JP2014530892A - 心臓虚血再灌流障害からの保護のためのポリペプチド - Google Patents

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Abstract

式R1−NH−HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWLVK−CONR2R3(式中、Rは、Hまたは1〜10個の炭素原子を含む有機化合物であり、R2R3は、独立して、Hまたは炭素数1〜4のアルキル基である)のペプチドは心臓虚血再灌流障害の治療および予防に用いることができる。

Description

本発明は、心臓虚血再灌流障害からの保護のためのポリペプチドに関する。
冠状動脈枝(心筋に供給する動脈)の閉塞の治療後、心筋にダメージが生じる。これは再灌流障害と呼ばれる。この現象は、実験的設定中で、今回の場合には単離されたラットの心臓上で、モデル化することができる。
虚血再灌流障害(IRI)は、冠動脈血栓症または心臓手術で生じるような十分に長い中断後の血流回復後の心筋に影響する症候群である[1、2]。この症候群の主な構成要素には、心筋細胞死、気絶心筋、不整脈、および非再灌流が含まれる[1]。この30年で、心筋細胞死およびそれを制限するアプローチを主な焦点とした、IRIの病態生理を解明することを目的とした大規模な実験リサーチが蓄積してきている。流れの回復と同時に心保護剤を投与する、薬理学的ポストコンディショニングはそのようなアプローチの1つである。冠動脈血栓症およびST上昇心筋梗塞に続いて起こる不可逆的心筋損傷を制限することが依然として主要課題である臨床的観点から、このタイミングは、ポストコンディショニングを意義のあるものにしている[3]。
Bose,A.K. et al.[4]は、Cardiovasc Drugs Ther (2007) 21:253-256において、GLP−1単独では心筋梗塞は低減されないが、GLP−1分解阻害剤バリンピロリジド(VP)との併用によって心筋梗塞の有意な低減が起こることを開示している。
欧州特許出願公開第1012188(A)号明細書は、糖尿病および肥満を治療するためのN−Ac−GLP−1−(7−34)−アミドおよびその誘導体を開示している。
本発明の目的の1つは、単独の成分として投与できるGLP−1アナログを投与し、第2の化合物を含む薬物投与を回避することにより、心臓虚血再灌流障害の治療法を提供することである。
本発明は、本発明のペプチドが他の化合物を同時に投与することなく心血管系への保護的効果を有すること、具体的にはそれらが虚血再灌流障害から心臓を保護する効果を有するという驚くべき発見に基づく。N末端がブロックされC末端が切断されたN−Ac−GLP−1(7−34)アミドを用いたポストコンディショニングは、単離されたラット心臓において虚血再灌流障害を制限する。このN−Ac−GLP−1(7−34)アミドの有益な効果は、拡張期過収縮の減少および梗塞サイズの減少を介して現れた。
正常酸素濃度(A)および虚血再灌流(B)実験のタイムコースの概略を示す図である。 左心室拡張期圧(LVD)、左心室最大圧(LVDEV)、およびRPP(rate pressure product)への虚血再灌流の影響を図2A〜Cに示す。A中、は、「ペプチドなし」条件と比べてP<0.05であることを示す。 梗塞サイズへのN−Ac−GLP−1(7−34)アミドの影響を示す図である。棒は、虚血領域(Area at Risk;AAR)に対するパーセンテージとして計算した平均梗塞サイズ(IS)(N=7〜14)(%IS/AAR)を表し、バーは標本平均の標準誤差(SEM)を表す。図2中に示した処置群が示されている。は、「ペプチドなし」条件と比べてP<0.05であることを示す。
本発明によれば、式
−NH−HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWLVK−CONR
(式中、Rは、Hまたは1〜10個の炭素原子を含む有機化合物であり、Rは、独立してHまたは炭素数1〜4のアルキル基である)のペプチドが心臓虚血再灌流障害の治療および予防に用いられ得る。
ペプチド配列中、アミノ酸は一文字コードで表されているが、ただし、N末端(R−NH−)およびC末端(−CONR)は明示的に示されている。
本発明の使用のためのペプチド中、Rはアシル基を表す。
は、特に、ホルミル、アセチル、プロピオニル、イソプロピオニルであり、且つ/またはR、Rは、独立して、特に、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチルであり、特にRは水素、メチル、またはエチルである。例えば、ペプチドのC末端はアミド、ジメチルアミド、ジエチルアミドであり得るが、モノメチルアミド、モノエチルアミド、メチルエチルアミド等のような混合アミドでもあってもよい。これらの組合せは当業者に容易に理解される。
ペプチドは、
R−GLP−1−(7−34)−アミドの8位のAが、S、

G、C、

Sar、ベータ−ala、およびAibからなる群から選択される中性アミノ酸で置換され;および/または
R−GLP−1−(7−34)−アミドの10位のGが中性アミノ酸で置換され;および/または
R−GLP−1−(7−34)−アミドの15位のDが酸性アミノ酸で置換される、
ように改変されていてよい。
特に、ペプチド中、AはS、

G、C、

Sar、ベータ−ala、およびAibで置換されていてよい。
ペプチドは、好適な薬学的に許容される担体と組み合せて製剤化され得る。そのような担体は当業者に周知であり、製剤処方の教科書中に容易に見出すことができる。
例えば、本発明に係るペプチドは、持続放出またはパルス放出製剤として製剤化されてもよく、皮下、静脈内、動脈内、経口、筋肉内、または経肺投与用に製剤化されてもよい。
本発明の代表的なペプチドとして、天然ホルモンGLP−1の合成アナログであるN−Ac−GLP−1−(7−34)−アミドは、VP等のGLP−1分解を阻害する物質と一緒に投与する必要なしに、単離されたラット心臓中でこの心臓虚血再灌流障害を低減することが示された。
N−Ac−GLP−1−(7−34)−アミド効果の適用方法の一般的な種類は薬理学的ポストコンディショニングと呼ばれる。この種の生物学的効果の細胞的および分子的詳細はまだ完全に理解されていない。作用機序についての如何なる仮説または理論にも限定されないが、N−Ac−GLP−1−(7−34)−アミド作用の機構は、心筋細胞上のGLP−1受容体の活性化、それによる細胞中の複数のシグナル伝達機構の活性化、その結果としての生存能力の向上をおそらく伴う。
以下に実施例を用いて本発明を更に説明するが、これは保護範囲を限定するものと解釈されるべきではない。上記の説明および以下の実施例中に開示される特徴は、別個であれ、その任意の組合せであれ、本発明の多様な形態を理解する上で重要であり得る。
方法
全虚血(35分)−再灌流(120分)を、単離して逆行灌流したラット心臓に行った。ペプチドは再灌流の開始時に15分間存在させた。灌流経過中の全体にわたって心機能パラメーター(1分間の拍動数、左心室の最大圧および拡張期圧、RPP)を測定した。2,3,5−トリフェニルテトラゾリウムクロリド染色およびプラニメトリ法により、回収した心臓の梗塞サイズを決定した。
結果
N−Ac−GLP−1(7−34)−アミドは、梗塞サイズを28.4%(SEM 2.8、N=14)から11.4%(SEM 3.2、N=8;P<0.05)に減少させた。N−Ac−GLP−1(7−34)−アミドは、虚血後拡張期収縮を有意に低減した。N−Ac−GLP−1(7−34)−アミドは、虚血を先行させずに投与された場合は、左心室最大圧(LVDEV)またはRPPに有意な影響を与えず、また、機能的心臓パラメーターのいずれにも影響を与えなかった。N−Ac−GLP−1(7−34)−アミドの効果はGLP−1受容体アンタゴニストであるエキセンディン(9−39)の同時投与で消失した。
材料および方法
化学物質
N−Ac−GLP−1(7−34)−アミドはポリペプチドラボラトリーズ社(米国サンディエゴ)によって合成された。エキセンディン(9−39)はバッケムAG社(Bachem AG;スイス)から購入した。
動物および実験方法
雄のスプレーグ・ドーリーラット(330〜370g;デンマークのタコニック社(Taconic)製)を用いた。動物実験は実験動物の管理と使用に関する指針(National Institutes of Health Publication No. 85-23, revised 1996)および動物実験について規定するデンマークの1987年の法律に従い、デンマーク司法省の動物実験検査官による許可が得られてから行った。
麻酔には、ミダゾラム(2.5mg/kg)、フルアニソン(2.5mg/kg)、およびクエン酸フェンタニル(0.08mg/kg)の混合物を皮下投与した。ヘパリン(kg当たり1000単位)を大腿静脈から投与した。35%O/65%Nの混合物で気管切開により動物に酸素供給し、胸腔を開いた。切り取った心臓をすぐに氷冷クレブス・ヘンゼライト(Krebs Henseleit)バッファー中に置いた。心臓を素早くランゲンドルフ灌流システム(英国のADインスツルメンツ社(ADInstruments)製)の上に乗せ、改変クレブス・ヘンゼライト溶液(NaCl 118.5mM、KCl 4.7mM、NaHCO 25.0mM、MgSO 1.2mM、CaCl 1.4mM、グルコース 11.1mM)で灌流し、37℃で5%CO/95%Oの混合ガスを用いてpH7.4に平衡化した。左心耳を取り除き、サイズ7のバルーン(ADインスツルメンツ社製)を左心房を介して左心室に挿入し、拡張期圧4〜10mmHgに調整した。灌流圧は70mmHgに設定し、流動抵抗に従ってペリスタルティックポンプの回転を連続的に調整するサーボ制御システム(ML175 STH Pump Controller、ADインスツルメンツ社製)により、この平均値に維持した。心臓を20分間安定化させた後、次の10分間、左心室の機能的パラメーターのベースライン値を記録した:圧力(収縮期、LVS;拡張期、LVD;最大、LVDEV=LVS−LVD)、1分間の拍動数(BPM)、およびRPP。ADインスツルメンツ社のPower Lab 8/30システムおよびChart 5 Pro Softwareをこれらの記録に用いた。
除外基準
安定化期間の最後の10分間の平均値が以下の基準を満たさなかった場合、その心臓を除外した:BPM:210〜350min−1、LVDEV:80〜150mmHg、RPP:>22,000(mmHg×min−1)。再灌流中に5分を超えて続く心室細動が起こった場合にもその心臓を除外した。
処置群
図1は、正常酸素濃度(A)および虚血再灌流(B)実験のタイムコースを示す図である。実験群は以下の通り:対照酸素正常状態、ペプチド添加なし;酸素正常状態、0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミド;対照虚血再灌流(IR)、ペプチド添加なし;IR、0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミド;IR、0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミド+3nM エキセンディン(9−39);IR、3nM エキセンディン(9−39)。図1は正常酸素濃度灌流(A)および虚血再灌流(B)の灌流期間を示すスキームを表す。「Stab」は30分間の安定化期間を示す。ペプチドは、存在する場合、灌流(A)または再灌流(B)の最後の120分間の始まりから15分間添加された。合計灌流時間は常に185分間であり、これは、30分間の安定化、その後の155分間の正常酸素濃度灌流(図1A)または35分間の全虚血−120分間の再灌流(図1B)からなるものとした。
梗塞サイズの決定
再灌流後、以前に記載[5]されているように、心臓を2,3,5−トリフェニルテトラゾリウムクロリド染色に供し、プラニメトリ法による梗塞サイズ決定を行った。定量化は、実験条件について盲検の研究者が行った。梗塞サイズ(IS)は全虚血領域(AAR)に対するパーセンテージとして表した(%IS/AAR)。
統計解析
全ての値は平均値として表され、SEMを括弧内に示す。一元配置分散分析およびダネットの事後検定(GraphPad Prism(登録商標) 5)を用いて処置結果を対照条件と比べた。P<0.05を有意と見なした。
結果
機能的パラメーター
ベースラインのパラメーターの値は以下の通りであった(全てのケースでN=14):BPM 291(7)min−1、LVDEV 105.2(5.4)mmHg、LVD 8.3(0.7)mmHg、RPP 30302(1434)mmHg min−1。正常酸素濃度灌流の終了時の値は以下の通りであった(N=5):BPM 215(14)min−1、LVDEV 75.2(8.6)mmHg、LVD 19.2(5.2)mmHg、およびRPP 16060(1740)mmHg min−1。正常酸素濃度実験におけるこれらのパラメーターの時間プロファイルは、灌流の35分から50分の間、すなわち虚血再灌流実験のペプチド投与に相当する期間中、N−Ac−GLP−1(7−34)アミドの存在による影響を受けなった。
LVD、LVDEV、およびRPPへの虚血再灌流の影響を図2A〜Cに示す。虚血再灌流実験における左心室拡張期圧(LVD)(A)、左心室最大圧(LVDEV)(B)、およびRPP(C)のタイムコース。点は7〜14回の実験の平均値を表し、バーはSEMを表す。虚血および再灌流期間の開始、ペプチド投与期間(再灌流開始時の15分間)、および曲線下面積(AUC)を計算した期間が示されている。以下の処置群が印で示されている(A〜Cで同じ印):対照虚血−ペプチドが存在しない;0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミド;0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミド+3nM Exe(9−39)(エキセンディン(9−39));3nM Exe(9−39)。「ベースライン値」としてマークされた点は、安定化期間の最後の10分間の各群の平均値を表す。は、「ペプチドなし」条件と比べてP<0.05であることを示す。
LVDは、流れ中断後に急激に上昇し、虚血期間の最後に向かって幾分低下し、再灌流開始時に再度急激に上昇した(図2A)。再灌流開始の5〜10分後あたりにピーク値に達し、約60分後にほぼプラトーになるまで低下した。曲線下面積(AUC)を、再灌流の最後の60分間にわたる機能的パラメーター値の時間積分測定値として用いた。LVDでこれらのAUC値は、N−Ac−GLP−1−(7−34)アミドによるポストコンディショニング後に対照虚血と比べて有意に低下した。これは、GLP−1受容体アンタゴニストのエキセンディン(9−39)存在下でのN−Ac−GLP−1−(7−34)アミドによるポストコンディショニングまたはエキセンディン(9−39)を単独で用いた時のいずれでも影響を受けなかった(図2A)。
N−Ac−GLP−1−(7−34)アミドを用いたポストコンディショニングによってLVDEVまたはRPPのAUC値が有意に上昇することはなかった(それぞれ図2Bおよび2C)。LVDEV上昇の傾向は明らかであろう。
梗塞サイズ
ポストコンディショニングなし(対照虚血再灌流)では、梗塞サイズは24.8%(2.8%、N=14)であった(図3)。この図は、0.3nM N−Ac−GLP−1(7−34)アミドを用いたポストコンディショニングの梗塞サイズ(%IS/AAR)への影響も示している。処置群は図2に示されている通りである。は、「ペプチドなし」条件と比べてP<0.05であることを示している。0.3nM N−Ac−GLP−1−(7−34)アミドによるポストコンディショニングでは梗塞サイズが11.4%(3.2%、N= 8、P<0.05)に減少した。エキセンディン(9−39)はGLP−1の梗塞制限作用を消失させることが示された。エキセンディン(9−39)存在下でN−Ac−GLP−1(7−34)アミドを用いたポストコンディショニングでは、梗塞サイズは21.4%(2.4、N=8)であり、対照虚血またはエキセンディン(9−39)単独存在下での値(21.7%;3.6、N=9)と異ならなかった。
本発明は、N−Ac−GLP−1(7−34)アミドにより例示される本発明のペプチドの心保護効果を開示している。N−Ac−GLP−1(7−34)アミドは、N末端がアセチル化され、C末端が切断された、GLP−1のアナログである。
ポストコンディショニング剤としての心保護作用についてN−Ac−GLP−1(7−34)アミドを調べた。全虚血が終わった直後に、再灌流を120分間続けると共にN−Ac−GLP−1(7−34)アミドを15分間投与した。この態様では、N−Ac−GLP−1(7−34)アミドは心筋能力および梗塞サイズの程度の両方に有益な効果を示した。LVDが最も強く影響されたパラメーターであり、N−Ac−GLP−1(7−34)アミドによるポストコンディショニング後に有意な低下を示した(図2A)。虚血後LVDの上昇、または過収縮は、機械的ストレスによる筋線維鞘の破裂を介した再灌流による心筋細胞死の一因となる主な機構の1つである[6]。N−Ac−GLP−1(7−34)アミドのLVD低下効果はGLP−1受容体アンタゴニストであるエキセンディン(9−39)の存在下でブロックされた。したがって、虚血後収縮に対するN−Ac−GLP−1(7−34)アミドの改善作用は心筋中に存在することが知られているGLP−1受容体を介するものであった[7]。
拡張期過収縮は、回復中の筋細胞におけるATP合成の回復不良および/または異常なCa2+サイクルを反映している可能性がある[8]。N−Ac−GLP−1(7−34)アミドによるポストコンディショニングはLVDEVまたはRPPに統計的に有意な影響を与えなかった(図2B)。しかし、N−Ac−GLP−1(7−34)アミドによるポストコンディショニング後にLVDEVの改善傾向が存在しているようであり、これはエキセンディン(9−39)の存在下では消失した(図2B)。
正常酸素濃度条件下で灌流中の心筋能力へのN−Ac−GLP−1−(7−34)アミドの影響は見られなかった。
N−Ac−GLP−1(7−34)アミドによるポストコンディショニングは梗塞サイズを有意に減少させ(図3)、これは約54%の相対的減少であった。上記で考察したLVDへの効果と合致することに、このN−Ac−GLP−1(7−34)アミドの梗塞サイズ制限作用はGLP−1受容体アンタゴニストであるエキセンディン(9−39)の存在下では消失した。
参照文献
[1] Yellon DM, Hausenloy DJ (2007) Myocardial reperfusion injury. N.Engl.J Med. 357: 1121-1135
[2] Turer AT, Hill JA (2010) Pathogenesis of myocardial ischemia-reperfusion injury and rationale for therapy. Am J Cardiol 106: 360-368
[3] Ovize M, Baxter GF, Di Lisa F, et al (2010) Postconditioning and protection from reperfusion injury: where do we stand? Position paper from the working group of cellular biology of the heart of the European Society of Cardiology. Cardiovasc Res 87: 406-423
[4] Bose A. K., Mocanu MM, Carr RD, Yellon DM (2007) Myocardial ischaemia-reperfusion injury is attenuated by intact glucagon like peptide-1 (GLP-1) in the in vitro rat heart and may involve the p70s6K pathway. Cardiovasc Drugs Ther 21:253-256
[5] Ossum A, van Deurs U, Engstrom T, Jensen JS, Treiman M. (2009)
The cardioprotective and inotropic components of the postconditioning effects of GLP-1 and GLP-1(9-36)a in an isolated rat heart. Pharmacol Res 60: 411-417
[6] Inserte J, Barrabes JA, Hernando V, Garcia-Dorado D (2009) Orphan targets for reperfusion injury. Cardiovasc.Res. 83: 169-178
[7] Ban K, Noyan-Ashraf MH, Hoefer J, Bolz SS, Drucker DJ, Husain M (2008) Cardioprotective and vasodilatory actions of Glucagon-like Peptide 1 are mediated through both Glucagon-Like Peptide 1 receptor-dependent and -independent pathways. Circulation 117:2340-2350
[8] Ladilov Y, Efe O, Schafer C, et al (2003) Reoxygenation-induced rigor-type contracture. J Mol Cell Cardiol. 35: 1481-1490

Claims (8)

  1. 心臓虚血再灌流障害の治療または予防に用いるための、式
    −NH−HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWLVK−CONR
    (式中、Rは、Hまたは1〜10個の炭素原子を含む有機化合物であり、Rは、独立して、Hまたは炭素数1〜4のアルキル基である)のペプチド。
  2. がアシル基を表す、請求項1に記載のペプチド。
  3. が、ホルミル、アセチル、プロピオニル、イソプロピオニルであり、且つ/またはR、Rが、独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチルであり、特にRは水素、メチル、またはエチルである、請求項1または2に記載のペプチド。
  4. R−GLP−1−(7−34)−アミドの8位のAが、S、

    G、C、

    Sar、ベータ−ala、およびAibからなる群から選択される中性アミノ酸で置換されており、
    R−GLP−1−(7−34)−アミドの10位のGが中性アミノ酸で置換されており、且つ/または
    R−GLP−1−(7−34)−アミドの15位のDが酸性アミノ酸で置換されている、
    請求項1〜3の少なくとも1項に記載のペプチド。
  5. Aが、S、

    G、C、

    Sar、ベータ−ala、およびAibで置換されている、請求項4に記載のペプチド。
  6. 好適な薬学的に許容される担体と組み合わされた、請求項1〜5の少なくとも1項に記載のペプチド。
  7. 前記ペプチドが持続放出またはパルス放出型で製剤化されていることを特徴とする、請求項1〜6の少なくとも1項に記載のペプチド。
  8. 前記ペプチドが、皮下、静脈内、動脈内、経口、筋肉内、または経肺投与用に製剤化されていることを特徴とする、請求項1〜6の少なくとも1項に記載のペプチド。
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