JP5266433B2 - Ctl/ctldの細胞炭水化物認識ドメインへターゲティングするための炭水化物誘導体化リポソーム、および治療的に活性な化合物の細胞内送達 - Google Patents

Ctl/ctldの細胞炭水化物認識ドメインへターゲティングするための炭水化物誘導体化リポソーム、および治療的に活性な化合物の細胞内送達 Download PDF

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Description

本発明の背景
1.技術分野
本発明は、医療技術、特に活性剤の標的指向リポソーム送達に関する。
2.関連技術の議論
I.慢性感染病、HIV/AIDSおよび他の感染病感染因子は免疫系を活動へ呼び出す。ヒトまたは霊長類動物内のような発展的に進歩した系においては、これは典型的には抗原特異性免疫が活性化され、侵入者上に形成され、それに対して指向されることを意味する。この意味において、職業的抗原提供細胞(APC)は、一次抗原特異性応答を開始させるように感染因子を認識し、そして感染因子を処理する。ここで議論するように、そのようなAPCは侵入者を結合(及び内部化)するCRDレクチンレセプターをも担持している。そのような結合は一方ではAPCが必要とされる保護応答を形成するのを助ける強力な手段であり、他方では病原もその独自の利益のためこのメカニズムを利用し得る。
ここで論ずる特別の意味において、このことは感染因子はAPCへ侵入するために完成したレセプターを利用し、ACSの免疫調節機能を停止または誤誘導し、そしてさらに損傷されてない形のエンドソームのような細胞質内コンパートメント内にとどまることを意味し得る。そのようなACS、典型的にはリンパ器官中に所在するそれは、T細胞要求指令の無数によって連続的に物理的に結合される。このことは、T細胞は一旦接触を確立するとAPCから放出された病原によって感染される高いリスクにあることを意味する。本質においてこれは病原体保有(すなわち病原体保有細胞としてAPCの例において)の性格である。
実際に、APCはそれらの表面上に因子のいくつかの処理された粒子をディスプレーするから、病原体保有生成因子によって損傷されたAPCは高い確率をもってこの因子に特異性のT細胞によって結合されるらしい。その結果、そのようなT細胞はもっとたしかに感染され、そしてHIV病の場合のようにもっと頻繁に殺滅されることを予想できる。事実DouekらはHIV−特異性T−ヘルパーメモリ細胞はHIVに特異性でないメモリセルよりも多くのHIV親ウイルス性DNAを含有することを示した(Douek,D.C.et
al.HIV preferentially infects HIV−specific CD4Tcells.Nature 2002:417:95−8)。これらの結果は、病気の慢性状態の確立のほかにも病原体保有の大きい危険は侵入者に対する保護免疫の完全なノックアウトとなり得ることを目立たせる。これは致命的になり得る。
現在の知識に従えば、職業的APCは細胞の4つの主要クラス、すなわち(i)骨髄樹状細胞(mDC);(ii)プラズマサイトイド樹状細胞(pDC);(iii)濾胞樹状細胞(FDC);および(iv)マクロファージ(MP)を含んでいる。哺乳類生物においては、これらの細胞は非リンパ器官と組織の両方に所在し(未熟mDCのいくつかのサブセット、pDCのいくつかのサブセット、MPのいくつかのサブセット)、同様にリンパ器官および組織に所在する(成熟mDCのいくつかのサブセット(鉗合DCまたはIDCとも呼ばれる)、pDCのいくつかのサブセット、MPのいくつかのサブセット)。(Imai
Y,Yamakawa M,Kasajima T,The lymphocyte−dendritic cell system,Histol Histopathol
1998;13:469−510;Cella M,Jarrossay D,Facchetti F,Alebardi O,Nakajima H,Lanzavecchia
A,Colonna M.Plasmacytoid monoytes migrate to inflamed lymph nodes and produce large
amounts type I inteferon,Nat Med.1999;5:919−23)
職業的APCの中でもmDCは抗原特異性免疫の最も強力な刺激剤であり、そしてそれらは一次的細胞および体液免疫応答を誘発する独特の能力を持っている(例えばTelemo
E,Korotkova M,Hanson LA,Antigen presentation and processing in the intestinal mucosa
and lymphocyte homing,Ann Allergy Asthma Immunol 2003;90(Suppl3):28−33において考察されているように腸粘膜において、またはNovak
N,Siepmann K,Zierhut M,Bieber T,The good,the bad and ugly−APCs of the eye,Trends
Immunol 2003;24:570−4の眼の微小環境において)。
MPに関し、抗原プレゼンテーションはこれら細胞のいくつかの機能の一つである。MPは以前にmCDによって開始された二次的抗原特異性応答をトリガし得る(例えばThomas
WE,Brain macrophages:on the role of pericytes and perivascular cells,Brain Rev 1999;31:42−57に見られるように脳におけるような)。
pDCの主な知られた機能は強力な抗ウイルスタイプ−Iインターフェロンを生産することである(Cella M,Jarrossay D,Facchetti
F,Alebandi O,Nakajima H,Lanzavecchia A,Colonna M,Plasmacytoid monocytes migrato
to inflamed lymph nodes and produce large amounts of type I interforon,Nat Med 1999;5:919−23)。
最後に、少なくとも健康状態のもとではFDCの存在はリンパ系器官および組織内の濾胞に密に制限され、そこでそれらは抗原特異性イムノグロブリンの生産のためB細胞を指令している。重要なのはFDCは抗原、またはウイルスのような全体のインタクトな病原に対し、それらの豊富な細胞質突出内にこれらの構造を保持することによって強力な長期間メモリを提供する(van
Nierop K,de Groot C,Human follicular dendritic cells:functions,origin and development,Semin
Immunol 2002;14:251−7にレビューされている)。
注目すべきは、mDCおよびMPはT−細胞(または細胞)免疫およびメモリを仲介(Steinman RM,The dendritic cell system
and its role in immunogenecity,Annu Rev Immunol 1991;9:271−96;Banchereau J,Paczesny
S,Blanco P et al,Dendritic cells:controllers of the immune system and a new promise
for immuno therapy,Ann NY acad Sci 2003;987:180−7)、FDCはB−細胞(または体液)免疫およびメモリを実現させる(Burton
G F,Conrad DH,Szakal AK,Tew JG,Follicular dendritic cells(FDC)and B cell co−stimulation,J.Immunol
1993;150:31;Qin D,Wu J,Caroll MC,Burton GF,Szaka KT,Tew JG,Evidence for an important
interaction between a complement−derived CD21 ligand on follicular dendritic cells
and CD21 on B cells in the interaction of IgG response,J Immunol 1988;161:4549)。
ここに記載した本発明の文脈において、職業的APCはヒト免疫不全ウイルス1(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)のような感染因子、および結核菌のような細胞内生存性細菌の貯蔵庫を提供できることを強調しなければならない(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46;Kaufmann SHE,Schaible UE,A dagerous liaison between
two major killers:Mycobactetium tuberculosis and HIV target dendritic cells through
DC−SIGN,J.Exp Med 2003;197:1−5)。加えて、感染後同様な潜在性貯蔵庫がメモリ、静止および/または老化Tリンパ球のような非APC内に確立できる(Voehringer
D,Blaser C,Brawant P,Raulet DH,Hanke T,Pircher H,Viral infections induce abundant
number of senscent CD8 T cells,J Immunol 2001;167:4838−43;Douek D C et al,HIV preferentially
infects HIV−specific CD4T cells,Nature 2002;417:95−8)。
定義のため種々の用語、すなわち貯蔵庫、サンクチュアリ、潜在性および休眠は、インタクトな感染因子が無限時間別々の解剖学的部位および細胞に貯えられることができる病理学的現象を記載するために文献で現在使用されている(例えば、Schrager
LK,D’Souza MP,Cellular and tomical reservoirs of HIV−1 in
patients receiving potent antiviral combination therapy,JAMA 1998;280:67−71;Savla
U,Reservoir:a dirty word in HIV,J Clin Invest 2004;113:146)。ここに記載した本発明に関し、用語サンクチアリ、潜在性、および老化は異なる文脈において使用されている事実のため、“ウイルス学的貯蔵庫は複製の相対的制限が存在する細胞タイプおよび組織である”とのNickleらの定義がここで使用される(Nickle
DC,Jensen MA,Shriner D,Brodie SJ,Frenkel LM,Mittler JE,Mullins JI,Evolutionary indicators
of human immunodeficiency virus type 1 reservoirs and compartments,J Virol 2003;77:5540−6)。用語貯蔵庫は、構造的にインタクトな感染因子が貯蔵される特異性細胞内コンパートメントに言及する時にも採用される。
HIV病および感染サンクチユアリが確立される他の感染病のための原因療法を考案し、創出するためには病原因子をその細胞貯蔵庫からなくすことが最終ゴールでなければならない。HIV−1の例で再び議論するように、細胞貯蔵庫の生成および永続が現行の高度に活性な抗ウイルス処置(HAART)での系からのHIVの完全排除を妨げている最重要な要因であることに広く一致している(Stebbing
J,Gazz and B,Douek DC,Where does HIV live ?,N Engl J Med 2004;350:1872−80)。このことはこれら貯蔵部位においてHIV−1のような感染因子は活溌に複製されないという事実のためである(Nickle
DC,Jensen MA,Shriner D,Brodie SJ,Frenkel LM,Mittler JE,Mullins JI,Evolutionary Indicators
of human immunodeficiency virus typ I reservoirs and compartments,J Virol 2003;77:5540−6)。
反対にHAARTは活溌なHIV−1複製を妨害するだけである。典型的には、HIVプロテーゼ阻害剤(PI)のほかに、HAARTプロトコールはヌクレオシド逆転写酵素阻害剤(NRTI)および/または非ヌクレオシド逆転写酵素阻害剤(NNRTI)を含んでいる。NRTIおよびNNRTIの両方は活性ウイルスゲノム転写のメカニズム特異的にブロックする(例えばEna
J,Amador C,Benito C,Fenoll V,Pasquau F,Risk and determinants of developing severe
liver toxicity during therapy with nevirapine and efavirenz−coutaining regimens
in HIV−ifected patients,Int J STD AIDS 2003;14:776−81)。このように設計により貯蔵庫に限られた非複製ビリオンはそのような処置によって影響を受けず、それ故系からHIVを決して除去しない。
正確に同じ結論は、細胞内貯蔵庫を確立し、そのための処置が活溌な複製の妨害のみに依存する他の感染因子にも当てはまる。例えばC型肝炎ウイルス(HCV)の場合がその通りであり、ここでは現行処置は免疫刺激剤としてインターフェロン−αの適用のほかに、リバビリンを採用する(McHutchison JG,Gordon SC,Schiff ER et al.Interferon
alfa−2b alone or in combintion with ribavirin as initial treatment for chronic hepatitis
C.Hepatitis International Therapy Group,N Engl J Med 1998;339:1485−92;Davis GL,Esteban−Mur
R,Rustigi V et al,Interferon alpha−2b alone or in combination with ribavirin for
the treatment of relaps of chronic hepatitis C.International Hepatitis International
Therapy Group,N Engl J Med 1998;339:1493−9)。
加えて、HIV病におけるHAARTの適用は種々の副作用を伴なう。例えば現行の処置は代謝的に有害に作用し(Lee GA,Seneviratne T,Noor
MA,Lo JC,Schwarz JM,Aweeka FT,Mulligan K,Schambelan M,Grufeld C,The metabolic effect
of lopinavir/ritonavir in HIV−negative men,AIDS 2004;18:641−9)、多分リポジストロフィー、すなわちHIV−関連脂肪再分布症候群によって最も顕著に例示される(Pond
CM,Paracrine relationship between adipose and lymphoid tissue:implication for the
mechanism of HIV−associated adipose redistribution syndrome,Trends Immunol 2003;24:13−8)。さらに最近HAARTにあるHIV感染患者はCAMP/PKAタイプI経路の薬物依存性内因性高活性化のためT細胞サイトカインネットワームが持続的に前活性化されることが明らかになった(Johansson
CC,Bryn T,Yndestad T,Eiken HG,Bjerkel V,Froland SS,Aukrust P,Tasken K,Cytokine networks
are pre−activated in T cells from HIV−infected patients on HAART and are under the
control of CAMP,AIDS 2004;18:171−9)。それ故プロウイルスDNAをかくまっているT細胞の活性化はHIV転写および伝播を同時に活性化するので、現行処置は病気のコースを悪化させ得る。
HIVの生産的複製はそのRNAゲノムの逆転写、宿主細胞2本鎖DNA中への取込み、および組込んだプロウイルス鋳型からの転写を必要とする。重要なのはHIVおよびHCVのようなRNAウイルスはそれらのプルーフリーディングメカニズムの不存在による頻繁な突然変異の結果として抵抗性株への発展により逆転写酵素阻害剤による処置をついに避ける(例えばMajor
ME,Rehermann B,Feinstone S,Hepatitis C Viruses,In:Knipe
DM,Howley PM,Griffin DE,Lamb RA,Martin MA,Roizman B,Straus SE(eds.),Fields Viology
4th Ed,Vol.1,Williams & Wilkins,Baltimore;2001:pp.1127−62)。このように逆転写前に構造的にインタクトなレトロビリオンを不活性化する適切な方法は薬物耐性株の発生を有意に減らすかまたは完全に防止することを約束する。これはウイルス保有細胞に貯えられている間にそのようなビリオンを不活性化する方法によって達成することができる(McDonald
D,Wu L,Bohks SM,Kewal Ramani VN,Unutmaz D,Hope TJ,Recruitment of HIV and its receptors
to dentritic cell−T cell junctions,Science 2003;300:1295−7,Epub 2003 May 01;Turville
SG,Santos JJ,Frank I,Cameron PU,Wilkinson J,Miranda−Saksena M,Dable J,Stossel H,Romani
N,Piatak M Jr,Lifson JD,Pope M,Cunningham AL,Immunodeficiency virus uptake,turnover,and
2−phase transfer in human dendritic cells,Blood 2004;103:2170−9;Epub 2003 Nov 20;Arrighi
JF,Pion M,Garcia E,Escola JM,van Kooyk Y,Geijtenbeek TB,Piguet V DC−SIGN−mediated
infectious synapse formation enhances X4 HIV−1 transmission from dendritic cells
to T cells,J Exp Med 2004;200:1279−88)。
A.解剖学的および細胞貯蔵庫
HIVについて例示的かつ特定的に議論したように、このウイルスは細胞および解剖学的貯蔵庫に感染形で保存されている。細胞貯蔵庫は主に、(i)濾胞樹状細胞;(ii)骨髄樹状細胞;(iii)マクロファージ;および(iv)T−メモリよりなる(Schrager
LK,D’Souga MP,Cellular and anatomical reservoirs of HIV−1
in patients receiving potent antiretroviral combination therapy,JAMA 1998;280:67−71;Burton
GF,Keele BF,Estes JD,Thacker TC,Gartner S,Follicular dendritic cell contributions
to HIV pathogenisis,Semin Immunol 2002;14:275−84;Gieseler RK,Marquitan G,Scolaro
MJ,Cohen MD,Lessons from history:dysfunctional APCs,inherent dangers of STT and
an important goal,as yet unmet,Trends Immunol 2003;24:11にレビューされている)。これらの細胞は優先的に別の解剖学的貯蔵庫に居住する。
解剖学的および細胞HIV貯蔵庫の実在を指摘した最初の知見は1980年代に報告された(Muller H,Falk S,Stutte HJ,Accessory
cells as primary target of human immunodeficiency virus HIV imfection,J Clin Pathol
1986;96:1161;Le Tourneau A,Audouin J,Diebold J,Marche C,Tricottet V,Reynes M,LAV−like
viral particles in lymph node germinal centers in patients with persistent lymphadenopathy
syndrome and the acquired immunodeficiency syndrome−related complex:an ultrrastructural
study 30 cases,Hum Pathol 1987;17:1047−52;Biberfeld P,Ont A,Porwit A,Sandstedt B,Pallesen
G,Bottiger B,Morfelt−Mansson L,Biberfeld G,Histopathology and immunohistology of
HTLV−III/LAV related lymphadenopathy and AIDS,Acta Pathol Microbiol Immunol Scand
1987;95:47−65;Gritti FM,Raise E,Gualandi G,Bonazzi L,Martuzzi M,Schiattone ML,Di
Pede B,Gallo R,Rivano MT,Taruscio D,et al,A clinical−immunological evaluation of
AIDS cases and related syndrome,J Exp Pathol 1987;3:723−36)。その後いくつかの器官および組織、およびその中に所在する別々の細胞タイプが貯蔵部位としてHIVに役立つことが知られるようになった。
1.解剖学的HIV貯蔵庫
胃腸管:大部分の患者においてHIV−1感染は胃腸管を介して起こる(Smith PD,Meng G,Salazar−Gonzalez JF,Shaw
GM,Macrophage HIV−1 infection and the gastrointestinal tract reservoir,J Leukoc
Biol 2003;74:642−9)。しかしながら今日既に膣ルートがアフリカおよびアジア大陸においてキー感染経路であるから、全体の数字は予見し得る将来において変り得る(Hu
Q,Frank I,Williams V,Santos JJ,Watts P,Griffin GE,Moore JP,Pope M,Shattock RJ,Blockade
of attachment and fusion receptors inbits HIV−1 infection of human cerevical tissue,J
Exp Med 2004;199:1065−75,Epub 2004 April 12) (もっと多くの情報は以下を見よ)。胃腸管においては、CCR5親和性である伝染したHIVは腸CCR5上皮細胞によって移送されることができる(Smith
PD,Meng G,Salazar−Gonzalz JF, Shaw GM,Macrophage HIV−1 infection and the gastrointestinal
tract reservoir,J Leukoc Biol 2003;74:642−9,Epub 2003 Aug 11)。血液、胃腸管、およびリンパ節を比較すると、胃腸管はHIVのすべての段階において最も多くの実質的CD4細胞、優先的にCCR5CD4細胞欠乏を解明する(Brenchley
JM,Shacker TW,Ruff LE,Price DA,Taylr JH,Beilman GJ,Nguyen PL,Khoruts A,Larson M,Haase
AT,Douek DC,CD4Tcell depletion during all stages of HIV disease occurs
preferentially in the gastrointestinal tract,J Exp Med 2004;200:749−59 Epub 2004
Sep 13)。特に腸粘膜において、CCR5およびCXCR+リンパ球は初期標的細胞であり、そしてHIV−1複製を助ける。実際すべての解剖学的部位のうち目立ったCD4細胞欠乏は腸粘膜固有層において感染直後最初に明瞭になる。しかしながら病気のその後のコースにおいて骨髄細胞が、血液単球の次々の発生が粘膜固有層マクロファージル分化にする粘膜へ補充されるにつれてHIV−1保有細胞として増々重要になる。実際これらの区域マクロファージは単核細胞の最大解剖学的プールへ属する。このように腸マクロファージのたった0.06%だけがビリオンをかまっているが、それらは主要なHIV貯蔵庫である(Smith
PD,Meng G,Salazar−Gonzalz JF,Shaw GM,Macrophage HIV−1 infection and the gastrointestinal
tract reservoir,J Leuco Biol 2003;74:624−9,Epub 2003 Aug 11)。それ故マクロファージは胃腸管中のHIV貯蔵庫の主要なタイプである。
リンパ系器官および組織:胃腸管に直接関連しそして種々の末梢組織において、リンパ系器官および組織(リンパ節のような)は他の主な解剖学的HIV貯蔵庫である(Racz
P,Tenner−Racz K,van Volten F,Schimidt H,Dietrch M,Glnckman JC,Letvin NL,Janossy
G,Lymphatic tissue changes in AIDS and other retrovirus infections:tools and insights,Lympholoy
1990;23:85−91;Wood GS,The immunohistogy of lymphnodes in HIV infection:a review,Prog
AIDS Pathol 1990;2:25−32;Marcoty C,Heinen E,Anotoine N,Tsunoda R,Simar LJ,Rapid
and selective isolation of follicular dendritic cells by low speed centrifugation
on discontinuous BSA gradients,Adv Exp Med Biol 1993;329:429−9;Rosenberg YJ,Kosco
MM,Lewis MG,Leon EC,Greenhouse JJ,Bieg KE,Eddy GA,Zack PM,Changes in follicular
dendritic cell and CD8 cell function in macague limphnodes following
infection with SIV251, ddv Exp Med Biol 1993;329:417−23;A Burton GF,Fuchs
BA,Szakal AK,Tew JG,Destruction of follicular dendritic cell in murine aquired immunodeficiency
syndrome,Adv Exp Med Biol 1993;329:411−6;Pantaleo G,Graziosi C,Demarest JF,Cohen
OJ,Vaccarezza M,Gantt K,Muro−Cacho C,Fauci AS,Rolo of Lymphoid organs in the pathogenisis
of human innunodeficiency virus(HIV)infection,Immunol Rev 1994;140:105−30;Cavert
W,Notermans DW,Staskus K,Wietgrefe SW,Zupancic M,Gebhard K,Hanry ZQ,Mills R,McDade
H,Schuwirth CM,Gondsmith J,Danner SA,Haase AT,Kenetics of response in lymphoid tissues
to antiretroviral therapy of HIV−1 infections,Sceince 1997;276−960−4;Soontornniyomskij
V,Wang G,Kapadina SB,Achim GL,Wiley CA,Confocal microscopy assessment of lymphoid
tissues with follicular hyperplasia from patients infected with human immunodeficiency
virus type1,Arch Patol Lab Med 1998;122:534−8;Haase AT,Population biology of HIV−1
infection:viral and CR4T cell demographics and dymamics in lymphatic
tissues,Annu Rev Immunol 1999;17:625−56)。定量的には濾胞樹状細胞はリンパ系器官および組織中の主要HIV貯蔵集団である。
中枢神経系:中枢神経系の感染により、HIVは種々の神経挙動および神経病理学的症状を引き起こす。その重篤な形においては、それらはHIV関連痴呆(HAD)と一般に呼ばれる。進んだ処理の利益を受けている人々においては、この症状はさほど重篤ではなく、軽度認知運動障害(MCMD)と名付けられる。今日脳内のHIV保有細胞はHIVまたはHCDMへ導く神経発生プロセスを仲介するものと考えられている(Gonzales−Scaranu
F,Martin−Garcia,The neuropathogenesis of AIDS,Nature Rev 2005;5:69−81)。証明し得るHIVビリオンの蓄積により、初期の観察はなお他のHIV貯蔵部位として脈絡脈叢を示唆した(Hanly
A,Petito CK,HLA−DR−positive dendritic cells of the normal choroid plexus:a potential
reservoir of HIV in the central nervous system,Ham Pathol 1998;29:88−93,Petito CK,Chen
H,Mastri AR,Torres−Munoz J,Roberts B,Wood C,HIV infection of choroid plexus in AIDS
and asymptomatic HIV−infected patients suggests that the choroid plexus may be a
resevoir of productive infection,J Neuroviol 1999;5:670−7)。しかしながら脳全体に散乱して小グリア細胞および星状細胞もHIVに感染する。可能性ある侵入因子をピンポイントしようと試みた時、Liuらは小グリア細胞がすべてT細胞感染に参加することが知られているCD4,CCR5およびCCR3を発現することを発表した。他方星状細胞はCD4(T細胞中のキーHIVレセプター)を発現せず、助因子CCR5およびCCR3のみを発現する。それにも拘らずその後マンノースレセプターを有する両方の細胞タイプは、星形細胞および小グリア細胞においてCD4−非依存性HIV−1感染のために必須であることを示すC−タイプレクチンを発現することがわかった。重要なことに、ウイルスと結合する時その後の細胞内感染は、エンドソームおよびリゾソーム親和性阻害剤によってそのプロセスをブロックすることができるのでHIVの細胞内移動に依存する(Liu
Y,Liu H,Kim BO,Gattone VH,Li J,Nath A,Blum J,He JJ,CD4−independent infection of
astrocytes by human immunodeficiency virus type−1:requirement for the human mannose
receptor,J Viol 2004;78:4120−33,Erratum in J Viol 2004;78:7288−9)。これらの発見は、マンノースレセプターC−タイプレクチンが星状細胞および小グリア細胞の両方による飲細胞運動を仲介する事実と符合する(Regnier−Vigouroux
A,The mannose receptor in the brain Int Rev Cytol 2003;226:321−41)。最後に脈絡膜叢中のHIVストローマ細胞の集団を明らかにした以前の研究の拡大において、その後Hanlyらは正常ヒト脈絡膜叢の樹状細胞集団をはじめて証明した。著者はまた、この部位においてこれら細胞は丁度HIVをかくまい、そして脈絡膜叢の細胞HIV貯蔵庫であることを示した(Hanly
A,Petito CK,HLA−DR−positive dendritic cells of the normal human choroid plexus:a
potential reservoir of HIV in the central nervous system,Hum Pathols 1998;29:88−93)。このようにヒト脳内のHIV保有細胞は骨髄単球オリジンであり、そしてC−タイプレクチンレセプターを発現する。胎盤、臍帯血、授乳乳房および子宮頸:重要なことに女性器官は妊娠中および潜在的に出産後ウイルスの母子伝染を可能とするさらなる解剖学的HIV貯蔵庫を特徴とする。胚芽/胎児に関してはHIV感染は胎盤の細胞フェノタイプ変化に影響することが知られていた(Goldstein
J,Braverman M,Salafia C,Buckley P,The phenotype of human placental macrophage and
its variation with gestational age,Am J Pathol 1988;133:648−59)。これら発見以前にマンノースレセプターはヒト胎盤中に同定され(Lennartz
MR,Cole FS,Shepherd VL,Wileman TE,Stahl PD,Isolation and characterization of a mannose−specific
endocytosis reseptor from human placenta,J Biol Chem 1987;262:9942−4),これはキャラクタリゼーション後炭水化物認識ドメインを明らかにした(Tayler
ME,Conary JT,Lennartz MR,Stahl PD,Drickamar K,Primary structure of the mannose receptor
contains multiple motifs resembling carbohydrate−recognition domains,J Biol Chem
1990;265:12156−62)。最終的にこのマンノースレセプターは効率的HIV結合に相関づけられた(Curtis BM,Scharnowske S,Watson
AJ,Sequence and expression of a membrane−associated C−type lectin that exhibits
CD4−independent binding of human immunodeficiency virus envelope glycoprotein gp
120,Proc Natl Sci USA 1992;89:8356−60)。その実際の細胞発現に関し、Soilleuxらはその後胎盤樹状細胞上にこのレセプターを同定した(Soilleux
EJ,Barten R,Trowsdale J,DC−SIGN;a related gene, DC−SIGNR;and CD23 from a cluster
on 19p13,J immunol 2000;165:2937−42)。さらに胎盤組織はhSRCLタイプIおよびIIのような他のC−タイプレクチンを発現すること(Nakamura
K,Funakoshi H,MIyamoto K,Tokunaga F,Nakamura T,Molecular cloning and functional
charactenzation of a human scavenger receptor with C−type lectin (SRCL),a novel
member of a scavenger receptor family,Biochem Biophys Res Commun 2001;280:1028−35)および胎盤血管内皮細胞に制限されるCL−P1を発現することが明らかになった(Ohtani
K,Suzuki Y,Eda S,Kawai T,Kase H,Sakai Y,Fukuoh A,Sakamoto T,Itabe H,Suzutani T,Ogasawara
M,Yoshida I,Wakamiya N,The membrane−type collectin CL−P1 is a scanvenger receptor
on vascular endothelial cells, J Biol Chem 2001;276:44222−8,Epub 2001 Sep 19)。最後にDC−SIGNは胎盤もに発現されることが発見され、そして特別の胎盤マクロファージ上にはじめて証明された(Soilleux
EJ,Morris LS,Leslie G,Chehimi J,Luo Q,Levroney E,Trowsdalo J,Montaner LJ,Domas RW,Weissman
D,Coleman N,Lee B,Constitutive and induced expression of DC−SIGNR on dendritic cell
and macrophage subpopulations in situ and in vivo,J Lenkoc Biol 2002;71:445−57)。なお重要なことに、Krammererらはその後妊娠関連脱落膜に制限された子宮未熟DC−SIGN樹脂集団を同定した。この細胞は高い増殖を示し、そして天然キラー細胞に物理的に密に関連しているとのケース(Krammerer
U,Uggert AO,Kapp M,McLellan AD,Geijtenbeek TB,Dietl J,van Kooyk Y,Kampgen E,Unique
appearance of proliferating antigen−presenting cells expressing DC−SIGN(CD209)in
the decidua of early human pregnancy,Am J Pathol 2003;162:887−96)は、それらはHIVの母子伝染において最も重要であることを示す。最後にHIVの妊娠関連のために重要な関心ある他の細胞はHIV感染樹状細胞へ発展し得る臍帯血単球であり(Folcik
RM,Merrill JD,Y,Guo CJ,Douglas SD,Starr SE,Ho W2,HIV−1 infection of placental cord
blood monocyte−derived dendritic clls,J Hematother Stem Cell Res 2001;10−609−20),それらの前駆体単球が既にHIV感染に感受性である背景を鑑みる時特にそうである(Weinberg
JB,Matthews TJ,Cullen BR,Malim MH,Productive human immunodeficiency virus type 1(HIV−1)infeetion
of nonproliferating human monocytes,J Exp Med 1991;174:1477−82;Zhu T,HIV−1 genotypes
in peripheral blood monocytes,J Lenkoc Biol 2000;68:338−44)。
対照的に産後のHIV母子伝染については現在あまり知られていない。尚Ichikawaらはインビトロへ母乳を曝露する時健康な末梢血単球はそれらは通常不可能なGM−CSF生産を開始することを発見した。さらに外因性IL−4のみを添加する時、これら細胞はCD1骨髄樹状細胞に分化した。最も興味を抱かせるのは、母乳から新鮮に単離されたマクロファージも自己刺激態様でGM−CSFを生産し、そして外因性IL−4単独の存在下T−細胞応答を効率的に刺激する樹状細胞に分化することが発見された(Ichikawa
M,Sugita M,Takahashi M,Satomi M,Takeshita T,Araki T,Takahashi H,Breast milk macrophages
spontaneously produce granulocyte−marofage colony−stimulating factor and differentiate
into dendritic cells in the presence of exogennous interleukin−4alone,Immunology
2003;108:189−95)。以下に詳しく記載するように、単球、マクロファージおよび骨髄樹状細胞はすべてHIV貯蔵庫の成分である。このため現在知られていないが、HIV感染授乳母親においてそれらから容易に誘導される母乳単球/マクロファージおよび骨髄樹状細胞はHIVをかくまうことができることを予想できる。もし検証されれば、これは母乳を介してウイルスの垂直母子伝染のリスクを間違いなく増加させるであろう。この場合、そして単球、マクロファージおよび骨髄樹状細胞はC−タイプレクチンを発現する事実により、母乳は幼児内のウイルスキメラ貯蔵庫として沈着する可能性ある運動HIV貯蔵庫を保持することを予知するであろう。そのようなシナリオはヒト子宮頸管粘膜で得られる結果によって支持される。HIV−1侵入阻害剤が女性頸管(アフリカおよびアジアにおいてHIV伝染の最重要ルート)内の細胞のHIV感染およびそれからの伝播の防止の能力について評価された時、CD4単独またはCCR5とCXCR4の両方のブロックは局在化した粘膜感染を阻害したことが示された。しかしながら移動性細胞によるHIV取込みおよび全身伝播はCD4およびC−タイプレクチンレセプター(CD−SIGNを含む)が同じにブロックされた時にのみ阻害された。そのような移動性細胞は二つの主なサブセット(CD3HLA−DRおよびCD3HLA−DR)よりなり、HLA−DRがHIV伝播の90%を占め、そしてDC−SIGNを最も多く発現した(Hu
Q,Frank I,Williams V,Santos JI,WAtts P,Griffin GE,Morre JP,Pope M,Shattock RJ,Blockade
of attachment and fusion receptors inhibits HIV−1 infection of human cerevical tissue,J
Exp Med 2004;199:1065−75,Epub 2004 Apr 12)。それ故骨髄単球低下剤は妊娠関連胎盤脱落膜、頸管粘膜組織、および最も多分授乳乳房における主要HIV貯蔵庫であるように見える。妊娠および看護においてそのような細胞は子供のT細胞へHIVを直接移すことができ、そして新生児内に沈着する可能性を有する運動性細胞HIV貯蔵庫として行動することができる。
2.細胞HIV貯蔵庫
濾胞樹状細胞(FDC):上で述べた部位に見出される実際の細胞HIV貯蔵庫に関し、FDCは長時間HIVを保持することが知られた細胞の最も豊富なタイプである。この事実のため、HIVの潜伏(そのときなおHTLV−III/LAVと呼ばれる)はKlara
Tenner−Raczらにより1986年にはじめてFDC中に同定された。実際この発見はHIV病における明らかに重要な細胞内ウイルス貯蔵庫の最初の示唆へ導いた(Tenner−Racz
K,Racz P,Bofill M,Schulz−Meyer A, Dietrich M,Kern P,Weber J,Pinching AJ,Veronese−Dimarzo
F,Povic M,et al,HILV−III/LAV viral antigens in lymph nodes of homosexual men with
persistent generalized lymphedenopathy and AIDS,Am J Patlol 1986;123:9−15)。1991および1992年に、Stein
Spiegelらはその後、FDCは主な貯蔵集団であることを証明し、これら細胞は膜捕捉免疫コンプレックス内にHIVを保有することを示し、そしてその局面の大部分において現在の理解となお一致するHIV病の病理学の理論的解釈を提供した(Stein
H,Spiegel H,Niedobitek G,Foss HD,Lymphoid tissues and AIDS:role of Lymphocytes and
follicular dendritic cells(FDC),Verh Dtsch Ges Pathol 1991;75:4−19;Spiegel H,Herbst
H,Niedobite KG,Foss HD,Stein H,Follicular dendritic cells are major reservor for
human immunodeficiency virus type 1 in lymphoid tissues facilitating infection of
CD4 T−helper cells, Am J Pathol 1992;140:15−22)。続く年においてHIVとネコ免疫不全ウイルス(FIV)で感染した動物モデルの両方を含めることによってこのタイプの保有細胞の病原妥当性についてもっと多くの洞察が得られる(Embretson
J,Zupancic M,Ribas JL,Burke A,Racz P,Tenner−Racz K,Haase AT,Massive covert infection
of helper T lymphocytes and macrophages by HIV during the incubation period of AIDS,Nature
1993;362:359−62;Tenner−Racz K,von stemm AM,Guhlk B,Schmitz J,Racz P,Are follicular
dendritic cells,macrophages and interdigitating cells of the lymphoid tissne productively
imfected by HIV?,Res Virol 1994;145:177−82;Hurtrel B,Chakrabarti L,Hurtrel M,Bach
JM,Ganiere JP,Montagnier L,Early events in lymph nodes during infection with SIV
and FIV,Res Virol 1994;145:221−7;Schuurman HJ,Joling P,van den Tweel JG,Goudsmit
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1−a crucial target cell and virus reservoir,Curr Top Microbiol Immunol 1995;201:161−88;Cohen
OJ,Pantaleo G,Schwartzentruber DJ,Graziosi C,Vaccarezza M,Fauci AS,Pathogenic insights
from studies of lymbhoid tissue from HIV−infected individuals,J Acqir Immune Defic
Syndro Hum Retrovirol 1995;10(Suppl 1):S6−S14;Sprenger R,Toellner KM,Schmetz C,Luke
W,Stahl−Hennig C,Ernst M,Hunsmann G,Schnitz H,Fled HD,Gerdes J et al,Follicular
dendritic cells productively infected with immunodeficiency viruses transmit infection
to T cells,Med Microbiol Immunol 1995;184:129−34;Burton GF,Masuda A,Heath SL,Smith
BA,Tew JG,Szakal AK,follicular dendritic cells(FDC)in retroviral infection:host/pathogen
perspectives,Immunol Rev 1997;156:185−97;Smith BS,Gartner S,Liu Y,Perelson AS,Stilianakis
NI,Keele BF,Ferkering TM,Ferreira−Gonzalez A,Szakal AK,Tew JG,Burton GF,Persistence
of infections HIV on follicular dendritic cells,J Immunol 2001;166:690−6)。重要なことにTachettiらはリンパ節の胚中心に特異的に存在するFDCはそれらの外側膜突起中にHIVを保有するばかりでなく、細胞質内コンパートメントに感染性ビリオンをかくまっていることを明らかにした(Tacchetti
C,Favre A,Moresco L,Meszaros P,Luzzi P,Truini M,Rizzo F,Grossi CE,Ciccone E(1977),HIV
is trapped and masked in cytoplasm of lymphnode follicular cells,Am J Pathol 150:533−42)。1999年HlavacekらはHIVのこの貯蔵庫集団からの移動についての最初のインシリコモデルを提示した(Hlavacek
WS,Wofsry C,Perelson AS(1999),Dissociation of HIV−1 from follicular dendritic cells
during HAART:mathematical and lysis,proc.Nat1 Acad Sci USA96:14681−6)。
他の抗原および感染因子全体の場合のように、FDCは多くの月の間HIVを捕捉しそして捕捉したHIVを機能的に貯蔵する。リンパ節においてHIV−1
RNAの約90%が感染後早くも数日から病気の遅い段階においてFDCネットワークが潰れるまでFDCネットワーク内に局在化される。インビボではどの時点においても100個ほどの少ないHIVをかくまっているFDCがHIVを他の細胞へ伝染させるのに充分である(Smith
BA,Gartner S,Liu Y,Perelson AS,Stilianakis NI,Keele BF,Kerkering TM, Ferreira−Gonzalez
A,Szakal AK,Tew JE,Burton GF,Persistence of infections HIV on follicular dendric
cells,J immunol 2001;160:690−6)。以前にはFDC表面結合HIV/抗体免疫複合体が感染性であると信じられていたが、その後HIVはCD54(ICAM−1)および/またはCDIIa(LFA−1)へ付着した非複合体形でFDCからTh細胞へ実際に移送されることへと変った(Fujiwara
M,Tsunoda R,Shigeta S,Yokota T,Baba M,Human follicular dedritic cells remain uninfected
and capture human immunodeficiency virus type 1 through CD54−CDlla interaction ,J
virol 1999;73:3603−7)。重要なことに、高度に活性な抗レトロウイルス処置(HAART)においてさえも、ゆっくり複製されるウイルスがFDC貯蔵庫を補給し得る(Smith
BA,Gartner S,Liu Y,Perelson AS,Stilianakis NI,Keele BF,Kerkering TM, Ferreira−Gonzalez
A,Szakal AK,Tew JG,Burton GF,Persistence of infections HIV on follicular dendritic
cells,J Immnol 2001;166:690−6)。しかしながらサルにおけるこの知見はリンパ節胚中心内でFDCはC−タイプレクチンDC−SIGNを発現するというものである(Schmetz
AJ,Alvarez X,Lackner AA,Distribution and immunophenotype of DC−SIGN発現 cells in SIV−infected
and uninfected macaques,AIDS Res Hum Retroviruses 2002;18:1021−9)ことが最近確認され、そしてヒトFDCがDC−SIGNおよびその系統学的親類の一つであるL−SIGNを発現することにおいてヒトへ拡大された(Taruishi
M,Terashima K,Dewan Z,Yamamoto N,Ikeda S,Kobayashi D,Eishi Y,Yamazaki M,Furusaka
T,Sugimoto M,Ishii M,Kitamura N,Kitamura N,Role of follicnlar dendritic cells in
the early HIV−1 infection:in vitro model without specific antibody,Microbiol Immunol
2004;48:693−702)。それ故、HIVはC−タイプレクチンレセプターを有する表面へ再導入される前にそのような細胞内に長時間保持されるから、FDCは重要なHIV貯蔵集団である。本発明はここにC−タイプレクチンレセプターを介する標的FDCの細胞内ウイルス貯蔵庫を記載する。
骨髄樹状細胞(mDC):一次T細胞仲介抗原特異性免疫の排他的刺激剤としてのそれらの役割(すなわち精巧な免疫性のホールマーク)のため、mDCは天然のアジュバントの名を与えられていた(Steinman
RM,The devdritic cell system and its role in immunogenecity,Annu Rev Immunol 1991;9:271−96;Banchereau
J,Paczesny S,Blanco P et al,Dendritic cells:controller of the immune system and
a new promise for immunotherapy,Ann NY Acad Sci 2003;987:180−7)。その状態でそしてHIVの最も自明な標的としてのT細胞と共に、これら細胞はHIV病の病原形成において重要なプレーヤーであり得ることに強いつつある。しかしながら用語mDCは重複しそして独自の特徴を発現する多数の全身的、局所的および区域的細胞タイプを含む細胞クラスを意味する。mDCの主なサブ集団は以下のように分類することができる。
(i)固形末梢非リンパ系器官のMDC
(ii)固形リンパ系器官および組織のMDC
(iii)循環血液MDC
(iv)輸入リンパのベールされている細胞
(v)脳脊髄液のMDC
(Peters JH,Giesler R,Thiele B,Steinbach F,Dendritic cells;from ontogenetic
to myelomonocytic descendans,Immunol Today 1996;17:273−8;Pashenkor M,Huang YM,Kostulas
V,Haglund M,Soderstrom M,Link H,Two subsets of dendritic cells are present in human
cerebrospinal fluid,Brain 2001;124:480−92)。しかしながらこの5種類の主なグループの各自は種々のサブセットを含んでいる(Austyn
JM,Antigen−presenting cells.Experimental and clinical studies on dendritic cells,Am
J Resp Crit Care Med 2000;162−S146−50)。ラフな推計は数データのmDCフェノタイプが生理的に実在し得ることである。さらにそれらの寿命の一段階においてmCDは与えられた組織を離れ、体全体に広く移動し、そして新しい解剖学的部位に宿ることが知られている(F
Steinbach,R Giesler,A Soruri,B Krause & JH Peters,Myolod DCs deduced from monocytes:in−vitro
and in−vivo data support a monocytic origin of DCs,Adv Exp Med Biol 1997;417:27−32)。なお健康人に観察された移動パターンは病気において目だって変化する(Austyn
JM,Antigen−presenting cells.Experimental and clinical studies on dendritic cells,Am
J Resp Crit Care Med 162:S146−50)。これらの理由のため、mDCはHIV病において特異的な役目をピンポイントするための全くわかりにくい主題である。さらにそれらのサブセットの過多のため、mDCの一または数タイプについて得た結果が細胞クラス全体についての結論の引出しを許容できるかどうかは高度に疑問である。
それにもかかわらず、mDCがアクセサリ細胞と呼ばれていた時、MulolerらはHIVは実際にmDCを標的とし感染させることを始めて証明した(Muller
H,Falk S,Stutle HJ,Accessory cells as primary target of human immunodeficiency virus
HIV infection,J Clin Pathol 1986;39:1161)。この発見にそのような細胞の異なるタイプを包含する種々のインビトロおよびインビボ研究が続き、mDC関連病原局面の多種類に脚光をあびせた(Knight
SC,Macatonia SE,Dendritic cells and viruses,Immunol Lett 1989;19:177−81;Rappersberger
K,Gartner S,Schenk P,Stingl G,Groh V,Tschanchler E,Mann DL,Wolff K,Konrad K,Popovic
M,Langerhans’cell are an actual site of HIV−1 replication,Intervirology
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culture,Proc Natl Acad Sci USA 1991;88:7998−8002;Kalter DC,Gendelman HE,Meltzer
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replication in Langerhans cells may clarify the HIV−1 genome detection by PCR in
epidermis of seropositive patients,J Invest Dermatol 1992;99:99S−102S;Chehimi J,Prakash
K,Shanmugan V,Collman R,Jackson SJ,Bandyopadhyan S,Starr SE,CD4−independent infection
of human peripheral blood dendsitic cells with isolates of human immunodeficiency
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and HIV−1 infection,Pathol Biol(Paris)1995;43:889−96;Dezutter−Dambuyant C,Charbonnier
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1999;34:399−404)。
これらの早い年のコースにおいて、HIV RNAとプロウイルスDNAの両方がmDC中に検出できることが明らかになった(Giannetti A,Zambruno
G,Cimarelli M,Marconi A,Negroni M,Girolomoni G,Bertazzoni U,Direct detection of
HIV−1 RNA in epidermal Langerhans cells of HIV−infected patients,J.Acqir Immune
Defic Syndr 1993;6:329−33;Patterson S,Roberts MS,English NR,Macatonia SE,Gompels
MN,Pinching AJ,Knight SC,Detection of HIV DNA in peripheral blood dendritic cells
of HIV−infected individuals,Res Virol 1994;145:171−6)。しかしながらHIV保有細胞としてのmDCの役目に関する現在の理解へ導く肝心の発見はRossiらがそのような細胞はC−タイプレクチンを発現することを特定できた研究へ遡る(Rossi
G,Heveker N,Fhiele B,Gelderblom H,Steinbach F,Devolopment of a Langerhans cell phenotype
from peripheral blood monocytes,Immunol Lett 1992;31:189−97)。8年後Teunis Geijtenbeek,Yvette
van Kooykらはこの分子構造を特徴化し、樹状細胞特異性細胞内接着分子(ICAM)−3−グラビングノンインデクリン(DC−SIGN;CD209)と名付け(Geijtenbeek
TB,Trensma R,van Vliet SJ,van Duijnhoven GC,Adema GJ,van Kooyk Y,Figdor CG,Identification
of DC−SIGNR,a novel dendritic cell−specific ICAM−3 receptor that supports primary
immune responses,Cell 2000;100:575−85)、そしてHIVのmDC−T−細胞移行におけるDC−SIGNの役目を証明した(Geijtenbeek
TB,Kwon DS,Torensma R,van V1iet SJ,van Duijnhoven GC,Middel J,Comelissen IL,Nottet
HS,Kewal Ramani VN,Littman DR,Figdor CG,van Kooyk Y,DC−SIGN,a dendritic cell−specific
HIV−1−binding protein that enhances trans−infection of T cells,Cell 2000;100:587−97)。mDCの必須の役割を知ってこの発見はC−タイプレクチンに多数の感染病研究者をもっと密接に着目させた。その間DC−SIGNは未熟mDCすなわちT−細胞指令のために成熟するリンパ系部位へ移住する前に末梢非リンパ系組織に住む樹状細胞によって最も高度に発現されることへ転じた(Soilleux
EJ,Morris LS,Leslie G,Chehimi J,Luo Q,Levroney E,Trowsdale J,Montaner LJ,Doms RW,Weissman
D,Coleman N,Lee B,Constitutive and induced expression of DC−SIGN on dendritic cell
and macrophage subpopulation in situ and in vitro,J Leukoc Biol 2002;71:445−57)。感染の場合、それ故すべての末梢器官は因子を固定化、内部化および消化するためのメカニズムですぐれて供給されるmDC段階を特徴とする。しかしながら貯蔵庫生成はそのような因子(例えばHIV)細胞内分解する能力を失わせることができず、そしてそのため高度に感染性の形のままである時に起こる。C−タイプレクチンは一般にこのプロセスにおいて決定的役目を果たし、それによりそのようなレセプターを発現する細胞中にエンドソーム/細胞内病原(例えばHIV)の貯蔵庫の確立を許容する(Giesler
RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific
liposomal targeting and selective intracellular compound delivery to human myeloid
dendritic cells:implications for HIV disease,Scand J Immunol 2004;59:415−24;およびその中の参考文献)。要するに感染因子はそのホスト細胞をどんな免疫学的アタックからもかくされる“トロイの馬”に似た貯蔵庫中へ転ずる。
mDCのうち、貯蔵庫生成(病原体保有)は定量的に(しかし専らではないが)皮膚mDCにおいて起こる(Simonitch I,Geusau A,Chott
A,Jurecka W,Cutaneous dendrite cells are main targets in acute HIV−1−infection,Mod
Pathol 2000;13:1232−7;Turvill SG,Cameron PU,Handley A,Lin G,Pohlmann S,Doms RW,Cunningham
AL,Diversty of receptors binding HIV on dendritic cell subsets,Nat Immunol 2002;3:975−83)。しかしながら問題はそのような末梢mDCがリンパ系器官へ移住するときに拡大する。ここでは“トロイ”HIV−搭載mDCが正しくT細胞の多数の中へ到達する。一旦成熟すると、mDCはそのような細胞とタイトな免疫学的シナプスを確立し、そのためmDCのCTLレセプターはシストランスファーおよびイントランス(またはトランス)感染として知られるプロセスによってHIVをT細胞へ最も容易に渡すことができる(Turville
S,Wilkinson J,Cameron P,Cunningham AL,The role of dendritic cell C−type lectin receptors
in HIV pathogenisis,J Leukoc Biol 2003;37:710−8,Epub 2003 Sep 02において評論)Geijtenbeek,van
Kooykらは最近DC−SIGNがmDCからT細胞へ感染的に渡すことの直接の証明を提供した(Arrighi JF,Pion M,Wiznerowicz M,Geijtenbeek
TB,Garcia E,Abrahams S,Leuba F,Dutoit V,Ducrey−Rundquist O,van Kooyk Y,Trono D,Piguet
V,Lentivirus−mediated RNA interference of DC−SIGN expression inbits human immunodeficiency
virus transmission from dendritic cells to T cells,J.Virol 2004;78:10848−55)。しかしながら他のCTLレセプター、すなわちランゲリン(CD207;未熟上皮および粘膜ランゲルハンスタイプmDCによって専ら発現される)では、マンノースレセプター(MR,CD206:皮膚mDCによって目立って発現される)、および多分DEC−205(CD205)は少なくとも等しく重要である(Turville
SG,Cameron PU,Handley A,Lin G,Pohlmann S,Doms RW,Cunningham AL,Diversity of receptor
binding HIV on dendritic cell subsets,Nat Immunol 2002;3:975−83;van Kooyk Y,Geijtenbeek
TB,DC−SIGN:escape mechanism for pathogens,Nat Immunol 2003;3:697−709)。2001年に他のmDC−発現C−タイプレクチン、DLECが特徴化された(Arce
I,Roda−Navarro P,Montoya MC,Hernanz−Falcon P,Puig−Kroger A,Fernandez−Ruiz E,Molecular
and genomic characterization of human DLEC,a novel member of the C−type lectin receptor
gene family preferentially expressed on monocyte−derived dendritic cells,Eur Immunol
2001;31:2733−40)。その貯蔵庫生成における可能性ある役目は未だ検討されていないが、しかしこれまで調べられたすべての他のCTLレセプターについて検証されたことと似ているらしい。最後にHIVをT細胞へ移送する時、ウイルス複製はmDC自体中での受け渡しの間に早く開始され得る(Granelli−Piperno
A,Finkel V,Delgado E,Steinman RM,Virus replication begins in dendritic cells during
the transmission of HIV−1 from mature dendritic cells to T cells,Curr Biol 1999:14:21−9)。
最も危険なそして有毒なタイプHIV貯蔵細胞として根付かせるためのmDCのいくつかの決定的ファクターが存在する。第1にこれらの細胞はサブセットに依存して数日から1日以上の間の範囲にわたる高い回転率を有する(Ruedl
C,Koebel P,Backmann M,Hess M,Karjalainen K,Anatomical origin of dendritic cells
determines their life span in peripheral lymph nodes,J Immunol 2000;165:4910−6;Kamath
AT,Pooley J,O’Keeffe MA,Vremec D,Zhan Y,Lew AM,D’Amico A,Wu L,Tough DF,Shortman K,The development,maturation,and
turnover rate of mouse spleen dendritic cell populations,J Immunol 2000; 165:6762−70;Kamath
AT,Henris,Battye F,Tough DF,Shortman K,Development kinetics and lifespan of dendritic
cells in mouse lyphoid organs,Blood 2002;100:1734−41)。このことはmDCの比較的頻繁なそして重複する新発生が逐次HIVによって感染されることができ、細胞内貯蔵庫を生成し、そして低い率で補充され、何年も持続し、そして比較してウイルスの比較的低い量だけを取り込むタイプの貯蔵細胞よりももっと多量のウイルスを移送することを意味する。第2に、一旦成熟するとmDCはリンパ系器官の副皮質区域に特異的に居住し、そこでT細胞応答を刺激するためTリンパ球と極めて高い周波数において物理的にタイトに相互作用する(Steinman
RM,The dendritic cell system and its role in immunogenecity, Annu Rev Immunol 1991;9:271−96;Bancherean
J,Paczesny S,Blanco P et al,Dendritic cells:controllers of The immune system and
a new promise for immunotherapy,Ann NY Acad Sci 2003;987:180−7)。機能的必要性のうち、全身T細胞の約99%がこのように全く同じサブ組織学的部位に居住する。興味あることにHIV感染T細胞の約99%もこれら部位に見出される(Snedecor
SJ,Comparison of three kinetic models of HIV−1 infection:implications of optimization
of treatment,J Theor Biol 2003;221:519−41)。
エンドソーム中へのHIVの内部化は未熟および成熟mDCの両方において潜在的に異なる結果をもっているけれども委託されたステップである。
(i)mDC発達の両方の段階において、エンドソームはそこからウイルスが二次的T−細胞感染部位としてmDC−T−細胞へ指向される出発点である(McDonald
D,Wu L,Bohks SM,Kewal Ramani VN,Unutmaz D,Hope TJ,Recruitment of HIV and its receptors
to dendritic cell−T cell junctions,Science 2003;300:1295−7,Epub 2003 May 01;Turvill
SG,Santos JJ,Frank I,Cameron PU, Wilkinson J,Miranda−Saksena M,Dable J,Stossel H,Romani
N,Piatak N Jr,Lifson JD,Pope M,Cunningham Al,Immunodeficiency virus uptake,turnover,and
2−phase transfer in human dendritic cells,Blood 2004;103:2170−9,Epub 2003 Nov 20)。
(ii)しかしながら樹脂細胞をその未熟段階で感染させる時、HIVはそのような細胞をそのプロウイルスDNAを統合するように強制し得る。成熟した時mDCは次にビリオンを新たに生産することをスタートし得る(Turville
SG,Santos JJ,Frank I,Camereon PU,Willkinson J,Miranda−Saksena M,Dable J,Stossel
H,Romani N,Piatk M Jr,Lifson JD,Pope M,Cunningham AL,Immunodeficiency virus uptake,turnover,and
2−phase transfer in human dendritic cells,Blood 2004;103:2170−9,Epub 2003 Nov 20)。
ここに記載された本発明は、HIVの細胞内回転扉としてエンドソームコンパートメントの治療的ターゲティングにより両方のプロセスを防止する。本発明はまた、すべてのフェノタイプ多様性を橋かけする公分母としてmDCが豊富にC−タイプレクチンレセプターをディスプレーする時に同調してターゲットする。
マクロファージ:マクロファージは、それらの食作用能力、サイトカインを生産し、そしてT細胞による二次抗原特異性免疫応答を刺激するために抗原を処理/提供する故に適応および特異性免応答において重要である(North
RJ,The relative importance of blood monocytes and fixed macrophages to the expression
of cell−mediated immunity to infection,J Exp Med 1970;132:521−30;Bancroft GJ,Schreiber
RD,Unanue ER,Natural immunity:a T−cell−independent Pathway of macrophage activation,defined
in the scid mouse,Immuno1 Rev 1991;124:5−24)。ヒト免疫系の主な細胞集団として、マクロファージはHIVによって標的とされ、ウイルス貯蔵庫として利用される(Wahl
SM,Orenstein JM,Smith PD,Macrophage functions in HIV−1 infection,1996:New York,Plenum)。重要なことにマクロファージは、これら細胞中で最初に特徴化され、そして元々“マクロファージマンノースレセプター”と呼ばれたマンノースレセプターC−タイプを豊富に発現する(Barratt
G,Tenu JP,Yapo A,Petit JF,Preparation and characterization of lipsomes containing
mannosylated phospholipids capable of targetting drugs to microphage,Biochim biophys
Acta 1986:862:153−64)。小膠のような区域的に限られたマクロファージ(Takahashi K,Development and differentiation
of maropharge and related cells:histrorical review and current concepts,J Clin Exp
Hematopathol 2001;41:1−33)もこのレセプターを発現する(Lin Y,Liult,Kim BO,Gattone VH,Li J,Nath
A,Blum J,HeJJ,CD−4 Imdependent infection of astrocytes by human immunodeficiency
virus typ 1:requirement for the human mannose receptor,J Virol 2004;78:4120−33,Erratum
in J Virol 2004;78:7288−9)。マンノースレセプターへの結合はDS−SIGN陰性マクロファージとのHIVの初期会合の60%を数え、これはHIVのT細胞への受け渡しによって検討されている。T細胞への直接のHIV受け渡しは急速なHIVのマンノースレセプター仲介内部化のため約24時間まで生起し、このためウイルスを細胞内感染性貯蔵庫へシフトする(Nguyen
DG,Hildreth JE,Involvement of macrophage mannose receptor in the binding and transmission
of HIV by macrophages,Eur J Immunol 2003;33:483−93)。特に二次的T細胞刺激におけるマクロファージの決定的関与はそれらをビリオンのT細胞への受け渡しのための危険な貯蔵集団にする。興味あることに、他のC−タイプレクチンであるDC−SIGN(これは骨髄樹状細胞において目立った受け渡し因子である。上を見よ)の発現もサイトカインの存在下マクロファージ中に誘発し得る。骨髄樹状細胞中と同様に、DC−SIGNは追加のビリオンへ結合し、それらをT細胞へ渡すことができる(Chehimi
J,Luo Q,Azzoni L,Shawver L,Ngoubilly N,June R,Jerandi G,Farabough M,Montaner LJ,HIV−1
transmission and cytokine−induced expression of DC−SIGN in human monocyte−derived
macrophages,J Leukoc Biol 2003;74:757−63,Epub 2003 Aug 21)。マクロファージにおいては、DC−SIGNのための貯蔵庫生成役割は未だ検討されていないが、しかし典型的にはC−タイプレクチンのための分子の細胞内部化サイクルのためのであるらしく、そして他の細胞において証明されている。区域サブセットに応じてマクロファージに数ヶ月から数年の寿命を有する(Takahashi
K,Development and differentiation of macrophages and related cells:histrical and
current concepts,J Exp Hematopathol 2004;41:1−33)。HIV−感染マクロファージはアポトーシスを受けることができることが知られているが、そのような期間はマクロファージに限定されたHIV貯蔵庫の一部について予見することができ(Wang
X,Lewis DE,CD86 expression correlates with amounts of HIV produced by macrophages
in vitro,J Leukoc Biol 2001;69:405−13)、そしてこのためもっと早く時期に死滅するであろう。ここに記載された本発明は、そのような細胞は本質的にそして能力的にC−タイプレクチンを発現するからこのセルクラスを同様に標的とする。
プラズマサイトイド樹状細胞(pCD):ヒトにおいてpCD(a.k.a.プラズマサイトイド単球;プラズマサイコイドT細胞)は天然のタイプ−Iインターフェロン(IFN−α/β)生産細胞として行動し、そして重要な第1線抗ウイルスレスポンダーである(Bjorck
P,Isolation and characterization of plasmacytoid dendritic cells from Flt3 ligand
and granulocytes−macrophage colony−stimulating factor−treated mice,Blood 2001;98:3520−6)。それらは脳脊髄液を含んでいるけれどもすべての組織における小集団を代表し、しかしなお個体発生的に争われている(Banchereau
J,Pulndran B,Steinman R,Palucka K,Will the making of plasmacytoid dendritic cells
in vitro help unravel their mysteries?,J Exp Med 2000;192:F39−44;Pachenkov M,Huang
YM,Kostulas V,Haglund M,Soderstrom M,Link H,Two subsets of dendritic cells are present
in human cerebrospinal fluid,Brain 2001;124:480−92)。分化したpDC中のC−タイプレクチンの最初の研究はDC−SIGNでなく血液樹状細胞抗原−2(BDCA−2)を発現することを示した(Dzionek
A,Sohma Y,Nagafune J,Cella M,Colonna M,Facchetti F,Gunther G,Johnston I,Lanzavecchia
A,Nagasawa T,Okada T,Vermi W,Winkel G,Yamamoto T,Zysk M,Yamaguchi Y,Schmitz J,BDCA−2,a
novel plasmacytoid dendritic cell−specific type II C−type
lectin,mediates antigen capture and in a potent inbitor of interfer on α/β induction,J Exp Med 2001;194:1823−34;Patterson
S,Rae A,Hockey N,Gilmour J,Gotch F,Plasmacytoid dendritic cells are highly susceptible
to human immunodeficiency virus type1 infection and release infectious virus,J Virol
2001;75:6710−3)。しかしながら胎児および成人の両方において、pDC2と名付けられた血液起源pDC前駆体の小さいサブセットはBDCA−SIGN二重陽性である(Soilleaux
EJ,Morris LS,Leslie G,Chehimi J,Luo Q,Levroney E,Trowsdale J,Montaner LJ,Doms RW,Weissman
D,Coleman N,Lee B,Constitutive and induced expression of DC−SIGN on dendritic cell
and macrophage subpopulations in situ and in vitro,J Leukoc Biol 2002;71:445−57)。
HIV感染時、pDCとそれらの前駆体の両方は機能的欠損へ発展する(Foussat A,Bouchet−Delbos L,Berrebi D,Durand−Gasselin
I,Coulomb−L’Hermine A,Krzysiek R,Galanaud P,Levy Y,Emilies
D,Deregelation of the expession of the fracaline/fractalkine receptor complex in
HIV−1−infected patients,Blood 2001,98:1678−86;Felman S,Stein D,Amrute S,Denny T,Garcia
Z,Kloser P,Sun Y,Megjugorac N,Fitzgerald−Bocarsly P,Decreased interferon−alpha production
in HIV−infected Patients correlates with numerical and functional deficiencies in
circulating type 2 dendritic cell precursors,Clin Immunol 2001;101:201−10)。しかしHIV感染後まもなく両方のサブセットの数の急速な減少が他の細胞変化に実際に先行する(Donaghy
H,Pozniak A,Gazzard B,Qazi N,Gilmour J,Gotch F,Patterson S,Loss of blood CD 11cmyeloid
and CD11cplasmacytoid dendritic cells in patients with HIV−1 infection
correlutes with HIV−1 RNA virus load,Blood 2001;98:2574−6;Chemimi J,Campbell DE,Azzoni
L,Bacheller D,Papasavvas E,Jerandi G,Mounzer J,Trinchieri G,Montaner LJ,Persistent
decrease in blood plamacytoid denritic cell number function despite effective highly
active antiretroviral therapy and increased blood myeloid dendritic cells in HIV−infected
individuals,Immunol 2002;168:4796−80)。それ故PDCはHIV感染に対し感受性である。それらのCTLレセプターの可能性ある役目について未だデータはないが、BDCA−2およびDC−SIGNはウイルス結合および取込みに関与しているらしい。pDCは明らかに知られた病原体保有細胞の中にあげられていないが、これはpDCをHIV保有細胞へ変えるかも知れない。ここに開示した本発明はCTLレセプターを介してpDCを首尾よく標的とし得る。加えてそのような発明はこの抗ウイルスタイプ細胞に重大に有害なウイルスを妨害するために有益であることを証明し得る。
T−メモリおよび天然キラー細胞:最も心配なHIV貯蔵庫は集積したプロウイルスHIV DNAを担持している潜在感染休眠CD4T−メモリ細胞からなる(Pierson
T,McArther J,Siliciano RF,Reservoirs for HIV−1:mechanisms for viral persistence
in the presence of antiviral immune responses and antiretroviral therapy,Annu Rev
Immunol 2000;18:665−708)。再び活性化される時、そのような細胞は再びウイルスを生産し始めることができ、それにより多数の保管された株変種を放出し、このため治療抵抗性のリスクを増加させる(Ciliciano
JD,Siliciano RF,A long−term latent reservoir for HIV−1:discovery and clinical implications,J
Antimicrob Chemother 2004;54:6−9,Epub 2004 May 26)。Piersonらは、T−メモリ貯蔵庫の44月の極めて長い半減期において、そして現行の処置プロトコールに基づいて、その根絶は処置が60年以上必要であろうということを推測した。現在の抗レトロウイルス療法でのHIVの撲滅の望みは非現実的であり、そして実質的に長期間の毒性を伴なうことを指摘することにより、彼らはこのHIV貯蔵庫を根絶する新しいアプローチが緊急に必要であると結論した(Pierson
T,McArther J,Siliciano RF,Reservoirs for HIV−1:mechanisms for viral persistence
in the presence of antiviral immune responses and antiretroviral therapy,Annu Rev
Immunol 2000;18:665−708)。同定されたがなお不完全にしか解明されていないHIV保有細胞の他のタイプは、CD4,CCR5およびCXCR4を発現するCD56CD3ヒト天然キラー(NK)細胞のサブセットである。一旦これら(コ)レセプターを介して感染されると、このNK−細胞サブセットはプロウイルスDNAを曝露し、高度に活性な抗レトロウイルス療法の開始後(少なくとも)1−2年患者を持続して感染させ続ける(Valentin
A,Rosati M,Patenaude DJ,Hatzakis A,Kostrikis LG,Lazanas M,Wyvill KM,Yarchoan R,Pavlakis
GN,Persistent HIV−1 infection of natural killer cells patients receiving highly
active antireroviral therapy,PNAS USA 2002;99:7015−7020)。
間接証拠は、T−メモリ細胞および/または天然キラー細胞もそのようなレセプターを発現するから感染性のインタクトなウイルス/病原体の細胞内貯蔵庫を確立するとの考えを支持する。第1に、成人において末梢血液CD4およびCD8の25%(これらの大部分はT−メモリフェノタイプを露出する)とNK−細胞サブセットはNKP−P1糖タンパク質ファミリータイプII
CTLレセプターhNKR−P1Aを発現する(Lanier LL,Chang C,Phillips JH,Human NKR−P1A,A disulfide−linked
homodimer of the C−type lectin superfamily expressed by a subset of NK and T lymphocytes,J
Immunol 1994;153:2417−28)。第2に、そして成人と対照的に、新生児の臍帯血はキラー細胞レクチン様レセプターG1(KLRG1)、阻害性C−タイプレクチンを発現するCD4およびCD8T細胞の実質的なサブセットを含んでいる。出産後KLRG1は成人に見られるように解剖学的エフェクター/メモリT−細胞へ急速にシフトする(Marcolino
I,Przybylski GK,Koschella M,Schmidt CA,Voehringer D,Schlesier M,Dircher H,Frequent
expression of the natural killer cell receptor KLRG1 in human cord blood T cells:correlation
with replicative history,Eur J immunol 2004;34:2672−80)。これは、これらの循環細胞を介してHIV母親によって胎児が感染する著しく増大するリスクを意味する。我々はさらに、これら細胞はそれらの新生児リンパ系内メモリプールへの再配置によって生涯において非常に容易にHIV貯蔵庫を確立し得ると仮説した。それ故妊婦においては母親の固形胎盤組織に所在するCTLレセプター発現HIV保有細胞(上を見よ)のみでなく、胎児の循環細胞によって発現されるCTLおよびCTLDレセプターも細胞HIV貯蔵庫形成を可能にするレセプターとして作用し得る。両方のレセプタータイプはこのようにHIV−1の母子伝染に含まれる。
しかしながら後の生涯において、T細胞によるKLRG1発現は休眠または機能障害の証明と考えられる。最も興味あるのは、生涯を通じてそのような老廃T細胞の数はウイルス感染時に増加し、そして加齢に相関する(Voehringer
D,Blaster C,Brawand P,Raulet DH,Hanke T,Pircher H,Viral infections induce abundant
number of senscent CD8 T cells,J Immunol 2001;167:4838−43;Quyang Q,Wagner WM,Vjoehringer
D,Wikby A,Klett T,Walter S,Muller CA,Pircher H,Pawelec G,Age−associatiated accumulation
of CMV−specific CD8T cells expressing the inhibitory killer cell lectin−like
receptor G1(KLRG1),Exp Gerntol 2003;38:911−20)。我々はこれら事実を実際に相関すると信じる。全体の機能的T−細胞レパートリーはこれら細胞のプールが拡大するにつれて縮小し、このため老人の感染病の増加した例数に貢献することが示された(Ouyang
Q,Wagner WM,Voehringer D,Wikby A,Klatt T,Walter S,Muller CA,Pircher H,Paweler G,Age−associatiated
accumulation of CMV−specific CD8T cell expressing the inhibitory killer
cell lectin−like receptor G1(KLRG1),Exp Gerontol 2003;38−911−20)。これは特にHIVおよび慢性細胞内病原体貯蔵庫が確立される他の感染病に相関し得る。
活溌にHIVを複製するT細胞:感染性ビリオンの連続的ソースとしてのHIV保有細胞のほかに、持続的感染の確立は標的T細胞内のHIV複製を調節する活性化信号にも決定的に依存する。無活動T細胞はT細胞レセプターおよび/またはサイトカイン仲介活性化信号が提供されない限り感染に抵抗性である(Unutmaz
D,T cell signaling mechanisms that regulate HIV−1 infection,Immunol Res 2001;23:167−77)。それ故HIV感染はT細胞高活性化の慢性状態、HIV持続性およびT細胞涸渇の結合を含む(Grossman
Z,Meier−Schellersheim M,Sousa AE,Victorino RM,Paul WE,CD4T−cell depletion
in HIV infection:are we closer to understanding the cause?Nat Med 2002;8:319−23)。
HIVの標的としてのCD4T−ヘルパー細胞の長く知られた役目の次に(Fauci AS,Mulifactorial nature
of human immunodeficiency virus disease:implications for therapy,Science 1993;262:1011−8)、今やサブセットCD4CD25hiT細胞も感染されることが明らかである。調節T細胞(Treg細胞)のCD4CD25hiサブセットはマウスおよびヒトにおいてT細胞活性化することが広く認められている(Sakaguchi
S,Sakaguchi N,Asano M,Itoh M,Tada M,Immunologic selftolerance maintained by activated
T cells expressing IL−2 receptor alphachains(CD25):Breakdown of a single mechanism
of self−tolerance causes virious autoimmune disease,J Immunol 1995;155:1151−64;Asano
M,Tada M,Sakaguchi N,Sakaguchi S,Autoimmune disease as a consequence of developmental
abnormality of a T cell subpopuation,J Exp Med 1996;184:387−96;Suri−Payer E,Amar
AZ,Thornton AM,Shevach EM,CD4CD25hiT cells inhibit both the
infection and effetor function of autoreactive T cells and represent a unique lineage
of immunoregulatory cells,J Immunol 1998;160:1212−8;Takahashi T,Kuniyasu Y,Tada
M,Sakagychi N,Itoh M,et al,Immunologic self−tolerance maintained by CD4CD25hi
naturally anergic and suppressive T cells;Induction of autoimmune disease
by breaking their anergic/suppressive state,Int Immunol 1998;10:1969−80;Thornton
AM,Shevach FM,CD4CD25hi immunoregulatory T cells suppress
polyclonal T cell activation in vitro by inhibiting interleukin 2 production,J Exp
Med 1998;188:287−96;Baecher−Allan C,Brown JA,Freeman GJ,Hafler DA,CD4CD25hi
regulatory cell in human peripheral blood,J Immunol 2001;167:1245−53;Dieckmann
D,Plottner H,Berchtold S,Berger T,Schuler G,Ex vivo isolation and characterization
of CD4CD25hiT cells with regulatory properties from human
blood,J Exp Med 2001;193:1303−10;Jonuleit H,Schmitt E,Satassen M,Tunettenberg A,Knop
J,et al,Identification and functional characterization of human CD4CD2
cells with regulatory properties isolated from peripheral blood,J Exp Med 2001;193:1285−94;Taams
LS,Smith J,Rustin MH,Salmon M,Poulter LW,et al,Human anergic/suppressive CD4CD25
cells:A highly differentiated and apoptosis−prone population,Eur J Immunol 2001;31:1122−31;Levings
MK,Sangregorio R,Roncarolo MG,Human CD25CD4T regulatory
cells suppress naive and memory T cell proliferation and can be expanded in vitro
without loss of funciton,J Exp Med 2001;193:1295−302;Ng WF,Duggan PJ,Ponchel F,Matarese
G,Lombardi G,et al,Human CD4CD25T cells:A naturally occurring
population of regulatoryu T cells,Blood 98:2736−2744;Jonuleit H,Schnitt E,Kakirman
H,Stassen M,Knop J,et al,Infectious tolerance:Human CD25regulatory
T cells convey suppressor activity to conventional CD4T helper cells,J
Exp Med 2002;196:255−60)。Oswald−Richterらは健康ドナーから単離したヒトTreg細胞はHIV−コレセプターCCR5を発現し、HIV感染および複製に高度に感受性であることを示した。彼らは免疫抑制Treg細胞は、進行性HIV病に特徴的なT細胞高活性に貢献し得る低パーセントのCD4および高レベルの活性化T細胞を有するHIV陽性個人の一部において破壊されて得るという事実の証明を提供した。このためこれら細胞の感染は調節的免疫抑制の損失を意味する(Oswald−Richter
K,Grill SM,Shariat N,Leelawong M,Sundrud MS,Haas DW,Untmaz D,HIV infection of naturally
occurring and genetically reprogrammed human regulatory T−cells,PLoS Biology 2004;2:0955−66)。
その上細胞毒性CD8細胞を感染され、抗ウイルス応答の損失へ導く(Livingstone WJ,Moore M,Innes
D,Bell JE,Simmonds P,Frequent infection of peripheral blood CD8−positive T−lymphocytes
with HIV−1.Edinburgh Heterosexual Transmission study Groop,Lancet 1996;348:649−54)。HIVによるCD4およびCD4CD25T細胞の直接の破壊と組合せた慢性免疫活性化の結果的状態は最終的に進行性免疫低下によって特徴付けられるAIDSへ導く(Fauci
AS,Mulifactorial nature of human immunodeficiency virus disease:implication for
therapy,Science 1993;262:1011−8)。このため我々の治療システムとHAARTの過渡的同時投与の利益を排除するものではないが、もしこのシステムもT細胞中の活溌なHIV複製を妨害するのであれば有益であろう。
B.骨髄単球可塑性:感染性貯蔵庫の新しい意味
病原体貯蔵庫に関する可能性ある未だ達していない結論は、病原体保有細胞の種々のタイプは互換性ある細胞タイプの高度に可塑性のシステムのメンバーである事実から誘導される。感染因子の細胞貯蔵庫の性格およびダイナミックに対するこの考え方の意味はこのため未だ完全に無視されている。骨髄分化系統に基づいた細胞の可塑性システムの存在のための最初の指示は、組織へ入る時末梢血単胞はそれ自体がマクロファージ段階へ進まないとの発見へ遡る。以前のドグマとは対照的に、今や血液単球は組織マクロファージとmDCの両方を生ずることは広く認められている。その上適切な信号の存在においてmDCはマクロファージへ相互変換することができる。インビボにおける両方の細胞クラスの数多くの区域サブセットのため、この発見は骨髄単球胞子系のための可塑性の考えへ導いた(Peters
JH,Ruppert J,Gieseler RKH,Najar HM,Xn H,Differentiation of human monocytes into
CD14−negative accessory cells:do dendritic cells derive from the monocytic lineage?Pathobiology
1991;59:122−6;Peters JH,Giesler R,Thiele B,Steinbach F,Dendritic cells:from ontogenetic
orphans to myelomonocytic descendants,Immunol Today 1996;17:273−8)。引続いて単球をマクロファージの特定化されたタイプ、すなわち小膠細胞(中枢神経系の区域マクロファージ)および破骨細胞(骨コンパートメントの区域マクロファージ)に分化する信号が同定された(Servet−Delpra
C,Arnarud S,Jurdic P,Nataf S,Grasset MF,Soulas C,Domenget C,Destaning O,Rivollier
A,Perret M,Dumontel C,Hanan D, Gilmore GL,Belin MF,Rabourdin−Combe C,Mouchiroud
G,Flt3macrophage precursors commit sequentially to osteoclasts,dendritic
cells and microglia,BMC immunol 2002;3:15)。その後これは単球のサブセットは多能幹細胞として作用し、これは適切な因子の存在においてリンパ球、上皮、皮内、神経、および肝細胞を生成することへ発展した(Zhao
Y,Glesne D,Huberman E,A human peripheral blood monocyte−derived subset acts as pluripotent
stem cells,Proc Natl Acd Sci USA 2003;2426−31;Kuman M,Okazaki Y,KOdama H,et al,Human
circulating CD4monocytes as a source of progenitors that exhibit mesenchyma
cell differentiation,J Leukoc Biol 2003;74:833−45)。現在末梢血単球も濾胞細胞の持続するよくわからない前駆体が明らかになっている。しかしながら単球の中の幹細胞を同定する上で述べた研究とは対照的に、単球−FDC分化はこの場合1:1比で得られた。このため今では単球全体が循環幹細胞と考えられることが示唆された(Heinemann
DEH,Peters JH,Follicular dendritic cells deduced from monocytes,BMC Jmmunol:in press)。
この新規な固まりつつある凡例の意味は広大であり、そして以下の課題を残す。
(i)骨髄分化可塑性の生物学の我々の理解を広げること;
(ii)倫理的疑問を無視する幹細胞療法のためのアプローチを産み出すこと;および
(iii)病原体貯蔵庫の性格の現在の考えを再考慮すること。
HIVに関しては、ごく最近このウイルスは実際末梢血単球を感染させることが明らかにされた(Weinberg JB,Mathews TJ,Cullen
BR,Malim MH,Productive human immunodeficiency virus type1(HIV−1)infection of nonproliferating
human monocytes,J Exp Med 1991;174:1477−82;Zhu T,HIV−1 genotypes in peripheral blood
nonocytes,J Leukc Biol 2000;68:338−44)。CD4loCD16hi単球サブセットは最もしかしそればかりでなく感染を受け易い(Crowe
S,Zhu T,Muller WA,The contribution of the viral reservoir in HIV infection,J Leukoc
Biol 2003;74:635−41,Epub 2003 Aug 21)。それ故患者において単球の一部は組織へ移住した時既に感染している。
このことは、骨髄細胞は早くも単球細胞の段階においてHIV貯蔵庫の一部として(少なくとも)補充され得ることを意味する。単球を多能幹細胞の一つのタイプとして考える時、CD4loCD16hi(および他の)単球の一次子孫の広いスペクトルがこのためHIV−感染され得る。既に述べたように、(i)mDC;(ii)マクロファージ;(iii)小膠細胞;(iv)破骨細胞;(v)濾胞樹状細胞;(vi)肝細胞;(vii)リンパ球;(viii)内皮細胞;(ix)上皮細胞;および(x)神経細胞への分化はこれまでに証明されている。感染した単球から分化する時、そのような子孫はその個体発生ポテンシャルおよび機能を満たすのが重大に妨げられる。しかしどの場合でもすべての単球は、HIVの容易な侵入に役立つ表面マーカーのそれらの発現に応じてそれらの発達の遅い段階において感染を受け易くなる。例えば、上に挙げた10種の証明されたタイプの単球のうち、少なくとも最初の8種のタイプはCTLおよび/またはCTLDレセプターを発現する(上の参考文献を見よ)。
この分野の研究において、例えばCD4loCD16hi単球だけが子孫の非常に限られたセットを与えるのかどうかは知られていない。単球の誘発し得る分化プログラムは明らかに広いけれども、インビトロで発生させた多岐にわたる単球誘導体がインビボでの大きな分化出来事に対応するか、または比較的マイナーな救助経路を表すのかも知られていない。このためこれらを合せて、現在のところ単球依存広スペルトル分化の生理学的限度および範囲を評価することができない。
他方単球誘導体の1タイプ(mDC)のみに限れば、(骨髄)単球前駆体からmDCを操縦する13種の異なる信号が同定および/または研究されている。これらの信号は古典的成長および分化因子のカラフルなスペクトル(マルチーCSF〔IL−3〕,M−CSF,GM−CSF);サイトカイン(IL−4,TNF−α,IFN−γ);ビタミン(α―トコフェロール、カルチフェロール、1−25−ジヒドロキシカルチフェロール、すべてのトランス−レチノイン酸);アミノ酸誘導体(シス−ウロカニン酸);および必須脂肪酸(リノール酸、リノレン酸)を含む(Giesler
RKH,Rober RA,Kuhn R,Weber K,Osborn M,Peters JH,Dentritic cells derived from bone
marrow precursuors under chemically defined conditions in vitro belong to the myeloid
linege,Eur J Cell Biol 1991;54:171−81;Giesler RKH,Peters JH,linoleic acid supports
the differentiation and enhances the accessory activity of dendritic cells in vitro,8th
International Congress of Immunology,Badapest,Hungary,Abstract Book 1992:501;Peters
JH,Xu H,Ruppert J,Ostermeier D,Friedrichs D,Giesler RKH,Signals required for differentiating
dendritic cells from human monocytes in vitro,Adv Exp Med Biol 1993;329:275−80;Xu
H,Soruri A,Giesler RKH,Peters JH,1,25−dihydroxy vitamin D exerts opposing
effects to IL−4 on MHC class II antigen expression,accessory activity,and phagocytosis
of human monocytes,Immunology 1993;189:69;Peters JH,Giesler R,Thiele B,Steinbach
F,Dendritic cells:from antigenic orphans to myelomonocytic descedants,Immunol Today
1996;17:273−8;Steinbach F,Giesler R,Soruni A,Krause B,Peters JH,Myeloid DCs deduced
from monocytes:in−vitro and in−vivo data support a monocytic origin of DCs,Adv Exp
Med Biol 1997;417:27−32;Giesler R,Heise D,Schwartz P,Peters JH,In−vitro differentiation
of mature dendritic cells from human blood monocytes,Develop Immunol 1998;6:25−39;Giesler
R,Schlemminger R,Fayyazi A,Peters JH,Cis−UCA Effects on Experimental Small Bowel
Transplantation:Evidence for Suppression of the Graft−versas−Host Response,In:Honingmann
H,Knobler R,Trautinger F,Jori G(eds):Landmarks in Photobiology,OEMF Publishers spa.Milano
1998:285−8;Heise D,Peters JH,Schedlowski M,Giesler R,Maturation of monocyte−derived
dendritic cells(MoDC)by autocrine TNF−α signaling,Immunol
1999;200:561;Gieseler R,Hollmann K,Scolaro MJ,Peters JH,All−trans−retinoicacid upregulates
CD1a on human monocyte−derived dentritic cells(MoDC):implications for autologous
melanoma−spesific tumor vaccination,Immunol 2000;203:378−9)。これらの発見は感受性単球が環境刺激にどのように応答するかに脚光をあびせ、これらの細胞が異なるmDCサブタイプへ分化することによって応答する多様な信号を例証する。このようにそのような非常に限られた1種の分化生産物シナリオさえも単球のポテンシャルを照明する。これまで未同定信号の過多は単球分化生産物の巨大なスペクトルを与えることができ、要するに単球幹細胞の考えに再び到達する結論を与えることができる。
特に感染性細胞内貯蔵庫の生成に関し、そしてこの背景を眺めると、二つの決定的要因は、(i)単球はデザインにより多種類の分化生産物を発生させることができること、(ii)単球分化は病理学的条件のもとで変化することである(例えば、Austyn
JM,Antigen−representing cells.Experimental and clinical studies on dendritic cells,Am
J Resp Crit Care Med 2000;162:S146−50;Stucke M,Quadobeck B,Eckstein AK,Tews S,Mann
K,Esser J,Gieseler R,MHC class II focusing,significant increase in DC40
cells,and faint expression of Langerin by peripheral blood leukocytes are distinctive
feature of thyroid−associated ophthalmorpathy,27th Annual Meeting of the European
Thyroid Association,Warsaw,Poland,Aug,25−29,2001;Quabeck B,Eckstein A,Tews S,Walz
M,Hoermann R,Mann K,Gieseler R,Maturation of thyroidal dendritic cells in Graves;disease,Scand
J Immunol 2002;55:612−20)。重要なことに、これはHIV病におけるmDCについても証明された(Gieseler RK,Marquitant
G,Scolaro MJ,Cohen MD,Lessons from history:dysfunctional APCs,dangers of STI and
an important goal as yet unmet,Trends Immunol 2003;24:11において簡単に評論)。加えて治療薬物は骨髄単球分化を支配する全身サイトカイン環境に著しく影響する(例えば、Galon
J,Franchimont D,Hroi N,Frey G,Boettner A,Erhart−Bomstein M,O’Shea
JJ,Chrousos GP,Bornsftein SR,Gene profiling reveals unknown enhancing and suppressive
actions of glucocorticoids on immune cells,FASEB J 2002;16:61−71)。それ故、病理学的条件下そして薬物の存在において、単球の多能ポテンシャルは現在完全に未知の種々のみちへ引寄される。これらの考慮は、感染病の条件下種々のタイプの単球誘導細胞が種々の病原体保有細胞を生じ得ることを示唆する。もっと重要なことは、そのような誘導体はそれらの共通の起源点、すなわち単球前駆体において早くも感染され得る。ここに提供される本発明は単球を標的とした処置を企図する。そのような処置は相当の利益を持ち得る。
骨髄:骨髄は一次のみならず二次リンパ系器官として役立つとの最近の発見(Feuerer M,Beckhove P,Garbi N,Mahnke Y,Limmer
A,Hommel M,Hammerling GJ,Kyewski B,Hamann A,Umansky V,Schirrmacher U,Bone marrow
as a priming site for T−cell responses to blood−borne antigen,Nature Med 2003;9:1151−7)は、骨髄はある種の感染病において解剖学的貯蔵庫部位であることを強く示唆する。加えて、骨髄は骨髄細胞前駆体と、そして新鮮な分化単球をそれらの循環への放出前に収容する。全身的解剖学的貯蔵部位の動力学に関し、これらの考慮は骨髄はそこから他の貯蔵庫が補充される原始貯蔵庫部位かも知れないとの仮説を有利にする。ここに開示される本発明は発明的ターゲティングシステムの骨髄特異的適用をも含んでいる。事実そのようなルートは、HIV病および他の感染病においてそのような細胞が種々の末梢組織居住貯蔵集団の分化へ進む前に病原体保有細胞前駆体の主なプールへ達することを約束する。
II.炭水化物認識ドメインを発現するレクチン
1988年、Kurt Drickamerは区切られた炭水化物認識ドメイン(CRD)を担持する動物レクチン(すなわち糖結合タンパク質)の分野における進歩を要約した(Drickamer
K,Two distinct classes of carbohydrate−recognition domains in animal lections,J
Biol Chem 1988;263:9557−60)。今日我々はCRDは我々の古代免疫学的遺産の一部であり、そして例えばハエとヒトほど遠い種に発見できることを知っている。重要なのは感染作因のための特異性レセプターとして行動することにより、多数のCRDレクチンは防衛の第1線として役立つ(Hallman
M,Ramet M,Ezekowitz RA,Toll−like reportors as sensors of pathogens,Pediatr Res 2001;50:315−21)。このように比較的シンプルな免疫系においてさえも、CRDレクチンは宿主を感染から保護するためのある程度の特異性を提供する。発展的言葉において、先天性免疫と呼ばれる防衛の古風なもっと粗雑なブランチ(これはCRDレクチンを含んでいる)は長く前に適応化免疫のもっと洗練されたブランチに発展した(これは抗原特異性構造を特徴とする細胞クローンの大量拡大のための我々に高度に特異性の保護メカニズムのぜい沢を提供する)。それにもかかわらず、ヒトおよび霊長類動物においては先天性免疫はクローン拡大の結果として抗原特異性応答の結末のための段階に居続け、個人の全体としての防衛のための基礎を創出する(Holmskov
U,Thiel S,Jensenius JC,Collective and ficolins:humoral lectins of the innate immune
defense,Ann Rev Immunol 2003;21:547−78,Epub 2001 Dec 19)。しかしながらここで論ずるように、これらの古代のレクチンの一部は、感染作因による適応化のためいわゆる病原体貯蔵庫の確立において中心的役割を果す。そのような細胞貯蔵庫はヒトおよび高等動物における最も支配的な致命的および/または衰弱化慢性感染の一部の現在の治療不可能性に対して必須である。
免疫学者によって認められる長い以前に、生化学者はCRDレセプターについて深い認識を蓄積していた。しかしながらそれらの生理学的機能は不明のままであった。Charles
A,Janewayが彼の感染性非自己モデルを導入した時、理論的構成において病原に対する古風な“広スペクトルレセプター”の潜在的存在の免疫学が実現した。Janewayは免疫の適応枝のバックボーンである、抗原提示細胞(APC)が病原体関連分子パターン(PAMP)によって引金される時、保護免疫を開始させ得ることを提案した。そのような引金は特異性相補細胞外レセプターがダビングされたパターン認識レセプターを必要とするであろう(Janeway
Jr,CA,Approaching the asymtote?Evolution and revolution in immunology,Cold Spring
Hargor Symp Quant Biol 1989;54:1−13)。一旦理論的に予見されると、これらの構造は実際発見することができた。知識の増大する量が蓄積し、動作的同義語であるPRRは陣腐になり、これら構造の同定された発展的先祖を意味する表現、トール様レセプター(TLR)によって置き換えられた(Johnson,GB
et al,Evolutionary clues to the function of the Toll−like family as suveillance
receptors,Trends Immunol 2003;24:19−24において評論)。機能的にすべてのこれらの分子はCRDレクチンである。
CRDのサブグループの一つは、カルシウム依存性態様で炭水化物を結合するC−タイプレクチン(CTL)のファミリーである(Holmskov U,Malhotra
R,Sim RB,Jensenius JC,Collectins:collagenous C−type lectins of the immate immune
defense system,Immunol Today 1994;15:67−74)。CTLレセプター認識PAMPの一例は、血漿中および粘膜表面上に存在するいわゆるコレクチンである。これまで同定されたヒトコレクチンはマンナン結合レクチン(MBL)および界面活性タンパク質AおよびD(SP−AおよびSP−D)である。感染作因を認識する時、(MBL)が補体活性化を開始させるか、または(SP−A,SP−D)が感染を制限するようにオプソニン化、中和および凝集反応をトリガし、そして適応免疫応答を編曲する(Holmskov
U,Thiel S,Jensenius JC,Collections and ficolins:human lectins of the innate immune
defense,Annu Rev Immunol 2003;21:547−78,Epub 2003 Dec 19)。CTLの他の例は、主として肝胃腸器官および組織において保護の役目を果す再生遺伝子(REGまたはReg)ファミリーである(Zhang
YW,Ding LS,Lai MD,Reg gene family and human diseases,World J Gastroenterol 2003;9:2635−41)に評論され、REGファミリーはそこに論じられている。CRDレクチンのなお他のグループはC−タイプレクチン様ドメイン(CTLD)を発現する(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptor in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46を見よ)。
III.ターゲット化リポソーム化合物送達システム
ターゲット化リポソームは、それぞれのターゲティング構造を発現する任意の与えられた細胞へカプセル化化合物を特異的に送達するために適した乗物である。治療的に採用する時、そのような技術は選択した細胞へ送達した化合物を高度に集中させる。しかしながら非ターゲット化リポソームさえも、カプセル化化合物をさもなければアクセスできない細胞中へ摂取させることを許容する事実のため、治療的に有益なツールであり得る。例えば以前我々は、HIV5‘tatスプライスアクセプター部位へ向けたセンスDNAの非ターゲットリポソームによる送達時に感染した末梢血液単核白血球におけるHIV伝播の阻害を示した(Sullivan
SM,Gieseler RK,Lenzner S,Ruppert J,Gabrysiak TG,Peters JH,Cox G,Richer L,Martin
WJ,Scolaro MJ,Inhibition of human Immunodeficiency virus−1 profiferation by liposome−encapsulated
sense DNA to the 5’ tat splice acceptor site,Antisense Res
Dev 1992;2:187−97)。第2の例として以前我々は、ターゲット化リポソームにより送達された化合物は選択した細胞タイプへ選択的に到達し、そしてその中味をその細胞タイプの内部へ送達することを示した(Gieseler
RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon LA,Drissen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific
liposomal targeting and selective intracellular compound delivery to human myeloid
dendritic cells:implication for HIV disease,Scand J Immunol 2004;59:415−24)。
治療剤の効力を増強しそして毒性を低減する生分解性または生体適合性薬物キャリアとしての脂質(リポソーム)−薬物コンプレックスの使用は、乾燥脂質フィルムの水和がミニチュア細胞オレガネラに似た封入球形ベシクルまたはリポソームを形成した1960年代の発見から認められていた(例えば、Bangham
AD,Liposomes:the Babraham connection,Chem Phys Lipids 64:275−285〔1993〕)。脂質−薬物コンプレックスは、それらの特定の器官、組織または細胞への局在化の増大によって薬物の治療インデックス(TI)を強力に改善する方法として長らく見られていた。TIは特定の薬物のメディアン毒性投与量(TD50)とメディアン有効投与量(ED50)との間の比である。しかしながら脂質―薬物コンプレックスの薬物送達システムへの応用は30年後まで実現されず、その時においてのみ米国FDAによりヒト使用のために承認されたリポソームに基づく治療剤の最初のシリーズであった。それによりリポソームは1990年代中頃から薬剤適用における薬物キャリアとして使用されて来た(Lian
T,Ho RJY,Trends and Developments in Liposome Drug Delivery Systems,J Pharm Sci 2001;90:667−80)。
脂質成分は変えることができるけれども、多数の処方は天然リン脂質(主にホスファチジルコリンのような)の合成生成物を使用する。ヒト使用のために承認されたリポソーム処方の大部分は、主要膜構築ブロックとして変化する長さおよび飽和度の脂肪酸アシル鎖を有するホスファチジルコリン(中性静電荷を有する)を含有する。ある割合のコレステロール(〜30モル%)がリポソーム膜の硬さを変調し、リポソーム膜へ血清タンパクの結合によって生ずる血清誘発不安定性を減らすためにリポソーム処方へしばしば加えられる。
脂質の頭部基とPHに基づいて、リポソームはそれらの表面に陰性、中性または陽性電荷を持つことができる。リポソーム表面電荷の性格および密度はそれらの安定性、動力学および生態分布度、それに標的細胞との相互作用、リポソームの細胞による取り込みに影響する。特に、中性表面電荷を持つリポソームは全身投与後細網内皮システム(RES)の細胞によって清浄化される低い傾向を有するが、凝集する最大の傾向を有する。負に帯電したリポソームは凝集を減らし、懸濁液中で増大した安定性を表すが、それらの非特異性細胞取り込みがインビボで増加する。ホスファチジルセリン(PS)またはホスファチジルグリセロール(PG)を含める時、そのようなリポソームは中性リポソームよりも速い速度および大きい程度でエンドサイト−シスされる(Allen
TM et al,Liposomes containing synthetic lipid derivatives of poly(ethylene glycol)show
prolonged circulation half−lives in vivo,Biochim Biophys Acta 1991;1066:29−36;Lee
RJ,et al,Folate−mediated tumor cell targeting of liposome−entrapped doxorubicin
in vitro,Biochim Biophys Acta 1995;123:134−144)。負の表面電荷はマクロファージを含む種々の細胞に見られるレセプターによって認識される(Allen
TM et al.[1991];Lee RJ et al,Delivery of liposomes into cultured KB cells via folate
receptor−mediated endocytosis,J Biol Chem 269:3198−3204[1994])。
リポソーム膜中へガングリオシドGMまたはホスファチジルイノシトール(PI)のようなある種の糖脂質を含めることはマクロファージおよびRESによる取り込みを阻害し、より長い循環時間をもたらす。少量の負に帯電した脂質は凝集依存性取り込みメカニズムに対して中性リポソームを安定化することが示唆された(Drummond
DC et al,Optimizing liposomes for delivery of chemotherapeutic agents to solid tumors,Pharmacol
Rev 51:691−743[1999])。細胞内DNAのためのDNA縮合剤としてしばしば使用される正に帯電したカチオン性リポソームは血清タンパク質と相互作用する高い傾向を有し、この相互作用はRESによる取り込み、最終的には肝、肝臓または脾臓によるクリアランスを増強する結果となる。DNA不安定性、免疫仲介クリアランス、炎症応答、および組織アクセシビリティーを含む他のファクターも動物において低いトランスフェクション効率に貢献する。事実、正に帯電したリポソームの高投与量は変動する程度で組織炎症を産むことが示されている(Scheul
RK et al,Basis of pulmonary toxicity associated with cationic lipid−mediated gene
transfer to the mammalian lung,Hum Gene Ther 8:689−707〔1997〕)。
リポソーム膜の表面は凝集を減らし、RESによる認識を避けるため親水性ポリマーによって修飾することができる。この戦略はしばしば表面水和または立体修飾と呼ばれ、そしてGMのようなガングリオシド、または潮解性もしくは親水性ポリマーへ化学的に接合した脂質を含めることによってしばしば実施される。通常の方法はホスファチジルエタノールアミンの末端アミノ基へ接合したポリエチレングリコール(PEG)を採用する。リポソーム膜表面へ加えたさらなる親水性ポリマーは追加の水和層を提供する(Torchilin
VP,Immunoliposomes and PEG ylated immunoliposomes:possible use of targeted delivery
of imaging agents,immunomethods 4:244−258〔1994〕)。その結果、リポソームは異物としてマクロファージまたはRESによって異物と認識できなくなり、そしてこのため食細胞クリアランスが始まる。多数の系統的研究がPEGポリマーの最適サイズおよびリポソーム膜中のPEG脂質の密度を決定した。
初期の研究は、リポソームサイズは全身投与後のベシクル分布およびクリアランスに影響することを証明した。RESによるリポソームの取り込み比はベシクルのサイズで増大する(Hwang
K,liposomes Pharmacokinetics,In:Ostro MJ,ed,Liposome:From Biophysics to Therapeutics,New
York:Marcel Dekker,pp.109−156〔1987〕)。インビボでのRES取り込みはリポソームの高投与量により、または多量のコントロールリポソームの前投与によって飽和させることができるが、この戦略はRESの生理学的機能の持続する傷害に関連した副作用の故にヒト使用のためには実用的でない。一般に、同様な組成のリポソームのサイズの増大はRESによる増強された取り込みをもたらす(Senior
J,et al,Tissue distribution of liposomes exhibiting long−half lives in the circulation
after intravenous injections,Biochim Biophys Acta 839;1−8〔1985〕)。最も最近の研究は全身薬物送達用途に対しサイズが5−100nmの単層ベシクルが使用されている。
例えば、抗カビリポソーム生産物Am BisomeはRES取り込みを減らすためサイズ規格書45−80nmへ処方されている。血清タンパク質結合はリポソームサイズに影響しそしてインビボでのクリアランス速度を増大する重要なファクターである。リポソームによる補体活性化、およびオプソニン化はリポソームのサイズに依存する(Devine
DV et al,Liposome−complement interaction in rat serum:implications for liposome
survival studies,Biochim Biophys Acta 1191:43−51〔1994〕);Liu D et al,Recognition
and clearance of liposome compositions containing phospatidylserine are mediated
by serum opsonin,Biochim Biophys Acta 1235:140−146〔1995〕)。血清タンパク質結合を減らすためのリポソーム組成物にPEGを含有させても、長期循環PEG−PEのサイズ上限は〜200nmである。生物学的制約のため、立体安定化方法を使用する長期循環大型(>500nm)リポソームの開発は成功していない。それ故薬物開発の早い段階における製造におけるリポソームサイズとそのコントロールの配慮はリポソーム薬物送達システムの効率を最適化する手段を提供する。
リポソームを無価の薬物送達システムとする重要な性質の一つはリポソーム会合および/またはカプセル化薬物の薬物動態を変調する能力である(Hwang
KJ,Padki MM,Chow DD,Essien HE,Lai JY,Beaumier PL,Uptake of small lipsomes by non−reticuloendothelial
tissues,Biochim Biophys Acta 901(1):88−96〔1987〕;Allen TM,Hansen C,Martin F,Redemann
C,Yau−Young A,Liposomes containing synthetic lipid derivatives of poly(ethylene
glycol)show prolonged circulation half−lives in vivo.Biochim Biophys Acta 1066(1):29−36〔1991〕;Allen
TM,Austin GA,Chonn A,Lin L,Lee KC,Uptake of liposomes by cultured mous bone marrow
macrophages:influence of liposome composition and size Biochim Biophys Acta 1061(1):56−64〔1991〕;Hwang
K〔1987〕;Allen T et al,Pharmacokinetics of long−circulating liposomes,Adv Drug Del
Rev 16:267−284〔1995〕)。特に水溶液中の同じ薬物に比較して、リポソーム会合薬物の吸収、生体分布およびクリアランスの有意な変化は明らかであり、捕捉された化合物の有効性と毒性の両方に劇的な効果をもたらす(Gfabison
A,Liposome circulation time and tumor targeting:implications for cancer chemotherapy,Adv
Drug Del Rev 16:285−294〔1995〕;Bethune C et al,Lipid association increases the potency
against primary medulloblastoma cells and systemic exposure of 1−(2−chloroethyl)−3−cyclohexyl−1−nitrosourea(CCNU)in
rats,Pharma Res 16:896−903〔1999〕)。
リポソーム生体分布および処分の正確なメカニズムはそれらの脂質組成、サイズ、電荷および表面水和/立体障害の程度に依存する。リポソームのインビボ処分は投与ルートにも依存する。例えば、静脈内投与直後、リポソームは通常血漿タンパク質によって被覆され、RESによって取込まれ、排除される(Chonn
A et al,Association of blood proteins with large unilamellar liposomes in vivo.Relation
to circulation lifetimes,J Biol Chem 267:18759−18765〔1992〕;Rao M,et al,Delivery
of lipids and liposomal proteins to the cytoplasm and Golgi of antigen−presenting
cells,Adv Prug Deliv Rev 41:171−188〔2000〕)。
リポソームと相互作用するらしい血漿タンパク質はアルブミン、リポタンパク質(例えば高密度リポタンパク質〔HDL〕および低密度リポタンパク質〔LDL〕)、それに細胞会合タンパク質を含む。HDLのようなこれらのあるものはリン脂質をそれらの二分子層から除去すくことによってリポソームを不安定化し、このため潜在的に薬物の早期漏洩もしくは解離へ導く。また今日、全身投与リポソームの治療適用は血液からのそれらの速いクリアランスと、RESによる取り込みによって制限されている(Alving
C,et al,Complement−dependent phagocytosis of liposomes:suppression by “stealth”lipids,J Liposome Res 2:388−395〔1992〕),上で述べたように循環時間はリポソームサイズを減らし、PEG誘導体で表面/立体効果を修飾することによって増大することができる。また、RESによる逃げるクリアランスの十分な安定性のために加工された膜を有するリポソームが利用可能である。それ故それぞれの薬物の毒性学的プロフィルを有意に減らす長期循環リポソームを血漿薬物レベルを維持し、延長するために採用することができる。それにも拘らず、延長した循環は最終標的として意図した組織または細胞中のリポソーム会合薬物の蓄積を間接的に促進するに過ぎない。
このようにインビボでの化合物送達ビヒクルとしての明白な薬物動態学的利益にもかかわらず、そのような結果は現在のリポソーム製剤および投与ルートの欠点を特定する。本発明に関し、そのような欠点は(i)リンパ節のようなあらかじめ区切った位置へ到達のため局所的に、すなわち皮内また皮下ルートを介して投与され、そして(ii)独自の解剖学的部位内のあらかじめ区切った細胞へ特異的にピンポイント指向することができるターゲティング機構を提供するリポソームによって克服することができる。
RESにより実質上清浄化される前に関心ある細胞集団へ指向させるようにリポソームのターゲティングを積極的に強化することは切実な要求である。例えば、イムノリポソームは細胞内マラリア寄生虫の赤血球貯蔵庫を標的とするために成功して採用された(Owais
M,et al,Chloroquine encapsulated in malaria−infected erythrocyte−specific antibody−bearing
liposomes effetively controls chlorquine−resistant Plasmodium berghei imfections
in mice,Antimirob Agents Chemothor 39(1):180−4〔1995〕;Singh,AM et al,Use of specific
polylonal antibodies for site specific drug targeting to malaria infected erythrocytes
in vivo,Indian J Biochem Biophys 30:411−3〔1993〕)。世界的なHIV/AIDS闘争へ脂質−薬物送達システムを応用することも切実な要求である。現在全世界で約4200万人がHIVに感染していると推定される(UNAIDS,Global
summary of the HIV/AIDS epidemic:December 2003,http://www.unaids.org/wad/2003/press/Epiupdate
2003 en/Epi03 02 en.htm)。実際、ヌクレオシドアナログ(例えば3’−アジド−3’−デオキシチミジン(AZT)、ddCおよびddIのようなジデオキシヌクレオシド誘導体)、プロテアーゼ阻害剤、またはホスフォン酸(例えばホスフォノギ酸およびホスフォノ酢酸)のような抗HIVドラッグが脂質誘導化され、またはリポソームに添加された(例えば、Bergeron
MG,et al,Targeting of infectious agents bearing host cell proteins,WO00/66173A3;Bergeron,MG,et
al,Liposome formulations encapsulating antiviral drugs,米国特許第5,773,027号;Burgeron
MG,et al,Liposome formulations for treatment of viral diseases,WO96/10399A1;Gangne
JF et al,Targeted delivery of indinavir to HIV−1 primary reservoirs with immunoliposomes,Biochim
Biophys Acta 1558(2):198−210〔2002〕;Dupresne I,et al,Targeting lymph nodes with liposomes
bearing anti−HLA−DR Feb’fragments,Biohim Biophys Acta 1421(2):284−94〔1994〕;Bestman−Smith
J,et al,Sterically stabilized liposomes bearing anti−HLA−DR antibodies for targeting
the primary cellular reservoirs of HIV−1,Biochim Biophys Acta 1468(1−2):161−74〔2000〕;Bestman−Smith
J,et al,Targeting cell−free HIV and virally−infected cells with anti−HLA−DR immunoliposomes
containing amphotericin B,AIDS10;14(16):2457−65〔2000〕)。
動物モデルにおける抗体ターゲット化リポソームの多数の例に加えて、HER2/neuに対して上昇させた1本鎖抗体を採用する少なくとも1種のイムノリポソームDOXIL(例えば、Park
JW,Hong K,Kirpotin DB,Colbern G,Shalaby R,Baselga J,Shao Y,Nielsen UB,Marks JD,Moore
D,Papahadjopoulos D,Benz CC,anti−HER−2 Immunoliposomes:enhanced efficacy attributable
to targeted delivery,Clin Cancer Res 2002;8:1172−81〔2002〕)が乳癌のあるタイプの治療的ターゲティングのために同じグループによって現在臨床的に評価されている。
他のターゲティングアプローチは、さもなければ細胞中へ不十分にしか送達されないか、または望ましい細胞内オルガネラへ特異的に効率的に送達されないリポソームカプセル化化合物の膜横断送達および取り込みを強化するように、リポソーム表面へ特異性ベクター分子を取り付けることに基づいている(Torchillin
VP,Lukyanov AN,Peptide and protein druy delivery to and into tumors:challenges and
solutions,Drug Discov Today 2003;8:259−66;Schagal A,Delivering peptides and proteins
to tumors,Drug Discov Today 2003;8:619;Koning GA,Storm G,Targeted drug delivery
systems for the intracellular delivery of macromolecular drugs,Drug Discov Today
2003;8:482−3)。そのようなベクター分子は種々のウイルスまたはDrsophia antennapediaから誘導されたタンパク質形導入ドメイン(PTD)を含んでいる。HIV病に適用のため特に関心あるのはHIV
TatおよびPTDとして作用するその誘導体である(例えば、Schwartz SR,et al,Invivo protein transduction:delivery
of a biolgically active protein into the mouse,Science 1999;285:1569−72)。
リポソームでリンパ球集団を活性にターゲティングする試みはある程度の成功度をもって満たされた。例えば、マウスへ皮下注射された抗HLA−DRFab’−標識イムノリポソームはリンパ組織に蓄積した(Bestman−Smith J et al,Targeting cell−free
HIV and virally−infected cells with anti−HLA−DR immunoliposomes containing amphotericin
B,AIDS 2000;10:2457−65)。同様にGagne et alはイムノリポソームカプセル化抗HIVドラッグの皮下注射後マウスのリンパ節中の蓄積した薬物濃度を見出した(Gagne
JF,Desormeaux A,Perron S,Tremblay MJ,Bergeron MG,Targeted delivery of indinavir
to HIV−1 primary reservoins with immunoliposomes,Biochim Biophys Acta 2002;1558:198−210)。
ここに記載された発明に関し、特異性細胞集団がCRDレクチンを標的としたリポソームシステムによって治療的に活性な化合物の細胞内送達のための標的となし得る。
本発明は、共通して炭水化物認識ドメイン(CRD)を提示する表面タンパク質(CTLおよびCTLDと呼ばれる)のあるファミリーを発現する細胞へレクチンまたは薬物のような剤を選択的に送達するための標的化リポソーム送達システムを提供する。これらレクチンは関心ある細胞集団によって発現される。それ故本発明は、中でもそれぞれの感染因子を不活性化するため、植物レクチンまたは薬物のようなリポソームにカプセル化した化合物を送達するため、感染およびAIDSまたはC型肝炎のような関連病に罹っている人々の細胞貯蔵庫を含んでいる異なる集団中のHIVまたはHCVのような潜在的に貯蔵されている感染作因を無能力にする必要性に向けられる。加えて本発明は、それぞれの病原学的プロセスを有益に妨害するため、アポトーシス阻害剤または化学療法剤のようなリポソームカプセル化した治療化合物を送達するため、変性または悪性慢性非感染病に包含されるCTLまたはCTLDレクチン陽性細胞を標的とする必要性に向けられる。
本発明の概要
本発明は、インビボまたはインビトロの哺乳類免疫細胞へレクチンまたは薬物のような剤を優先的に活性的にターゲティングおよび送達するリポソームおよび方法に関する。特に本発明は、表面誘導体化モノもしくはポリフコース(または代って化学的に関連もしくは化学的に修飾した糖)によってターゲットされ、このため、カプセル化された限定ではなくレクチン植物Canavalia
ensiformis(すなわちCon−A)または植物Myrianthus holstii(すなわちMHL)のようなから得たレクチンのようなHIV病、HCV関連肝炎、結核、および慢性細胞内病原貯蔵庫の生成と一致する種々の他の病気の病原体貯蔵庫の宿主へ標的化化合物を送達するシステムを創出するリポソームを記載する。これらの細胞聖域は、中でも樹状細胞、マクロファージおよび濾胞樹状細胞の異なる免疫学的、発展的および解剖学的サブセットを含んでいる。リポソーム細胞特異性ターゲティングは、炭水化学認識ドメイン(CRD)を発現する進化的に保存されたレセプター、そして特にMR(CD206):ランゲリン(CD207)、DEC−205(CD205)、およびDC−SIGN(CD209)を含む、いわゆるC−タイプレクチンレセプター(CTLR)を介して達成される。これらのすべてはいわゆるマルチレクチンである。本発明の目的は、細胞内病原体を根絶し、そのため多種類のウイルス、細菌およびカビ病全体の治療のための最も価値ある新しいアプローチを提供する手段を提供することである。加えて、適切なレクチンとのHIVの不可逆的相互作用の原理は、活溌に伝播するHIVおよび/または他のウイルスおよび細菌を致命的に妨害することができる。指摘したように、カプセル化された承認された薬物(化学療法剤のような)を含むこの戦略の変形も、慢性非感染性病、特に肝臓および胃腸管に関連するそれらに適用することができる。ある場合には、この目標は表面誘導体化モノ−またはポリガラクトース依存ターゲティングメカニズムのリポソームを採用することによって達成することができる。
本発明の詳細な説明
HIV−1,HCVおよび結核菌を含むある種の病原/感染作因は、細胞の進化的に古代C−タイプレクチン依存性病原体クリアランスを利用することによって感染性エンドソーム/細胞内貯蔵庫を確立できることが増々明らかになった(Gieseler
RK,Margutan G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific
liposomal targeting and selective intracellular compound delivery to human myeloid
dendritic cells:implication for HIV disease,Scan J Immunol 2004;59:415−24;およびその中の引用文献)。その上抗原提供細胞内に居住する時、これらの感染作因は抗原提供細胞のT細胞指令機能をくつがえし、このため免疫サーベランスを逃す。特にmDCによって発現されたDC−SIGNの誤用は病原体の抗原のAPCの処理を迂回させ、および/またはトール様レセプター仲介シグナリングを変えることができる。潜在的に保護的なT−細胞応答がこのため廃棄されるか誤指導される。ここで議論するように、マンノースレセプター、ランゲリンおよびDEC−205のような他のCTLレセプターも使用され、これは同様にそれらの正規の信号経路をそらせる結果となる(van
Kooyk Y,Geijten beek TB,DC−SIGN:escape mechanism for pathogens,Nat Rev Immunol 2003;3:697−709)。それ故ここに記載した本発明はHIV(または他の病原体/感染作因)が隠れている細胞内コンパートへ治療的に侵入するパン−CTLターゲティングシステムを採用する。
CTLレセプターは病原の表面に主に発現される炭水化物を認識する。これらの特徴的糖は種ボーダーを橋かけし、このためCTLレセプターが広スペクトルの感性作因/病原体を妨害するのを許す(Taylor
ME,Drickamer K,Structural requirement for high affinity binding of complex ligands
by macrophage mannose receptor J Biol Chem 1993;268:399−404;Botos I,Wlodawer A,Proteins
that bind high−mannose sugars of the HIV envelope,Prog Biophys Mol Biol:in press)。ここに記載する本発明は、本発明のターゲティングシステムにおいてC−タイプレクチンレセプターの糖選択性の利益を取る。CTLレセプターは優先的に選択的に広く病原制限された単糖類マンノース、フコースおよびN−アセチルグルコサミン、および同様な性格の多価オリゴサッカライドへ結合する(Geyer
H,Holschbach C,Hunsmann G,Schneider J,Carbohydrates of human immunodeficiency virus,Structure
of oligosaccharides linked to the envelope glycoprotein 120,J Biol Chem 1988;263:11760−7;Tayler
ME,Drickamer K,Structural requirements for high affinity binding of complex ligands
by the macrophage receptors,J Biol Chem 1993;268:399−404;Botos I,Wlodawer A,Proteins
that bind high−mannose sugars of the HIV envelope,Prog Biophys Mol Biol:in press)。本発明に関し、病原様炭水化物−依存ターゲティングメカニズムは、貯蔵および他の細胞をターゲットし、そしてそのような細胞へ活性剤/化合物を細胞内へ送達するように設計されている。病原体保有細胞は、ウイルスおよび細菌および/または潜在病原体のような感染作因のための貯蔵庫を提供する細胞である。
CambiおよびFigdorは、免疫系中のCTLレセプターは二重機能、すなわち主に病原体認識および細胞接着を許容する機能を有することを指摘した。このことは、(1)DC−SIGN、マンノースレセプターおよびDEC−205のようなレセプターへの病原体結合は後期エンドソーム/リゾソームのエンドサイト−シスおよび融合を招来し、(2)レセプターのあるタイプ、例えばDC−SIGN、マンノースレセプター、DCAL
1およびセレクチンはmDCと、続くT−細胞活性化および共刺激のための必要条件としてのT−細胞の間、それに白血球と内皮の間(それにより白血球ホーミングを仲介)の接触を仲介することを包含する。このようにDC−SIGNおよびマンノースレセプターのようなCTLレセプターはエンドサイト−シスおよび接触/接着を仲介することが明らかになった(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46)。注目すべきはそのようなレセプターは大部分のHIV保有細胞によって発現されることである。ある種のCTL分子の二重の生理学的機能は、(i)HIV貯蔵庫の生成(病原体結合および取り込みにより)、そしてその後(ii)ウイルスを局外者細胞へ移す(接触/接着により)ことにおいてそれらの同様な二重の病理的役目のための決定的要因であり得る。大部分のHIV保有細胞はそれらの表面において糖結合CTLレセプターをディスプレーする。ここで記載する本発明は天然の原始的それ故基本的CRD−レクチンコンセプトに基いて構築され、そしてその利益を享受する、そのような病気のための治療戦略を実現する。その上、細胞はCRDによって結合される時リガンドを内部化することができる事実のため、この戦略は同様に非感染性慢性病にさえも向けることができる。
しかしながら、T−メモリ細胞および天然キラー細胞貯蔵庫に関し(Weis WI,Taylor ME,Dickamer K,The C−type lectin
superfamily in the immune system,Immunol Rev 1998;163:19−34),構造的に似たC−タイプレクチン様ドメイン(CTLD)をディスプレーするレセプターが発現される。それ故CTLおよびCTLCレセプターは進化的に関連しないが(Khalturin
K,Becker M,Rinkevich B,Bosch TC,Urochordates and the origin of natural killer cells:identification
of a CD94/NKR−P1−related receptor in blood cells of Botryllus,Proc Nat1 Acad Sci
USA 2003;100:622−7,Epub 2003 Jan 07;Zalensky AN,Gready JE,C−type lectin−like domains
in Fugururipes,BMC Genomics 2004;5:51),それら両者はHIVばかりでなく、それらの構造的類似体をターゲティングするシステムによって結合される。本発明ターゲティングシステムはHIV保有細胞の全体の組成に向けられるように設計される。
本発明のターゲティングシステムは、病原体保有細胞にばかりでなく、リンパ系器官および組織内の保有細胞を介して感染したT細胞にも到達することができる。本発明のリポソームターゲティングシステムは標的細胞によって取り込まれる前に約2時の膜冗長時間を示した。特に、(i)この遅延取り込み、(ii)CTLレセプターと、そして病原体保有細胞とT細胞の間に形成された免疫学的シナプス中の過渡的に結合したリポソームの会合、(iii)T細胞へのHIV受渡しのためのこれらのレセプターの決定的役割(Arrighi
JF,Pion M,Garcia E,Escola JM,van Kooyk Y,Geijten beek TB,Piguet V,DC−SIGN−mediated
infections synapse formation enhances X4 HIV−1 transmission from dendritic cells
to T cells,J Exp Med 2004;200:1279−88)と、および(iv)リポソームのHIV様サイズ(Gieseler RK,Marquitan
G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific liposomal
targeting and selective intracellular delivery to human myeloid dendritic cells:implication
for HIV disease,Scand J Immunol 2004;59:415−24)は、本発明のターゲット送達システムをしてウイルス自体により採用されるT−細胞侵入のための経路を利用させる。それによって本発明のターゲティングシステムはT細胞へも同様に移送されることができる。ある程度、レクチンは新しく感染するHIVを凝集し、そしてウイルスが活溌に複製されるのを妨害するためにT細胞へ送達し得る(Gieseler
RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific
liposomal targeting and selective intracellular compound delivery to human myeloid
dendritic cells:implications for HIV diseas,Scand J Immunol 2004;59:415−24)。
膜コレステロールはHIVの細胞取り込みにおいてキーファクターである(Liao Z,Cimakasky LM,Hampton R,Ngfuyen
DH,Hildreth JE,Lipid rafts and HIV pathogenesis:host membrane cholesterol is required
for infectio by HIV type 1,AIDS Res Hum Retroviruses 2001;17:1009−19)。本発明の一具体例においては、フコシルコレステロールの特徴化により、本発明のリポソームターゲティングシステムはこのため(融合阻害剤と同様に)感染性シナプスの脂質ラフト内でビリオンとリポソームの前融合を許容するHIVトロピック成分を提供する。加えてHIV複製T細胞内へ往復動する時ターゲット化レクチン送達システムは、本発明のターゲット化リポソームの顕示されたエンドソームトロピズムのため主要なgp120グリコシル化およびウイルスアセンブリがエンドソームコンパートメント内で起こる環境に遭遇し(Greene
WC,Peterlin BM,Charting HIV’S remakable voyage through the
cell:Basic science as a passport to future therapy,Nat Med 2002;8:673−80)、このため高度に保護されたgp120残基(以下を見よ)のレクチン妨害がTリンパ球内でも効果を有することが期待される。第3に、ウイルス発芽に必須のHIV
Grg ポリプロティンがコレステロールリッチ膜ミクロドメインと優先的に会合する(Ono A,Freed BO,Plasma membrane rafts play
a critical role in HIV−1 assembly and release,Proc Natl Acad Sci USA 2001;98:13925−30)。Gayの物理化学的優先性はこのため本発明のリポソームターゲティングシステムのコレステロール成分を介してレクチントラップ中へ直接ビリオンの発芽へ導く。
このため本発明の送達システムは、活性ウイルス伝播のすべてのキープロセス、すなわち取り込み、アセンブリおよび発芽と潜在的に相互作用する。本発明のシステムおよび生産物は細胞HIV貯蔵庫を妨害するほかに、T細胞中のHIVの活溌な伝播を妨害する。
本発明の一具体例において、特異性細胞集団の細胞の表面上のCRDレクチンへターゲット化されたリポソームシステムによる治療活性剤/化合物の送達のために特異性細胞集団が標的化される。植物レクチンのような活性剤をカプセル化し、そしてリポソームシステムの外表面上にFuc−4C−Cholのような炭水化物誘導体化されたターゲティングリガンドを有するリポソームシステム(すなわち脂質−活性剤コンプレックス)が細胞へ投与される。本発明の他の具体例は、ターゲット化リポソームシステムである(すなわち活性剤を含有し、コンプレックスの表面に炭水化物誘導体化ターゲティングリガンドを有する脂質−活性剤コンプレックス)。本発明の好ましい具体例では、ターゲティングリガンドはFuc−4C−Cholである。
1981年にRobbinsらは哺乳類マクロファージ中に露出したマンノース残基と結合し、糖タンパク質を内部化する輸送システムを始めて同定した。彼等はマクロファージへ薬理学剤のターゲティングにおいて合成物質が有用であり、類似の化合物がそのような剤を他のタイプの細胞へターゲットするし得ることを予見した(Robbins
JC,LamMH,Tripp CS,Bugianesi RL,Ponpipom MM,Shen TY,Synthetic glycopeptide substances
for receptor−mediated endocytosis by macraphages,Proc Nat1 Acad Sci USA 1981;78:7294−8)。
マンノース化表面を有するリポソームを採用する初期の実験は、マクロファージマンノース−フコースレセプター(今やマンノースレセプターCD206またはMRC1と命名された。以下を見よ)との特異的相互作用を明らかにし、そのようなビヒクルは免疫調節剤を細網内皮細胞へ送達するために有用であるとの示唆へ導いた(Barrett
G,Tenu JP,Yapo A,Petit JF,Preparation and characterization of liposomes containing
mannosylated phopholipids capable of targetting drugs to macrophages,Biochim Biophys
Acta 1986;862:153−64)。そのようなリポソームに免疫調節剤をカプセル化する時、肺胞マクロファージはインビボおよびインビトロの両方において細胞毒性抗腫瘍レスポンスを誘発した(Barrett
GM,Nolibe D,Yapo A,Petit JF,Tenu JP,Use of mannosylated liposomes for in vivo targeting
of a mannose activator and control of artificial pulmonary metastases,Ann Inst Pasteur
Immunol 1987;138:437−50)。これらの結果は炭水化物ターゲット化リポソームシステムの可能性ある有用性を証明した。
もっと最近Coplandらは、マンノシル化リポソームで未成熟単球誘導樹状細胞のマンノースレセプターC−タイプレクチン(CD206;MRC1)をターゲットした。カプセル化したEITC−オバアルブミンによりモニターするとき、そのようなリポソームは、非マンノシル化中性または負に帯電したリポソームに比較した時、37℃においてこれら細胞により優先的に結合され、取り込まれた。その上、強縮トキソイド(TT)をカプセル化するマンノシル化リポソームは、中性TT含有ソポソームまたは非カプセル化TTよりもさらに効果的に樹状細胞依存TT−特異性T細胞刺激/伝播を誘発し、マンノシル化リポソームはカプセル化したペプチドまたはタンパクワクチンに対する免疫応答を増強するための多戈の送達ビヒクルであるとの結論へ導いた(Copland
MJ et al,Liposomal delivery of antigen to human dendritic cells,Vaccine 2003;21:883−90)。
上に要約した骨髄樹状細胞に関する両方の研究は(Coplan MJらおよびGieseler RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon
LA,Driessen WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SiGN−specific liposomal targeting and selective
intracellular compound delivery to human myeloid dendritic cells:implications for
HIV disease,Scan J Immunol 2004;59:415−24)は、このようにC−タイプレチクン(これらはここで特に言及される)を発現する細胞は、抗体または炭水化物標識リポソームによって細胞内取り込み、部位特異性送達および機能的変調のために高度に効率的に標的化されることができることを独立に証明した。
C−タイプレクチンレセプター特異性リポソームの全身投与時のインビボ生体内分布に関して、Kawakamiらはマンノシル化、フコシル化およびガラクトシル化リポソームを研究した。マウスへ静脈内注射後、グリコシル化リポソームの3タイプのすべては循環液から速やかに排除され、そして肝臓内に優先的に回収され、そしてアシアロ糖タンパク質受容体を介して肝臓柔および非柔細胞によって異なる速度で取上げられた(Kawakami
S,Wong J,Sato A,Hattori Y,Yamashita F,Hashide M,Biodistribution characteristics
of mannosylated,fucosylated,and galactosylated liposomes in mice Biochim Biophys
Acta 2000;1524:258−65)。
しかしながら全身投与モードとは対照的に、本発明の具体例は区域的感染性病原体貯蔵庫のターゲティングのため局部リンパ節へ排出されるように皮下または皮内注射によるようなCTLレセプター特異性リポソームの局部的投与を採用する。慢性非感染病の肝胃腸学的文脈における細胞標的を目的とする時でさえも、本発明の具体例は確立された器官指向方法、例えば肝動脈を介する直接注入の利益を享受することによって処置の選択性を増加させる(Kemey
MM,Alava G,Oliver JM,The effects on liver metastases of circadian patterned continuous
hepatic artery infusion of FUDR,HPB Surg 1994;7:219−24)。それ故グリコシル化リポソームターゲティングシステムを採用する時、期待される結果は、(i)その局部投与はシステムの肝内ロスを防止すること、(ii)その器官指向投与は吸収の二次的全身部位におけるシステムのロスを最小化することである。望む区域もしくは器官への集中化のほかに、両方のアプローチは明らかな薬物毒性学的利益を有する。
本発明の好ましい具体例において、ある種のCRDレクチンを発現する細胞集団へリポソームカプセル化治療的活性化合物の特異的送達のためにフコース標識リポソームが採用さる。見込まれる特定的応用は以下の治療ターゲティングを含む。
(i)ヒト免疫不全ウイルスタイプ1(HIV−1)、C型肝炎ウイルス(HCV)、および結核菌での感染のような感染病のCRD(すなわちCTLまたはCTLDレセプター)慢性感染病原体保有細胞;
(ii)結腸および直腸の癌のようなCRD(すなわちRBGファミリーメンバー)新生細胞;および
(iii)例えば非アルコール性脂肪肝炎における高アポトーシス肝細胞へ向けた、肝臓のCRD柔および/または非柔細胞(アシアロ糖タンパク受容体肝細胞;マンノース/フコースレセプター,非柔肝細胞;およびL−SIGN肝臓洞血管内皮細胞)
なおCタイプレクチンのほかに、感染性細胞内貯蔵庫の確立に含まれるレセプターは、hNHR−P1AおよびKLRG1のような非CTLレクチンをも含んでいる。しかしながら、これら分子はC−タイプレクチン様ドメイン(CTLD)をディスプレーするので、CTLおよびCTLDレクチンの両方は共通して病原体結合炭水化物認識ドメインを特徴としている(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46)。この共通のデノミネーターにより、本発明の炭水化物−依存ターゲティングメカニズムは非CTLレセプター上のCTLD構造へも結合する。その結果本発明の汎CTL/CTLDターゲティングシステムは、すべてのタイプのHIV保有細胞へ治療的に指向させる能力を持っている。
要するに、本発明の方法および生産物(すなわちターゲット化リポソームを含んでいるターゲット化脂質−活性剤コンプレックス)は、HIVによって採用されるCTLおよびCTLDレセプター仲介経路によって細胞へ結合し、侵入する。その上本発明の生産物はウイルス自体(直径約120nm)に対して優先的に似たサイズ(直径約150nm)である。それにも拘らず、DC−SIGNは広い範囲にわたるサイズの(感染性)粒子を取り込むという事実より(Engering
A,Geijtenbeek TBH,van V1iet SJ et al,The dendritic cell−specific adhesion receptor
DC−SIGN internalizes antigen for presentation to T cells,J Immunol 2002;168:2118−26;Kwon
DS,Gregorio G,Bitton N,Hendrickson WA,Littman DR,DC−SiGN−mediated internalization
of HIV is required for trans−enhancement of T cell infection,Immunity 2002;16:135−44;Cambi
A,Gijzen K,de Vries JM et al,The C−type lectin DC−SIGN(CD209)is an antigen−uptake
receptor for Candida albicans on dendritic cells,Eur J Immunol 2003;33:532−8;Colmenares
M,Puig−Kroger A,Pello OM,Corbi AL,Rivas L,Dendritic cell(DC)−specific intracellular
adhesion molecule 3(ICAM−3)−grabbing nonintegrin(DC−SIGN,DC209),a C−type surface
lectin in human DCs,is a receptor for Leishmania amastigotes,J Biol Chem 2002;277:36766−9)、本発明のターゲット化送達システムおよび生産物が広く種々の感染作因を確立する慢性細胞内貯蔵庫を妨害することを可能化する。
成功的なターゲティングのための決定的ファクターの一つは標的構造の膜密度である。それらのライフサイクルの少なくとも一段階において、すべての標的化すべき病原体保有細胞は中ないし高膜密度においてCTLおよび/またはCTLDを発現する。CD−SIGN/CD209の代表例に関し、Baribaudらは少なくとも1×10分子/未成熟mDCの表面発現を測定している(Baribaud F,Plhlmann S,Leslie
G,Mortari F,Domas RW,Quantitative expression and virus transmission analysis of
DC−SIGN on monocyte−derived dendritic cells,J Virol 2002;76:9135−42)。加えて、これらのターゲティング分子はT細胞により確立された脂質ラフツ内および/または(感染性)シナプス内で細胞の膜中で密に配列している(Arrighi
JF,Pion M,Garcia E,Escola JM,vanKooyk Y,Geijtenbeek TB,Diguet V,DC−SIGN−mediated
infectious syapse formation enhances X4 HIV−1 transmission from dedritic cells to
T cells,J Exp Med 2004;200:1279−88;Gieseler RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen
WH,Sullivan SM,Scolaro MJ,DC−SIGN−specific liposomal targeting and selective intracellular
compound delivery to human myeloid dendritic cells:impliccations for HIV disease,Scan
J Immunol 2004;59:415−24)。
両方を合せて、そのような条件はここで確立したように、非常に高いターゲティング効率によって快適な分子標的を提供する。このためここに提示される細胞内感染病病原体貯蔵庫のターゲティングのための新規な統合技術は、本発明技術が共通して強力な治療介入のためすべての既知のHIV保有細胞タイプに到達することを可能にするであろう。CTLおよびCTLDレセプターの両方は、ある種のモノまたはポクサッカライド(例えばフコースまたは重合したフコース)で標識され本発明のリポソームの種々のウイルス、細菌および寄生虫の種々の種を含む他の感染作因による細胞内コンパートメントへの往復動のために束ねられることができる(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46)。本発明の方法および生産物は、HIV−1、HCV、結核菌およびそれ以上の妨害および根絶を許容する。この目的のため、適切な治療化合物が送達されなければならない。本発明の一具体例において、構造的にインタクトな感染作因をそれらの特徴的表面糖を介して凝集する能力を有する化合物が本発明の方法および生産物と共に採用される。
細胞内貯蔵庫の治療的ターゲティングのための病原体制限構造
HIVおよびHCVのようなレトロウイルスの頻繁な突然変異のため(例えばMajor ME,Rehermann B,Feinstone S,Hepatisis
C Viruses,In:Knipe DM,Howley PM,Griffin DE,Lamb RA,Martin MA.Rozman B,Straus SE(eds.),Fields
Virology,4th ed.Vol I,Lippincott,Williams & Wilkins,Baltimore 2001:PR1127−62),そのようなウイルスのタンパク質転写はターゲット化リポソームシステムを介する化合物送達のための貧弱にしか信頼できる目標に過ぎない。加えてもしウイルスエンベロープタンパク質(または細菌細胞壁または膜タンパク質)が適切な標的としての資格を有するとしても、これらタンパク質は一般に重いグリコシル化によってマスクされている。しかしながらこれらウイルスエンベロープグリコシルブランチ(または細菌の場合は糖衣)は非常にコンスタントなドメインを特徴とする(例えばGeyer
H,Holschbach C,Hunsmann G,Schneider J,Carbohydrates of human immuno−deficiency virus.Struetures
of oligosaccharides linked to the envelope glycoproteins 120,J Biol Chem 1988;25:263:11760−7)。
ウイルスに関し、そしてHIVの例において、基礎となる理由はHIV gp120分子のアミノ酸基は宿主細胞のラフな細胞質細網内皮においてグリコシリル化され、そして細胞のゴルジ装置においてさらに処理されていることである(Kormfeld
R,Kornfeld S,Assembly of asparagine−linked oligossaccharides,Annu Rev Biochem 1985;54:631−64)。このようにこれらのプロセスはHIV自体の水びたし酵素から独立に働く。後で記載するように、gp120の目立つ成分(他のウイルスおよび細菌表面糖のもののように)はマンノースである。対照的に哺乳類細胞表面または血清糖タンパク質ブランチは末端マンノースをまれに持つだけである(Weis
et al,Immunol Rev 1998;163:19−34)。本発明の一具体例においては、本発明のリポソーム送達システムはそのようなエンベロープまたは糖衣炭水化物(最も注目すべきはマンノースおよびフコース残基を特徴とする)を強く相互作用する多価植物レクチンを含むかカプセル化する。感染細胞中へ放出される時、このレクチンは感染作因の細胞内貯蔵庫を凝集する。
詳しくは、HIVエンペロープ糖タンパクgp120およびgp41は標的細胞へのHIV侵入を仲介するトリマーコンプレックスを生成する(Allan JS,Essex
M,Major glycoprotein antigens that induce antibodies in AIDS patient are encoded
by HTLV−III,Science 1958;228:1091−4)。トリマー中のgp120のアクセス可能の大部分は、レセプター結合区域を囲む可変な重度にグリコシリ化されたコアとループ構造から構成される(Wyatt
R,Kwong PD,Desjardins E,Sweet RW,Robinson J,Hendrickson WA,Sodroski JG,The antigenic
structure of the HIV gp120 envelope glycoprotein,Nature 1998;393:705−11)。gp120の分子量の約50%が糖によって提供され、その全部がgp120のペプチドバックボーンのアミノ酸をアンカーするようにN−結合している(Botos
I,Wlodawer A,Proteins that bind high−mannose sugars of HIV envelope,Prog Biophys
Mol Biol:in press)。事実HIVgp120は共通のペンタサッカライドコアとN−結合した炭水化物タイプのすべての既知の3カテゴリー、すなわち高マンノース(33%)、ハイブリッド(4%)およびコンプレックス(63%)を特徴としている(Kornfeld
R,Kornfeld S,Assembly of asparagine−linked oligosaccharide,Annu Rev Biochem 1985;54:631−64)。
高マンノースオリゴサッカライドにおいて、2ないし6個のマンノース残基がペンタサッカライドコアへ結合している(Sanders RW,Venturi
M,Schiffner L,Kalyanaraman R,Katinger H,Lloyd KO,Kwong PD,Moor JP,The mannose−dependent
epitope for neutralizing antibody 2G12 on human immunodeficiency virus type 1 glycoprotein
gp120,J Viol 2002;76:7293−305)。ハイブリッドオリゴサッカライドは高マンノースおよびコンプレックス炭水化物構造の両方の要素を含んでいる(Kornfeld
R,Kornfeld S,Assembly of asparagine−linked oligosaccharides,Annu Rev Biochem 1985;54:631−64)。コンプレックスオリゴサッカライドはL−フコース(90%)、マンノース、ガラクトース、N−アセチルグルコサミン、N−アセチルガラクトサミン、およびシアル酸を含むことができる(Rao
VSR,Qasba PK,Balaji PV,Chandrasekaran R,Conformation of Carbohydrates,Harwood Academic
Publishers,The Netherlands:1998;Mizuochi T,Spellman MW,Larkin M,Solomon J,Basa LJ,Feizi
T,Carbohydrate structure of the human immunodeficiency virus(HIV)recombinant envelope
glycoprotein gp120 produced in Chinese−hamster ovary cells,Biochem J 1988;254:599−603;Mizuochi
T,Spellman MW,Larkin M,Solomon J,Basa LJ,Feizi T,Structural characterization by
chromatographic profiling of the oligosaccharides of human immunodeficiency virus(HIV)recombinant
envelope glycoprotein gp120 produced in Chinese hamster ovary cells,Biomed Chromatogr
1988;2:260−70)。
オリゴサッカライドの利用し得る結晶構造はグリコシド結合のためのごく限られた数のコンフォメーションを曝露するに過ぎない(Petrescu AJ,Peterscu
SM,Dwek RA,Wormald MR,A statiscal analysis of N− and O−glycan linkage conformations
from crystallographic data,Glycobiology 1999;9:343−52)。分子ダイナミックシミュレーションおよびNMR結果は、枝分かれした高マンノース炭水化物は、それらのフレキシブルなグリコシド結合にもかかわらず、良く限定された全体のコンフォメーションを持っていることを示唆する(Woods
RJ,Pathiaseril A,Wormald MR,Edge CJ,Dwek RA,The high degree of internal flexibility
observed for on oligomannose oligosaccharide does not alter the overall topology
of the molecule,Eur J Biochem 1998;258:372−86)。この限られたオリゴサッカライドオリエンテーションは糖結合レクチンとの相互作用において重要であるらしい。例えば、第2のレクチン−炭水化物相互作用は利用できる減らされたコンフォメーションスペースと、そして第1のレクチン−炭水化物相互作用によって創出された減らされたエントロピーペナルティーによって増強されることができる。同様なメカニズムは多価レクチン−炭水化物相互作用に含まれているらしい(Ng
KK,Kolatkar AR,Park−Snyder S,Feinberg H,Clark DA,Drickamer K,Weis WI,Orientation
of Bound ligands in mannose−binding proteins.Implications for multivalent ligand
recognition,J Biol Chem 2002;277:16088−95)。
それらの高いマンノースおよびフコース含有量と、そしてそれらのマンノース残基のための限定されたコンフォメーション自由度によるレクチン相互作用で、HIVのような感染作因は細胞外C−タイプレクチンおよびCTLDレセプターへの結合に良く適合している。実際細胞はそれら自身の分泌糖タンパクをこれら糖へ結合しないので、我々は細胞は、それらがウイルス感染の場合、そのようなサッカライドへ特異的に結合し、他の細胞が次々に認識し、結合し、そしてそれらの連続的クリアランスのためC−タイプレクチンによって遊離された感染作因を取り込むものと仮説する。しかし細胞内貯蔵庫を形成する感染作因については、それらの高度に保存された炭水化物コートが貯蔵庫形成のそれらのCTL/CTLD仲介経路を確実にする。同時に、これらの特徴はアキレスの踵をもたらし、HIV
gp120のような分子が治療的レクチン妨害に完全に適した広い炭水化物特徴をディスプレーする。
治療上活性な化合物/剤
ここに記載される発明に関し、治療上活性な化合物は、ターゲット化されたリポソーム送達によって関心ある細胞集団中へ特異的に導入されることができる。
細胞内病原体の治療的妨害剤としての植物レクチン
レクチンは、例えば癌の治療のための新しいアプローチの開発のような種々の新しい医療用途に使用されている(de Mejia EG,Bradford
T,Hasler C,The anticarcinogenic potential of soybean lectin and lunasin,Nutr Rev
2003;61:239−46,Errtum in:Nutr Rev 2003;61:293)。同様にHIVエンペロープタンパクgp120上の高マンノース炭水化物へ結合することが知られた広範囲のレクチンはHIV感染をコントロールするための可能性ある新しい方法を提供することが認められている(Botos
I,Wlodawer A,Proteins that bind high−mannose of the HIV envelope,Prog Biophys Mol
Biol:in press)。同じ理論は多数の他の感染作因にも適用される(Cambi A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like
receptors in the immune system,Curr Opin Cell Biol 2003;15:539−46)。レクチンはそれらの炭水化物相互作用の特定のメカニズム、それら起源、または他の基準に従って分類することができる。それらの起源に関し、高マンノース結合レクチンは植物(Con−A,MHL,UDA、ジャカリン、GNA,NAP等)、動物(DC−SIGN,MBL等)、または青緑色海藻(シアノビリン−N,サイトビリン等)からであることである。(Botos
I,Wlodawer A,Proteins that bind high−mannose sugars of HIV envelope,Prog Biophys
Mol Biol:in press)。一般にすべてのレクチンは炭水化物へ水素結合、極性接触、およびファンデルワールス相互作用を介して結合する。しかしながら動物/ヒトレクチンと同様に、植物レクチンは異なる特異性および結合優先性をもって炭水化物と結合する(Drickamer
K,Muliplicity of lectin−carbohydrate interactions,Nature Struct Biol 1995;437−9)。
本発明の好ましい具体例においては、植物レクチンは、本発明のターゲット化リポソーム送達システム中へ取り込まれるように選択された。ある種の植物レクチンはヒトまたは動物へ全身/細胞外投与する時マイトジェンとして作用する。これらの場合においてはレクチンは細胞外レセプターへ結合することによって別々の細胞の増殖を誘発し、それらの信号形質導入カスケードを活性化する。全身/細胞外投与する時、種のレクチンはある種の細胞集団(例えば赤血球)を凝集し、これは再びレクチンと細胞外レセプターの係合によって仲介される。この場合、レクチンはいくつかの細胞を架橋(凝集)する。ある種のレクチンは両方の特徴を示す(Wimer
BM,Mann PL,Mitogen Information Summaries,Cancer Biother Radiopharmaceut 2002:17)。
レクチンの治療的適用を考慮する時これらの効果のどれも許容できない。しかしながらリポソーム送達システム中にカプセル化する時、レクチン(またはその截頭バージョン)は外部環境へ暴露されず、そして細胞にのみ放出される。それ故ある種のレクチンの望ましくない全身副作用が−それらの最も価値ある治療的可能性にもかかわらず−標的化送達シスムテの採用によって防止することができる。加えて、本発明の文脈において見込まれる送達システムは、与えられた位置または器官内の特異的細胞集団の選択的ターゲティングのため局所(例えば皮下)または器官指向(例えば肝動脈注入)適用を意図する。その結果、所望の効果を達成するためのレクチンの濃度は全身投与時の濃度より遥かに低い。その上治療的には、そのようなレクチンは標的細胞中の感染作因を凝集させるために送達されるであろう。この戦略の第1の利益は、作因の親感染結合部位を機能的に不能化するように病原体表面を不可逆的にマスクすることである。第2の利益は、多数のレクチン結合部位のため、作因とレクチンの両方のファゴリソーム酵素分解のため結合した大きなコンプレックスの発生である。標的細胞はこのプロセスの途中で破壊されることができる。例えば、アポトーシスはレセプター結合に応答してしばしば誘発されることが知られている(例えば、Continho−Silva
R,Persechini PM,Da Cunha Bisaggio R,Perfettini JL,Torres De Sa Neto AC,Kanellopoulos
JM,Motta−Ly I,Dautry−Varsat A,Ojcius DM,P22/P2x7 receptor−dependent
apoptosis of dendritic cells,Am J Physiol 276〔Cell Physiol 45〕1999;C1139−47;Woltman
AM,van der Kooij SW,Coffer PJ,Offringa R,Daha MR,van Kooten C,Rapamycin specifically
interferes GM−CSFsignaling in human dendritic cells,leading to apoptosis via increased
p27KIPIexpression,Blood 2003;101:1439−45)。しかしながらそのような場合においてさえも、漏れ時の残存レクチンの全身濃度は細胞マイトジェシスおよび/または凝集が実現されるための遊離レクチンの最適活性より低い大きさのオーダーであろう。
選択されたレクチンの特定的説明
コンカナバリンA(Con−A):たちなたまめCanavala ensiformisから得られるCon−Aは、植物レクチンの大家族の良く特徴化されたメンバーである(Sharon
N,Lectin−carbohydrate complexes of plants and animals:an atomic review,Trends Biochem
Sci 1993:18:221−6;Parin S,Rupp B,Hope HK,Atomic Resolution Spructure of Concanavalin
A at 120K,Acta Cryst 1996;D52:1161−8;Blakely MP,Kalb(Gilboa)AJ,Helliwell JR,Myles
DAA,The 15−K neutron structure of saccharede−free concanavalin A,Proc Natl Acad
Sci USA 2004;101:16405−10;Harrop SJ,Helliwell JR,Wan TCM,Kalb(Gilboa)AJ,Tong L,Yariv
J,Structure solution of a cubic crystal of concanavalin A complexed with methyl α−D−glucopyranoside,Acta Cryst 1996;D52:143−55)。
Con−Aはマンノースを結合し、N−結合オリゴサッカライドのα−Man−(1,3)−〔α−Man−(1−6)〕−Manコアに対して最も特異的である(Mandal DK,Kishore N,Brewer CF,Thermodynamics
of lectin−carbohydrates and ovalbumin to concanavalin A,Biochomistry 1994;33:1149−56)。Con−AはHIVを強力に凝集することが示された(例えば、Hayakawa
T,Kawamura M,Okamoto M,Baba M,Niikawa T,Takahara S,Serizawa T,Akashi M,Concanavalin
A−immobilized polystyrene nanospheres capture HIV−1 virions and gp120:potential
approach towards preventio of viral transmission,J Med Viol 1998;56:327−31)。その上pH6.5以上では、Con−Aはテトラマーとして存在し(Yarv
J,Kalb AJ,Levitzki A,The interaction of concanavalin A with methyl alpha−D−glucopyranoside,
Biochim Biophys Acta 1968;165:303−5)、そして各25−kDaモノマーは糖結合部位で供給される(Kalb AJ,Levitzki
A,Metal−binding sites of concanavalin A and theirrole in the binding of α−methyl D−glncopyranoside,Biochem J 1968;109:669−72)。それ故レクチンはHIVを架橋(凝集)することができる。ここに記載される用途に関する追加の利益は、237−残基Con−Aのトポロジーはすべての天然およびリガンド結合結晶構造において主に不変であり、これは糖結合が有意なコンフォメーション変化を含まないことを意味する(Reeke
Jr GN,Becker JW,Edelman GM,The covalent and three−dimensional structure of concanavalin
A.IV.Atomic coordinates,hydrogen bonding,and quaternary structure,J Biol Chem 1975;250:1525−47)。
Con−Aモノマーあたり二つの追加の金属結合部位は遷移金属イオンおよびCa2+を捕捉する(Kalb AJ,Levitzki
A,Metal binding sites of concanavalin A and their role in the binding of alpha−methyl
glucopyranoside,Biochem J 1968;109:669−72)。重要なのは低pH値において、Con−Aはこれら金属を遊離し、その糖結合能力を失う。しかしながら失った金属の添加は糖結合を回復する(Yariv
J,Kalb AJ,Levitzki A,The interaction of concanavalin A with methyl alpha−D−glucopyranoside,Biochim
Biophys Acta 1968;165:303−5)。Ca2+の存在は、Con−AのAla207−Asp208シスペプチド結合を安定化すると考えられるHO分子と相互作用する故に決定的である(Naismith
JH,Emmerich C,Habash J,Harrop SJ,Helliwel JR,Hunter WN,Reftery J,Kalb AJ,Yariv J,Refined
structure of concanavalin A complexed with methyl α−D−Mannopyranoside
at 2.OA resolution and comparison with saccharide−free structure,Acta Crystallogr
(D)1994;50:847−58)。対照的にCa2+の不存在下では、このペプチド結合はシス−トランス異性化を受け、糖結合ループLeu99−Tyr100の拡大が続き、サッカライド分子を捕捉するこのループの能力の損失を招く(Bouckaert
J,Loris R,Poortmans F,Wyns L,Crystallographic structure of metal−free concanavalin
A at 2.5Aresolution,Proteins 1995;23:510−24;Reeke Jr GN,Becker JW,Edelman GM,Changes
in the three−dimensional structure of concanavalin A upon demetalliztion,Proc Natl
Acad Sci USA 1978;75:2286−90)。
本発明の好ましい具体例においては、Con−Aはエンドソーム内貯蔵HIVの凝集を許容するようにターゲット化リポソーム送達システム中に含まれるかカプセル化される。低いエンドソームpH条件は、ターゲット化リポソーム送達システムがその糖結合能力を保持することを確実にするためレクチンと共にCa2+および遷移金属イオンが同時カプセル化されることを必要とする。Myrianthus
holstiiレクチン(MHL):アフリカ植物Myrianthus holstii Pal,Uriticeaeの根は9284Daレクチンを含有する。Myrianthus
holstiiレクチン(MHLまたはMyrianthin,他の名称Omufe,Mafwisa,Mswiza)は強力な抗HIV活性を発揮する。MHLは16のジスルフィド結合システィン残基を含んでいる。配列分析は88のうち79のアミノ酸残基を成功して割当てし、位置52、66および69におけるそれらの一次構造において多数のアイソフォームの存在を示唆した(Charan
RD,Munro MH,O‘Keefe BR,Sowder RCII,McKee TC,Currens MJ,Pannell
LK,Boyd MR,Isolation and characterization of Myrianthus holstii lectin,a potent
HIV−1 inhibitory protein from the plant Myrianthus holstii,J
Nat Prod 2000;63:1170−4;Botos I,Wlodawer A,Proteins that bind high−mannose sugar
of the HIV envelope,Prog Biophys Mol Biol:in press)。CEM−SS細胞はMHLによって研究室株HIV−1RFの細胞変性効果から保護された。50%細胞保護のための有効濃度(EC50値)は1.4μg/ml(150nM)であった。MHLは250mg/mlの最高テスト濃度においてさえも(すなわちEC50値の2オーダー上)標的細胞に対し有毒であることが証明されていない。ジスルフィド結合は、それらの還元分裂時に抗HIV活性が失われたので明らかに機能一体性のために構造上重要である(Balzarimi
J,Neyts J,Schols D,Hosoya M,Van Damme E,Peumans W,De Clereq E,The mannose−specific
plant lectins from Cymbidium hybrid and Epipactis helleborine and the (N−acetylglucosamine)n−specific
plant lectin from Urtica dioica are potent and selective inhitors of human immunodeficiency
virus and cytomegalovirus replication in vitro,Antiviral Res 1992;18:191−207)。
MHLは宿主細胞のHIV感染を可逆的に阻害し、そして完全活性のため連続的に存在することが必要である(Charan RD,Munro MH,O‘Keefe BR,Sowder RCII,McKee TC,Currens MJ,Panell LK,Boyd MR,Isolation
and characterization of Myrianthus holstii lectin,a potent HIV−1 inhibitory protein
from the plant Myrianthus holstii,J Nat Prod 2000;63:117−4)。MHLは可溶性CD4と同時にgp120を結合することができるので、MHLとCD4はgp120へアロステリック的に結合するらしい。テストした糖のシリーズから、GlcNacだけがMHL−gp120結合を妨害する。GlcNacへ結合すると、MHLはgp120を結合することができず、MHLはgp120炭水化物部分と相互作用することを示す。このレクチンはヒト赤血球を凝集しない(Charan
RD,Munro MH,O’Keefe BR,Sowder RCII,McKee TC、Currens MJ,Pannell
LK,Boyd MR,Isolation and charactenzation of Myrianthus holstii lectin,a potent HIV−1
inhibitory protein from the plant Myrianthus holstii,J Na Prod 2000;63:1170−4)。マイトジェン性はテストされていない。
本発明の一具体例においては、MHLがターゲット化リポソーム送達システム内に含められるかカプセル化される。しかしながらMHLはCon−Aほど広く特徴化されておらず、そしてN−結合したオリゴサッカライドのα−Man−(1,3)−〔α−Man−(1,6)〕−Manコアに対するCon−Aの高い特異性を発揮しない。加えて、MHLはHIVを可逆的に阻害する。最後にMHLはモノマーとして存在する。不可逆的に凝集することができるMHLのジ−またはマルチマー変種の合成を製造し、採用することができる。MHLは他の感染作因によって形成された貯蔵庫へ指向されたターゲット化送達システムにも採用することができる。
さらなる条件
成功的病原体凝集の確率:エンドソーム送達レクチンにとって成功的凝集のためにはそれらの病原体標的へ効果的に拡散できることが必須である。これを達成できるかどうかに関する物理化学的条件に関し、細胞下コンパートメント中の単一標的の位置のためのKuthanの数学的モデルが基礎を提供する。この簡単な片寄っていない(すなわちドリフトなし)、単一または少数の標的部位(ウイルスのような)をランダムに探しているマクロ分子(レクチンのような)のブラウン運動から進めて、彼は球形コンパートメント(エンドソームのような)中の個々のマクロ分子のランダムウォークのためのウォーク・アンド・キャプチャーモデルを開発した(Kuthan
H,A mathematical model of single target site location by Brounian movement in subcellular
compartments,J Theor Biol 2003;221:79−87)。このモデルは、最初にAdamsおよびDelbruckにより開発され、他のものによって補足された簡単なウォーク・アンド・キャプチャーモデルに基づいていた(Adam
G,Delbruck M,Reduction of Dimensionality in Biological Diffusion Processes In:Structural
Chemistry and Molecular Biology.Rich A,Davidson N,eds,New York:Freeman & Co;1968:198−215;Berg
HC,Purcell EM,Physics of chemoreception,Biophys J 1977;20:193−219;Szabo A,Schulten
K,Schulten Z,First passage time approach to diffusion controlled reactions,J Cham
Phys 1980;72:4350−7)。特にEXACT AND APPROXIMATE FIRST−PASSAGE−TIME(FPT)PROBABILITY
DENSITY FUNCTIONの閉鎖解析解答が適用された。小分子Cajar体(φ0.1−1.0μm,これは完全にエンドソームの範囲内である〔Dundr M,Misteli T,Functional architecture
in the cell nucleus,Biochem J 2001;356:297−310〕)の例について決定されたように、有効拡散定数D=0.5μm2s−1(慎重に低くセットした)を持つ単一拡散タンパク分子はp=0.98の確かに近い確率をもって中程度サイズの標的タンパク(φ5nm)と1分以内に遭遇するであろう(Kutan H,前出)。これらの考慮はエンドソームへ送達されるレクチンにもあてはまるので、すべての標的病原体の最も速いそして完全な凝集がここに記載した本発明のこの適用に関しても期待される。
細胞内病原体貯蔵庫の分解のための条件:
貯蔵庫生成へ導く一般的分子および物理化学的条件−そのため治療的植物レクチンによって遭遇される−他のCTLレセプターの代表は、良く研究されたDC−SIGNの例に提供されている。一般に哺乳類細胞の高度にダイナミックなエンドソーム/リソソームシステムは、物理的には早期、リサイクリングおよび後期エンドソームおよびリソソームと、そして後期ゴルジ装置からなる。このシステムは、レセプターおよびリガンドを(i)血漿膜および(ii)後期ゴルジから選別および隔離のため膜輸送を可能にする。細胞表面からエンドソームへ輸送された分子はクラスリンでコートされたピットを通ってレセプター仲介エンドサイト−シスによって内部化される(Teasdale
RD,Loci D,Honghton F,Karlsson L,Gleeson PA,A large family of endosome−localized
proteins related to sorting nexin 1,Biochem J 2000;358:7−16)。
DC−SIGN−結合リガンドは一般に分解コンパートメントにおいて処理のため内部化されるが、HIVは分解されることなく保護されている(Kwon
DS,Gregorio G,Bitton N,Hendrickson WA Littman DR,DC−SIGN−mediated internalization
of HIV is required for trans−enhancement of T cell infection,Immunity 2002;16:135−144)。どのようにしてHIVビリオンがこの正常メカニズムを逃れるかは今のところわかっていない。しかしながら成熟mDCにおいては、DC−SIGNはHIVが分解に対してその中で保護されている早期エンドソームコンパーメントへターゲットされることが知られており(Engering
A,et al,The dendritic cell−specific adhesion receptor DC−SIGN internalizes antigen
for presentation to T cells,J Immunol 2002;168:2118−2126)、mDCのHIVによって誘発された成熟はその変化した内部化へ導くことができることを示唆する。ウイルスをT細胞へ伝達するためには、DC−SIGNによって内部化されたビリオンは細胞表面へリサイクルし戻され、標的細胞上の侵入レセプター(CD4,CCR5,CXCR4)と接触する(Geijtenbeek
TBH,et al,DC−SIGN,a dendritic cell−specific HIV−1−binding protein that enhances
trans−infection of T cells,Cell 2000;100:587−597)。他のC−タイプレクチンBDCA−2およびDEC−205も抗原を後期エンドソームまたはリソソームへ送達する。加えてマンノースレセプター(CD206)は抗原(またはHIV)を早期エンドソームへ送達し、直接表面へリサイクルし戻す(Cambi
A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors in the immune system,Curr
Opin Cell Biol 2003;15:539−46)。
特にリガンドを結合するときおよびルーチンな取り込みおよび膜リサイクリングのコースにおいて、DC−SIGNはその二つの推定ジ−ロイシン−(LL)およびチロシンに基づく(YSQL)内部化モチーフによって内部化される(Rapoport
I,Chen YC,Cupers P,Shoelson SE,Kirchhausen T,Dileucine−based sorting signals bind
to the β−chain of AP−1 at a site destinct and regulated
differently from the tyrosine−based motif−binding site,EMBO J 1998;17:2148−55;Trowbridge
IS,Endocytosis and signals for internalization,Curr Opin Cell Biol 1991;3:634−41)。DC−SIGNは低pH(6.0−6.8)で早期エンドソームおよびリソソームコンパートメント中へ内部化される(Engering
A,Geijtenbeek TB,van Vliet SJ,Wijers M,van Liempt E,Demaure N,Lanzavecchia A,Fransen
J,Figdor CG,Pignei V,van Kooyk Y,The dendritic cell−specific adhesion receptor DC−SIGN
internalizes antigen for presentation to T cells,J Immunol 2002;168:2118−26)。事実そのような低pH条件は細胞内貯蔵庫から成功的なDC−SIGN容易化T細胞感染にとって必須であるらしい(Kwon
DS,Gregorio G,Bitton N,Hendrickson WA,Littman DR,DC−SIGN−mediated internalization
of HIV is required for trans−enhancement T cell infection,Immunity 2002;16:135−44)。DC−SIGNによるHIVのmDC細胞内低pHコンパートメント中への内部化はこのように貯蔵庫の慢性感染役割にとって決定的であるらしい。最後に、例えば表面へリサイクルされ戻される前にエンドソーム/リソソームシステムを横断する間のトランスフェリンおよびそのレセプターの場合のように、この貯蔵庫に貯えられている間DC−SIGNはHIVへ結合され続けることが考えられる(Ciechanover
A,Schwartz AL,Lasish HF,Sorting and recycling of cell surface receptors and evdocytosed
ligands:the asialoglycoprotein and transfer receptors,J Cell Biochem 1982;23:107−30)。
マンノース/フコースレセプターと相互作用する新生糖タンパクおよびモノサッカライドは投与量および時間依存性態様でリポソーム酵素分泌を刺激することが示された。糖(最も効果的にはL−フコースまたはマンノース)とタンパク質の組合せが糖単独よりも強力にリソソーム酵素分泌を刺激するけれども、同じ効果は両方の条件下でも得られる。リソソーム酵素分泌はインキュベーション後数時間に限られるという事実は、レセプター自体(CTLまたはCTLDレセプターのような)がこのプロセスに参加することを示している。重要なのは、シクロヘキシイミドによるタンパク合成のブロッキングは酵素分泌を阻害しないという事実が、新しい酵素合成を必要としないことを示したことである(Ohsumi
Y,Lee YC,Mannose receptor ligands stimulate serection of lysosomal enzyme from rabbit
alveolar macraphages,J Biol Chem 1987;262:7955−62)。これは本発明のターゲティングシステムによって可能化される。最も興味あるのは、リソソーム酵素分泌は分解されないリガンドまたは分解可能リガンドの存在下の両方において似た程度で誘発されることである(Ohsumi
Y,Lee YC,前出)。ここに提供される本発明に関し、病原体貯蔵庫生成感染作因、強力に結合したDC−SIGNのようなレセプター、および凝集レクチンは、このため酵素の病原体消化セットを含んでいるリソソームと標的エンドソーム部位の融合によって生成したファゴリソソームにおいて酵素分解されることができる。
HIV以外の病原体の細胞内貯蔵庫
くり返し述べたように、HIV−1以外にも種々の病原性ウイルス、細菌、および寄生虫が慢性細胞内感染性貯蔵庫を生成する。ヒト病原体に限る時、これらはHIV−2、C型肝炎ウイルス(HCV)、サイトメガロウイルス(CMV)、Epstein−Barrウイルス(EBV)、エボラ、結核菌および他のマイコバクテリウム種、およびLeishmania
amastigotesのような有害スペシスを含む(Cambi A,Figdor CG,Dual function of C−type lectin−like receptors
in the immune system,Curr Opin Cell Biol 2003;15:539−46;Kaufmann SHE,Schabaible
UE,A Dangerous liaison between two major Killers:Mycobacterium tuberculosis and
HIV target dendritic cells through DC−SIGN,J Exp Med 2003;197:1−5;Baribaud F,Pohlmann
S,Doms RW,The role of DC−SIGN and DC−SIGN R in HIV and SIV attachment,infection,and
transmission Virology 2001;286:1−6;Pohlmann S,Baribaud F,Lee B,Leslie GJ,Sanchoz
MD,Hiebenthal−Millow K,Munch J,Kirchhoff F,Doms RW,DC−SIGN interactions with human
immunodeficiency virus type 1 and 2 and simian immunodeficiency virus,J Virol 2001;75:4664−72;Alvalez
CP,Lasala F,Carrillo J,Munitz O,Corbi AL,Delgado R,C−type lectins DC−SIGN and L−SIGN
medeate celluler entry by Ebola virus incis and in trans,J Virol 2002;76:6841−4;Colmenares
M,Puig−Kroger A,Muniz Pello O,Corbi AL,Rivas L,Dendritic cell−specific ICAM−3 grabbing
nointegrin(DC−SIGN,CD209),a C−type surface lectin in human dendritic cells,is a
receptor for Leishmania amastigotes,J Biol Chem 2002;16:16)。疫学的には、これらスペシスの二つは、グローバルベースで二つの主要感染病の原因作因である。その一つ結核菌は単独またはHIVと問題ある同時感染にある患者に存在することができ(Schlunger
NW,Buzynski J,Tuberculosis and HIV infection:epidemiology,immunology,and treatment,HIV
Clin Trials 2001;2:356−63;Kaufmann SHE,Schaibe UE,前出)、そして最も広く広がって細菌感染である(Frieden
TR,Sterling TR,Munsiff SS,Watt CJ,Pye C,Tuberculosis,Lancet 2003;362:887−99;Corbett
EL,Watt CJ,Walker N et al,The growing burden of Tubeculosis:global trends and interactions
with HIV epidemic,Arch Intern Med 2003;163:1009−21;van Lettow M,Fawzi WW,Semba RD,Triple
trouble:the role of malnutrition in tuberculosis and human immunodeficiency virus
co−infection,Nutr Rev 2003;61:81−90)。他の一つHCVは世界的に最も広くひろがっているウイルス感染であると考えられている。(Ray
Kim W,Global epidemiology and burden of hepatitis C,Microbes Infect 2002;4:1219−25;Cheung
RC,Hanson AK,Maganti K,Keeffe EB,Matsui SM,Viral hepatitis and other infectious
diseases in a homeless population,J Clin Gastroenterol 2002;34:476−80;Borgia G,Reynaud
L,Gentile I,Piazza M,HIV and hepatitis C virus:facts and cotroverses,Infection 2003;31:232−40)。これらの病気はそれ故本発明の治療システムの緊急な一次標的である。
この目的のため、結核菌および他のmycobacteriaによる細菌内貯蔵庫の生成は再びC−タイプレクチンレセプターによって仲介されることが知られている(Maeda
N,Nigou J,Herrmann JL et al,The cell surface receptor DC−SIGN discriminates between
Mycobacterium species through selective recognition of the mannose caps on lipoarabinomannan,J
Biol Cham 2003;276:5513−6;Geijtenbeek TB,Van V1iet SJ et al,Mycobacteria target
DC−SIGN to suppress dendritic cell function,Exp Med 2003;197:7−17;Tailleux L,Schartz
O,Herrmann JL et al,DC−SIGN is the major Mycobacterium tuberculosis receptor on
human dendritic cells,J Exp Med 2003;197:121−7)。同じことはHIVにも当てはまる(Pohlmann S,Zhang
J,Baribaud F et al,Hepatitis C virus glycoproteins interact with DC−SIGN and DC−SIGN,J
Virol 2003;77:4070−80;Lozach PY,Lortat−Jacob H,de Lacroi,de Lavalette A et al,DC−SIGN
and L−SIGN are high affinity binding receptors for hepatitis C virus glycoprotein
E2,J Biol Chem 2003;278:20358−66;Gardner JP,Durso RJ,Arrigale RR,L−SIGN(DC209L)is
a liver−specific receptor for hepatitis Cvirus,Proc Natl Acad Sci USA 2003;100:4498−503)。このため両方の感染作因のための取り込みメカニズムは、ここに記載される本発明のシステムによるそれらの細胞貯蔵庫のターゲティングにとって必須要件を提供する。
送達すべき治療化合物に関し、Con−A,MHL,およびその他の含むある範囲の植物レクチンがこれら病原体へ結合/凝集し、このためこれら病原体を不活性化/根絶する能力を有する(Wimer
BM,Man PL,Mitogen information Summaries,Cancer Biother Radiopharmaceut 2002;17−64;Botos
I,WlodawerA,Proteins that bind high−mannose sugar of HIV envelope,Prog Biophys Med
Biol:in press)。ここに記載される本発明は、ヒトまたは動物宿主のあらかじめ限った細胞集団またはそのサブセット中へ植物レクチンを送達するフコースまたはポリフコース依存性細胞特異性ターゲティングシステムを採用し、ここで細胞集団は病原体/感染作因の貯蔵庫である。
加えて、細胞の標的コンパートメント(例えばエンドソーム)内で感染作因の完全分解を成功的に可能化するため、このターゲティングシステムは、与えられたレクチンと一緒に、(i)作因をその表面炭水化物を除去することによって非感染性とし、(ii)例えば病原体の一体の感染性、ゲノミック、および構造成分の完全分解のための標的細胞固有の(ファゴー)リソソーム酵素へ内部アクセシブルとするように、分解酵素(例えばマンノシダーゼおよび/またはN−アセチルグルコミンダーゼ)、および/またはレクチンおよび/または酵素機能完全性にとって必須の助因子(例えば金属イオンまたは補酵素)を同時にカプセル化することができる。
慢性非感染病:結腸および直腸の癌
感染病のほかに、CTLレセプターターゲティングは、ある種の非感染病を治療的に効率よく宛先とすることを可能にし得る。目立つ一例は結腸および直腸の癌である。肝臓胃腸器官および組織に発現されるREGファミリーのCRDレクチンに関し、それらの17種のクローン化され、配列決定されたファミリーメンバーが新規な処置のための新しいオプションを提供し得る。これはREGファミリーのこれらメンバーは区域CTLレセプターとして癌化、糖尿病、炎症および傷害に関与する事実のためである(Zhang
YW,Ding LS,Lai MD,Reg gene family and human diseases,World
J Gastroenterol 2003;9(12):2635−41)。その結果、癌化におけるこれらレセプターのいくつかの役目はそれらを(i)腫瘍生存の新しい予知インディケーターとして、(ii)癌化の早期バイオマーカーとして、そして(iii)新規な化学療法剤の設計のための分子マトリックスとして、見込みある候補分子にすることが示唆された(Zwang
YW,Ding LS,Lai MD前出)。
本発明はこれら以前の示唆を補足し、拡張することができる。特に本発明のターゲティングシステムの局所適用によって肝臓胃腸病環境においてREGファミリーメンバーのアドレッシングは、高度に部位特異的態様において治療薬/化合物の送達を達成することができる。原理において、そのようなアプローチは上述の病気のどれも妨害することを可能にし得る。しかしながら潜在的に最も挑戦的な適用は結腸および直腸の癌に関する。2003年現在、アメリカ合衆国およびドイツのようなすべての西欧工業化国においては、そのような癌は男性および女性の両方において癌の2番目に最も普通の死因になっている(Bruckner
HW,Adenocarcinoma of the Colon and Rectum,In:Frei E,Holland JF(eds.)Cancer Medicine
5th ed,Chapter 103,BC Decker;Hamilton,London 2000:pp1472−520;Jacobi V,Thalhammer
A,Straub R,Vogl TJ,Importance of coloncontrast enema,Radiologe 2003;43:113−21)。現在この状況はもっと有望な処置オプションが提供できない限り相当に変化することはあり得ない(World
Health Organization,Global cancer rates could increase by 50% to 15 million by 2020)。
本発明のシステムは、結腸および直腸の異なる癌に優先的に発現されるREGファミリーメンバーをターゲティングすることを介して、現在実現可能なものよりもさらに一層選択的にこれらの癌に向けることができる。その上選択性はこのターゲット化合物送達システムを例えば肝動脈中への直接の注入のような確立された器官指向方法を介して適用することによってさらに増大させることができる(Kemeny
MM,Alava G,Oliver JM,The effects on liver metastases of circadian patterned continuous
hepatic artery infusion of FUDR,HPS Surg 1994;7:219−24)。加えて本発明のターゲティングシステムは、5−フルオロウラシル、葉酸、オキサリプラチンおよびFUDRのような既にFDA承認化学療法薬物を肝臓および/または腸に局在化した癌細胞へ特異的に送達し得る(Levi
F,Misset J−L,Brinza S,Declere A,Jasmin C,Bismuth H,Reinbrg A,A chronopharmacologic
phase II clinical trial with 5−florouracil,folic acid,and oxaliplatin using on ambulatory
multichannel programmable pump:high antitumor effectiveness against metastatic colorectal
cancer,Cancer(Phila)1992;69:893−900;Kemeny MM,Alva G,Oliver JM,The effect of FUDR,HPB
Surg 1994;7:219−24)。最後に、そのような適用のための時間薬理的療法を採用することができ、非ターゲット化化学療法を採用する時でさえも臨床研究は24時間隔の処置プロトコールの明瞭な利益を明らかにした(Hrushesky
WJ,Cancer chronotherapy:a drug delivery challenge,Prog Clin Biol Res 1990;341A:1−10;Levi,Misset
J−L,Brienza S,Adam R,Metzger G,Itzakhi M,Caussanel JP,Kunstilinger F,Lecouturies
S,Descorps−Declere A,Jasmin C,Bismuth H,Reinberg A,前出;Alva G,Oliver JM,前出;Adler
S,Lang S,Langenmayer I,Eibl−Eibesfeldt B,Rump W,Emmerich B,Hallek M,Chronotherapy
with 5−fluoracil and folic acid in advanced colorectal carcinoma.Results of chronopharmacologic
phase I trial,Cancer 1994;73:2905−12;Mormont MC,Levi F,Cancer chronotherapy:principles,application,and
perspectives,Cancer 2003;97:155−69)。結果として、既に承認された薬物および薬理学的副作用を軽減するための確立されたアプローチと共にターゲット化送達システムを採用することにより、結腸および直腸の癌処置における進歩を得ることができる。
慢性非感染病:非アルコール脂肪肝炎
本発明の技術が適用可能な慢性非感染病の他の例は非アルコール性脂肪肝臓病(NAFLD)である。NAFLDは先進国において最も普通の肝臓病であり、肝硬変、急性慢性肝不全および肝臓癌へ進行し得る。NAFLDの進行したサブエンティティはいわゆる非アルコール性脂肪肝炎(NASH)である(Angulo
P,nonalcoholic fatty liver disease,N Engl J Med 2002;346:1221−31)。多数の研究がNASHのための種々の処置戦略が実際に納得し得る利益なしに開拓された。実際にLudwigらによるNASHの最初の記載から(Ludwig
J,Viggiano TR,McGill DB et al,Nonalcoholic steatohepatitis:Mayo Clinc experiences
with a hitherto unnamed disease,Mayo Clin Proc 1980;55:434−38)、効果的な治療法は提供されていない。それ故、実際の病理メカニズムの進歩した洞察は、今やはじめて真に有効な治療オプションを設計するのを助けるであろう。特に増加している証拠は病理学的に増加した肝細胞アポトーシスは肝臓の炎症およびフィブロジェネシスへ貢献し、そのため脂肪肝炎への進行に横たわる最も重要な病原メカニズムであり得ることを示唆する(Canbay
A,Higuchi H,Bronk F,SF et al,Fas enhances fibrogenesis in the bile duct ligated
mouse:a link between apoptosis and fibrosis,Gastroenterology 2002;35:964−6;Canbay
A,Gucciardi ME,Higuchi H et al,Cathepsin B inactivation attenurates hepatic injury
and fibrosis during cholestasis,J Clin Invest 2003;112:152−9)。このため炎症と線維症の両方が実際にNASHの目立った特徴であるので、脱線した肝内アポトーシスはNAFLDからNASHへの進行において決定的役目を果しているものと合理的に仮説することができる(Feldstein
AE,Canbay A,Angnlo P et al,Hepatocyte apoptosis and fas expression are prominent
features of human nonalcoholic steatohepatitis,Gastroenterology 2003;125:437−43)。
特に、これらの患者において肝細胞アポトーシスを阻害する潜在的に高い治療利益のための納得できるケースを確立することができる。そのような戦略は明らかに肝臓炎症、線維症およびそれらの後遺症を防止し得る。この目的のため、カスパーゼ(すなわち二つの主なアポトーシスカスケードの鍵となる酵素)の阻害剤が臨床使用のために開発中である。胆管閉塞の胆管リゲートマウスモデルにおいて、パンカスターゼ阻害剤IDN−6556は既に抗線維症剤として有益であることが証明されている(Canbay
A,Feldstein A,Baskin−Bey E et al,The caspase inhibitor IND−6556 attenurates hepatic
injury and fibrosis in the bile duct ligated mouse,J Pharmacol Exp Ther 2004;308:1191−6)。同様にこの阻害剤によるHCV陽性患者の処置は有意に肝臓パラメーターの病理学的値(例えばALT)、そのため傷害を減少させる(Valentino
KL,Gutierrez M,Sanchez R et al,First clinical trial of a novel caspase inhibitor:anti−apoptosis
caspase inhibitor,IDN−6556,improves liver enzymes,Int J Clin Phamacol Ther 2003;41:441−9)。しかしながら最近のアプローチがEicbhorstらによって最近提供され、彼等は肝臓ダメージのマウスモデルにおけるアポトーシスを阻害するためFDAによって既に承認されている薬物、スラミンを適用した(Guicciardi
ME,Gores GJ,Cheating death in the liver,Nat Med 2004;10:587−588;Eichhorst ST,Krueger
A,Muerkoster S et al,Suramin inhibits death receptor−induced apoptosis in vitro
and fulminant apoptocic liver damage in mice,Nat Med 2004;10:602−9)。この知見は慢性肝臓病NAFLD/NASH患者のための最初の合理的療法の道を歩むことができる。新しい肝細胞アポトーシス指向処置オプションの設計が最近示唆された(Canbay
C,Gieseler RK,Gores GJ,Gerken G,The relationship between apoptosis and non−alcoholic
fatty liver disease:an evolutionary conerstone turned pathogenic,Z Gastroenterol
2005;43:211−7)。警告として、抗アポトーシス薬の治療的長期および全身採用は高増殖障害を潜在的に促進し、そしてある種のタイプの癌および/またはリンパ腫を促進し得る。しかしながら選択方法は細胞特異的ターゲット化送達システムによってスラミンのような有益な薬物を送達し得る。
ここに記載される本発明に関し、REGタンパク質の肝胃腸学的に限られたファミリーのメンバー(Zhang YW,Ding LS,Lai MD,Reg
gene family and human deseases,World J Gastroenterol 2003;9:2635−41)は、再び潜在的な肝内ターゲティング構造を含んでいる。しかしながらある種の肝細胞サブセットへ指向し得るC−タイプレクチンは、もっと特に(i)肝細胞によって発現される唾液糖タンパクレセプター(これはGal−4−Chol−標識リポソームでターゲット化することができる)、および(ii)非実質肝細胞によって発現されるマンノースおよびフコースレセプター(これはFuc−4−Chol−標識リポソームで両方ともターゲット化可能)である(Kawakami
S,Wong J,Sato A,Hattori Y,Yamashita F,Hashida M,Biodistribution characteristics
of mannosylated,fucosylated,and galoctosylated liposomes in mice,Biochim Biophys
Acta 2000;1524:258−65)。加えて、Fuc−4−Chol−標識リポソームは肝臓/リンパ節−特異性ICAM−3−探索ノンインテグリン(L−SIGN)、DC−SIGN関連CTLレセプターをターゲティングすることによって肝臓洞内皮細胞を宛先とすることができる(Bashirova
AA,Geijtenbeek TBH,van Duijnhoven GCV,van Vliet SJ,Eilering JBG,Martin MP,Wu L,Martin
TD,Viebig N,Knolle PA,KewaRamain UN,van Kooyk Y,Currington M,A dendritic cell−specifec
intercellular adhesion molecule 3−gabbing nonintegrin(DC−SIGN)−related protein is
highly expressed on human liver sinusoidal endothelial cells and promotes HIV−1
infection,J Exp Med 2001;193:671−8)。
事実、先進国における最も多い肝臓病としてNAFLD/NASHに対する効果的な処置の不存在下においては、そのようなオプションは最初の真に有効な介入戦略を可能とし得る。その上、同じ論理に基づくアプローチは、同様に増加したそして病原学的に適切なアポトーシス速度を表わす他の病気に効果があることが期待される(Canbay
C,Gieseler RK,Gores GJ,Gerken G,前出)。特に示唆された治療的アプローチは二つの強力な生学的同盟を束ねる。第1は、細胞外肝細胞特異性CRDレクチンドメインをターゲティングする細胞特異性送達のため、第2はアポトーシスカスケードの細胞内カスパーゼを治療的にターゲティングする(例えば薬物スラミンを介して)脱線アポトーシスを妨害するためである。CRDレクチンシステムおよびアポトーシスのシステムの両方は我々の生物学的遺産のスレートの中に深く刻み込まれている。換言すれば、地球上の細胞進化の礎石上の建物はそのようなアプローチを成功に結びつけるようにせしめる。スラミンのようなアポトーシス/カスケード阻害薬物の採用(Eichhorst
ST,Krueger A,Muekoster S et al,前出)は、本発明のターゲティングシステムの肝局所的および時間薬理学的採用(Kemeny MM,Alava
G,Oliver JM,前出)を通じて、該薬物の潜在的な有害効果を最小化しつつはじめてのNAFLD/NASHの効果的処置を許容することができる。
本発明のいくつかの具体例は、ヒトを含む哺乳類対象の免疫細胞の病原体保有細胞へ活性剤を優先的に送達するための方法に関する。標的病原体保有細胞は骨髄中の骨髄幹細胞、単球、骨髄樹状細胞、マクロファージ、濾胞樹状細胞、形質細胞系樹状細胞、Tリンパ球、およびナチュラルキラー細胞を含む。以下において、術語「樹状細胞」は、骨髄系、形質細胞系、および濾胞細胞系樹状細胞を含む。術語「Tリンパ球」は、限定でなくT−ヘルパー、T−調節、またはT−メモリ細胞を含む。
術語「優先的」は、ターゲティングシステム、すなわち脂質−活性剤/化合物コンプレックス、もしくはターゲット化リガンドを含有する外表面を有するターゲット化リポソームが、本発明と比較して、匹敵する脂質−活性剤コンプレックス、もしくはモノ−またはポリフコース部分のようなターゲティングリガンドを含まない外表面を有するリポソームよりも一層効果的に細胞へ送達され、そして活性剤/化合物(例えば植物レクチンまたは薬物)が細胞によって取り込まれることを意味する。
この方法は哺乳類対象へ、活性剤または活性剤の組合せを含む本発明に従ったターゲット化リポソームのような脂質―活性剤コンプレックスを注入、または局所的または他のように適用することを含み、免疫細胞は限定でなくヒト免疫不全ウイルス(HIV)のような感染作因(または病原体)に感染しているか、または感染に服し得る細胞である。いくつかの具体例において、免疫細胞はウイルス、細菌、菌類、またはプロトゾエアのような感染作因に感染しているか、または感染へ服し得る。感染作因の例は、HIV−1,HIV−2,HCV,HSV,EBV,HPV,インフルエンザウイルス、または結核菌である。いくつかの具体例は特にエンドソーム内HIV不活性化のための細胞内ターゲティングに関する。
本発明は特に、ターゲット化リポソームを含む脂質−活性剤/化合物コンプレックスのようなターゲティングシステムにも関し、それらの表面はモノ−またはポリフコースのようなターゲティングリガンドで標識されており、それらはコンプレックスおよびリポソームへここに提供されている既知の技術により結合され、すなわちコレステロール結合およびコレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−2−β−D−チオフコシルエチル)アミノ)アルキル)ホルムアミド(または略してFuc−C4−Chol)の膜投錨、続いてジアステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、コレステロール(Chol)、およびFuc−C4−Cholのモル比60:35:5の組成物として処方することによって製造される(例えば,Kawakami
S,Wong J,Sato A,Hattori Y,Yamashita F,Hashida M,Biodistribution characteristics
of mannosylated,fucosylated and galatosylated liposomes in mice,Biochim Biophys
Acta 2000 Dec 15;1524(2−3);258−65)。フコース、ポリフコースおよびポリフコース誘導体はターゲティングリガンドまたはCRDレセプター特異性アンカーの例である。本発明の他の具体例においては、ターゲティングリガンドまたはCRDレセプター特異性アンカーはCTLまたはCTLDレセプターへ特異的に結合する。そのようなターゲッティングダガンドはカラクトース、ポリガラクトースおよびポリガラクトース誘導体を含み得る。
ここに記載した本発明に関し、リポソーム膜修飾のための本発明のターゲティングリガンド、またはCTLレセプター特異性アンカーを含むCRDレセプター特異性アンカーの合成は、Kawakamiらのプロトコールに基づく。彼等の研究において、彼等はガラクトース(Gal−C4−Chol)、マンノース(Man−C4−Chol)、およびフコース(Fuc−C4−Chol)で誘導体としたコレステロールのリポソーム膜アンカー、すなわちそれぞれコレステロール−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−2−1−d−チオガラクトシルエチル)アミノ)アルキル)ホルムアミド、コレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ――1−d−チオマンノシルエチル)アミノ)アルキル)ホルムアミド、およびコレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−2−1−d−チオフコシルエチル)アミノ)−アルキル)ホルムアミドを、このグループの以前の仕事においてはじめて開発された方法(Kawakami
S,Yamashita F.Nishikawa M,Takakura Y,Hashida M,Asialoglycoprotein receptor−mediated
gene transfer using novel galactosylated liposomes,Biochim Biophys Res Communu 1998;252:78−83)で合成した(Kawakamai
S,Wong J,Sato A,Hattori Y,Yamashita F,Hashida M,前出)。
彼等のプロトコールは他の知られた方法的ステップに従って修飾された(Nishikawa M,Kawakami S,Yamashita F,Hashida
M,Glycosylated cationic liposomes for carbohydrate receptor−meciated gene transfer,Meth
Enzymol 2003;373:384−399;Wolfrom ML,Thompson A,Acetylation.Methods in Carbohydrate
Chemistry,Vol.II;pp.211−5(1963);Chipowsky Y,Lee YC,Synthesis of 1−thioaldosides
having an amino group at the aglycon terminal,Carbohyd Res 1973;31:339−346;Lee YC,Stowell
CP,Kranz ML,2−Imino−2−methoxythylen−1−thioglycosides:new reagents for attaching
sugars to proteins,Biochemistry 1976;15:3956−3963)。最後にさらなる新しい化学的修飾と品質管理対策が含められた。得られたマンノース(Man−C4−Chlo)、フコース(Fuc−C4−Chol)、およびガラクトース(Gal−C4−Chol)ターゲティングアンカーに関し、これらの変種は異なる目的に役立った。その証明された有効性のため、Man−C4−Cholは陽性コントロールとして採用された。Man−C4−Cholと同様な結合有効度のため、Fuc−C4−Cholは送達システムのためのターゲティングアンカーとして特化された。最後にGal−C4−Cholはマンノース/フコース特異性ターゲティング構造をターゲティングする時の陰性コントロールとして使用された。しかしながらGal−4−Cholはさらに非実質肝細胞へ向って指向されたリポソームの特異性ターゲティングアンカーとして有望である(Kawakami
S,Wong J,Sato A,Hattori Y,Yamashita F,Hashida M,前出)。
「コンプレックス」は、脂質、活性剤、ターゲティングリガンドおよび/または本発明の脂質−活性剤コンプレックスもしくはターゲティングシステムの他の任意成分を含む、その成分間の化学的結合もしくは結合から生じた混合物または付加体である。化学結合は共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合、疎水結合、またはコンプレックスの成分をそれらの部分のどこかで結合するこれらの結合タイプのどれかの組合せを持つことができ、成分は一または多数の種々の種類の基を持つことができる。コンプレックスのすべての成分がすべての他の成分へ結合する必要はなく、各成分はコンプレックスの少なくとも1種の他の成分との化学結合を持っている。本発明によれば、脂質−活性剤コンプレックスの例はリポソーム(脂質ベシクル)、または脂質−活性剤シート−ディスクコンプレックスを含む。脂質接合活性剤も本発明に従った脂質−活性剤コンプレックスの部分であることができる。本発明の具体例においては、活性剤は脂質−活性剤コンプレックス内にカプセル化され、そして脂質活性剤コンプレックスはその外表面にターゲティングリガンドを持つ。活性剤はリポソーム内のカプセル化を含む脂質処方とカプセル化することができる。
リポソームのような脂質−活性コンプレックスの製造するための有用な技術はこの分野では良く知られている(例えば、Sullivan SM,Gieseler
RKM,Lenzner S,Ruppert J,Gabrysiak TG,Cox G,Richer L,Martin WJ,and Scolaro MJ,Inhibition
of human immunodeficiency virus−1 propagation by liposome−encapsulated sense DNA
to the 5‘TAT spliced acceptor site,Antisense Res Drv 1992;2:187−97;Laverman
P,Boeman OC,Oyen WJG,Corstens FHM,Storm G,In vitoro applications of PEG liposomes:unexpected
observations,Crit Rev Ther Drug Corrier Syst 2001;18:551−66;Oussoren C,Storm G,Liposomes
to target the lymphatics by subcutaneous administration,Adv Drug Deli Rev 2001;50(1−2):143−56;Bestman−Smith
J,Gourde P,Desormeaux A,Tremblay MJ,Bergeron MG,Sterically srabized liposomes bearing
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proof of concept study in HIV−infected macaques,J AIDS 2003;in press;Harvie P,Desormeaux
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of lipsome−encapsulated 2’,3‘−didexyinosine,AIDS
1995;9(7):701−7;U.S.Patent No.5,773,027;U.S.Patent No.5,223,263;WO96/10399A1)。
リポソーム調製のためのいくつかの有用な方法は、押出し、ホモジナイズ化、リモートローディングおよび逆相蒸発を含む。押出しにおいては、それ自体まはたコレステロールとの組合せによってリン脂質から構成されるフィルムが脂質溶液から有機溶媒(クロロホルムのような)を蒸発することによって生成される。疎水性活性剤が溶媒蒸発の前に脂質溶液へ加えられる。水溶性活性剤の捕捉のためには、乾燥脂質フィルムが活性剤を含んでいる等張水溶液でかきまぜ(超音波、ボルティックス、モーター付き攪拌機等)によって水和される。脂質サスペンジョンは3ないし4回冷凍および解凍される。次にサスペンジョンは規定した直径0.8μm,0.4μm,0.2μmまたは0.1μmのような直径のポアを含んでいるポリカーボネートフィルターのシリーズを通過させられる。水溶性活性剤のためには、カプセル化されない活性剤はゲル透過カラムクロマトグラフィー、透析またはダイアフィルトレーションによって除去される。リポソームは無菌濾過(例えば0.22μmフィルターを通して)することができる。
ラクトース、グルコース、ショ糖のような凍結保護剤を等張性が維持される限り無菌リポソームへ加えることができる。リポソームはその後凍結乾燥され、凍結乾燥ケーキとして無期限に貯蔵される(例えば、Mayer
LD,Hope MJ,Cullis PR,前出;Tsvetkova NM et al,Effect of sugars on headgroup mobility
in freeze−dried dipalmitoylphosphatidyl choline bilayers:solid state 31P NMR and
FTIR studies,Biophys J 1998;75:2947−2955;Crowe JH,Oliver AE,Hoekstra FA,Crawe LM,Stabilization
of dry membranes by mixtures of hydroxyethyl starch and glucose:the role of vitrification,Cryobiology
1997;35:20−30;Sun WQ,Leopold AC,Crowe LM,Crowe JH,Stability of dry liposome in sugar
glasses,Biophys J 1996;70:1769−1776)。
ホモジナイゼーションは大規模製造に適している。脂質サスペンジョンは上に記載したように調製される。大規模での冷凍解凍ステップが問題になり得る。リポソームの直径は、脂質サスペンジョンを同じ脂質サスペンジョンの接近する流れに衝突させるか(マイクロフリダイゼーション)か、まはた鋼板に衝突させる(グアリニゼーション)ことによって減少させられる。後者の技術はミルクのホモジナイゼーションのための乳産業において使用されている。捕捉されなかった水溶性活性剤はダイアフィルトレーションによって除去される。疎水性活性剤は完全に捕捉され、そして通常除去すべき遊離活性剤は存在しない(例えば、Paavola
A,Kilpelainer I,Yliruusi J,Rosenberg P,Controlled release injectable lipsomal gel
of ibuprofen for epidural analgesia,Int J Pharm 2000;199:85−93;Zheng S,Zheng Y,Beissinger
RL,Fresco R,Liposome−encapsulated hemoglobin processing methods,Biomaster Aitif
Cells Immobilization Biotechnol 1992;20:355−364)。
活性剤捕捉のための他の方法はリモートローディングである。捕捉すべき活性剤は電荷を持たなければならない。プロトン化または脱プロトン化の程度はイオン化基のpHによって制御される。接合酸または塩基はリポソームの内側にトラップされる。イオン化し得る活性剤はリポソームの外へ加えられる。活性剤がリポソーム内側にトラップされたイオン化し得る物質の中和剤として作用するようにpHが下げられる。捕捉されたイオン化し得る分子に対するカウンターインはpH変化のリポソームの外へ拡散することができる。これは活性剤がリポソーム内へ拡散するために充分なエネルギーを有する勾配を形成する。実例はドキソルビシンの予製リポソーム中へのローディングである。
逆相蒸発においては、脂質フィルムが典型的には約30mMの最終濃度へジエチルエーテル中に可溶化される。典型的には捕捉された活性剤を有する水1部が脂質エーテル溶液3部へ加えられる。超音波の形のエネルギーが印加され、サスペンジョンを均一なエマルジョンに強制する。安定なエマルジョンが生成した後(1ないし3時間静置した後分離しない)、エーテルが蒸発によって除去され、典型的には200nm直径および高い捕捉効率を有するリポソームを与える。
典型的には直径50nmのリポソームを得るDNA捕捉のためのエタノール/カルシウムリポソームが上の方法のどれかにより(押出し、ホモジナイゼーションまたは超音波)調製される。このリポソームはプラスミドDNAプラス8mM塩化カルシウムと混合される。エタノールは典型的には約40%の濃度を得るようにサスペンジョンへ添加される。エタノールはダイアフィルトレーションによって除去され、生成したリポソームは一般に約75%のリポソーム内に捕捉されたDNAを有する直径200nm未満である。
細胞ターゲティングのため、本発明に従ってリポソームは上の方法のどれかによって調製することができる。このリポソームはタンパク質を架橋するこができる脂質を含有することができる。これら脂質の例は、N−グルタリル−ホスファチジルエタノールアミン、N−スクシニル−ホスファジルエタノールアミン、マレイミド−フェニルブチリル−ホスファチジルエタノールアミン、スクシンイミジル−アセチルチオアセテート−ホスファチジルエタノールアミン、SPDP−ホスファチジルエタノールアミンである。グルタリルおよびスクシンイミジルホスファチジルエタノールアミンは、アミンのようなヌクレオフィルヘシクロカルボジミドを使用して結合とすることができる。マレイミド、アセチルチオアセテートおよびSPDPホスファチジルエタノールアミンは、タンパク、ペプチドまたは小分子量リガンド(<1000gm/モル)上のチオールと反応させることができる。タンパクは生成後リポソームへ誘導体化することができる。誘導体化されないタンパクはゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって除去することができる。ペプチドおよび低分子量リガンドは脂質へ誘導化し、そして脂質フィルムの生成前に有機脂質溶液へ加えることができる。
本発明によれば、有用な脂質の例は限定でなく、天然および合成的に製造したホスファチジルコリン(以後PCと呼ぶ)、ホスファチジル酸(以後PAと呼ぶ)、リソホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン(以後PSと呼ぶ)、ホスファチジルエタノールアミン(以後PEと呼ぶ)、スフィンゴ脂質、ホスファチジルグリセロール(以後PGと呼ぶ)、スピンゴミエリン、カルディオリピン、糖脂質、ガングリオシド、セレブロシド、および大豆リン脂質(例えばアソレクチン、組合せた濃縮物のような単独にまたは混合して使用される同様な脂質のような、ベシクル生成使用される同様な脂質のような、ベシクル生成脂質を含む。PC,PGおよびPEは精製した卵黄およびその水素化誘導体から得ることができる。
任意に、ステロイド、コレステロール、長鎖脂肪族アミンおよびカルボン酸のような脂肪族アミン、長鎖硫酸エステルおよびリン酸エステル、ジアセチルホスフェート、ブチル化ヒドロキシトルエン、トコフェロール、レチノールおよびイソプレノイド化合物のような他の脂質は、生成したベシクルへある種の望むおよび既知の性質を付与するためにリン脂質成分と相互混合することができる。加えて、ヒドロキシル基、分岐炭素鎖、環状誘導体、芳香族誘導体、エーテル、アミド、ポリ不飽和誘導体、ハロゲン化誘導体のような変化した脂肪族部分か、または炭水化物、グリコール、ホスフェート、ホスフォネート、4級化アミン、サルフェート、スルホネート、カルボキシ、アミン、スルフヒドリル、もしくはイミダゾームを含む変化した親水性部分を含んでいる合成リン脂質、およびそのような基の組合せが上で述べたリン脂質に代替まはた混合され、本発明に従って使用されることができる。これら成分のあるものはリポソーム膜流動を増し、このためもっと効果的な取り込みを伴なうことが知られ、他のものは例えば腫瘍細胞に対してそれら分化能力に影響することによって直接の効果を持つことが知られている。上記から、本発明の方法によって調製された脂質成分の化学的組成は、ベシクルのサイズは脂質組成によって影響されることができるけれども、活性剤捕捉のパーセンテージの認識し得る減少なしに大きく変えることができることが認められるであろう。
ジパルミトイルのような飽和合成PCおよびPGも使用することができる。有利にはPCの使用するこができる他の両親媒性脂質はガングリオシド、グロボシド、脂肪酸、ステアリルアミン、長鎖アルコール等である。PEG化脂質、モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライドも含まれる。アシル化およびジアシル化リン脂質も有用である。
さらなる例として、ある具体例において有用なリン脂質は、卵ホスファチジコリン(EPC)、ジラウリロイルホスファジルコリン(DLPC)、ジミリストイルホスファチジルコリン(DOPC)、ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)、ジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、1−ミリストイル−2−パルミトイルホスファチジルコリン(MDPC)、1−パルミトイル−2−ミリストイルホスファチジルコリン(PMPC)、1−パルミトイル−2−ステアロイルホスファチジルコリン(PSPC)、1−ステアロイル−2−パルミトイルホスファチジルコリン(SPPC)、ジオレイロイルホスファチジルコリン(DOPC)、ジラウリロイルホスファチジルグリセロール(DLPG)、ジミリストイルホスファチジルグリセロール(DMPG)、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール(DPPG)、ジステアロイルホスファチジルグリセロール(DSPG)、ジステアロイルスフィンゴミエリン(DSSP)、ジステアロイルホスファチジルエタノールアミン(DSPE)、ジオレイロイルホスファチジルグリセロール(DOPG)、ジミリストイルホスファチジル酸(DMPA)、ジパルミトイルホスファチジル酸(DPPA)、ジミリストイルホスファチジルエタノールアミン(DMPE)、ジパルミトイルホスファチジルエタノールアミン(DPPE)、ジミリストイルホスファチジルセリン(DMPS)、ジパルミトイルホスファチジルセリン(DPPS)、脳ホスファチジルセリン(BPS)、脳スフィンゴミエリン(BSP)、およびジパルミトルスフィンゴミエリン(DPSP)を含む。
一具体例において、ホスファチジルコリンとコレステロールが採用される。しかしながら非ステロイド:ステロイド脂質(例えばコレステロール)混合物のどのような適当なモル比が貯蔵中および/または哺乳類対象へ送達の間特定の脂質−活性剤コンプレックス安定性を促進するために採用されることができる。
活性剤と脂質の混合は、界面活性剤(後に例えば透析により除去)を使用する公知の技術、例えば超音波、うず、押出し、マイクロフリダイゼーション、ホモジナイゼーションであることができる。活性剤と脂質とは、脂質:活性剤のモル比、約3:1ないし約100:1またはそれ以上(比較的毒性の大きい活性剤のために特に有用)、そしてもっと好ましくは約3:1ないし約10:1、最も好ましくは約5:1ないし約7:1で混合される。
ある種の活性剤について有機溶媒の使用がリポソームのような脂質−活性剤コンプレックスの製造を容易化し得る。有機溶媒は、真空蒸発、または脂質および活性剤成分が使用する温度において安定である限り加熱により、例えばヘヤードライヤーまたはオーブンの使用により、または熱エタノールの注射により(例えば、Deamerの米国特許No.4,51,736)、活性剤と脂質の混合後に除去される。透析および/またはアフィニティグロマトグラフィーを含むクロマトグラフィーを有機溶媒を除去するために使用できる。活性剤の水和は水または任意の生体適合性バッファー、例えば生理的にバランスした浸透圧を維持するリン酸塩緩衝食塩水、HEPESまたはTRISによって実施される。リポソームの水和は有機溶媒の除去と同時に達成することができ、または代ってリポソームの使用のためのもっと好都合な時まで遅らせることができる(例えば、Papahadjopoulosらの米国特許No.4,235,871を見よ)。リポソームの水和し得る(すなわち乾燥した)ものの寿命は約8ケ月ないし約1年が典型的であるが、これは凍結乾燥によって延長することができる。
一具体例において、脂質−活性剤コンプレックスはユニラメラリポソームである。ユニラメラリポソームは、標的細胞内の表面および/または標的細胞内部の感染作因と相互作用し得るリポソームの外へ活性剤の最高の曝露を提供する。しかしマルチラメラリポソームも本発明に従って使用することができる。PEG化リポソームの使用も本発明に含まれる。
リポソームのような脂質−活性剤コンプレックスは、必ずしも必要ではないが、好ましくは直径約30ないし約250nmである。
本発明に従い、脂質−活性剤コンプレックスは、後の使用のため凍結乾燥のような任意の保存方法によって保存することができる(例えば、米国特許No.4,857,319)。典型的には、凍結乾燥または有用な他の凍結保存技術はジサッカライド(例えばトレハロース、マルトース、ラクトースまたはスクロース)のような凍結保存剤の添加を含む。
活性剤を含んでいるリポソームのような脂質−活性剤コンプレックスは任意の適当な手段、例えば注射によって対象へ投与される。注射は動脈内、静脈内、硬膜内、眼内、皮下、筋肉内、腹腔内であることができ、または特定のリンパ系組織中、または腫瘍もしくは他の病変部中への直接(例えば定位)注射であることができる。リンパ器官中へ脂質−活性剤コンプレックスを導入するために皮下または筋肉内注射が好ましい。
本発明に従い、リンパ組織は、(i)鼡径、腸間膜、回腸盲腸または脇下リンパ節、(ii)脾臓、(iii)胸腺、(iv)肺、腸壁の粘膜固有層、小腸に関連したPeyerパッチと呼ばれる構造に見られるような粘膜関連リンパ組織、または(v)解剖学的に別個の構造のような鼡径、口蓋および咽頭扁桃を含むWaldeyerネックリングである。
注射は、血流ではなくリンパ系または骨髄中へ直接または優先的に排出する任意の方法による。それ故最も好ましいのは皮下、皮内、および骨髄指向注射ルートであり、典型的には脂質−活性剤コンプレックスよりも大きい注射針ゲージを使用する。慢性感染貯蔵庫を提供する細胞の局在化に関し、適当な垂下体内または尿道内適用、それに膓腔内注射ルートも有用である。最後に限定ではなく肝動脈経由適用のような器官特異的適用が有用である。典型的には注射可能な体積(一般に1〜5cm)の注射は対象の腕、脚または腹部へであるが、しかし皮下注射のために任意の便利な部位を選ぶことができる。本発明に従って例えば皮下的に投与された活性剤が全身血液流へ入る前にリンパ系へ入る時、利益は(i)リンパ系全体に分布およびリンパ節中に局在化、(ii)脂質−活性剤コンプレックスの(血清)タンパク仲介不安定化の回避もしくは最小化、(iii)他の投与ルート(例えば静脈内)によって投与された活性剤の可溶形では得ることができない濃度において活性剤の送達を含む。
典型的には、HIV/AIDSの処置における注射の頻度は最も好ましくは週1回であるが、もっと高または低頻度(例えば毎月)も適切であり得る。
本発明の目的に対し、活性剤は剤、レクチン、薬物、または(i)関心ある感染作因に対して活性な、(ii)関心ある新生物生成に対して指向された、または(iii)関心ある非感染性退化病を妨害する、免疫調節化合物である。
好ましい具体例においては活性剤は植物レクチンである。植物レクチンは、慢性細胞内/エンドソーム内貯蔵庫を確立するHIVまたは他の感染作因のエンドソーム内阻害のために高度に関心ある物質のクラスである。本発明はその治療的有効性のためのどのような特定メカニズムにも依存しないが、マンノースまたはフコースへ強く結合する植物レクチンの能力(例えばHIVエンペレープ糖タンパクgp120によって目立って示されるような)がウイルス−細胞融合を治療的に妨害するものと考えられる。有用な植物レクチンの例は、Canavalia
ensiformis,Myrianthus holstii,Galanthus nivalis,Hippeastrum hybrid,Narcissus pseudonarcissus,Epipactis
hellbfonine,およびLisera ovataからのマンノース特異性植物レクチン、およびHIV−1およびHIV−2感染を約0.04ないし約0.08μg/mlのIC50において阻害するUrtica dioicaからのN−アセチルグルコサミン特異性レクチンを含む。重要なことに、この低濃度が非ターゲット化送達に必要とするので、もっと低い濃度が細胞ターゲット化送達によって得ることができる。不可逆的な凝集ネットワークがエンドソーム内貯蔵HIVビリオンまたは貯蔵細胞の他の病原体粒子間に形成され、そのため感染作因の感染能力を不活性化する。植物レクチンはヘルペスシンプレックスウイルス(HSV−1,HSV−2)、サイトメガロウイルス(CMV)、インフルエンザウイルス、および他のウイルスを強力に妨害する。特にC型肝炎ウイルス(HCV)および小疱胃炎ウイルス(VSV)はCanavalia
ensiformisおよびArceutobium SPP.(mistletoe)から得られた植物レクチンによって不活性化される。これは主要な修飾なしで他のウイルス病へのその適用に対して直接同じ考えを運搬し得る。
立体的に植物レクチンのテトラマーは典型的には直径約0.5オングストローム(5nm)である(これはpHに依存してダイマーまたはテトラマーとして存在する)。このためエンドソームに貯蔵されたウイルス貯蔵庫を成功して凝集するため直径約150−200nmのリポソーム中に多数のそのような分子が捕捉されなければならない。
本発明の他の具体例において、モノ−またはポリフコースターゲット化リポソームによって含められる活性剤は、抗ウイルス薬または静ウイルス剤(インターフェロンのような)、ヌクレオシドアナログ、また非ヌクレオシド抗ウイルス薬であることができる薬物である。例は、インディナビール(Crixivan,Merck
& Co.,Inc.,Rahway,NJ;saquinavir(N−t−ブチル−デカヒドロ−2−〔2(R)−ヒドロキシ−4−フェニル−3−(S)−〔〔N−(2−キノリルカルボニル)−L−アスパラギニル〕ブチル〕−(4aS,8aS)−イソキノリン−3(s)−カルボキサマイド;MW670.86
Da(Fortovase、Roche Laboratories,Inc.,Nutley,NJ);ネルフィナビール(すなわちネルフィナビールメシレート、Viracept;〔3S−〔2S,3S〕−3a,4ab,8ab〕〕−N(1,1−ジメチルエチル)ブチル〕−3−イソキノリンカルボキサマイドモノメタンスルホン酸塩、MW=663.90Da〔遊離塩基として567.76〕;Agouron Pharmacluticals,Inc.,La Jolla,CA)のような抗HIV薬物(例えばHIV逆プロテアーゼ阻害剤)を含む。ネルフィナビールメシレートはpH<4において水に僅かに溶け、メタノール、エタノール、イソプロパノールおよびプロピレングリコールに自由に溶ける白色ないし灰白色アモルファス粉末である。抗ウイルス剤の他の例は、テノフォビールジソルプロキシフマレート、(9−〔(R)−2−〔〔ビス〔〔イソプロポキシカルボニル〕オキシ〕メトキシ〕ホスフィニル〕メトキシ〕プロピル〕アデニンフマレート(1:1);MW=635.52Da;Viread,Gilead
Sciences,Foster City,CA)のような逆転写酵素阻害剤を含む。
他の具体例において、活性剤は抗癌薬、抗細菌薬、抗菌類薬、または寄生プロトエアを妨害する化合物である。
なおさらなる具体例において、活性剤はシクロスポリン、ステロイドおよびステロイド誘導体のような免疫調節剤(例えば免疫活性化剤、免疫原、免疫抑制剤、または抗炎症剤)である。本発明に従った他の有用な薬物の例は、治療的細胞毒剤(例えばシスプラチン、カルボプラチン、メトトレキセート、5−フルオロウラシル、およびアンフオテリシン)、裸のDNA発現ベクター、治療的タンパク質、治療的オリゴヌクレオチドもしくはヌクレオチドアナログ、インターフェロン、サイトカイン、またはサイトカインアゴニストもしくはアンタゴニストである。薬物としてやはり有用なものは、限定でなくブスルフアン(1,4−ブタンジオールジメタンスルホネート;Myleran,Glaxo
Wellcome),クロラムブシル;シクロホスファミド、メルファラン、またはエタンスルホン酸エチルのような細胞毒性アルキル化剤である。そのような薬物または剤は、免疫細胞の病理学的増殖を含む状態、例えばリンパ癌または自家免疫病の処置に特に有用である。
植物レクチンおよび/または薬物であれ活性剤の組合せも本発明に含まれる。本発明の具体例においては、活性剤は脂質−活性剤コンプレックス中にカプセル化することができる。
実施例1.材料および方法
リポソームの調製とキャラクタリゼーション
ジオレイロイルホスファチジルコリン(DOPC)はLipoid(Ludurigshafen,Germany)から、コレステロール(Chol)はCaelo(Caesar
and Lorentz,Hilden,Germany)からそれぞれ購入した。糖−コレステロール誘導体は以下のように合成した。脂質−サッカライド誘導体混合物(すなわち、各自60:35:5モル比のDOPC:Chol:Gal−C4−Chol,DOPC:Chol:Man−C4−CholまたはCOPC:Chol:Gal−C4−Chol;または陰性対照として60:40モル比のDOPC:Chol)をジクロロメタン/メタノール(1:2v/v)中に溶解した溶媒を減圧下35℃において、続いて高真空蒸発によって完全に除去した。
蛍光分析のため、50mMカルセイン(Sigma,St.Louis,USA)および1mM EDTA (Merck,Darmstadt,Germany)の溶液を調製し、NaOHでpH7.5へ調節した。乾燥脂質フィルムをカルセイン溶液1mlで緩和な混合によって水和し、トータル脂質約30mMの分散液を得た。分散液は6回凍結−解凍し、次に200nmポアを有するポリカーボネート膜を11回通って、その後80nmポアを有するポリカーボネート膜を通って21回(両方の膜はWhatman,Maidstone,Kent,UKから購入)Liposo
Fast装置(Avestin,Ottawa,Canada)を使用して押出した。非カプセル化カルセインは、等張HEPESバッファー(130mM NaCl,10mM HEPES,1mM EDTA,pH7.4)で平衡化したセファロースCL−4B カラム(Pharmacia Biotech,Uppsala,Sweden)を使用してゲルクロマトグラフィーによって完全に除去した。
最終リン脂質濃度は長く確立された高度に信頼できるリンアッセイ(Barttlet GR,Phosphorus assay in column chromatography,J
Biol Chem 1959;234:466−8)によって決定した。リポソームサイズはフォトン相関スペクトロスコピー(Zeta−Master S,Malvern
Instruments,Malvern,UK)によって測定した。サンプルは、100〜150キロカウント/秒のカウンティング速度を得るように新たに濾過した粒子フリー(0.22μm Minisart,Gottingen,Germany)HEPESバッファーで希釈した。すべてのサンプルは、サンプルを25℃へ平衡化させるため測定開始5分間サンプルホルダーに静置した。
コレステロール−グリコシル誘導体の合成
3種の異なるグリコシル化コレステロール誘導体の合成は、Hashidaおよび共同研究者によって発表された合成経路(Kawasaki S,Yamashita
F,NIshikawa M,Takakura T,Hashida M,Asialoglcoprotein receptor−mediated gene transfer
using novel galactosylated liposomes,Biochim Biophys Res Commun 1998;252;78−83;Nishikawa
M,Kawakami S,Yamashita F,Hashida M,Glycosylated cationic liposomes for carbohydrate
receptor−mediated gene transfer,Meth Enymol 2003;373:384−399)に一部修飾して主に従った。(i)フコースで誘導化したコレステロール、すなわちコレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−c−β−D−チオフコシルエチル)アミノ)ブチル)ホルムアミド、(ii)フコースで誘導体化したコレステロール、すなわちコレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−c−β−D−チオマンノシルエチル)アミノ)ブチル)ホルムアミド、または(iii)ガラクトースで誘導体化したコレステロール、すわなちコレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−c−β−D−チオガラクトシルエチル)アミノ)ブチル)ホルムアミド−フコチル誘導体を得るためのプロトコールは、フコシル誘導体について以下に詳細に示したように、相互に密接に似させた。合成を通じすべての単離した中間体の構造は核磁気共鳴(NMR)スペクトルによって確認された。
ステップ1:フコースのアセチル化/1,2,3,4−テトラ−O−アセチルフコピラノシドの合成
(Nishikawa M,Kawakami S,Yamashita F,Hashida M,前出;Wolfrom
ML,Thompson A,Acetylation,Methods in Carbohydrate Chemistry,Vol II;pp.211−5,1963)に従って、フコース152mmolが段階的に連続的攪拌下に氷上であらかじめ冷やした酢酸無水物175mlと過塩素酸1.25mlの混合物へ加えられた。溶液は次に空気中の湿気の排除下室温でさらに3時間攪拌された。この反応混合物を氷中200mlへ注ぎ、酢酸エチル300mlを加えた。漏斗中において相分離の後、集めた有機層を冷水100mlで3回洗い、無水硫酸マグネシウム上で乾燥した。濾過および溶媒の蒸発はオイルとして1,2,3,4−テトラ−O−アセチルフコピラノシドを与えた。
ステップ2:1−ブロモ−2,3,4−トリ−O−アセチルフコピラノシドの合成
1,2,3,4−テトラ−O−アセチルフコピラノシド47.6mmolを氷浴中かきまぜながらゆっくり(段階的に)臭化水素/酢酸溶液(33%)75mlへ加え、この混合物を4℃において一夜さらにかきまぜた(対照的に1−ブロモ−2,3,4−トリ−O−アセチルガラクトピラノシドは氷水および酢酸エチル各自400mlを加えることにより精製された)。相分離後、有機層を集め、水層を酢酸エチル100mlで3回洗った。合併した酢酸エチル分画をその後飽和重炭酸ナトリウム溶液を加えることによって中和した。中和した有機相を1%塩化ナトリウム溶液200mlで洗い、生成した層を分離し、有機層を硫酸マグネシムウで乾燥し、濾過し、蒸発して2,3,4−O−アセチルフコピラノシルブロマイドを得た。
ステップ3:2−S−(2,3,4−トリ−O−アセチル−チオフコピラノシル)−2−チオプソイド尿素臭化水素酸塩の合成
(ChipowskyおよびLeeによって開発されたプロトコール(Chipowsky Y,Lee YC,Synthesis of 1−thioaldosides
having amino group at the aglycon terminal,Carbohyd Res 1973;339−346)に従って、乾燥した1−ブロモ−2,3,4−トリ−O−アセチルフコピラノシド45.17mmolを乾燥アセトン20mlに溶かした。この溶液を250ml丸底フラスコへ移し、チオ尿素50mmolをアルゴン雰囲気下に加えた。反応混合物を15分還流し、次に氷浴中で冷却した。このようにして沈澱した2−S−(2,3,4−トリ−O−アセチルチオフロピラノシル)−2−チオプソイド尿素臭化水素酸塩を濾過によって集めた。
ステップ4:シアノメチル−2,3,4−トリ−O−アセチルチオフコピラノシドの合成
シアノメチル−2,3,4−トリ−O−アセチルチオフコピラノシドは、(Nishikawa M,Kawakami S,Yamashita F,Hashida
M,前出;Lee YC,Stowell CP,Krantz ML,2−Imino−2−methoxyethylen−1−thioglycosides:new reagents
for attaching sugars to proteins,Biochemistry 1976;15:3956−3963)に従い、連続攪拌下2−S−(2,3,4−トリ−O−アセチルチオフコピラノシル)−2−チオプソイド尿素臭化水素酸塩12.3mmolをクロロアセトニトリル3.1mlプラス1:1(v/v)水/アセトン24ml中に溶かした。殆ど透明な溶液を得た時、炭酸カリウム14.3mmolと重硫酸ナトリウム24.9mmolを加え、反応混合物を室温で30分間かきまぜた。精製のためこの混合物を蒸発し、残渣を酢酸エチルに溶かした。生成物シアノメチル−2,3,4−トリ−O−アセチルフコピラノシドはその後SchwarzおよびStreicherによって新しく開発された操作によって精製された。要約すると、フラッシュクロマトグラフィー(1:1溶出剤:酢酸エチル/トルエンにおいて)を採用した後、生成物を含む分画を合併し、蒸発し、そして結晶化許容するため4℃に一夜保った。
ステップ5:脱アセチル化/2−イミノ−2−メトキシエチル−1−チオフコピラノシド(IME−チオピノシド)の合成
脱アセチル化は、(Kawakami S,Yamashita F,NIshikawa M,Takakura Y,Hashida M,前出;Lee
YC,Stowell CP,Krantz ML,前出)に従って実施された。すなわちシアノメチル−2,3,4−トリ−O−アセチルチオフコピラノシド5mmolをメタノール18mlとナトリウムメトキサイド0.1Mに溶かし、室温に一夜保った。メタノール蒸発後、生成したIME−チオフコピラノシド含有シロップをN−(4−アミノブチル)−(コレステン−5−イルオキシ)ホルムアミドへこの中間体を連結するために使用した(ステップ6、パート2を見よ)。
ステップ6:コレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−C−β−D−チオフコシリルエチル)アミノ)ブチルホルムアミドの合成
このステップは(Nishikawa M,Kawakami S,Yamashita F,Hashida M,前出)に従って実施された。
パート1:N−(4−アミノブチル)−(コレステン−5−イルオキシ)ホルムアミドは、N−Boc−1,4−ブタンジアミン5.22mmolとコレステリルクロロホルメート4.75mmolとをクロロホルム95ml中で合併し、室温で24時間攪拌することより調製された。クロロホルム24ml中のトリフロロ酢酸9.5mlの溶液を滴下し、そして反応混合物を攪拌下4℃に4時間保った。クロロホルムの蒸発およびトルエン100mlとの共蒸発によるトリフロロ酢酸の除去はN−(4−アミノブチル)−(コレステン−5−イルオキシ)ホルムアミドを与え、n−ペンタン15mlの添加によりこれを結晶化した。
パート2:次にフコース誘導体IME−チオフコシド2.5mmolを乾燥ピリジン20mlに溶かし、トリエチルアミン153mlを加えた。最終反応混合物はその後コレステロール誘導体N−(4−アミノブチル)−(コレステン−5−イルオキシ)ホルムアミド1mmolを加え、室温に24時保ったことによって得られた。溶媒の蒸発およびトルエンとの共蒸発に続いて、材料を蒸留水30mlに懸濁し、12−kDaカットオフを有する透析チューブで水に対して透析し(2日、4℃)、凍結乾燥し、最後にジエチルエーテルで洗った。得られた物質、コレステン−5−イルオキシ−N−(4−((1−イミノ−C−β−D−チオフコシルエチル)アミノ)ブチル)ホルムアミドはFuc−C4−Cholとも呼ばれる。従って合成した他の糖誘導体はMan−C4−CholおよびGal−C4−Cholと呼ばれる。
ターゲット化リポソーム中へのレクチンカプセル化
西洋わさびペルオキシターゼ(HRPO)−接合コカナバリン−AC(on−A)、すなわちCon−AxHRPO(Sigma,St.Louis U.S.A.)をカプセル化するため、我々はGerber
et alの修飾後(Gerger CE,Bruchelt G,Falk UB,Kimpfler A,Hauschild O,Kuci S,Bachi T,Niethammer
D,Shubert R,Reconsitution of bacteriocidal activeity in chronic granulomatous disease
cell by glucose−oxidase−containing liposomes,Blood 2001;98:3097−3105)を採用した。要約すると、モル比70:25:5の(DOPC:Chol:Fuc−C4−Chol)の脂質混合物をクロロホルム/メタノール(1:2v/v)に溶かした。有機溶媒を除去し、脂質を真空乾燥した。Con−AxHRPOをリポソームへカプセル化するため、脂質をフィルムとしてCon−AxHRPO0.5mgを含むPBS(pH6.3)1mlに分散した。この分散液を5回凍結−解凍し、次にLipoFast装置(Avestin,Ottawa,Canada)を使用して0.4μmポリカーボネート膜を通して11回、次に0.2μmポリカーボネート膜を通して12回押出した。この操作の後、Con−AxHRPO分子がリポソーム膜に埋没またはその表面に接着し、押出すことができない。そのような場合、レクチンは標的細胞の表面の糖と相互作用するであろう。これは不利である。その上Con−AxHRPO接合体のサイズ(Con−Aについて102kDAの分子量、およびHRPOについて44kD)は殆どX1500の係数によって実際のターゲティングメディエーターとして作用すると思われるフコシル残基(MW102Da)のサイズを上廻っている。それ故、少数のリポソーム外ConAxHRPO分子がターゲティングメカニズムを完全に無効にし得るのであろう。これらの理由のため、レクチン負荷システムをカプセル化完了の後5分間トリプリシン消化した。最終的にすべてのリポソーム調製物(表1)はSepharose
4B−CLカラム(pharmacia Biotech,Uppsala,Sweden)上のゲルクロマトグラフィーによって精製された。
細胞結合/取込み研究
上清から非接着性のベールで覆われた細胞をペレット化し、PBS中1%EDTAで30分間4℃で弱く接着した細胞を引離すことにより、成熟細胞を培養7日において収穫した。強い接着性の細胞は細胞スクレーパー(TPP)を適用することによって得られた。すべての分画をプールし、PBSで洗い、そして使用するまで氷上の培地80/20プラス1%PBS中に保った。試験のため、細胞を1%PBSを加えた新鮮培地中に2×10細胞/ウエルの密度でプレートした。樹状細胞へのターゲティングの時間依存性を得るため、同培地中の2×10MoDC/マイクロウエル(200μm/ウエルにおいて96ウエルマイクロタイタープレート)がリポソームと、後で記載するように、脂質50μMにおいて1,3,または24時間37℃で、または他の時間および温度においてインキュベートされた。インキュベーション後、細胞はリン酸緩衝化食塩水(PBS,pH7.2,2価カチオンなし)で3回洗浄され、フローメトリーにより分析された。
フローサイトメトリー
フローサイトメトリーは、(i)骨髄樹状細胞(mDCまたはDCと呼ばれ)のフェノタイプを、HIV−1のM−またはT−トロピック株での感染ありなし、またはフコースターゲット化送達システムもしくは対照リポソームで処置したDC分化を通じて異なる時間において決定するために、そして(ii)非感染または感染mDCへのカルセイン/薬物の同時送達を決定するために採用することができる。
標識したmDCは、(i)一次mAbと、フルオレセイン−5−イソシアネート(FITC)(eBioscience)を接合した二次ポリクローナルIgGで間接染色した後(Gieseler
R et al,In−vitro differentiation of mature dentritic cells from human blood monocytes,Dev
Immunol 1998;6:25−39);または(ii)それぞれのカルセイン含有リポソーム調製物とインキュベーションの後;あるいは(iii)特異性抗体染色またはリポソームターゲティング研究のため陰性対照とインキュベーションの後にすぐ、製造者の指示書に従ってCoulter
Epics XL−MCL(Beckman Coulter,Fulerton,CA)上で分析された。フローサイトメトリーが実施された時、止められた細胞のみが抗原発現と、リポソームターゲティングおよび取込み研究について評価された。要約すると、細胞は断片を排除するために前部および側部スキャッタードットプロッティングを介してゲートされた。FTTCおよびカレセインのため一般に適しているため、すなわち励起およびエミッション波長λEX=488nmまたはλEX=525nmにおいて止められた細胞についてヒストグラムが確立された。データがダウンロードされ、そしてテストサンプルおよび対照のための対応するヒストグラムが重ねられ、WinMDI2.8ソフトウエア(J.Trotter:facs.scripps.edu)で解析された。ターゲティング有効性は、mDC(または採用した時、同様な結果をもって10%自家ドナー血清または10%FBSを補給した80/20培地上で7日発生させたマクロファージ)をそれぞれのターゲット化リポソームを、またはリポソーム陰性対照とインキュベーション直後、または不適切アイソタイプIgG抗体MOPC−21/P3を採用した後に決定された。表面が炭水化物を欠いたリポソームを採用する陰性対照の結果は不適切対照で得られた結果と同じであった。mDCによるリポソームの非特異的取り込みを介する影響はこのように排除できた。フローサイトメトリーのため、未熟mDCは日5または日7に収穫された。成熟非接着性および接着性細胞は日5または日8に収穫された。マクロファージも日7または日8に収穫された。
末梢血液白血球(PBL)
単核白血球(MNL)は以前に記載したように調製された(Gieseler et al,前出)、要約するとMNLは、Ca2+/Mg2+なしのPBSで1:1希釈された全血からLymphoprep(ρ=1.077g/cm,Nyegaad,Oslo,Norway)上の密度勾配遠心によってエンリッチされた。バッフィーコートが収穫され、プールされ、残りの血小板はPBSでの3〜4回洗浄によって除去された。これらの操作は260Gおよび4℃における10分間遠心ステップの数回を含んでいた。
単球の磁気活性化分離(MACS)
単球は、CD3,CD7,CD19,CD45RA,CD56およびIgE細胞をmAbコート磁気マイクロビーズで除去することにより負の磁気活性化細胞分離(MACS;Miltenyi;Bergisch−Gladbachk,Germany)を通じて単離された。負の単球分離は新たに単離された単球の望まない活性化を避けるために選ばれ、製造者の指令書に従って実施された。要約すると、操作は0.5%ウシ血清アルブミン(BSA;細胞培養グレード、<0.1ng/mgエンドトキシン;ICN,Irvine,CA)と、2mM
EDTA(Sigma St.Louis,MO)を補給したPBS2回の洗浄を含みそして洗った細胞は規定された磁場(Miltenyi)に置かれたLS磁気マイクロカラムを通過させ、CD14のためのフローサイトメトリールによって測定して、98.6〜99.9%純度(n=3の範囲)へ単球をエンリッチした。
骨髄樹状細胞の分化
成熟および未成熟mDCは末梢血液単球から発生させた。要約すると、単球はPBS希釈全血のLymphoprep(ρ=1.077g/cm)(Nyegaad,Oslo,Norway)上の引き続く密度勾配遠心により、そして製造者(Miltenyi)の指示書に従って引き続いてのネガティブ磁気細胞分離(MACS)によって単離された。次に単球は96ウエルマイクロタイタープレート(TPP,Trasadingen,Swizerland)中に1×10/200μlにおいてシードされた。我々によって以前開発された一般に認められたプロトコ−ルに従って、我々は基本DC分化因子として0日に顆粒/マイクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)を採用し、このため未熟成抗原捕捉mDCステージへ導いた(Peters
JH,Xu H,Ruppert J,Ostermeier D,Friedrichs D,Gieseler RK,Signals required for differentiating
dendritic cells from human monocytes in vitro,Adv Exp Med Biol 1993;329:275−80;Ruppert
J,Schutt C,Ostermeier D,Peters JH,Down−regulated and release of CD4 on human monocytes
by IL−4 depends on the presence of serum or GM−CSF,Adv Exp Med Biol 1993;329:281−6)。引き続き、もし望むならば成熟mDSは、さらに腫瘍ネクローシス因子(TNF)−αを日5または日6に加えることにより得られ、このためT−ヘルパー(Th)1およびTh2−依存免疫へ導いた(Caux C,Dezutter−Dambuyant
C,Schmitt D,Banchereau J,GM−CSF and TNF−α cooperate in the
generation of dendritic Langerhans cells,Nature 1992;360:258−61;Salluston F,Lanzavecchia
A,Efficient presentation of soluble antigen by cultured human dendritic cells is
maintained by granulocyte/macrophage colony−stimulating factor plus interleukin
4 and down regulated by tumor necrosis facter alpha,J Exp Med,1994;179:1109−18;Banchereau
J,Steinman RM,Dendritic cells and the control of immunity,Nature 1998;392:245−52)。
DC収穫およびリポソームインキュベーション
収穫したmDCおよびリポソーム調製物は異なる相対濃度において(実験環境に依存して)3時間室温でインキュベートされた。未熟非接着性および接着性mDCは日7または日8に収穫された。成熟非接着性および接着性mDCは日7および日8に収穫された。この目的のため分化培地が集められ、遠心され、そしてベールされた非接着性細胞のペレット化DC分画が収穫された。第2に、接着性DCはPBS/EDTAと30分間4℃のインキュベーションと、細胞スクレーパー(ラバーポリスマンとも呼ばれる)の引き続く使用によってウエルから引き離された。引き離した接着性細胞は非接着性分画とプールされ、両者の組合せは必要とする細胞数へ調節され、その後リポソームまたは不適切対照抗体とインキュベートされた。
上記のように、mDCはCD4,CD14,CD40,CD45RA,CD45RO,CD68,CD69,CD83,CD184,CD195,CD206(マンノースレセプター)、CD207,CD208,および/またはCD209(CD−SIGN)について陰性対照としてマウス抗ヒトIgGlk(クローンMOPC−21/P3)(Serotec,Oxford,UKから入手可能)でフローメトリー分析された。1種または2種のmAbが使用されるかにより(直接染色vs間接染色)、抗原はFITC−接合マーカー特異性モノクローナル抗体(mAb)によって染色されるか、または未標識第1mAbプラス二次ポリクローナルIgGX
FITC(eBioscienceから入手可能)によって間接に染色された。
MOPC−21/P3はIgGkアイソタイプ対照として採用された。この抗体で得られた結果は、(i)インビトロで分化した細胞は真のDCフェノタイプを発揮したことを検討するため、(ii)それらのフェノタイプ個々間分化を決定すること、および(iii)同じ抗体でターゲットされたリポソームとインキュベート後、与えられたマーカーの発現を示されたヒストグラムパターンと比較するための3つの目的を果たした。
細胞ターゲティングのため、少なくとも5×10DCのmDCサスペンジョン(または採用した時マクロファージ)のアリコットがリポソームと0.1,1.0または10.0μl/オンセットにおいて2または3時間37℃において連続アジテーションのもとでインキュベーター中でインキュベートされ、次にフローサイトメトリーによって検査された。信頼性あるそして再現し得る結果が2時間同時インキュベーションによって得られ、すぐれたターゲティングおよび化合物送達結果は3時間同時インキュベーションによって得られた。
HIVp24コア抗原のためのELISA
商業的に入手し得るELISA(Abott Laboratories,Chicago,IL)により製造者の指示書に従って、p28の存在について上清をテストすることができる。
HIVのための定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)
樹状細胞宿主DNA中へのHIVプロウイルスDNAの取り込みの程度は、以下のようなHIVプロウイルス配列のための重なりプライマーペア(重なりセミ−qPCR)によって決定することができる。
外側プライマー:
5‘−agt−ggg−ggg−aca−tca−agc−agc−cat−gca−aat−3’//(配列番号1)
5‘−tca−tct−ggc−ctg−gtg−caa−3’//(配列番号2)
内部プライマー:
5‘−cag−ctt−aga−gac−cat−caa−tga−agc−5g−3‘(5−FAM)//(配列番号3)(これは5−カルボキシフルオレセインで標識されたLUX−プライマー、すなわち5−FAMである)
5‘−ggt−gca−ata−ggc−cct−gca−t−3‘//(配列番号4)
DNAの単離は製造者の指令書(Easy−DNA−Kit,protocol#3,“Small Amount
of Cells,Tissnes,or Plant Leaves”,Invitrogen)に従って達成することができる。PCR反応混合物は、典型的には以下のものを含む:バッファー(10×PCR Rxnバッファー5μl,Invitrogen);MgCl(3μl,Invitrogen);dNTP(各自10μMのdATP,dCTP,dGTR,dTTPの混合物1μ1)、外側プライマー(配列番号1;10pmol/μl,1μl)、外側プライマー(配列番号2;10pmol/μl,1μl);Taq 5単位/μl,0.2μl;白金Taq
DNAポリメラーゼ,Invitrogen);2回蒸留水(37ml);DNAサンプル(2μl)。一つの標準的サーモサイクリングプロフィルは以下のとおり:95℃5分(95℃で2秒;55℃で30秒;72℃で30秒)×25;72℃で2分;4℃に保持。PCRは、外側プライマーの代りに内側プライマー(配列番号3および配列番号4)を使用すること、および異なるサーモサイクリング:95℃で5分(95℃で20秒;55℃で30秒;72℃で30秒×35;72℃で2分(溶融カーブは0.5℃のステップにおいて55℃へ下降)を使用することを除き、新しいPCR混合物中の第1の反応から移された増幅されたDNAの2μlを使用して一般に繰り返された。
与えられたサンプルにおいて、DNAの定量はHIVプロウイルスDNAの既知量のDNAサンプルの段階希釈液との比較によって達成することができる。トータル細胞DNA(例えば樹状細胞からの)の異なる含有量を有するサンプルからのHIVプロウイルスDNAの定量を許容するため、マルチプレックスPCRを実施することができる。概して、第2の重なりPCRは、ヒトクロモソーム配列(ゲノム均等物)のため6−カルボキシー4‘,5’−ジクロロ−2‘,7’−ジメトキシフルオロセインスクシンイミジルエステルで標識したLUXプライマーを用いて同じ反応において実施することができる。これはサンプルに当りのトータルDNAの定量を可能にする。ヒトゲノム均等物あたりのプロウイルスコピーの数はそのようなデータから計算することができる。
実施例2.骨髄樹状細胞のフェノタイプ
末梢血液単核細胞(PBMNC)がそれらのサイズ(前方散乱)および顆粒化度(側方散乱)に従った評価され、このため少割合の血液樹状細胞(データ示さず)を含む、その対のTおよびB細胞;活性化T細胞およびB細胞、および単球としてゲートされた。培養した単球誘導骨髄細胞(mDCまたはDC)は、それらの発達段階(成熟度)を決定するマーカーの発現それにmDCサブタイプマーカーについてテストされた。DCは典型的には、HIV感染の決定的役目を果すと考えられる皮膚および粘膜DCの典型であるマーカーを発現した。粘膜ルートを介して感染する時、粘膜mDCはHIVによって直接感染される第1の免疫細胞タイプであり、そして(i)プロウイルスDNAとしてその遺伝子情報中にしばしば集積し、および/または(ii)DC−SIGNによってそれらの表面にHIVを固定し、および/または(iii)ウイルスを細胞質内コンパートメント(例えばエンドソーム)に保持する種々のメカニズムのどれかによってHIVを取り込む。そのような細胞は次にHIVを他の細胞タイプへ、目立ってT−ヘルパー細胞(CD4細胞)へ、そして連続的mDC回転のコースにおいてリンパ節沈着mDSの次世代を含む他の病原体保有細胞が渡される区域的および局所的リンパ節へ移動する。これらの事実に鑑み、我々のインビトロシステムにおいて発生したmDCは、そのような細胞への推定的インビトロターゲティング効果を評価するための理想的モデルを提供する。
GM−CSF,IL−4および後でTNF−αで7日までの培養で成熟させたMDCは、mDCまたはそのサブ集団によって発現されることが知られているマーカーの発現についてフローサイトメトリーによってテストされた。DC−SIGN(CD−209)のほかに、我々はインビトロおよびインビボにおいて熟成DCを決定するマーカー(CD40,CD45RO,CD83)と、表皮の樹状ランゲルハンス細胞(CDla)および腸(CD4)と鼻粘膜(CD14)の成熟細胞を決定するマーカーを選んだ。このためフェノタイピングは、(i)未成熟または成熟としてインビトロで発生させたDCを証明するため;(ii)mDCへの免疫リポソーム化合物送達のためのあらかじめ考えた標的としてDC−SIGN(CD209)およびマンノースレセプター(CD206)の強い発現を証明するため;および(iii)発生させたMoDCがインビトロにおいて表皮および粘膜ランゲルハンス細胞のホールマークとしてCD1aを発現したかどうかを決定するのに役立った。
テスト条件対陰性対照(n=3)の相対的平値蛍光強度(△MFI)は、成熟MoDCのフェノタイプのフィルをCD1a+++,CD4±,CD14±+++,CD40+++++,CD45RO+++,CD83,CD209+++として特徴化した。ここで(−)は陰性対照と一致;(+)は△MFIピーク≦X陰性対照;(+++)は△MFIピーク×≧250を示す。テストしたすべてのマーカーのうち、CD14はドナーの中で最も変動した。対象的にDC−SIGN(CD209)およびランゲルハンス細胞マーカー(CDla)はすべてのドナーにおいて一致して高い発現を示した。
実施例3.炭水化物表面標識リポソームでのmDCの活性ターゲティング:蛍光顕微鏡取込み研究、フローメトリー取込みおよび結合研究、およびHIV阻害研究
初期対照研究において、Fuc−4C−ChlおよびMan−4C−Cholターゲット化リポソームは、細胞へそれらのリポソームとのインキュベーション前に可溶性フリーL−フコースまたはD−マンノース(陽性対照)を加えることによって完全に阻害された。予期したように、D−ガラクトース(陰性対照)の添加は非効果的であった(すべての単糖類はSigma,St.Louis,MIから購入)。これらの対照(結果は示さず)は、フコースおよびマンノース標識リポソームが見込まれる細胞外ターゲティング構造、すなわちC−タイプレクチンレセプターへ特異的に結合したことを証明した。
樹状細胞特異性細胞内接着分子(ICAM)−3−グラビングノンインテグリン(DC−SIGN;CD209)と呼ばれるCTLファミリーのメンバーは、37℃において未成熟および成熟単球誘導樹状細胞上へターゲットされた。高度に効率的な樹状細胞特異的結合、取り込み、およびカプセル化したカルセインの細胞内送達は、DC−SIGN特異性抗体を担持する免疫リポソームでDC−SIGNをターゲティングする時に得られた。細胞内送達はエンドソームへ大きく限られるが、カルセインは核でなく細胞質において示すことができた。やはり検討した細胞表面上の他の同様な標的分子(CD1a,CD4,CD14,CD45RO,CD83およびそれらの二重コンビネーション)に向けた免疫リポソームの変形は、DC−SIGN特異性免疫リポソームのすぐれた正味ターゲティング効率を証明した。取り込み前約2時間の結合DC−SIGN特異性リポソームの膜冗長性も証明された(Gieselir
RK,Marquitan G,Hahn MJ,Perdon LA,Driessen WI,Sullivan SM,Scolaro MI,DC−SiGN−specific
liposomal targeting and selective intracellular compound delivery to human myeloid
dendritic cells:implications for HIV disease,Scan J Immunol 2004;59:415−24)。
図1はインビトロにおける分化の間のヒト骨髄樹状細胞の形態学的外観を示す。3日目(a)、5日目(b)、7日目(c,d)に位相差顕微鏡写真を撮った。(a)3日目にGM−CSFとIL−4により分化を誘発した時、卵形mDCは膜ベールおよび薄い膜突起(矢印)(オリジナル倍率×400)へ成長し始める。(b)5日目、大部分の未成熟mDCは引伸ばした形態を取り、膜突起(すなわち樹状)を発現したが、しかし卵形細胞がなお存在する。この未成熟状態においてさえも、いくらかのmDCは小さいホモタイプクラスター(矢印)(オリジナル倍率×180)を生成するように会合する。(c)しかしながら5日目にTNF−αによって未成熟mDCを誘発する時、完全成熟mDCは7日目に大きなホモタイプクラスターへ会合する。新しく発現された接着分子による強いクラスター生成は、mDCがそれらの完全な機能的成熟度へ到達したことを示す。クラスター(矢印)を指している豊富な線形突起に注目せよ。リンパ系器官内に所在する時、そのような樹状物はヘテロタイプmDC−T細胞クラスター(オリジナル倍率×180)において抗原特異性刺激のためT細胞との密接な接触を確立する。
この出来事のシリーズは最も健康なドナーにおけるmDCの分化コースを表すけれども、ドナーの少数割合から得た単球は同じミクロ環境条件に対して異なって応答する。特に多分遺伝子プレ素因のため、少数のドナーからの細胞はより少ない樹状細胞および/または小さいけれどももっと多数のクラスターの形を発現する。その一例が完全マイクロタイターウエルが倍率×50で(e)に示されている。また、非常に稀なケースにおいて、mDC分化は全く行われず、その代りマクロファージが発達する。これはそれぞれのドナーにおいて、例えば進行する感染の場合に単球に作用するプライミング信号の重なりによるものであろう。重要なのは、ヒト骨髄樹状細胞についての我々のターゲティング研究はGM−CSF/IL−4およびその後のTNF−αの存在下における約80〜のケースにおいて観察された正常な分化の後に実施されたことである。
図2は、トレーサー染料カルセインを送達するフコース標識リポソームでターゲット化された未成熟骨髄樹状細胞(mDC)の光学的断面シリーズを示す。GM−CSFおよびIL−4で5日目発生させた未成熟mDCはEDTAによって基層から引離され、そして緑色蛍光トレーサー染料カルセインを送達するFuc−C4−Cholターゲット化リポソームと連続的アジテーションのもとで37℃で3時間インキュベートされた。細胞はブルー核DAPIスティンで逆染色され、固定された(a−1)。逐次断面の蛍光顕微鏡オーパレイは観察された最低および最高取り込みを表す二つのmDSによるシステムの取り込みを示している。左側のmDCにおいては、カルセインは主にエンドソーム(例えばC;矢印)に限定され、かすかな時折の細胞質染色(例えばフレームg中の核へ重なった:矢印)が見られる。対照的に、右側のmDCはエンドソーム(蛍光を中断する、例えばc,f)と細胞質(例えばb)の両方の明るい染色を示した。細胞のもっと多数を比較する時、テストしたすべてのドナー(n=3)からのすべてのmDCはフコースターゲット化システムを内部化した。青色染色から明らかなように、リポソームペイロードは決して核へ送達されなかった。Man−C4−Cholターゲット化陽性対照はより小さい効率で取り込まれ、そしてGal−C4−Cholタ−ゲット化陰性対照は結合および/または内部化されなかった(示さず)。オリジナル倍率は×400である。
図3は、培養5日後のマンノース標識リポソームの結合およひ取り込みを示す。結合または取り込みの程度は、位相差(左カラム)および蛍光(右カラム)フォトマイクログラフの比較により2人のドナー(A、上列;B、下列)において示されている。両方の場合、そしてフコース標識リポソームと比較して、細胞の5%以下のみが3時間インキュベーション後にそれらの表面へ結合した、または内部化されたリポソーム内のトレーサー染料カルセインを示した。トレーサー陽性mDCの一部は細胞内取り込みを示したが(B1,B2:上部および中間円)、他のものは延長したインキュベーション後なお取り込みなしの表面結合を示した(A1,A2およびB1,B2:下部円)。未成熟mDCにおいては、Man−C4−Chol標識リポソームによるターゲティングは、このようにFuc−C4−Cholターゲット化送達システムを採用した時に観察されるよりもより少ないmDCへ達するばかりでなく、マンノースターゲット化システムはレセプター仲介エンドサイト−シスによってもっと小さい取り込み効率であった。しかしながらマンノースターゲティングは、おそらくマンノースレセプター(CD206)C−タイプレクチンの一層高い発現のためマクロファージにおいて同等に効果的であった(示さず)。Gal−C4−Chol標識陰性対照リポソームとのインキュベーションは、表面結合または細胞取り込みへ決して導かなかった(示さず)。位相差顕微鏡写真A1およびB1の矢印は、それらの水ぶくれした表面膜によって明らかなように、培養中死滅した細胞を指している。時折の死滅細胞は非特異的カルセイン染色を示したが(A1,A2;上部円)、死滅細胞へのフコース、マンノースまたはガラクトース標識リポソームの非特異的結合はこの時点においては一般に観察されなかった(B1およびB2中の等距離棒で正確に位置決定されたボックスで囲まれた細胞を比較せよ)。
図4は、クラスター化した成熟mDCのC−タイプレクチン特異性ターゲティングを示す。GM−CSF,IL−4およびTNF−αの存在下の7日培養後の成熟mDCのホモタイプクラスターは、通常形状が全体として丸く、そして数面の細胞を含む(図1参照)。クラスターはインキュベーション前ターゲティングシステムによるクラスター化細胞を処理することによって崩壊する。しかしながら接着分子(例えばICAM−1,ICAM−3,LFA−1)を介してのち密な結合のため、そのようなクラスターのフラグメントは物理的にそのままである。大きな蛍光フォトマイクログラフは、Fuc−4C−Chol標識リポソームとの3時間インキュベーション後いくつかの密に会合したmDSを含むそのようなフラグメントを示す。このフラグメントの輪郭をマーキングする薄青色アウトラインにより、個々の細胞各自は内側へ渦巻く時計廻りでその下方右手に数えられる。カウントされた17個のmDCすべてのリポソーム送達されたカルセインによって少なくとも薄い細胞質染色を示す。大部分のケースにおいて、染色されたエンドソームはそれらの明るい、しばしば良く光る中断蛍光によって目立っている。トレーサー染料は矢印で示すように決して細胞の核(見える時)を染色しない。成熟mDCは一般に未成熟mDCに見られるよりもターゲティング後低い取り込みを示す(図2およびフローサイトメトリーを見よ)。このようにフコースターゲット化システムはすべてのmDCへそれらの密な物理的会合にも拘らず到達した。このため同じことは、インビボにおいてリンパ系器官および組織においてホモタイプmDCクラスターおよびヘテロタイプmDC−T−細胞クラスター中のmDCについて期待することができる。オリジナル倍率は×400である。小さい挿入部分に示すように、7日培養からの単一mDCはもっと頻繁にフコ−スターゲット化リポソームおよびカルセイン送達を示した。赤でアントラインしたmDCの典型的不規則形核はカルセイン送達から完全に容赦される。表面(青線)C−タイプレクチンレセプターへ結合したらしいターゲット化リポソームは矢印で指示されている。オリジナル倍率×1000。
重要なことに、図2に示した未成熟mDCおよび図4に示した成熟mDCの一致部分は、ランゲルハンス細胞マーカーCD1aを発現した(フローサイトメトリーを見よ)。そのような細胞はHIVの感染で最初に感染した粘膜および表皮mDCサブセットに相当する。反対にmDSの他の部分はDC1aを発現せず(フローサイトメトリーを見よ)、このため全身およびリンパ系mDCサブセットに相当する。最後に成熟mDC(図4)は、リンパ系器官に所在する成熟mDCによって一貫して発現される免疫グロブリンスーパーファミリーマーカーCD83を発現した。mDCのこれらタイプのすべてはカプセル化した化合物の細胞内エンドソームおよび細胞質送達のために成功的にターゲットされた。このように、これらの結果はすべての末梢およびリンパ系mDCは治療的化合物の細胞内送達のためのFuc−C4−Chol標識システムで効率良くターゲットされることができることを強く指示する。
図5は、培養7日後のヒトマクロファージによるフコース標識リポソームの結合および取り込みを示す。インキュベーション前に、マクロファージはEDTA/トリプシン処理によって基層から引き離され、そしてそれらのスライドへの後での移行を可能にするように、それらの堅固な再付着を防止する連続的かきまぜ下に保たれた。代表的マクロファージの逐次的光学断面(a〜h)は、Fuc−C4−Cholターゲット化リポソームとのインキュベーション2時間後既にターゲティングシステムによって送達されたトレーサー染料カルセインによる豊富なエンドソーム限定細胞内染色を示した。骨髄樹状細胞とは対照的に、細胞質染色(すなわちリポソーム送達)はマクロファージではより明瞭でなかった。Man−C4−Chol標識リポソームは匹敵するターゲティング有効性を持っていた(示さず)。Gal−C4−Chol標識陰性対照とのインキュベーションは稀なマクロファージによる僅かな取り込みへ導いた(示さず)。ここに示したケースにおいて、細胞は10%自家ドナー血清の存在下で発生させた。オリジナル倍率×1000
図6は、フコース標識リポソームでのターゲティング2時間後の異なる2人のドナーからの代表的マクロファージのカラー蛍光フォトマイクログラフである。この場合、マクロファージは10%異種ウシ胎児血清(FBS)の存在下7日間分化された。そのような条件下、結合および取り込み結果は、陽性(Man−C4−Chol)および陰性(Gal−C4−Chol)対照システムでのターゲティングの結果を含む、自家血清で発生させたマクロファージで得られた結果と同じであった。このようにFBS依存分化はマクロファージターゲティング研究のためにインビトロで採用することができる。中間断面倍率×1000
重要なことに、これらの結果はフコースターゲット化リポソーム送達システムは、HIV病におけるように胃腸管および多分脳の主な感染細胞貯蔵庫を形成する細胞のシステムを代表するマクロファージによって効率的に内部化される。
図7は、トレーサー染料カルセインを送達するFuc−C4−Chol標識リポソームでターゲット化された単胞の逐次断面を示す。新たに単離された末梢血単球が、連続攪拌下37℃において緑色蛍光トレーサー染料カルセインを送達するFuc−C4−Cholターゲット化リポソームと3時間インキュベートされた。細胞は青い核DAPIステインで逆染色され、固定された(a〜f)。逐次断面(〜1.5mmステップ)の蛍光顕微鏡緑/青オーパレイは、代表的単球(典型的核形状に注目せよ)によるシステムの取り込みを示している。単球においては、ターゲット化システムのペイロードとしてのカルセインの細胞内分布は、mDCに見られるのと同じであった。蛍光化合物は細胞のエンドソームに、(フレームc,dおよびeにおいて最も明瞭:中断蛍光)、同様にもっと拡散的に単球の細胞質(すなわちすべての逐次マイクログラフ)に濃縮されるが、しかしそれらの核内には決して濃縮されなかった。その上mDCにも見られたように、テストしたすべてのドナー(n=3)からのすべての単球はフコースターゲット化システムを内部化した。再びMan−C4−Cholターゲット化陽性対照はより低い効率で取り込まれ、そしてGal−C4−Chol陰性対照は少しも内部化されなかった(示さず)。オリジナル倍率×400
重要なことに、これらの結果は骨髄樹状細胞およびマクロファージへ到達するほかに、治療化合物のフコース仲介ターゲット化送達は単球のためにも達成することができることを示す。この結論は、単球は前に説明したように潜在的にHIVおよび他の感染貯蔵庫として動員されるべき最も初期の骨髄リネージ誘導細胞タイプであることを考慮する時目立ったインパクトを持つことができる。事実単球はそのように効率的にC−タイプレクチン特異性システムによってターゲット化されるケースは感染作因の取り込みおよび生理学的および病理学的単球子孫の多数において慢性感染性細胞内貯蔵庫の後からの形成のためのこの経路の重要性に脚光をあびせる。
図8は、フコースターゲット化化合物送達システムは高度に特異的でそして極めて高いいターゲティング有効性を持っていることを示す。HIVおよび他の感染剤のための重要な病原体保有集団として未成熟および成熟骨髄樹状細胞を採用する時、フコースターゲティングは未成熟mDSにおいて最も効果的であった。カルセイン送達炭水化物標識リポソームの結合または取り込みは、細胞へ非特異的に結合する糖非標識リポソームでのバックグラウンド染色の空のヒストグラムと重ねた充満したヒトスダラムとして示される。Gal−C4−Chol標識陰性対照リポソームは非特異性対照リポソームと決して異ならず、このため陰性対照としてガラクトース標識の正しい選択を証明する。対照的に、マンノースおよびフコース標識リポソームは特異的細胞表面ターゲティングおよび/または取り込みの異なる程度を示した。Man−C4−Chol陽性対照と比較する時、Fuc−C4−Cholターゲット化システムは未成熟mDCにおいてはるかにすぐれた結合効率を示した。両方のドナーにおいて、対数スケール(横座標)上でフコース標識リポソームのターゲティング効率は1オーダだけ陽性対照を上廻っていた。成熟mDCの特異的ターゲティングは、ドナーAのような1部の個人において低レベルのC−タイプレクチンを発現する成熟mDCを生産する点においてドナー依存性であった。しかし大部分のドナー、例えばドナーBはそのような分子(図10も見よ)の少なくとも中間膜密度を示し、そのためそれらの正味合計はFuc−C4−Chol標識リポソーム送達システムでの効果的ターゲティングを許容する。にもかかわらずそのような個人における成熟mDCへの低い結合でさえもこのシステムの高い濃度によって有意に増大されることができる(図9を見よ)。
図9は、フコース標識リポソームの増大濃度は未成熟および成熟mDCの両方を高度に効率的にターゲットすることを示す。同じ陽性および陰性対照(図8を見よ)を使用し、未成熟および成熟mDCはFuc−C4−Cholターゲット化システムの異なる濃度でインキュベートされた。この実験は2人のドナー(CおよびD)で実施され、ターゲティングシステムの低濃度(下列)は未成熟mDCには達したがしかし成熟mDCには到達しなかった。しかしながらシステムの濃度を係数×10または×100にそれぞれ増加する時(中間および上列)、未成熟mDCは高度に効率よくターゲットされた。中間濃度は図2および図4の示された実験において適用された。中間列の矢印(ドナーC)は、この条件下でのFuc−C4−Cholターゲティングシステムの結合および取り込み効率の細胞スペクトルを表す図2に示した二つの細胞のおおよその位置を指示する。両方を合せると、C−タイプレクチンレセプターの高および低膜密度を発現する両方の細胞は我々のターゲット化化合物送達システムによって成功的にアドレスできる。
図10は、未成熟および成熟mDCのフェノタイピングを示す。マーカー陽性細胞は充満したヒストグラムとして描写され、そして陰性不適切対照抗体での背景染色を指示する空のヒストグラムと重なっている。陰性対照カットオフの左のグレー区域は与えられたマーカーを発現しない細胞の部分を表し、カットオフの右のグレー区域は(ドナーAからの未成熟mDCにおけるCD1a発現を示すグラフに例示的に示されるような)マーカーを発現する。横座標は、それぞれのマーカーを認識する一次モノクローナル抗体の添加後FITC接合二次抗体での細胞標識の対数蛍光強度を指示する。mDCによって発現された典型的なC−タイプレクチンの代表としてDC−SIGNおよびマンノースレセプターは成熟mDCよりも未成熟mDCにおいてもっと目立って発現される。個々の変動は明らかである。インビボにおいて、未成熟DCは末梢非リンパ系器官および組織に滞在する。ここではそのような表面分子の強い発現が多く病原体を結合しそして摂取する細胞の能力を確実にする。リンパ系器官および組織へ移動すれば、成熟mDCはC−タイプレクチン発現を下方調節するが、しかし通常これらターゲティングマーカーの中程度膜密度を保持する。特に現在知られている限り、mDCは一般に少なくとも4種のことなる表面レクチン(DC−SHGN,DEC−205,MRおよびDLEC)を発現し、そのためそのような分子の正味合計発現はフコース標識リポソーム送達システムでの効果的ターゲティングを常に許容する。同様にマクロファージはそれらが一貫してマンノースレセプターの高い発現を示すので(示さず)、そのすべての発達段階においてターゲットされることができる。これらの細胞もDC−SIGNのような他のC−タイプレクチンを発現するように誘発することができる。CD83の発現mDCの成熟状態は指示する。インビボにおいてCD1aの発現は粘膜および表皮に所在するランゲルハンス細胞mDCサブセット(このため5番目のC−タイプレクチンとしてランゲリンも発現)の指標である。未成熟および成熟mDCの両方はすべの時点においてCD1a陰性から強いCD1a陽性細胞のスペクトルを含み、このため非ランゲルハンス様mDCの対応するスペクトルをカバーしていることに注目せよ。Fuc−4C−Cholターゲット化リポソームはすべてのこれらサブタイプへ細胞内にカルセインを成功的に送達し(図2,4を見よ)、このため治療化合物をエンドソームおよび細胞内部位へ送達するためのシステムとしてそれらの高い能力を指示した。
図11は、ターゲット化処理ありなしでHIV感染mDCの8日培養後の形態学的変化を示す。I.培養物外観およびホモタイプmDCクラスタリング。細胞はGM−CSF/JL−4(0日)および逐次TMF−α(5日)の存在下に分化された。日2,4または6において、mDCはそれぞれM−トロピックHIV−1株Ada−MまたはT−トロピックHIV株Laiで感染された。50%の細胞のための組織培養投与量は、I.HIV−1ada−M:67×TCID50(すなわちウイルスストック溶液0.1ml+培地199ml);およびII,HIV−1LAI:6.7×TCID50(すなわちウイルスストック溶液1Ml+培地199ml)であった。結果は各状況について4個の別々の培養ウエルの全面積のスキャニングによって得られた。これらの細胞の機能的完全性を指示する基準としてホモタイプmDCクラスタリングが8日目に評価された。結果は半定量的および(丸められた)値で与えられる。それぞれの株で感染1日後、mDCはFuc−4C−Cholターゲット化リポソームを送達するコンカナバリン−A(Con−A)で処理された。この時間遅延は細胞が細胞内HIV貯蔵庫を形成することを許容した。明らかなように、HIV−1の両方のタイプの感染においておよびテストしたすべての条件下で、クラスタリング挙動は正常化された。ホモタイプおよびヘテロタイプmDCクラスタリングは感染時HIVによって上方調節されるので(Sol−Foulon
N,Moris A,Nobile C,Boccaccio C,Engering A,Abastado JP,Heard IM,von Kooyk Y,Schwartz
O,HIV−1 Nef−induced upregulation of DC−SIGN in dendritic cells promotes hyphocyte
clustering and viral spread,Immunity 2002;16:145−55)、これらの結果はHIVの成功的排除を証明する(図12も見よ)。
図12は、ターゲット化ありなしのHIV感染mDCの培養8日後におけるmDSの形態学的変化を示す。II.mDCのタイプおよび生存性。mDCの発生、HIV−1による感染、ターゲット化処理のための条件はすべて図11に与えられている。結果は各状況について4個の別々の培養ウエルの全面積をスキャニングによって得られた。HIV−1感染時のmDCの増加した死亡率はCon−A送達フコースターゲット化リポソームでの処理によって正常化された。リポソーム処理後3時間の洗浄操作はmDCの感染後蓄積した死滅細胞を除去したことに注目せよ。培養物はこのようにしばしば同じ与えられた時点において未成熟培養物と比較する時有意に減少した細胞数を含み、このことが自己刺激自動コンディショニング信号の低濃度を介してmDC形態の相対的比率に影響し得る。それにもかかわらずHIV感染時のベールされた細胞と樹状形mDCタイプの相対的シフトは処理後大きく正常化された。これらの結果は再びHIVの成功的排除を間接的に証明する。
Figure 0005266433
HIV−1 Lai;およびHIV−1 Ada−MはNIH貯蔵庫から得た。これらの株の高度に感染性のストックの増殖のための条件が表2に示されている。そのようなストックは、未分離末梢血単核細胞(PBMNL)またはMACS−富化単球(MO)において75cm(T75)フラスコ中14日間培養して発生させた。ある場合には4人のドナーのプールした細胞が採用され、それにより発生を刺激するための混合白血球培養条件をつくり、そして細胞を活性化するためのサイトカインおよび多分集積したプロウイルスの上清濃度を増加させた。T−トロピックHIV−1
Laiの増殖はフィトヘマアグルチニンタイプM(PHA)を添加を含んでいた。M−トロピックHIV−1 ada−Mの増殖はポリブレン(PB)の存在下で達成された。その後PBMNL培養物は上清を含んでいる収穫したウイルスで感染させ、そして培養1週間後両方の株の組織培養50%感染投与量(TCID50)がこの分野で公知の方法に従って決定された。HIV−1
AdaおよびHIV−1 Laiは使用まで−70℃に冷凍保存された。
Figure 0005266433
上で論じた図および表を含むここで提示したデータは、フコース(Fuc−4C−Chol)ターゲット化送達システムは、HIVまたは他の感染作因の妨害を許容する現在知られているすべての化合物または将来知られるべき化合物の送達のため単球、骨髄樹状細胞およびマクロファージを含む異なるHIV保有集団に対し特異的にそして高度に効率的にアドレスさせることができる。本発明に従い、これら病原体保有集団およびここに記載した他の病原体保有および非保有集団は本発明のターゲティングシステム、または例えばもっと有効と推定される細胞ターゲティングのメディエーターとにポリフコース膜標識を特徴とするような機能的に関連するシステムによってターゲット化されることができる。
重要なことに、高いターゲティング効率は、培養およびインキュベーションの間採用されるウシ胎児血清の少量の成分を構成する、肝臓から得られる物質(Downing
I et al,Immature dendritic cells possess a sugar−senitive receptor for human mannan−binding
lection,Immunoloy 2003;109:360−4)である血清由来マンナン−またはマンノース結合レクチン(MBL)の存在下得られる。MBLは未成熟ヒトMoDCによって自家分泌されることも知られている(Downing
I et al,上出)。その上、MBLはその独自のC−タイプレクチンドメインを介してHIV−1がDC−SIGNへ結合するのを防止することができる(Spear GT
et al,Inhibition of DC−SiGN−mediated transinfection of T cells by mannose−binding
lectin,Immunolog 2003;110:80−5)。それ故可溶性MBL(およびそのような特徴を示すことができる他の同定されていない分子)は、本発明のCTL/CTLD特異性リポソームが膜へ結合したC−タイプレクチンと相互作用するのを防止しなかった。
リポソームへ捕捉されたトレーサー、カルセインを採用することにより、C−タイプレクチンのすぐれたターゲティング有効性が蛍光顕微鏡およびフローサイトメトリーによって証明された。蛍光顕微鏡はさらに未成熟および成熟mDCによる時間依存性C−タイプレクチン特異性リポソームの表面結合および細胞内取り込みを明らかにした。これらの結果は効果的な結合、内部化および細胞内化合物送達を明らかにする。データは、フコース標識免疫リポソームがそれらの中味を未成熟および成熟mDC、単球およびマクロファージへ送達すること、そしてそれらのもっと微弱な細胞質分布に加え、それらの中味は細胞内エンドソーム/リソソームに強く蓄積されることを示す。これら観察は、HIVおよび投与されるリポソームはサイズにおいて匹敵する事実とあわせて、本発明の送達システムが高度に感染性HIVが貯められ、そして他の細胞を感染させるように放出されるまで全身的攻撃から保護されている正確に同じコンパートメントへ達することを可能にする。好適な送達される剤は、本発明に従ってこれまでどんな治療戦略によっても到達できなかった重要な保護区へ到達するであろう。他の重要な利益は、これらリポソームは長期間mDCの表面に保持されているという事実のため、抗原特異性刺激のコースにあるリンパ系器官および組織内のmDCと相互作用するT細胞サブセットがこれら非病原体保有細胞中に治療効果を誘発するために到達できることである。
このように、もし骨髄を指向する皮内、皮下、腹腔内、胎盤内、子宮内、または他の見込まれる適用ルートによって投与されるならば、本発明の生産物および方法は、C−タイプレクチンレセプターまたはC−タイプレクチン様ドメインを示すレセプターを介して、個人内、個人間(例えば母子間HIVおよび他の慢性感染作因の伝染)において明らかに重要な役目を果す病原体保有細胞、およびHIVまたは他の感染作因を活溌に複製する非病原体保有細胞のターゲティングの利益を提供する(図13)。同様に同じ結果は、治療活性剤を送達するように慢性非感染病に含まれる区域的に限られたC−タイプレクチン(例えば胃腸または肝臓に限られた)のターゲティングを許容し得るか、またはワクチネーションのための新しいアプローチを可能/改良することができる。この技術の全体の固有の可能性が図14に示されている。
Figure 0005266433
Figure 0005266433
インビトロにおいて分化の間ヒト骨髄樹状細胞(mDC)の基本的形態学的外観を示す。 トレーサー染料カルセインを送達するフコース標識リポソームでターゲット化された未成熟骨髄樹状細胞の光学的逐次断面を示す。 培養5日後の未成熟mDCによるマンノース標識リポソームの結合および取り込みを示す。 クラスターとなった成熟mDCのC−タイプレクチン特異性ターゲティングを示す。 培養7日後のヒトマクロファージによるフコース標識リポソームの結合および取り込みを示す。 フコース標識リポソームでターゲティング2時間後の異なるドナーからの代表的マクロファージのカラー蛍光フォトマイクログラフである。 トレーサー染料カルセインを送達するFuc−C4−Chol標識リポソームでターゲット化された単球の光学的逐次断面を示す。 フコースターゲット化化合物送達システムが高度に特異性であり、そして極めて高いターゲティング有効性を有することを示す。 フコース標識リポソームの増加した濃度が未成熟および成熟mDCの両方を高度に効率的にターゲットすることを示す。 未成熟および成熟骨髄樹状細胞の表現型を描写する。 ターゲット化処理ありなしのHIV感染HIVmDCの8日培養後の形態学的変化を示す。 ターゲット化処理ありなしのHIV感染mDCの8日培養後の形態学的変化を示す。 (I)正常病原体排除、(II)HIVによる侵略、および(III)本発明の炭水化物−レクチンターゲティングおよび処置システムを示す。 本発明の炭水化物−レクチンターゲティングおよび処置システムを示す。

Claims (8)

  1. 感染因子によって生じる感染の防止もしくは処置、あるいは変性慢性非感染病または悪性慢性非感染病の処置に使用するための、病原体保有細胞への活性剤のターゲティング送達用の脂質―活性剤複合体組成物であって;
    該脂質―活性剤複合体組成物は、活性剤と、該脂質―活性剤複合体組成物の外表面にターゲティングリガンドを含み;
    該ターゲティングリガンドはフコース、ポリフコース、またはコレステロールのポリフコース誘導体を含み;
    病原体保有細胞は樹状細胞、プレ単球骨髄リネージ関連前駆体細胞、単球、マクロファージまたはT細胞であり;そして
    該脂質―活性剤複合体組成物は非全身経脈管ルート、皮下ルート、皮内ルート、骨髄投与ルート、垂下体内ルート、尿道内ルート、肝内ルート、腹腔内ルート、または非経口ルートによる投与用である、脂質―活性剤複合体組成物。
  2. 該脂質―活性剤複合体組成物は、リポソーム―活性剤複合体組成物である請求項1の脂質―活性剤複合体組成物。
  3. 活性剤は植物レクチンである請求項1の脂質―活性剤複合体組成物。
  4. 植物レクチンがCon−A(コンカナバリンA)、またはMHL(Myrianthus holstii Lectin)である請求項3の脂質―活性剤複合体組成物。
  5. 該脂質―活性剤複合体組成物はCa2+ イオンおよび遷移金属イオンをさらに含んでいる請求項2ないし4のいずれかの脂質―活性剤複合体組成物。
  6. 該脂質―活性剤複合体組成物は二価カチオン、補酵素、酵素活性化剤、またはpH調節剤から選ばれた1種以上の補助剤をさらに含んでいる請求項1ないし5のいずれかの脂質―活性剤複合体組成物。
  7. 該脂質―活性剤複合体組成物の脂質対活性剤の重量比は5:1ないし7:1の間である請求項1ないし6のいずれかの脂質―活性剤複合体組成物。
  8. リポソームの直径は30ないし250nmである請求項2のリポソーム−活性剤複合体組成物。
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