JP2006515370A - ニューロトロフィンによって誘導される細胞壊死の抑制方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はニューロトロフィンによって誘導される細胞壊死を抑制する方法に関するものであって、より具体的には酸化的毒性抑制剤を投与して細胞壊死を抑制する方法及び酸化的毒性抑制剤及びニューロトロフィンを投与して細胞壊死及び細胞枯死を同時に抑制する方法に関する。
中枢神経及び末梢神経は標的細胞から分泌される神経成長因子であるニューロトロフィン(neurotrophin)の持続的な供給によって生存する (Levi−Montalcini,1987,EMBO J.,6,1145−1154;Barde,1994,Prog.Clin.Biol.Res.,390,45−56)。ニューロトロフィンの作用はチロシンキナーゼ活性を有したニューロトロフィン受容体親和度が高いTrkA、TrkBまたはTrkCと結合することによって始まる(Patapoutian and Reichardt,2001,Curr.Opin.Neurobiol.,11,272−280;Kaplan and Miller,2000,Curr.Opin.Neurobiol.,10,381−391)。Trkチロシンキナーゼは、小脳顆粒、皮質、海馬、交感神経及び感覚神経のような多様な神経の生存に重要な役割を果たす小さいGTP−結合蛋白質であるRas、PI−3K及びPLCγを活性化させる(Borasio et al.,1993,J.Cell.Biol.,121,665−672;Stephens et al.,1994,Neuron,12,691−705;Yao and Cooper,1995,Science.,267,2003−2006;Nobes et al.,1996,Neuroscience.,70,1067−1079;Nonomura et al.,1996,Brain Res Dev Brain Res.,97,42−50;Alcantara et al.,1997,J Neurosci .,17(10),3623−3633;Hetman et al.,1999,J Biol Chem.,274,22569−22580;Atwal et al.,2000,Neuron.,27,265−227)。
本発明の目的は、酸化的毒性抑制剤を投与してニューロトロフィンによって誘導される細胞壊死を抑制する方法及び酸化的毒性抑制剤とニューロトロフィンとを投与して細胞壊死及び細胞枯死を同時に抑制する方法を提供することである。
明細書内に統合されており明細書の一部を構成する添付図面は発明の現在の望ましい実施例を例示して、次の望ましい実施例の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する。
本発明者らは、ニューロトロフィンによる神経毒性を確認するため白鼠の大脳皮質神経細胞を培養した。妊娠後17日になった白鼠の胎児の脳から分離した大脳皮質神経細胞をイーグルス最小構成培地(MEM)、5%馬血清(horse serum)、5% 子牛の胎児血清(fetal calf serum)、21mM グルコース、26.5mM 重炭酸及び2mM L−グルタミンを含有する培地(Gibco BRL)を用いて培養した。
本発明者らは、ニューロトロフィンが細胞壊死を誘導するか否かを観察するために、皮質神経細胞にニューロトロフィンを処理して細胞培養液に分泌される乳酸脱水素酵素 (lactate dehydrogenase、以下「LDH」と称す)の水準を分析して細胞壊死を分析した。
本発明者らはBDNFによる細胞壊死を確認するためにねずみ脳の線条体にBDNFを注入した。具体的に、250ないし300gの重さを持つ雄白鼠を麻醉した後5μl 生理食塩水及び生理食塩水に溶かした5μg BDNFを2日間線条体内注入した(線条体内注入位置:ドアの方から前庭に1.0mm、測位から中央に3.0mm、硬膜表面から腹側に5.0mm)。注入後2日後に脳を切断して400mg/ml クロラールハイドレート(chloral hydrate)を腹腔内注入して麻醉させた後、燐酸−緩衝生理食塩水(PBS)、続いて3% パラホルムアルデヒドを心臓透過で貫流させた。すぐ脳を除去して固定した後、マイクロトーム(TPI社)を用いて8μm厚さで切断した。注入部位を含む切断切片を集めてヘマトキシリン及びエオジン(Hematoxylin and Eosin、以下「H&E」と称す)を用いて染色した。病変部位はウォンの方法(Won et al.,2000,Neurobiol.Disease.,7,251−259)によって分析した。注射針が通過した位置及び染色様相において神経細胞の死滅が起こった損傷部位を含む6個の段階的な切断切片を観察した。H&Eで染色した脳組織切片はコンピュータ映像分析機器(シグマスキャン社)を用いて分析した。
本発明者らは、BDNF処理による神経細胞壊死の様相を確認するために、100ng/ml BDNFを32時間持続的に処理した大脳皮質神経細胞及びBDNFを処理しなかった対照群を位相差顕微鏡及び透過電子顕微鏡を用いて観察した。
活性酸素種(reactive oxygen species、以下「ROS」と称す)が増加すると細胞壊死が誘導されると広く知られており、本発明者らはBDNFを処理して誘導された細胞壊死がROSの生産が増加されて起こったものであるか確認しようとした。
従って、BDNFは、前−酸化剤蛋白質の合成を通じてROSを生産することがわかる。
本発明者らは、BDNFによって誘導される神経細胞壊死の作用メカニズムを確認するために、皮質神経細胞(DIV 12ないし15)に100ng/ml BDNF単独、100ng/ml BDNF及び100μg/ml 抗−BDNF抑制抗体、100ng/ml BDNF及び100μM トロロックス、または100ng/ml BDNF及び1μg/ml CHXを各々処理し、36時間後培養培地に排出されるLDHを測定して神経細胞壊死を分析した。
従って、BDNFによって誘導された細胞壊死はROSを生成する酸化的ストレス過程を抑制することによって遮断されることがわかる。
<7−1> cDNAマイクロアレイ分析を通じたBDNFの標的遺伝子分析
本発明者はBDNFを処理した皮質細胞で発現される遺伝子及び遺伝子の発現の変化を見るためにcDNAマイクロアレイ分析を行った。
本発明者らは上記実施例<7−1>のcDNA発現マイクロアレイからBDNF−敏感性遺伝子で示された遺伝子として、酸素から過酸化物を生産する前−酸化剤酵素であるNADPHオキシダーゼの小単位であるp22−phox(p22−phox)及びgp91−phox(gp91−phox)からなるシトクロムb558を確認するためにRT−PCRを行った。
本発明者らは、上記実施例<7−2>を通じてBDNFの標的遺伝子として判明されたNADPHオキシダーゼの構成遺伝子が蛋白質にも発現されるか否か確認するためにウエスタンブロットを行った。
本発明者らは、上記実施例<7−2>及び<7−3>を通じてBDNFによって発現が増加したNADPHのオキシダーゼの発現を細胞で観察するために免疫細胞化学分析を実施した。
本発明者らは、NADPHオキシダーゼの活性化は細胞質のp47−phox及びp67−phoxの小単位を細胞質膜に移動させることと関連があるため(Clark et al.,1989,Trans.Assoc.Am.Physicians.,102,224−230)、BDNFを処理した皮質神経細胞の細胞質及び細胞質膜の分画を用いてNADPHオキシダーゼが活性化されたかを確認しようとした。
本発明者らは、BDNFを処理した細胞で発現が増加したNADPHオキシダーゼの活性が増加するかを分析するために、NADPHオキシダーゼの活性によって生成される過酸化生成物を測定した。
従って、BDNFによってNADPHオキシダーゼが活性化されこれによって過酸化物が生成されるが、これはNADPHオキシダーゼの抑制剤によって遮断されることがわかる。
NADPHオキシダーゼによってROSが生成されると報告されたので、本発明者らはBDNFを処理して活性化されたNADPHオキシダーゼによってROSが生成されるかを確かめようとした。
本発明者らは、NADPHオキシダーゼの阻害剤がBDNFによって誘導される神経細胞壊死を抑制するか否かを確かめようとした。
本発明者らは、BDNFが細胞枯死(necrosis)を抑制すると知られており、BDNFの作用を抑制できる抑制剤を用いてBDNFによって誘導される細胞枯死の抑制にも影響を与えるかを観察することにした。
従って、BDNFは細胞枯死を有効に抑制するが時間が経るにつれて細胞の壊死を誘導し、BDNFが起こす細胞枯死を調節するメカニズムは独立的に起こることがわかる。上記結果からNADPHオキシダーゼの発現と活性を通じてBDNFによる細胞の壊死が誘導されることがわかる。また、BDNFの抑制剤はBDNFによる細胞枯死の抑制に影響を与えないながらもBDNFによる細胞壊死の誘導を抑制できることがわかる。
アルツハイマーは大脳皮質及び海馬にあるグルタミン性ニューロン(glutamatergic neurons)と前脳基底にあるコリン性神経細胞(cholinergic neurons)の壊死を伴い、神経細胞外のアミロイドプラーク(amyloid plaque)と神経細胞内の神経繊維の絡み合い(neurofibrillary tangles)とが共通的な現象として見られる。ニューロトロフィンであるNGFはコリン性神経細胞の生存と機能を増進させることが明かになり、アルツハイマーの治療剤として提示されている(Hefti,1994,J Neurobiol.,25,1418−1435)。しかし、過度な量の活性酸素による脂質過酸化(lipid peroxidation)、8−ヒドロキシデオキシグアノシン(8−hydroxy deoxyguanosine)、蛋白質カルボニル(protein carbonyls)、窒化(nitration)、蛋白質の酸化的交差結合(oxidative crosslinking of proteins)などがアルツハイマー病で増加していると知られている(Vitek et al.,1994,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,91,4766−4770;Smith et al.,1995,Trends.Neurosci .,18,172−176,Smith et al.,1996,Mol.Chem.Neuropathol.,28,41−48,Smith et al.,1997,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,94,9866−9868;Montine et al.,1996,J.Neuropathol.Exp.Neurol.,55,202−210)。亜鉛はアルツハイマー病患者の脳(amygdala,hippocampus,inferior parietal lobule,superior and middle temporal gyri)で増加しており、主にアミロイドプラークの中心と周辺でさらに多く観察された(Lovell et al.,1998、J.Neurol.Sci.,158,47−52)。従って、酸化的毒性及び亜鉛毒性による神経細胞壊死の防御効果を示す本発明による化合物はニューロトロフィンと共にアルツハイマー病の治療剤として用いられ得る。
パーキンソン病は黒質に存在するドーパミン神経細胞の壊死が伴って、伸展、筋肉硬直、運動緩徐、非正常的姿勢、運動不能などの多様な症状を表す退行性神経系疾患である。神経細胞壊死の主要原因として酸化的毒性が提示されているが、脂質過酸化(lipid peroxidation)、DNA酸化(DNA oxidation)、蛋白質カルボニル及びニトロチロシン(protein carbonyl,nitrotyrosine)の増加が黒質で発見される。また、パーキンソン病の動物モデルで細胞枯死の証拠が報告され(Tatton and Kish,1997,Neuroscience,77,1037−1048;He et al.,2000,Brain Research,858,163−166;turmel et al.,2001,mov.Disord.,16,185−189) ニューロトロフィンであるBDNFやGDNF(Glial cell−derived neurotrophic factor)がパーキンソン病の細胞枯死を選択的に抑制して神経細胞を保護すると報告されたので(Bradford et al.,1999,Adv.Nerurol.,80,19−25;Levivier et al.,1995,J.Neurosci .,15,7810−7820;Olson,1996,Nat.Med.,2,400−401;Gash et al.,1996,Nature,380,252−255) 本発明で記述したニューロトロフィンと酸化的毒性抑制剤はパーキンソン病の治療に非常に有効に用いられ得る。
筋萎縮性側索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis)は、主に脊髓神経の下位運動ニューロン(lower motor neuron)から始まって次第に上位運動ニューロン(upper motor neuron)へと進んで、大脳皮質、脳幹、脊髓の運動神経細胞の損傷を伴い、筋萎縮、呼吸筋力の弱化及び繊維束性攣縮が特徴的に現れ、症状が初めて観察されてから2〜5年内に死亡する。特に、遺伝的筋萎縮性側索硬化症病患者で染色体21番(chromosome 21)に位置するスーパーオキシドラジカル(superoxide radical)を除去してくれるSOD−1遺伝子で変異が観察されて酸化的毒性が現れて患者の脳で相和的毒性の指標である蛋白質カルボニル群が増加していると報告された(Bowling et al.,1993、J.Neurochem.,61、2322−2325)。最近ニューロトロフィンの一種であるBDNFをルーゲリックを治療するための臨床実験に適用した結果、治療効果を観察できなかったが(Apfel et al.,2001,Clin.Chem.Lab.Med.,39(4),351−5)、BDNF自体による酸化的毒性の結果とも関連があると推測される。したがって、酸化的毒性抑制剤とニューロトロフィンとを用いればルーゲリック病をさらに有効に治療できる。
脳卒中は脳の血液循環障害(血栓症、塞栓症、狹窄症)によって一定な量で供給される葡萄糖及び酸素が乏しいことによって起こる疾患であって、損傷を受けた脳による身体機能調節の損失によって、麻痺症状、言語及び認知機能の障害が発生する。脳卒中が起こった後細胞膜の脱極性(membrane depolarization)によって細胞内にカルシウムが流入されると、これがまたミトコンドリアに流入されて呼吸体系(repiratory chain)が損傷され活性酸素の生成が増加して細胞内に活性酸素が過量積もるようになる。生成された活性酸素は、細胞膜脂質の破壊、遺伝子の損傷、蛋白質変性などを誘導して神経細胞の壊死が起こり、これに対して抗酸化剤は虚血性神経細胞の壊死を抑制する効果がある(Holtzman et al.,1996,Ann.Neurol.,39(1),114−122;Ferrer et al.,2001,Acta neuropathol.(Berl.),101(3),229−38;Hall et al.,1990,Stroke,21,11183−11187)。また、これ以外にも脳卒中後虚血部位(ischemic area)の半陰影地域(penumbra zone)でDNAラダー(ladder)とTUNEL染色のような細胞枯死の特徴も観察されることから細胞の枯死と壊死とが同時に起こることがわかる。従って、本発明のニューロトロフィンと酸化的毒性抑制剤が脳卒中を効率的に予防、治療できる。
脊椎の損傷は下半身麻痺と四肢麻痺を起こして損傷部位から遠い距離にある部位まで神経細胞の壊死が観察されるが、これに対する治療剤や治療法が開発されていない実情である。脊椎損傷にはCa2+の流入、細胞膜の崩壊、酸化的毒性による脂質の過酸化が観察されると報告され(Brown and Hall,1992,J.Am.Vet.Med.Assoc.,200,1849−1859;Springer et al.,1997,J.Neurochem.,68,2469−2476;Juurlink and Paterson,1998,J.Spinal cord Med.,21,309−334)、最近には細胞の壊死が2次損傷に関与するという証拠が提示されており、細胞壊死に関与する酵素であるカスパーゼ(caspase)に対する抑制剤が神経細胞の壊死を減少させると報告された(Zhang et al.,1990,J.Neurochem.,59,733−739)。従って、ニューロトロフィンの神経保護作用と、酸化的毒性抑制剤が有したニューロトロフィンの短所を補完する役割を通じて退行性脊椎損傷の治療に有効に用いられ得る(Jin et al.,2002,Exp.Neurol.,177(1),265−75)。
ハンチングトン病は線状プロジェクションニューロン(striatal projection neuron)が選択的に枯死する退行性脳疾患であって、神経細胞枯死に活性酸素が関与し、ニューロトロフィンの生成を誘導したり外部からニューロトロフィンを投与することによって病の進行を抑制できると知られている。最近は、GDNFやBDNFなどのようなニューロトロフィンを生成するように遺伝的に造作された神経細胞を線状ニューロンに注入した場合、ハンチングトン病動物モデルの神経細胞枯死を減少させるという研究結果もある(Perez−Navarro et al.,2000,J.Neurochem.,75(5),2190−9)。従って、ニューロトロフィンを酸化的毒性抑制剤と共に投与するとハンチングトン病の治療及び予防に有効に用いられ得ることがわかる。
網膜退化の主要原因としては、虚血による退化と神経栄養因子の欠乏による網膜神経細胞の退化があり、退化のメカニズムは複合的に現れる。虚血による網膜神経細胞の枯死の過程は、眼圧の増加(緑内障、Glaucoma)によって網膜への血流が塞がれたり減少するようになり、虚血状態になって自由ラジカルの生成によって網膜神経細胞は枯死するようになる(Ko et al.,2000,Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.,41(10),2967−71)。視神経切断による網膜退化動物モデルがあるが、これはニューロトロフィンの欠乏と細胞枯死のモデルとして知られている。上記モデルは網膜神経節細胞の退化を誘導するが、退化過程はゆっくり起こり視神経切断後14日後に約80%以上の神経節細胞が退化されると知られており、視神経切断による神経細胞の退化はニューロトロフィンの欠乏によって神経節細胞の反応が消えることによって起ころと報告された(Lewis et al.,1999,Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.,40(7),1530−1544)。従って、このような視神経細胞の枯死を防止するためには、ニューロトロフィンと酸化的毒性抑制剤を複合的に処理することが治療に非常に効果的であろうと期待される。
本発明の酸化的毒性抑制剤はニューロトロフィンによって誘導される細胞壊死を抑制し、ニューロトロフィンによる細胞枯死の抑制を遮断しなくて、ニューロトロフィンと共に処理する場合、細胞壊死及び細胞枯死を同時に抑制することができ、虚血性脳卒中、退行性脊椎損傷、アルツハイマー性痴呆、パーキンソン病、ルーゲリック病、ハンチングトン病、緑内障、及び網膜剥離などの神経疾患を治療または予防するのに有用に用いられ得る。
Claims (13)
- 酸化的毒性抑制剤を投与してニューロトロフィンによって誘導される細胞死滅を抑制する方法。
- 上記の方法は酸化的毒性抑制剤とニューロトロフィンとを共に投与することを特徴とする請求項1に記載の細胞死滅を抑制する方法。
- 上記ニューロトロフィンは、NGF、BDNF、ニューロトロフィン−3及びNT−4/5からなる群より選択されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
- 上記ニューロトロフィンはBDNFであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
- 上記酸化的毒性抑制剤は、NADPHオキシダーゼの阻害剤、ビタミンEまたはその誘導体及びテトラフルオロベンジルアミノサリチル酸誘導体からなる群より選択されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
- 上記NADPHオキシダーゼの阻害剤はジフェニレンヨードニウム(DPI)及び4−(2−アミノエチル)−ベンゼルスルホニルフルオライド(AEBSF)からなる群より選択される一つ以上であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 上記ビタミンEの誘導体はトロロックスであることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 上記テトラフルオロベンジルアミノサリチル酸誘導体は、BAS(5−benzylaminosalicylic acid),TBAS(5−(4−trifluoromethylbenzyl) aminosalicylic acid),NBAS(5−(4−nitrobenzyl) aminosalicylic acid),CBAS(5−(4−chlorobenzyl) aminosalicylic acid),MBAS(5−(4−methoxybenzyl) aminosalicylic acid),FBAS(5−(4−fluorobenxyl) aminosalicylic acid)及び2−hydroxy−TTBA(2−Hydroxy−5−(2,3,5,6−tetrafluoro−4−trifluoromethyl− benzylamino)−benzoic acid)からなる群より選択される一つ以上であるであることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 上記方法は、虚血性脳卒中、退行性脊椎損傷、アルツハイマー性痴呆、パーキンソン病、ルーゲリック病、ハンチングトン病、緑内障または網膜剥離の治療または予防に用いることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 上記細胞死滅は細胞壊死及び/または細胞枯死であることを特徴とする 請求項1または請求項2に記載の方法。
- BAS、TBAS、NBAS、CBAS、MBAS、FBAS及び2−hydroxy−TTBAからなるテトラフルオロベンジルアミノサリチル酸誘導体から選択された一つ以上を有効成分として含有するニューロトロフィンによって誘導された細胞死滅抑制剤。
- 上記抑制剤は、有効成分のニューロトロフィンをさらに含有することを特徴とする請求項11に記載の細胞死滅抑制剤。
- 上記細胞死滅は、細胞壊死及び/または細胞枯死であることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の細胞死滅抑制剤。
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