusion mit nicht infizierten Zellen (Riesenzellbildung) verhindert.

Die Behinderung der Egression ist streng genommen noch nicht gezeigt worden. Da aber bei der Egression die gleichen Glykoproteine beteiligt sind wie bei der Penetration, nämlich das gG und gH im Komplex mit gL, kann angenommen werden, daß auch die Egression gehemmt wird. Jedenfalls kann man bei Infektionen mit Herpes simplex Typ 1 ebenso wie bei Infektionen mit Herpes simplex Typ 2 zu jeder Zeit im Infektionsablauf die Infektion von bisher nicht infizierten Zellen vollständig blockieren.

Im Vergleich zu dem gegenwärtig für die topische Behandlung von Herpes simplex Infektionen eingesetztem Aciclovir ist der physiologische Zustand von Zellkulturen, die durch Dexpanthenol vor einer Infektion mit Herpes siruplex Virus geschützt werden, erheblich besser. Im MTT-Test, einem Test, mit dem sich das Ausmaß der Zellschädigung exakt messen laßt, ist der Erhaltungszustand infizierter Kulturen, die durch Dexpanthenol vor der Herpes-Infektion geschützt wurden, ebenso gut wie der von nicht-infizierten Kontroll-Kulturen. Kulturen, bei denen die optimal wirksame Konzentration von Aciclovir (24 µmolar) angewendet wurde, zeigen dagegen massive Zeichen der Zellschädigung (Werte von 30 bis 50% der physiologischen Aktivität von Kontrollzellen).

Es ist mit Sicherheit anzunehmen, daß bei topischer Behandlung von Herpesinfektionen an den Lippen, an der Nasenschleimhaut, den Augen, am Genitale und am Rektum der Einsatz von Dexpanthenol mindestens ebenso gute, wenn nicht bessere Ergebnisse im Vergleich zu Aciclovir erbringen wird, wenn es in der gleichen Frequenz wie dieses zur Anwendung gebracht wird. Weitere mögliche Indikationen (Mundschleimhaut, Rachen, Ösophagus, Magenschleimhaut) sowie die Anwendung beim Zoster und bei Varizellen müssen im klinischen Versuch überprüft werden.

Auch die Frage, ob Dexpanthenol zur Prophylaxe einer HIV-Infektion geeignet ist, muß letztlich im Tierversuch untersucht und im klinischen Versuch überprüft werden.

Claims (1)

1. Die Verwendung der Pantothensäure, des Dexpanthenols und ihrer Derivate zum Zwecke der antiviralen Therapie von oberflächlichen Virus-Infektionen soll geschützt werden. Der Schutz betrifft alle Derivate der Pantothensäure mit antiviraler Aktivität. Er schließt ein die Werbung mit dem Hinweis auf jede therapeutische oder prophylaktische Anwendung im Zusammenhang mit viralen Infektionen und auch jede Verwendung von Pantothensäure und ihren Derivaten als Zusatz zu anderen Präparaten mit antiviraler Wirksamkeit (Kombinationspräparate).
   Der Patentanspruch sollte auch die Membranfusion als Angriffspunkt für die antivirale Therapie und Prophylaxe von oberflächlichen Virusinfektionen (an Haut und Schleimhäuten) mit Lipid-haltigen Viren umfassen, da bisher ein anwendbares antivirales Präparat, dem der Fusionsvorgang als Angriffspunkt dient, noch nicht vorhanden ist.
   Überdies sollte der Patentanspruch auch für jede andere Indikation des Pantothenats und seiner Derivate gelten, wenn sich zeigen läßt, daß die Wirkung auf einer Blockade des Fusionsvorgangs beruht. Die mögliche Wirkung von Pantothenat auf die Infektion mit intrazellulären Bakterien und Parasiten wird gegenwärtig überprüft.
   Auch die Komplement-abhängige Zytolyse wird durch Pantothenat gehemmt. Soweit sich praktische Anwendungen aus dieser Wirkung des Pantothenats ergeben, sollen auch diese in den Patentanspruch einbezogen werden.