JP2012219065A

JP2012219065A - ケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療剤

Info

Publication number: JP2012219065A
Application number: JP2011086926A
Authority: JP
Inventors: Masaya Okouchi; 眞也大河内
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】研究用及び医学的に使用可能なケトン体消費促進剤を提供すること、ならびにケトーシス又はケトアシドーシスの予防及び治療薬として有用な医薬組成物を提供する。
【解決手段】スタニオカルシン１（ＳＴＣ１）からなるケトン体消費促進剤、及びこれを含有するケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、ケトン体消費促進剤、及びケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物に関する。

ケトン体は、脂肪酸の分解産物であり、アセト酢酸、β−ヒドロキシ酪酸、アセトンの総称である。脂肪酸は、肝臓でアセト酢酸を経てアセトン又はβ−ヒドロキシ酪酸に分解され、最終的には組織で酸化を受け二酸化炭素と水に代謝されるが、一部は血中を介して尿に排泄される。

糖質の代謝が障害されると、血中グルコースの代わりに、生体内のエネルギー源として貯蔵されていた脂肪が使用され、肝臓では脂肪分解に伴うケトン体生成が亢進する。そのため、糖尿病による糖利用障害や、飢餓状態の際に、徐々に組織の処理能力の限界を超えてケトン体が血中に蓄積する。その結果、ケトン体は、ケトン血症（ケトーシス）といわれるアシドーシス状態（ケトアシドーシス）をもたらす。なお、本明細書においては、ケトーシスとケトアシドーシスとを厳密に区別せず、互換的な用語として使用する。

したがって、ケトーシス又はケトアシドーシスは、糖質供給が不十分のとき（飢餓など）や、組織におけるグルコースの利用が障害されたとき（糖尿病など）をはじめ、妊娠悪阻、嘔吐、下痢、脱水、過脂肪食、甲状腺中毒症、消化吸収障害、小児自家中毒、糖原病などにより発症する。

ケトーシス又はケトアシドーシスになると、意識障害や昏睡状態（例えば糖尿病性昏睡）に至り、最悪の場合は死に至る可能性があるため、ケトーシスの傾向が現れたら、すぐに対処することが望ましい。ケトーシス又はケトアシドーシスの治療としては、発症後にグルコースやアミノ酸類などの輸液療法や、インスリン投与が一般的に行われているが、ケトーシス又はケトアシドーシスに対する直接的に有効な予防又は治療薬は知られていない。

スタニオカルシン１（ＳＴＣ１）は、魚類のエラから発見され、哺乳類にも分布する、２量体糖蛋白質ホルモンである。ＳＴＣ１は、リンやカルシウムの代謝のほか、ミトコンドリアの酸化的リン酸化促進や神経細胞及び心筋保護作用、骨代謝促進作用など、様々な生理活性を有することが知られている。

具体的には、以下の知見が報告されている。ＳＴＣ１は、脱共役タンパク質２（ＵＣＰ２）の誘導を介して細胞内ミトコンドリアの膜電位を低下させる（非特許文献１〜３）。このＵＣＰ２を介したミトコンドリア膜電位の低下は、細胞内過酸化物質（ＲＯＳ）の低下につながり、ミトコンドリアのグルコース依存度の低下とミトコンドリアの脂質代謝上昇をもたらす（非特許文献１〜３）。また、ＳＴＣ１は、嫌気性代謝又は好気性代謝のどちらでもない、脱共役代謝（乳酸量増大、酸素消費量増大、脂質代謝量増大をもたらす）を誘導する。脱共役代謝は、飢餓時（あるいは障害環境）においては、より多くのエネルギーを消費可能で、過酸化ストレスも軽減するため、障害環境下では生存に有利と考えられている（非特許文献３、４）。

間質系幹細胞（ＭＳＣｓ）は、様々な細胞と一緒に培養するとＳＴＣ１を大量に分泌する。これは障害環境下においてＭＳＣｓが周囲の細胞を保護するメカニズムである可能性がある（非特許文献３、５）。ＳＴＣ１は、虚血環境下において、神経細胞、心筋細胞のアポトーシスを抑制し、肺がん細胞死も抑制する（非特許文献５、７）。
また、ＳＴＣ１を過剰発現するトランスジェニックマウスは、過食であるが成長が遅延すること、体脂肪含有量が低いことが知られている（非特許文献８）。

ＳＴＣ１は、このような種々の生理活性を有することが公知であり、脂肪細胞の分化又は成熟抑制活性、骨形成促進、神経保護作用などに基づいた医薬組成物としての利用が提案されてきた（特許文献１〜４）。しかし、ケトーシス又はケトアシドーシスに対する作用及びこれらの疾患に対する医薬としての可能性を示す先行技術は知られていない。

特開２０００−２２９８８０号公報特開平７−１８８０５１号公報再表０２／００４０１３号公報再表００／０１６７９５号公報

Cancer Res 2008, 68:(13)5198-5205 Cancer Res 2009, 69:(6)2163-2166 Tohoku University Global COE Network Medicine Winter Camp of GCOE 2010, Feb, 5th, 2011, Akiu, Sendai, Japan Journal of Leukocyte Biology, 2009, 86:981-988 Stem Cells 2009, 27:670-681 Journal of Clinical Investigation, 10.1172 /JCI38942 Proc Natl Acad Sci USA 2000, 97(7):3637 Endocrinology 2002 143(3):868

本発明は、研究用及び医学的に使用可能なケトン体消費促進剤を提供すること、ならびにケトーシス又はケトアシドーシスの予防及び治療薬として有用な医薬組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、何らかの方法でＵＣＰ２上昇を誘導し、ミトコンドリアの膜電位を下げれば、脂質代謝及びケトン体利用亢進に結びつくであろうと考えた。そして、ＳＴＣ１は障害環境下ではＵＣＰ２依存性にエネルギー源としてのケトン体利用を促進すると仮説を立て、ＳＴＣ１がケトン体消費に及ぼす影響について調べた。その結果、ＳＴＣ１が代表的なケトン体であるヒドロキシ酪酸の消費量を培養細胞において増加させることを見出した。すなわち、本発明者は、ＳＴＣ１が細胞の遊離脂肪酸及びヒドロキシ酪酸（ケトン体）消費を濃度依存性に増強することを発見し、本発明を完成した。

したがって、本発明によれば、
〔１〕スタニオカルシン１（ＳＴＣ１）からなるケトン体消費促進剤；
〔２〕前記〔１〕記載のケトン体消費促進剤を有効成分として含有する、ケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物
が提供される。

本発明は、ＳＴＣ１がケトン体の消費を促進し、遊離脂肪酸及びケトン体の減少をもたらすことを明らかにした。同様の作用はイソプロテレノール等のカテコラミンも持つことが知られているが、その使用は、副作用の問題から制限される。これに対し、ＳＴＣ１は、効果の得られる投与量であって、想定している治療域の血中濃度５０ng/ml〜１００ng/ml、さらには２００ng/ml程度では副作用が低く、利用価値が高いと考えられる。したがって、本発明は、初のケトーシス又はケトアシドーシス予防及び／又は治療用医薬組成物を提供するものである。

図１は、ＳＴＣ１による細胞のケトン体（３-ヒドロキシ酪酸）消費量の増大を示す図である。パネルＡは肺がん細胞株Ａ５４９細胞を用いた結果を表す。「Ｉｓｏ」はイソプロテレノール、「ｒＳＴＣ１」はヒト細胞由来リコンビナントＳＴＣ１をそれぞれ表す。図１は、ＳＴＣ１による細胞のケトン体（３-ヒドロキシ酪酸）消費量の増大を示す図である。パネルＢは非がん細胞（胎児線維芽細胞）株ＭＲＣ５細胞を用いた結果を表す。「Ｉｓｏ」はイソプロテレノール、「ｒＳＴＣ１」はヒト細胞由来リコンビナントＳＴＣ１をそれぞれ表す。図２は、細胞のケトン体（３-ヒドロキシ酪酸）消費量の増大に関するイソプロテレノール（ＩＳＯ）とＳＴＣ１との比較を表す図である。パネルＡはＩＳＯを用いた結果を表す。図２は、細胞のケトン体（３-ヒドロキシ酪酸）消費量の増大に関するイソプロテレノール（ＩＳＯ）とＳＴＣ１との比較を表す図である。パネルＢはＳＴＣ１を用いた結果を表す。

本発明のケトン体消費促進剤、及びケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物は、ＳＴＣ１を有効成分として含有することを特徴とする。本発明において使用されるＳＴＣ１としては、動物細胞又は組織等から得られる天然のＳＴＣ１分子又は天然のＳＴＣ１と同一のアミノ酸配列を有する組換え型ＳＴＣ１、遺伝子工学技術により改変されたＳＴＣ１遺伝子に基づいて産生される組換え型ＳＴＣ１、合成されたＳＴＣ１のほか、ＳＴＣ１の活性フラグメントなどの機能的等価物のいずれであってもよい。したがって、本発明に関して用語「スタニオカルシン１」（ＳＴＣ１）は、特に示さない限り、これらの種々のスタニオカルシン１をも包含する意味で用いられる。

本発明において使用されるＳＴＣ１としては、ヒト由来のアミノ酸配列を有するもの又はヒト由来のアミノ酸配列に基づいて機能を損なうことなく改変されたものが好ましい。ヒトＳＴＣ１のアミノ酸配列及び塩基配列は公知であり、登録番号NP_003146.1、NM_003155.2としてバンクに登録されている。ヒト以外の動物のＳＴＣ１についても、多くの動物由来のＳＴＣ１のアミノ酸配列及び塩基配列が知られており、これらはいずれも、ヒトのＳＴＣ１に対して、例えば魚類（ギンザケ）９４％、鳥類（ニワトリ）９５％、各種哺乳類１００％の高い相同性を有することが知られている。

したがって、本発明において使用可能なＳＴＣ１は、ヒトＳＴＣ１のアミノ酸配列に対して８０％以上、好ましくは９０％以上、最も好ましくは９４％以上の相同性を有するものである。本発明においては、これらのスタニオカルシン１の１種又は２種以上を適宜選択して用いることができる。医薬組成物には、ヒトＳＴＣ１配列（例えば２９３細胞由来のヒトＳＴＣ１配列）と１００％一致するアミノ酸配列を有する、天然又はリコンビナントＳＴＣ１を用いることが好ましい。

本発明のケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物は、スタニオカルシン１を唯一の必須成分とするが、所望により、製薬又は食品業界で公知の種々の成分などを含んでいてもよい。
例えば、グルコース輸液、リンゲル輸液の成分等、ケトーシスの改善に有効な作用を持つと考えられている成分を含むことができる。これらの他の有効成分をさらに含有させることによって、一層のケトーシス又はケトアシドーシス改善作用を期待できる。また、本発明のケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物は、グルコース輸液、リンゲル輸液等と併用することができる。
なお、本発明に関してケトーシスの「改善」は、予防及び治療（軽快、治癒を含む）を包含する意味で用いられる。

本発明のケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物は、製剤化して投与することができる。投与経路は、公知のいずれの経口的又は非経口的経路であってもよく、例えば、経口、経皮、注射、経腸、直腸内等の任意の経路を選択することができる。好ましい投与経路としては、ホルモン製剤の場合のように、経口、又は注射もしくは点滴が挙げられる。

したがって、医薬組成物の形態としては、注射用組成物、点滴用組成物、坐剤、経鼻剤、舌下剤、経皮吸収剤などが挙げられる。本発明のケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物には、添加剤として、製薬産業において公知の賦形剤、崩壊剤、滑沢剤、結合剤、界面活性剤、流動性促進剤、着色剤、安定剤、香料などを適宜添加して所望の剤型の医薬組成物とすることができる。

例えば、注射用組成物の場合、塩化ナトリウムなどの等張剤や、燐酸塩又はクエン酸塩などの緩衝剤、ｐＨ調整剤、グルコースなどの糖類、安定化剤、可溶化剤など、一般的に注射剤に用いられる任意成分を用いることができる。注射剤として投与する場合、本発明の医薬組成物は、生理食塩水等の水性担体に溶解し、滅菌した液体を投与してもよく、あるいは、注射用粉末製剤を製造し、水性担体に溶解した溶液を用時調製して投与してもよい。

また、例えば、粉末剤、顆粒剤、錠剤、カプセル剤等の経口剤は、デンプン、カルボキシメチルセルロース、コーンスターチなどの糖類、及び無機塩類などを用いて常法によって製剤化することができる。これらの製剤には、前記のような賦形剤の他に、結合剤、崩壊剤、界面活性剤、滑沢剤、流動性促進剤、着色料、香料等を適宜使用することができる。

このような各種製剤の製造方法は、当業者には充分公知である。なお、本発明に関して「医薬組成物」という場合、人間に対して適用するもののほか、ヒト以外の動物に対して適用するものをも含む。

本発明の医薬組成物は、所定の血中濃度を維持するように投与することが望ましい。好ましい血中濃度は、２０〜２００ng/ml程度であることができ、５０〜１００ng/ml程度が好ましい。

本発明の医薬組成物の投与量は、その製剤形態、投与方法、及び投与される対象の種類、年齢、体重、病状などによって異なり、それらに応じて各々に適した量で投与することができる。上記のような血中濃度を維持するためには、たとえば体重１kgあたり２mg／日以上とすることができる。ヒトに投与する場合、一般的には、有効成分量として、１日あたり８０mg〜１６０mg、例えば、成人１人当たり１日１２０mg以上の量であることができる。このような１日あたりの用量を、一度に又は分割して、ケトーシス又はケトアシドーシスの予防又は治療が必要とされている対象に対し、投与することができる。

ＳＴＣ１がケトーシス又はケトアシドーシスを改善するメカニズムは、以下のように考えられる。ＳＴＣ１は、ＵＣＰ２をアップレギュレーションすることにより、ミトコンドリア膜電位を低下させる。これによって、過酸化物質量（ＲＯＳ）を減少させるとともに脱共役呼吸を誘導し、エネルギー源として利用するために脂質代謝を亢進させ、ケトン体利用を促進する。その結果、ケトン体の蓄積が防止又は低減され、ケトーシス又はケトアシドーシスが改善される。これらの機序はＳＴＣ１の公知の活性の作用メカニズムとはまったく異なるものである。

試験例１．ＳＴＣ１によるケトン体消費量増大作用
培養細胞として、肺がん細胞株Ａ５４９及び胎児線維芽細胞ＭＲＣ５を使用した。

陽性コントロールとしてイソプロテレノール（Cayman Chemical社、カタログ番号１０００９９５１）を使用した。ヒトリコンビナント（ｒ）ＳＴＣ１は、BioVender社により製造した。具体的には、２９３細胞にＴＡＧ構造を付加したヒト由来ＳＴＣ１遺伝子を導入し、ＴＡＧ配列を用いてｒＳＴＣ１を分離した。

Ａ５４９細胞及びＭＲＣ５細胞をそれぞれＤＭＥＭ（１０％ＦＣＳ含有）培地で培養した後、９６穴フラットウェルに１０,０００個/wellとなるように播いた。１日培養後、ｒＳＴＣ１を、ＤＭＥＭで希釈して３．９ng/ml〜５００ng/mlの濃度でウェルに加えた（ｎ＝３）。同様に、１０μMのイソプロテレノールを添加したウェル（陽性コントロール）及びいずれも添加しないウェル（陰性コントロール）を用意した。

さらに１日培養後、ケトン体として３−ヒドロキシ酪酸を初期濃度２５nmol/well（２６０ng/well）で各ウェルに加えた。１０時間後に、３−ヒドロキシ酪酸測定キット（カタログ番号「Ｋ６３２-１００」、BioVision社）を添付の説明書にしたがって用いて、培地中のケトン体の残余濃度を測定した。
添加した初期濃度との差よりケトン体消費量を求めた。

結果を図１に示す。
ＳＴＣ１は、陽性コントロールであるイソプロテレノールとほぼ同等のケトン体消費促進作用を持つことが示された。

試験例２．ＳＴＣ１及びイソプロテレノールのケトン体消費量増大作用の比較
試験例１と同様にして、Ａ５４９細胞及びＭＲＣ５細胞によるケトン体消費促進作用を測定した。ただし、この例においては、添加したＳＴＣ１及びイソプロテレノールの濃度範囲をそれぞれ１．８ng/ml〜２,０００ng/mlとした。

結果を図２に示す。イソプロテレノールの臨床上の使用域は２ng/ml以下である。イソプロテレノールのこれ以上の濃度は不整脈等の副作用があり、危険である。これに対し、ＳＴＣ１の治療域は２５〜１００ng/ml程度と考えられている（非特許文献５）。したがって、臨床上治療域ではＳＴＣ１の方が過剰ケトン体消費への作用が強くなると考えられる。

また、ＳＴＣ１を過剰発現するトランスジェニックマウスにおいて、体脂肪量が低下することが知られている。このことを考え合わせると、培養細胞で得られた上記の結果と同様に、生体内においてもＳＴＣ１がケトン体の消費促進作用を有すると考えられる。

すなわち、ＳＴＣ１を有効成分とする本発明の医薬組成物は、ケトーシス又はケトアシドーシスの改善（予防及び治療）に有効であると解釈される。

Claims

スタニオカルシン１（ＳＴＣ１）からなるケトン体消費促進剤。
請求項１記載のケトン体消費促進剤を有効成分として含有する、ケトーシス又はケトアシドーシス予防又は治療用医薬組成物。