JP2024505573A - ビフェニル誘導体化合物を有効成分として含有する抗菌補助剤及びこの用途 - Google Patents
ビフェニル誘導体化合物を有効成分として含有する抗菌補助剤及びこの用途 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、ビフェニル誘導体化合物を有効成分として含有する抗菌補助剤及びこれを多様に用いる技術に関する。本発明の化合物は、グラム陰性細菌のポリミキシン系抗生剤に対する敏感性を向上させることにより、グラム陰性細菌の増殖を抑制するために処理されるポリミキシン系抗生剤の投与量を下げ、ポリミキシン系抗生剤と併用投与されてグラム陰性細菌の生長阻害及び死滅効果を示し、腎毒性などの副作用を顕著に下げることができ、抗生剤の過量使用による敗血症及び敗血症性ショックを予防又は治療することができる。【選択図】なし
Description
本発明は、ビフェニル誘導体化合物を有効成分として含有する抗菌補助剤及びこれを多様に用いる技術に関する。
抗生剤に露出されても生存することができる薬物抵抗性を獲得した抗生剤耐性菌(antimicrobial resistance bacteria)の出現及び増加が全世界的に大きな問題を引き起こしている。2018年基準、全世界で抗生剤耐性菌の感染による死者数が70万人に至り、国内でも代表的な抗生剤耐性菌5種(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、多剤耐性アシネトバクター・バウマニ菌(MDRA)、多剤耐性緑膿菌(MRPA)、バンコマイシン耐性陽球菌(VRE)、カルバペネム耐性腸内細菌(CRE))の感染により1年間9000人の感染者と3600人に至る死亡者が発生して死亡率が約40%に至るものと示された。また、抗生剤耐性菌感染患者に対する医療費、看病費、早期死亡による生産性損失によるわが国の全体社会的コストが年間5500億ウォンであるものと推算され、抗生剤耐性の拡散は人類の健康はもちろん経済的な損失まで引き起こし得る。特に、既存の全ての抗生剤に対して同時に耐性を示す多剤耐性菌(super-bacteria)の出現により、抗生剤耐性菌に対する被害は幾何級数的に大きくなるものと予想される。
抗生剤耐性菌は、(1)抗生剤分解酵素を分泌して抗生剤の活性を無くすか、抗生剤変換酵素により抗生剤の構造を変化させるか、(2)抗生剤流入の抑制/排出ポンプを介する抗生剤の流出を活性化することにより細胞内の抗生剤の濃度を下げたり、(3)抗生剤が結合する標的タンパク質を突然変異(mutation)を介して変化させるなどの方法により抗生剤に対する耐性を獲得するものと知られている。抗生剤耐性菌は、耐性メカニズムのうち2つ以上を動員して効果的に抗生剤に対抗するようになり、多くのメカニズムが動員されるほど耐性の程度は増加するものと知られている。したがって、耐性菌株に対抗するための抗生剤は、(1)今まで知られていない新たなバクテリア標的を阻害するか、(2)多様な標的群の阻害を介して耐性発生を回避することができなければならない。
抗生剤耐性菌の感染問題を解決するためには、新規抗生剤の開発が必要であるが、新薬開発のための標的発掘が難しく、新薬開発に平均8億ドルほどのコストと最小10年の期間が必要となり多くの困難を経験している。さらに深刻な問題は、今までに知られている耐性メカニズムを回避することができる新規標的を発掘して新たな抗生剤を開発するとしても耐性を有する細菌が早く現れるだろうという点である。実際に、2000年代に既存抗生剤と作用メカニズムが異なるリネゾリド(linezolid)が新規標的阻害剤として唯一承認されたが、これに対して耐性を有する細菌がすでに出現したところにある。したがって、コスト及び時間の側面から新規抗生剤の開発よりは既存抗生剤の効用を増大させ得るように抗生剤耐性菌が獲得した耐性メカニズムを阻害することができる物質を開発することが抗生剤耐性菌の感染に対処するための効果的な戦略であるといえる。
よって、耐性により用いることができなくなった抗生剤と同時に処理して抗生剤に対する感受性(susceptibility)を増加させることにより細菌を死滅することができる技術開発がさらに必要な実情である。
本発明の一目的は、細菌の抗生剤に対する感受性を向上させる抗菌補助剤を提供することである。
本発明の他の一目的は、前述した抗菌補助剤及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する抗菌用組成物を提供することである。
本発明のまた他の一目的は、前述した抗菌補助剤及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防又は治療用薬学的組成物を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明の一側面は、下記化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する抗菌補助剤を提供する。
(ここで、Xは、ハロゲン原子であり、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1から6のアルキルである。)
(ここで、Xは、ハロゲン原子であり、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1から6のアルキルである。)
また、本発明の他の側面は、前述した抗菌補助剤及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する抗菌用組成物を提供する。
本発明のまた他の側面は、前述した抗菌補助剤及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防又は治療用薬学的組成物を提供する。
本発明の抗菌補助剤は、グラム陰性細菌のポリミキシン系抗生剤に対する敏感性を向上させることにより、グラム陰性細菌の増殖を抑制するために処理されるポリミキシン系抗生剤の投与量を最大128倍まで下げることができる。
また、本発明の抗菌補助剤は、ポリミキシン系抗生剤と併用投与されて相乗作用を起こし、グラム陰性細菌の生長阻害及び死滅効果を示す。
また、本発明によると、既存にポリミキシンを過量投与することにより発生する腎毒性などの副作用を顕著に下げることができ、抗生剤の過量使用による敗血症及び敗血症性ショックを予防又は治療することができる。
本発明の効果は、前記で言及した効果に制限されず、言及されなかったまた他の効果は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の一側面は、細菌の抗生剤に対する感受性を向上させる抗菌補助剤を提供する。
本発明の前記抗菌補助剤は、下記化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する。
前記化学式1中、Xは、F、Cl、Br及びIより構成される群から選択されるいずれか1つのハロゲン原子であってよく、前記Xは、F、Cl及びBrより構成される群から選択されるいずれか1つであってよく、前記Xは、Clであってよい。
前記化学式1中、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子又はアルキルであってよい。
前記アルキルは、直鎖又は分岐の飽和された脂肪族炭化水素基を意味し、炭素数1から12、炭素数1から10、炭素数1から8、又は炭素数1から6のアルキルであってよく、例えばメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、sec-ブチル、n-ペンチル、1,1-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、2,2-ジメチルプロピル、1-エチルプロピル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、n-ヘキシル、1-エチル-2-メチルプロピル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,1-ジメチルブチル、1,2-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、1,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、2,3-ジメチルブチルなどであってよい。
また、前記アルキルは、置換されるか又は置換されないものであってよい。置換された場合、置換基は、任意の可能な連結点に置換されてよい。置換基は、好ましくは、アルキル、アルケニル、アルキニル(alkynyl)、アルコキシ、アルキルチオ、アルキルアミノ、ハロゲン、チオール、ヒドロキシ、ニトロ、シアノ、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルコキシ、ヘテロサイクリックアルコキシ、シクロアルキルチオ、ヘテロサイクリックアルキルチオ、オキソ、カルボキシ、及びアルコキシカルボニルより構成された群から独立して選択される何れか1つ以上のものであるが、これに限定されない。
「薬学的に許容可能な塩(pharmaceutically acceptable sal)」は、従来の方式により製造される塩を示し、塩は、無機酸(inorganic acid)及び有機酸(organic acid)を含み、塩酸(hydrochloric acid)、臭化水素酸(hydrobromic acid)、硫酸(sulfuric acid)、リン酸(phosphoric acid)、メタンスルホン酸(methanesulforic acid)、エタンスルホン酸(ethanesulforic acid)、リンゴ酸(malic acid)、酢酸(acetic acid)、シュウ酸(oxalic acid)、酒石酸(tartaric acid)、クエン酸(citric acid)、乳酸(lactic acid)、フマル酸(furmaric acid)、コハク酸(succinic acid)、マレイン酸(maleic acid)、サリチル酸(salicylic acid)、安息香酸(benzoic acid)、フェニル酢酸(phenylacetic acid)及びマンデル酸(mandelic acid)よりなる群から選択されるいずれか1つであってよいが、これに限定されない。
「薬学的に許容可能な塩」は、または、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、カルシウム、リチウム、マグネシウム、亜鉛のような陽イオンから、及びアンモニア、エチレンジアミン(ethylenediamine)、N-メチル-グルタミン(N-methyl-glutamine)、リシン(lysine)、アルギニン(arginine)、オルニチン(ornithine)、コリン(choline)、N,N’-ジベンジルエチレンジアミン(N、N’-dibenzylethylenediamine)、クロロプロカイン(chloroprocaine)、ジエタノールアミン(diethanolamine)、プロカイン(procaine)、N-ベンジルフェネチルアミン(N-benzylphenethylamine)、ジエチルアミン(diethylamine)、ピペラジン(piperazien)、トリ(ヒドロキシメチル)アミノメタン[tri(hydroxymethyl)aminomethane]及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシサイド(tetramethylammoniumhydroxide)のような塩基(base)から形成されたものなどを含む。これらの塩は、標準の手順、例えば、ガラス酸(free acid)と適切な有機塩基(organic base)又は無機塩基(inorganic base)の反応で製造されてよい。「薬学的に許容可能な塩」は、またガラス酸、ガラス塩基及び陽性イオンの形態(zwitterionic form)を含む。
前記化学式1で表される化合物は、抗生剤に耐性を示す細菌に対してその抗生剤に対する感受性を向上させる効果を有し得る。したがって、前記化学式1で表される化合物は、抗生剤に耐性を示す細菌に対して抗生剤とともに併用して処理され得る抗菌補助剤の有効成分として用いられてよい。
前記「抗菌補助剤」は、「抗生剤補助剤」ともいい、細菌を直接的に死滅させないとしても、その細菌の抗生剤に対する抵抗性を抑制するか抗生剤の細胞内の蓄積を誘導する方法などで細菌の抗生剤に対する感受性を増加させる物質を意味する。
前記「抗生剤」は、一般的に抗菌活性を有する物質を意味し、例えば、ベータラクタム環を基本構造とするベータラクタム系抗生剤であるペニシリン系(penicillins)、セファロスポリン系(cephalosporins)、モノバクタム系(monobactams)及びカルバペネム系(carbapenems)、細菌の細胞膜透過性を変化させて抗菌効果を示すポリミキシン系(polymyxins)、グラム陰性細菌の外膜にあるポリンを介して細胞質の周囲空間に移動した後、細胞内に移動して抗菌効果を示すアミノグリコシド系(Aminoglycosides)、細菌リボソームの50Sと結合してタンパク合成を抑制して抗菌効果を示すマクロライド系(macrolides)、多くの種類の細菌に抗菌効果を示して広範囲の抗生剤として知られているテトラサイクリン系(tetracyclines)、細菌の細胞壁生合成を抑制して抗菌効果を示すグリコペプチド系(glycopeptides)、Streptomyces lincolnensisから分離されて嫌気性細菌に対して抗菌力が良いリンコマイシン系(lincomycins)、細菌 DNAの複製を妨害して抗菌効果を示すキノロン系(quinolones)、この配合体及びこれらの誘導体より構成された群から選択されるいずれか1つ以上のものであってよく、特に、ポリミキシン系抗生剤であってよい。
前記ポリミキシン系抗生剤は、陽電荷を帯びる巨大な環からなるペプチド抗生剤であって、ヘブタペブタイド環と、脂肪酸が連結された3つのアミノ酸環から構成されている。また、前記ポリミキシン系抗生剤は、パエニバシラス・ポリミキサのようなグラム陽性細菌で非リボソームペプチド合成酵素システムにより生成され、多くのグラム陰性細菌の細胞外膜に存在するリン脂質に結合してホスホリパーゼ剤を活性化して細胞膜を破壊する活性を有する。
前記ポリミキシン系抗生剤は、ポリミキシンA、ポリミキシンB、ポリミキシンC、ポリミキシンD及びポリミキシンE(コルスチン)であってよく、特に、B1(C56H98N16O13、分子量1203.49)と B2(C55H96N16O13、分子量1189.47)を主成分とするポリミキシンBやポリミキシンEであってよい。前記ポリミキシンBとポリミキシンEは、6番の位置に連結されたアミノ酸がそれぞれフェニルアラニン(phenylalanine、Phe)とロイシン(Leucine、Leu)で異なるということを除いては構造が同一である。
前記細菌は、外膜を有したグラム陰性細菌(gram-negative bacteria)であれば制限なく含まれてよく、具体的に、病原性(pathogenic)グラム陰性細菌であってよく、例えば、エシェリキア属(Escherichia sp.)細菌、アシネトバクター属(Acinetobacter sp.)細菌、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)細菌又はクレブシエラ属(Klebsiella sp.)細菌などであってよい。具体的に、前記エシェリキア属細菌には、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)、エシェリキア・アルベルティ(Escherichia albertii)、エシェリキア・ブラタエ(Escherichia blattae)、エシェリキア・フェルグソニー(Escherichia fergusonii)、エシェリキア・ヘルマンニ(Escherichia hermannii)、エシェリキア・ブルネリス(Escherichia vulneris)などが含まれ、これに制限されない。前記アシネトバクター属細菌には、アシネトバクター・バウマニ(Acinetobacter baumannii)、アシネトバクター・ジュニ(Acinetobacter junii)、アシネトバクター・ボイシエリ(Acinetobacter boissieri)、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)、アシネトバクター・ヘモリティクス(Acinetobacter haemolyticus)、アシネトバクター・ノソコミアリス(Acinetobacter nosocomialis)、アシネトバクター・シンドレリ(Acinetobacter schindleri)、アシネトバクター・ウルシンギイ(Acinetobacter ursingii)などが含まれ、これに制限されない。前記シュードモナス属細菌には、シュードモナス・エルギノーザ(Pseudomonas aeruginosa);シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・プチダ(PseudomonasPutida)、シュードモナス・クロロラフィス(Pseudomonas chlororaphis)、シュードモナス・ペルツシノゲナ(PseudomanasPertucinogena)、シュードモナス・スタッツェリ(Pseudomanas stutzeri)、シュードモナス・シリンガエ(Pseudomanas syringae)などが含まれ、これに制限されない。前記クレブシエラ属細菌には、クレブシエラ・ニューモニエ(KlebsiellaPneumonia)、クレブシエラ・グラニュロマティス(Klebsiella granulomatis)、クレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)、クレブシエラ・テリジェナ(Klebsiella terrigena)などが含まれ、これに制限されない。
特に、前記細菌は、抗生剤、特に、前述した抗生剤の少なくとも1つに対して耐性を示すものであってよい。このような「抗生剤耐性細菌」は、以前に有効であった少なくとも1つの抗生剤にこれ以上影響を受けないか影響をほとんど受けない細菌を意味し、従来有効に抗菌活性を示した抗生剤に耐える能力が発生したことを意味する。抗生剤耐性細菌は、その子孫に前記耐える能力を伝達することができる。前記抗生剤耐性メカニズムは多様である。例えば、耐性は抗生剤が細菌の内部又は細菌上の作用部位に到逹しないように物理的に防止する非透過性メカニズム、抗生剤を細菌から迅速に除去することにより細菌の内部又は細菌上の作用部位に有効量の抗生剤が到逹することができないように防止する流出メカニズム、抗生剤を破壊するか、抗生剤を無害な(又は有害ではない)化合物に変換させるか又は化合物をより容易に排出させる代謝メカニズム、細菌が抗生剤により阻害される経路と異なる経路を用いるバイパスメカニズム、又は抗生剤に敏感ではない抗生剤ターゲット(例、酵素)形態の細菌やターゲットを有してない細菌を介して示され得る。
また、前記抗生剤耐性細菌は、2個以上の抗生剤に対して耐性を有するものであってよく、これは「多剤耐性菌(multidrug-resistant microorganisims)」ともいう。前記多剤耐性細菌としては、例えば、メチシリン感受性黄色ブドウ球菌(Methicillin-susceptible Staphylococcus aureus、MSSA)、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus、MRSA)、バンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌(Vancomycin-Resistant Staphylococcus aureus、VRSA)、バンコマイシン中等度耐性黄色ブドウ球菌(Vancomycin-intermediate Staphylococcus aureus、VISA)、バンコマイシン耐性陽球菌(Vancomycin-resistant enterococci、VRE)、バンコマイシン感受性腸球菌(Vancomycin-susceptible enterococci、VSE)、多剤耐性緑膿菌(Multidrug-resistantPseudomonas aeruginosa、MRPA)、カルバペネム耐性緑膿菌(Carbepenem-resistantPseudomonas aeruginosa、CRPA)、カルバペネム耐性アシネトバクター・バウマニ菌(Carbapenem-Resistant Acinetobacter baumannii、CRAB)、カルバペネム耐性腸内細菌属菌種(Carbapenem Resistant Enterobacteriaceae、CRE)などがある。
本発明の具体的な実施例においては、従来にポリミキシン系抗生剤に対して耐性を示す細菌に、化学式1で表される化合物をそれ自体では抗菌活性を有さない濃度でポリミキシンとともに併用して処理したとき、前記ポリミキシン系抗生剤に耐性を示す細菌の死滅がさらに促進されることを確認した。前記のような結果から、本発明の化学式1で表される化合物が抗生剤耐性細菌の抗生剤に対する感受性をさらに向上させて抗生剤の抗菌活性が回復するようにする抗菌補助剤の有効成分として用いられ得ることを明らかに分かる。
本発明の他の側面は、前記化学式1で表される化合物を有効成分として含有する抗菌補助剤及び抗生剤を有効成分として含有する抗菌用組成物を提供する。
前述したように、本発明の化学式1で表される化合物は、抗生剤耐性細菌の抗生剤に対する感受性を向上させる効果があるところ、前述した抗菌補助剤を抗生剤とともに併用することにより、従来の抗生剤の抗菌活性を回復させることができる。
本発明の抗菌用組成物を抗生剤耐性細菌に投与時に亜鉛イオン結合(zinc ion binding)、同一のタンパク質結合(identicalProtein binding)、鉄イオン結合(ferric ion binding)に関与する遺伝子の発現と過酸化酵素活性(peroxidase activity)に関与する遺伝子の発現が有意的に減少し、細胞膜を介する物質輸送、特に、ATPase-連関硫酸塩膜透過トランスポーター活性(ATPase-coupled sulfate transmembrane transporter activity)に関与する遺伝子の発現が有意的に増加し得る。
本発明の抗菌用組成物は、細菌細胞膜の内部と外部の環境が変化し、それにより細胞膜の脂質二重層領域の無缺性を破壊して細胞膜の高い脱分極を誘導、細胞質の恒常性が壊れ、結局、細胞透過性が減少して細胞死滅を誘導し得る。
前記抗生剤耐性細菌は、前述したところと同じであり、特に、グラム陰性細菌であってよい。
また、前記抗生剤も前述したところと同じであり、特に、ポリミキシン系抗生剤であってよい。
したがって、本発明の抗菌用組成物は、ポリミキシン系抗生剤に耐性を示す細菌に対して、ポリミキシン系抗生剤を単独で投与する場合よりポリミキシン系抗生剤の抗菌活性をさらに向上させることができる。
本発明の具体的な実施例においては、抗菌補助剤とポリミキシン系抗生剤をポリミキシン系抗生剤に耐性を示す細菌に併用処理する場合に相乗効果が示されて細菌の生長を阻害して細胞膜を損傷させ死滅を誘導する効果があることを確認した。
また、本発明の抗菌用組成物は、前記抗菌補助剤を併用するため、ポリミキシン系抗生剤を過量で投与しないとしても十分な抗菌活性を達成することができる。したがって、前記ポリミキシン系抗生剤の過量投与により発生する腎毒性などの副作用を顕著に下げることができるという効果がある。
本発明の具体的な実施例においては、腎毒性を誘発するポリミキシン系抗生剤と本発明の抗菌補助剤を併用すると、敗血症動物モデルで腎毒性が誘発されないだけではなく、生存率も向上するという効果があることを確認した。
本発明のまた他の側面は、前記化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する抗菌補助剤、及び抗生剤を有効成分として含有する敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防又は治療用薬学的組成物を提供する。
前記抗生剤も前述したところと同じであり、特に、ポリミキシン系抗生剤であってよい。前記敗血症又は敗血症性ショックは、グラム陰性細菌により誘発されたものであってよく、前記グラム陰性細菌は、抗生剤に耐性を有した細菌であれば制限されないので、例えば、エシェリキア属(Escherichia sp.)細菌及び/又はアシネトバクター属(Acinetobacter sp.)細菌であってよい。
前記「敗血症」は、微生物に感染されて全身に深刻な炎症反応が現れる状態をいう。発熱症状、あるいは、低体温証、呼吸数の増加(頻呼吸)、心拍数の増加(頻脈)、血液検査上、白血球数の増加あるいは顕著な現象のうち2つ以上の症状を示す場合、これを全身性炎症反応症候群(systemic inflammatory response syndrome;SIRS)と称する。このような全身性炎症反応症候群が微生物の感染によるものである際に敗血症であるという。身体の感染病巣において病源菌が持続的又は断続的に血流に入り様々な臓器組織に定着して病巣を作って酷い全身症状を示すものであって、幼弱者、高年者、衰弱者がかかりやすい。敗血症は、潜在的に敗血症性ショックを誘発することがある。敗血症が酷くなると、身体の多くの機関(心臓、腎臓、肝臓、脳、肺など)の機能が悪くなりさらに酷くなってショック状態となる。
本発明の具体的な実施例においては、敗血症動物モデルの生存率が改善され、肝臓、肺、腎臓、及び肺を含む臓器における感染された細菌の数(CFU)が顕著に減少することを確認し、本発明の抗菌補助剤とポリミキシン系抗生剤を含む組成物が敗血症の予防又は治療に有用であるということを確認した。
前記「予防」は、本発明による組成物の投与により敗血症又は敗血症性ショックを抑制させるか発病を遅延させるための全ての行為を意味する。
前記「治療」は、本発明による組成物の投与により敗血症に連関された臨床症状及び多器官機能不全症侯群に連関された状態(例えば、多様な程度の熱、低毒素血症、死性、頻脈、内皮炎、心筋梗塞症、高度錯乱、変化性精神状態、血管虚脱及び気管損傷、急性呼吸困難症侯群、凝固障害、心不全症、腎不全症、ショック及び/又は昏睡状態など)が好転するかよく変更される全ての行為を意味する。
また、本発明は、敗血症による臓器損傷を抑制することができる。本発明の薬学的組成物は、敗血症による臓器の損傷を抑制することにより敗血症を予防又は治療することができる。前記臓器は、敗血症により損傷された臓器であって、本発明の組成物により臓器損傷が抑制され得る臓器には制限がなく、例えば、肝臓、腎臓及び肺より構成される群から選択される少なくとも1つであってよい。
本発明による薬学的組成物は、通常の方法により、無毒性でありながらも薬学的に許容可能な担体、補強剤及び賦形剤などを添加して製剤化されてよく、例えば、錠剤、カプセル剤、トローチ剤、液剤、懸濁液剤などの経口投与用製剤又は非経口投与用製剤で製造されてよい。
また、本発明による薬学的組成物として用いることができる賦形剤としては、甘味剤、結合剤、溶解剤、溶解補助剤、湿潤剤、乳化剤、等張化剤、吸着剤、崩壊剤、酸化防止剤、防腐剤、滑沢剤、充填剤、芳香剤などがあり、例えば、ラクトース、デキストロース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、セルロース、グリシン、シリカ、タルク、ステアリン酸、スターリン、マグネシウムアルミニウムケイ酸塩、マグネシウムアルミニウムケイ酸塩、デンプン、ゼラチン、トラガカントゴム、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、メチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロース、アガー、水、エタノール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、オレンジエッセンス、イチゴエッセンス、バニラ香などを挙げることができる。
本発明の化合物は、薬学的組成物の総重量に対して0.1重量%から95重量%範囲の濃度水準であって、すなわち、目的の効果を得るのに十分な量で含まれてよい。
本発明の薬学的組成物は、ラット、マウス、家畜、ヒトなどの哺乳動物に多様な経路に投与されてよい。投与の全ての方式は、例えば、皮膚、経口、直腸、静脈、腹腔、筋肉、皮下、子宮内軽膜又は脳血管内(intracerebroventricular)注射により投与されてよく、好ましくは、経口又は静脈の中うちいずれか1つの経路に投与されてよいが、これに限定されない。
前記投与は、同一又は類似の機能を示す有効成分を1種以上含むことができる。投与のためには、追加で薬剤学的に許容可能な担体を1種以上含むことができる。薬剤学的に許容可能な担体は、食塩水、滅菌水、リンゲル液、緩衝食塩水、デキストロース液、マルトデキストリン溶液、グリセロール、エタノール及びこれらの成分のうち1成分以上を混合して用いることができ、必要に応じて、抗酸化剤、緩衝液、静菌剤など他の通常の添加剤を添加することができる。また、本発明による化合物は、多様な製剤化が容易であり、例えば、希釈剤、分散剤、界面活性剤、結合剤及び潤滑剤を付加的に添加し、水溶液、懸濁液、乳濁液などのような注入用剤形、散剤、錠剤、カプセル剤、丸剤、顆粒又は注射液剤に製剤化することができる。
前記投与時、化合物の量は、患者の体重、年齢、性別、健康状態、食餌、投与時間、投与方法、排泄率及び疾患の重症度によりその範囲が多様である。本発明の化合物の一日投与量は、0.0001~100mg/kgであり、好ましくは、0.001~30mg/kgの量を1日1回から数回に分けて投与することができる。同時に、投与期間は1から2ヶ月であってよいが、疾患の予防又は治療効果が示されるまで制限なく投与されてよい。
本発明の抗菌補助剤は、グラム陰性細菌のポリミキシン系抗生剤に対する敏感性を向上させるものであって、グラム陰性細菌の増殖を抑制するために処理されるポリミキシン系抗生剤の投与量を最大128倍まで下げることができるので、既存にポリミキシンを過量投与することにより発生する腎毒性などの副作用を顕著に下げるだけではなく、ポリミキシン系抗生剤と併用投与されてグラム陰性細菌の優れた生長阻害及び死滅効果を示し、前記のようなポリミキシン系抗生剤に耐性を示したグラム陰性細菌に対しても再びポリミキシン系抗生剤が抗菌活性を回復することができるようにし、別途に新たな抗生剤を開発する必要なく既存の抗生剤をそのまま活用することができるという効用性がある。
本発明のまた他の一側面は、化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する抗菌補助剤;及びポリミキシン系抗生剤を個体に投与する段階を含む敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防、改善又は治療方法を提供する。
本発明のまた他の一側面は、敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防、改善又は治療のための薬剤の製造に用いるための、化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する抗菌補助剤; 及びポリミキシン系抗生剤の用途を提供する。
以下、本発明を実施例及び実験例により詳細に説明する。但し、下記の実施例及び実験例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が下記 の実施例及び実験例により限定されるものではない。
[実施例1]細菌のポリミキシン系抗生剤に対する感受性を向上させる化合物の選別
1-1.PA108化合物の選別
本発明では、韓国化学研究院の化合物バンクで保有している多様な化合物のうちポリミキシンとともに作用してポリミキシン耐性細菌を死滅させることができる物質を細胞呼吸量測定方法を用いてスクリーニングした。細菌は、延世大学病院の敗血症感染患者から分離してポリミキシン抵抗性菌株であると同時に多剤耐性菌株であるアシネトバクター・バウマニ (Acinetobacter baumannii colistin resistance357、以下、R357菌株)に同定された細菌の提供を受けて実験に用いた。
1-1.PA108化合物の選別
本発明では、韓国化学研究院の化合物バンクで保有している多様な化合物のうちポリミキシンとともに作用してポリミキシン耐性細菌を死滅させることができる物質を細胞呼吸量測定方法を用いてスクリーニングした。細菌は、延世大学病院の敗血症感染患者から分離してポリミキシン抵抗性菌株であると同時に多剤耐性菌株であるアシネトバクター・バウマニ (Acinetobacter baumannii colistin resistance357、以下、R357菌株)に同定された細菌の提供を受けて実験に用いた。
具体的に、細菌を育てておいたLBアガープレートで単一コロニーを3mlのLBブロスに接種し、37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。その後、250mlのフラスコに培養液を1/1000希釈した50mlを作って0.5%のトリフェニルテトラゾリウムクロライド(TTC)を入れ、ポリミキシンB(polymyxin B、以下、PMB)16μg/mLを入れて混合した。その次に、96-ウェルプレートに198ulずつ分株し、それぞれの互いに異なる候補化合物を最終的に5μM濃度に合わせて各ウェルに2ulずつ分株して混合した後、表現型(Phenotype)マイクロアレイを用いて37℃で24時間の間観察し、多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)を用いてOD値を再度測定して結果値を比較した。
その結果、細菌のポリミキシン系抗生剤に対する感受性を向上させる活性を有した化合物(下記化学式2の化合物)を選別し、この化合物をPA108と命名してその後の実験に用いた。
1-2.PA108誘導体の抗菌補助剤としての活性確認
PA108化合物の活性の構造的連関性を見出すため[表1]に記載された総14種のPA108誘導体(derivatives)を準備し、これらとPMBのシナジー効果を細菌呼吸量測定法を介して検証した。PA108誘導体は、韓国化学研究院の化合物バンクで提供を受けるか直接合成して用いた。
PA108化合物の活性の構造的連関性を見出すため[表1]に記載された総14種のPA108誘導体(derivatives)を準備し、これらとPMBのシナジー効果を細菌呼吸量測定法を介して検証した。PA108誘導体は、韓国化学研究院の化合物バンクで提供を受けるか直接合成して用いた。
具体的に、細菌を育てておいたLBアガープレートで単一コロニーを3mlのLBブロスに接種し、37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。その後、250mlのフラスコに培養液を1/1000希釈した50mlを作って0.5%のトリフェニルテトラゾリウムクロライド(TTC)を入れ、ポリミキシンB(polymyxin B、PMB)16μg/mLを入れて混合した。その次に、96-ウェルプレートに198ulずつ分株し、それぞれの互いに異なる候補化合物を最終的に5μM濃度に合わせて各ウェルに2ulずつ分株して混合した後、表現型(Phenotype)マイクロアレイを用いて37℃で24時間の間観察し、多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)を用いてOD値を再度測定して結果値を比較した。
その結果、PA108原本以外の他の誘導体では、有意なR357菌株の死滅効果を示さなかった(図1)。
[実施例2]PA108の細菌生長阻害効果の確認
PA108の抗菌活性を確認するために、実施例1で用いた方法により細胞呼吸量を測定することにより細菌生長阻害効果を確認した。
PA108の抗菌活性を確認するために、実施例1で用いた方法により細胞呼吸量を測定することにより細菌生長阻害効果を確認した。
先ず、細菌を育てておいたLBアガープレートで単一コロニーを3mlのLBブロスに接種し、37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。その後、250mlのフラスコに培養液を1/1000希釈した50mlを作って0.5%のトリフェニルテトラゾリウムクロライド(TTC)を入れ、混合した。その次に、96-ウェルプレートに198ulずつ分株した。各処理区ごとに3回繰り返しのために3個ずつのwellにPMB 16μg/mL、PA108 5μM、PMB(16μg/mL)及びPA108(5μM)の濃度に合わせて各ウェルに2ulずつ分株して混合した後、表現型(Phenotype)マイクロアレイを用いて37℃で24時間の間観察し、多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)を用いてOD値を再度測定して結果値を比較した。
その結果、R357菌株は、PMBに対する最小生長阻害濃度(minimal inhibitory concentration、MIC)が64μg/mLなので、16μg/mLの低濃度では細胞生長阻害効果がないことを確認することができた(図2、黒い色)。また開発されたポリミキシン系抗菌補助剤であるPA108もやはり5μMの濃度で自己細胞生長阻害効果がないことを確認することができた(図2、青色)。しかし、PMBとPA108を同時に処理したときは、細胞呼吸が効果的に阻害されるということを確認した(図2、赤色)。
[実施例3]PA108により上昇された細胞死滅効果の確認
抗生剤の効能には、大きく2つがある。細菌の死滅を起こさず生長を阻害する静菌剤(bacteriostatic)と細菌の死滅を起こす殺菌剤(bactericidal)が存在する。PA108がポリミキシンとともに処理されたとき実際に殺菌効果を増加させるか確認するために細菌の生存実験(viability test)を行った。
抗生剤の効能には、大きく2つがある。細菌の死滅を起こさず生長を阻害する静菌剤(bacteriostatic)と細菌の死滅を起こす殺菌剤(bactericidal)が存在する。PA108がポリミキシンとともに処理されたとき実際に殺菌効果を増加させるか確認するために細菌の生存実験(viability test)を行った。
先ず、LBアガープレートで単一のコロニーを3mlのLB brothに接種して37℃、220rpmの条件で16時間の間一晩中培養した。その後、培養液の1%を250mlの三角フラスコに希釈した後、OD=0.5まで培養した。育った培養液を3個の15mlの丸カルチャーチューブに3mlずつ分株し、PMB 16μg/mL、PA108 5μM、PMB(16μg/mL)及びPA108(5μM)を入れた処理区、このように3種の処理区を作って分株した後、37℃、220rpmで培養しながら、1、4、7、12時間ごとに1処理区当り3個のLBアガープレートに100ulずつそれぞれ塗抹してColony forming unit(CFU)を確認した。
その結果、細胞呼吸量の結果と同様に、PMB又はPA108単独処理群はR357菌株の死滅効果を示さなかった(図3、黒色、青色)。しかし、PMBとPA108の同時処理群においては、細胞死滅が誘導されることを確認することができた(図3、赤色)。さらには、14時間を基準として、対照群と単独処理群に比べて同時処理群の場合107倍の死滅効果を示すことを確認し、最終的に99.99999%の細菌死滅効果を示した。
[実施例4]ポリミキシン系抗生剤とPA108の相乗的抗菌効果の確認
PA108をポリミキシン系抗生剤と併用処理したときシナジー(synergy)効果が示されることを確認するためにチェッカーボード分析(checkerboard assay)を行い、この結果を介してFICI (fractional inhibitory concentration index)を求めた。
PA108をポリミキシン系抗生剤と併用処理したときシナジー(synergy)効果が示されることを確認するためにチェッカーボード分析(checkerboard assay)を行い、この結果を介してFICI (fractional inhibitory concentration index)を求めた。
先ず、LBアガープレートで3~4個コロニーを4~5mlのLB brothに接種して37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。その後、培養液を1/10000希釈した5mlを作って15mlの丸カルチャーチューブにOD=0.08~0.1まで37℃で220rpmで培養した。その次に、1/20希釈して96-ウェルプレートに196ulずつ分株し、それぞれのウェルごとに、PA108は0~160μM、PMBは0~64μg/Mlの濃度で2ulずつ分株して混合した後、37℃で18時間の間培養した後に多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)を用いてOD値を測定した。
次に、シナジー効果確認のために化合物の単独処理とMIC値を比べて化合物と抗生剤組合の効能に対する影響を評価する分画抑制濃度指数(Fractional Inhibitory Concentration (FIC)index)は、化合物A単独組合/化合物AのMIC + 化合物B単独組合/化合物BのMIC = FIC A + FIC B = FIC Indexの標準方程式を用いて計算した。MIC及びFICI値を表2に示した。
FICI値は、0.5以下であればシナジー効果(synergy)、0.5から4.0であれば相加効果(indifference)、4以上であれば拮抗作用(antagonism)と判断する。
その結果、PA108とPMBのFICI値は、0.093で耐性菌死滅効果がシナジー効果であることを確認した(図4)。
[実施例5]ポリミキシン系抗生剤とPA108の形態学的な細胞死滅効果の確認
PA108をポリミキシン系抗生剤と併用処理したとき細菌の形態学的変化を確認するために蛍光顕微鏡と走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)を用いて細菌の形態学的変化を観察した。
PA108をポリミキシン系抗生剤と併用処理したとき細菌の形態学的変化を確認するために蛍光顕微鏡と走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)を用いて細菌の形態学的変化を観察した。
先ず、LBアガープレートで単一のコロニーを3mlのLB brothに接種して37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。その後、培養液の1%を250mlの三角フラスコに希釈してOD=0.5まで培養した後、PMBは16ug/ml、PA108は5μMの濃度で処理して9時間の間培養した。細胞を4℃で10分間8,000×gで遠心分離した後、3回洗浄してPBSに再懸濁させた。細胞懸濁液3mlは、固定させた後に走査電子顕微鏡で観察した。LIVE/DEAD BacLightバクテリア生存率キット(Cat #.L7007、Invitrogen、Waltham、Massachusetts、USA)を用いて生きている細胞のDNA及びRNAに結合して緑蛍光を放出するSYTO9(67mM、3μL)及び死滅した細胞のDNA及びRNAと結合して赤色蛍光を放出するPI(Propidium iodide)(1.67mM、3μL)を最終体積3mlで各サンプルに添加し、室温で15分間暗室で培養して蛍光顕微鏡で観察した。
その結果、蛍光顕微鏡を用いた観察において、PMB又はPA08の単独処理群は緑蛍光が観察されて対照群と類似に細胞が死滅しないことを確認した。一方、PMBとPA108の同時処理群においては、赤色蛍光が観察されて細胞死滅が誘導されることを確認することができた(図5、上段)。
また、走査電子顕微鏡を用いた観察において、PMB又はPA08の単独処理群は対照群と類似に細胞の表面が損傷されなかった完全な形態を示すことを確認した。一方、PMBとPA108の同時処理群においては、細胞が短縮して細胞内の物質が漏出されて細胞の形態と構造が損傷されたことを確認した(図5、下段)。
[実施例6]PA108の腎毒性の確認
ポリミキシン系抗生剤の場合、腎毒性が存在するものと知られているためPMBとPA108に対する腎毒性を人体由来の腎細胞ACHN(ATCC(登録商標)CRL-1611TM)を用いて測定した。
ポリミキシン系抗生剤の場合、腎毒性が存在するものと知られているためPMBとPA108に対する腎毒性を人体由来の腎細胞ACHN(ATCC(登録商標)CRL-1611TM)を用いて測定した。
先ず、ACHN腎細胞を2×104細胞/ウェルで24時間の間培養した後、全てのウェルにPMB又はPA108が混合されている培地に取り替えた。PMB又はPA108処理0、24、48、72、96時間後cell titer gloを介して0時間対比各時間のATPの量の比率で細胞生存能を測定して細胞毒性を評価した。
その結果、PMBの場合、50μg/mLの濃度から腎細胞の生存能(viability)が下がることを確認した(図6、左側)。ポリミキシン系抗生剤耐性菌株R357の場合、ポリミキシンによる最小阻害濃度が64μg/mLであるのでR357感染時に治療効果を示す濃度である64μg/mLでは腎毒性が示されるはずであると予測することができる。しかし、PA108の場合、作用(working)濃度である5μMでは腎毒性が全く示されず、それ以上の濃度でもPMBとは異なり腎細胞が80%以上の生存能を示すことを確認することができた(図6、右側)。したがって、PMBとPA108を同時に処理する場合、16μg/mLのPMBを処理したとしてもポリミキシン系抗生剤耐性菌株R357に対する殺菌効果が示されるので、PMBとPA108の併用処理時に腎毒性が示されないことを予測することができる。
[実施例7]マウス敗血症モデルにおけるPA108処理による生存率の確認
ポリミキシン系抗生剤耐性菌株R357感染マウスモデルにおけるPA108とPMBの同時処理がR357感染により誘発された敗血症治療に効果を示すか否かを確認した。
ポリミキシン系抗生剤耐性菌株R357感染マウスモデルにおけるPA108とPMBの同時処理がR357感染により誘発された敗血症治療に効果を示すか否かを確認した。
具体的に、6週齢のC57BL/6マウスに5×107のR357菌株を腹腔注入してR357感染により誘発された敗血症マウスモデルを製作し、100μg/kg容量のPMB及び60μg/kg容量のPA108を単独又は併用して腹腔注入してマウスの生存率を測定した。
その結果、対照群(control)、PMB単独、PA108単独処理群においては、マウスが42時間内にいずれも死亡することを確認した。一方、PMBとPA108の同時処理群の場合、168時間までいかなる病理学的現象を示さずマウスが生きていた(図7)。また、PMBとPA108の同時処理群マウスを部検した結果、マウスの臓器からR357菌株が検出されず、PMBとPA108の同時処理によりR357菌株が完全に除去されたことを確認した。
[実施例8]他の種のポリミキシン耐性菌で抗菌補助剤としての効能確認
R357菌株以外に他の種(species)のポリミキシン耐性菌においてもPA108をポリミキシン系抗生剤と同時処理したときシナジー(synergy)効果を示すか否かを確認するためにチェッカーボード分析(checkerboard assay)を行い、この結果を介してFICI(fractional inhibitory concentration index)を求めた。
R357菌株以外に他の種(species)のポリミキシン耐性菌においてもPA108をポリミキシン系抗生剤と同時処理したときシナジー(synergy)効果を示すか否かを確認するためにチェッカーボード分析(checkerboard assay)を行い、この結果を介してFICI(fractional inhibitory concentration index)を求めた。
先ず、細菌(Klebsiella Pneumonia SCH530、SCH740、SCH777、Pseudomonas aeruginosa SMC-U9、SMC-U10、SMC-U11)を育てておいたそれぞれの LBアガープレートで3から4個のコロニーを4から5mlのLB brothに接種して37℃で220rpmで16時間の間一晩中培養した。翌日1/10000希釈した5mlの培養液を15mlの丸カルチャーチューブにOD=0.08~0.1まで37℃の温度で220rpmで培養し、1/20希釈して96-ウェルプレートに196ulずつ分株した。それぞれのウェルごとに、PA108は0から80μM、PMBは0から128μg/Mlの濃度で2ulずつ分株して混合した後、37℃で18時間の間培養して多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)を用いてOD値を測定した。
次に、前記実施例4に記載された方法と同一の方法によりFICIを計算し、MICとFICI値を下記表3に示した。
その結果、全ての菌株において、PA108とPMBのFICI値がシナジー効果を示す基準値である0.5以下で示され、他の種のグラム陰性細菌(Klebsiella Pneumonia SCH530、SCH740、SCH777、Pseudomonas aeruginosa SMC-U9、SMC-U10、SMC-U11)の死滅効果がPA108とPMBのシナジー効果であることを確認した(図8)。
[実施例9]ポリミキシン系抗生剤とPA108の同時処理による遺伝子発現変化と作用メカニズムの確認
PA108をポリミキシン系抗生剤であるPMBと併用処理したとき、耐性菌の死滅に関与する主要遺伝子の発現変化を転写体分析を介して確認した。
PA108をポリミキシン系抗生剤であるPMBと併用処理したとき、耐性菌の死滅に関与する主要遺伝子の発現変化を転写体分析を介して確認した。
先ず、LBアガープレートで単一のコロニーを3mlのLB brothに接種して37℃で220rpmの条件で16時間の間一晩中培養した。その後、培養液の1%を250mlの三角フラスコに希釈した後、OD=0.5まで培養した。培養液を3個の15mlの丸カルチャーチューブに5mlずつ分株して、16ug/ml濃度のPMB、5μM濃度のPA108、16ug/ml 濃度のPMB及び5μM濃度のPA108をそれぞれ処理して37℃、220rpmで1時間の間培養した。その後、バクテリアをPBSで3回洗浄して4℃、8,000×gで10分間遠心分離して-80℃で保管した。
RNAシーケンスを行うためのライブラリは、Ribo-Zero H/M/Rが含まれたTruSeq Stranded Total RNAサンプル準備キットで全体RNAを抽出し、150bpの大きさのcDNAを合成して製作した。合成したcDNAライブラリは、Agilent 2100 BioAnalyzer(Agilent、CA、USA)で品質を評価し、変性されたテンプレートのクラスタ増幅後、Illumina Novaseq 6000(Illumina、CA、USA)を用いてDNA断片の両端をシーケンスするペアエンドシーケンス(Paired-end sequencing)を行った。転写体データ分析のために判読値をフィルターリングし、フィルターリングされた判読値は、整列器STAR v.2.4.0bを用いて参照ゲノムにマッピングした。その後、遺伝子発現量を測定するために製造社のライブラリ定量化プロトコルによりKAPAライブラリ定量化キット(Kapa Biosystems、MA、USA)を用いて遺伝子発現を定量化した。
差等発現遺伝子(Differential expression gene、DEG)を識別するために遺伝子注釈データベースを用いてCufflinks v2.1.1で遺伝子発現水準を測定し、HTSeq-count v0.6.1p1を用いて遺伝子発現水準カウントデータを生成した。生成されたデータをTCC R パッケージを用いて0.05未満のq値を有する遺伝子を差等発現遺伝子として識別した。
差等発現遺伝子(DEG)に識別された遺伝子を対象として細胞機作(biologicalProcess)、分子機能(molecular function)及び細胞内外位置(cellular component)の3種類の範疇により遺伝子を分類して遺伝子の機能に対する情報を提供する GO(Gene Ontology)分析を行った。
その結果、対照群と比較してPMB単独処理群、PA108単独処理群、PMB及びPA108の同時処理群でいずれも有意な遺伝子変化が観察された(図9)。また、GO(Gene Ontology)分析を介してPMB及びPA108の同時処理のとき、亜鉛イオン結合(zinc ion binding)、同一のタンパク質結合(identicalProtein binding)、鉄イオン結合(ferric ion binding)に関与する遺伝子の発現と過酸化酵素活性(peroxidase activity)に関与する遺伝子の発現が有意的に減少し、細胞膜を介する物質輸送、特に、ATPase-連関硫酸塩膜透過トランスポーター活性(ATPase-coupled sulfate transmembrane transporter activity)に関与する遺伝子の発現が有意的に増加したことを確認した(図10)。
低容量の抗生剤PMBを処理すると外部物質がより容易に透過することができる物理化学的な環境が作られるようになり、PA108がより容易に周辺の細胞質空間に侵透するようになるとともにタンパク質の酸化及び多様な栄養素の輸送を担当する細胞膜の機能に関わる遺伝子の発現が減少して細胞死滅効果を示すものと推測される。
また、これを介して高い突然変異率、成長欠陥を示して毒素として作用する活性酸素であるスーパーオキシドと過酸化水素により細胞内酸化ストレス反応が誘発されるが、これを調節する活性酸素調節酵素活性関連遺伝子の発現も減少して細胞質の恒常性が割れるようになり細胞死滅効果を示すものと推測される。
さらに、鉄イオン結合及びタンパク質分解機能と係る遺伝子とフェニル酢酸の異化作用過程に関する遺伝子の発現が抑制され、シデロフォア合成が抑制され、細胞膜を通過したPMB及びPA108が特定タンパク質及びDNAと結合、代謝機能を低下させて細胞死滅効果を示すものと推測される。
本発明の抗菌用組成物は、細菌に直接的な影響を与えない低濃度の抗生剤(PMB)処理により細胞膜の流動性が円滑になされ、これを介して細胞質の中に入っていった物質(PA108)により細菌の活性酸素が過剰に生成されて細胞質の恒常性が割れ、結局、細胞透過性が減少して細胞死滅を誘導し得る。
[実施例10]ポリミキシン系抗生剤とPA108の同時処理による細菌膜変化の確認
ポリミキシンE(コルスチン)は、グラム陰性菌の細胞外膜にあるLPS(Lipopolysaccharide)とリン脂質に特異的に結合して殺菌活性を示し、コルスチン耐性細菌は、外膜の変形したLPSによりコルスチンと細菌外膜の親和力が減少されコルスチンに対して耐性を示す。したがって、PA108の添加が細菌膜電位及び透過性に変化を起こすか否かを確認した。
ポリミキシンE(コルスチン)は、グラム陰性菌の細胞外膜にあるLPS(Lipopolysaccharide)とリン脂質に特異的に結合して殺菌活性を示し、コルスチン耐性細菌は、外膜の変形したLPSによりコルスチンと細菌外膜の親和力が減少されコルスチンに対して耐性を示す。したがって、PA108の添加が細菌膜電位及び透過性に変化を起こすか否かを確認した。
具体的に、サンプル準備のために16時間の間生長したコロニー培養物を洗浄し、PH7.4で0.01MPBSに再懸濁した。バクテリア懸濁液の600nmにおける吸光度は同一の緩衝液で0.5に標準化されて染料であるPI(cat.P1304MP、Thermo Fisher Scientific、Waltham、Massachusetts、USA)は、1.67μMの最終濃度に添加された。37℃で30分間培養した後、198ulの蛍光が表示されたバクテリア細胞を96-ウェルプレートに添加した後、16ug/mlのPMB及び5μMのPA1082ulを添加した。再び30分間培養した後、excitation 535nm、emission 615nmの蛍光測定の波長範囲において多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)で蛍光を測定して膜透過性を測定した。
細胞膜電位は、細胞を5mMのHEPES(pH7.0、+5mMの葡萄糖)に再懸濁し、電位に敏感な染料であるDiSC3(5)(3,3’-Dipropylthiadicarbocyanine Iodide)(50μM、Cat. D306、Invitrogen、Carlsbad、California)を添加して30分間培養した後、多機能マイクロプレートリーダー(Multifunctional Microplate reader)で蛍光を測定して膜電位を測定した。
その結果、PMB及びPA108の併用処理が細菌の細胞質膜電位を変化させたが(図11、右側)、全体的な膜透過性には影響を及ぼさないことを確認した(図11、左側)。
このような結果は、低容量のPMB処理により細菌の死滅まで至る膜透過度の変化を起こさないが、グラム陰性菌外膜のリポポリサッカライド(LPS)を不安定にさせて外部物質がより容易に入ることができる物理化学的な環境が形成され、同時に処理したPA108が細胞膜の中に流入、細胞膜のイオンチャンネル(ion channel)又は孔(pore)を形成して細胞膜の高い膜脱分極を誘導することを提示する。
結果的に、PA108は、PMBに対する抗菌補助剤として同時に処理されて細菌細胞の原形質膜の脂質二重層領域の損傷を起こして細菌の死滅を誘導する役割を行うものであることが分かる。
Claims (14)
- 下記化学式1で表される化合物又はこの薬学的に許容可能な塩を有効成分として含有する抗菌補助剤:
ここで、
Xは、ハロゲン原子であり、
R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1から6のアルキルである。 - Xは、塩素原子であり、R1は水素原子であり、R2は、メチルである、請求項1に記載の抗菌補助剤。
- 前記抗菌補助剤は、細菌のポリミキシン系抗生剤に対する感受性を向上させるものである、請求項1又は2に記載の抗菌補助剤。
- 前記ポリミキシン系抗生剤は、ポリミキシンB又はポリミキシンEである、請求項3に記載の抗菌補助剤。
- 前記細菌は、グラム陰性細菌(gram-negative bacteria)である、抗菌補助剤。
- 前記グラム陰性細菌は、エシェリキア属(Escherichia sp.)細菌、アシネトバクター属(Acinetobacter sp.)細菌、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)細菌又はクレブシエラ属(Klebsiella sp.)細菌である、請求項5に記載の抗菌補助剤。
- 前記エシェリキア属細菌は、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)、エシェリキア・アルベルティ(Escherichia albertii)、エシェリキア・ブラタエ(Escherichia blattae)、エシェリキア・フェルグソニー(Escherichia fergusonii)、エシェリキア・ヘルマンニ(Escherichia hermannii)及びエシェリキア・ブルネリス(Escherichia vulneris)より構成される群から選択される少なくとも1つであり、
前記アシネトバクター属細菌は、アシネトバクター・バウマニ(Acinetobacter baumannii)、アシネトバクター・ジュニ(Acinetobacter junii)、アシネトバクター・ボイシエリ(Acinetobacter boissieri)、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)、アシネトバクター・ヘモリティクス(Acinetobacter haemolyticus)、アシネトバクター・ノソコミアリス(Acinetobacter nosocomialis)、アシネトバクター・シンドレリ(Acinetobacter schindleri)及びアシネトバクター・ウルシンギイ(Acinetobacter ursingii)より構成される群から選択される少なくとも1つであり、
前記シュードモナス属(Pseudomonas sp.)細菌は、シュードモナス・エルギノーザ(Pseudomonas aeruginosa); シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・プチダ(PseudomonasPutida)、シュードモナス・クロロラフィス(Pseudomonas chlororaphis)、シュードモナス・ペルツシノゲナ(PseudomanasPertucinogena)、シュードモナス・スタッツェリ(Pseudomanas stutzeri)及びシュードモナス・シリンガエ(Pseudomanas syringae)より構成される群から選択される少なくとも1つであり、
前記クレブシエラ属細菌は、クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella Pneumonia)、クレブシエラ・グラニュロマティス(Klebsiella granulomatis)、クレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)及びクレブシエラ・テリジェナ(Klebsiella terrigena)より構成される群から選択される少なくとも1つである、請求項6に記載の抗菌補助剤。 - 前記グラム陰性細菌は、ポリミキシン系抗生剤に耐性がある細菌であるか、多剤耐性(multi-drug resistance)細菌である、請求項5に記載の抗菌補助剤。
- 請求項1に記載の抗菌補助剤、及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する抗菌用組成物。
- 前記組成物は、グラム陰性細菌の細胞死滅を誘導するものである、請求項9に記載の抗菌用組成物。
- 前記組成物は、グラム陰性細菌の細胞の膜脱分極を誘導して細胞膜を損傷させるものである、請求項9に記載の抗菌用組成物。
- 請求項1に記載の抗菌補助剤及びポリミキシン系抗生剤を有効成分として含有する敗血症又は敗血症性ショックによる臓器損傷の予防又は治療用薬学的組成物。
- 前記敗血症又は敗血症性ショックは、エシェリキア属(Escherichia sp.)細菌又はアシネトバクター属(Acinetobacter sp.)細菌の感染により誘発されたものである、請求項12に記載の薬学的組成物。
- 前記臓器は、肝臓、腎臓及び肺より構成される群から選択される少なくとも1つである、請求項12に記載の薬学的組成物。
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