JP7127136B2 - mTOR阻害剤、薬物組成物及びその応用 - Google Patents

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Description

本発明は薬物分野に属し、具体的に、mTOR阻害剤、薬物組成物及びその応用に関する。
腫瘍は一般的で、よく見られる疾患である。人体の組織細胞内外における各種発癌性因子の長期的作用下で、細胞に遺伝子の突然変異が生じて、その成長及び分化が正常に制御されなくなり、クローン性異常増殖及び分化が生じて形成される新生物または病的増殖物である。腫瘍は良性腫瘍及び悪性腫瘍に分けられ、悪性腫瘍はさらに上皮組織由来の癌、間葉組織由来の肉腫及び癌肉腫の3種に細分される。通常、人々が言う「癌」は、一般的にすべての悪性腫瘍を指す。
悪性腫瘍は人々の健康を脅かす最も主要な悪性疾患の1つであり、現在、全世界で死因第1位である。最新データでは、2007年、全世界で総死亡数の13%を占める約790万人が各種癌で亡くなり、1200万を超える腫瘍症例が診断された。このうち72%以上の腫瘍患者及び致死症例はいずれも発展途上国で発生しており、上昇し続ける傾向を呈している。2015年、全世界の腫瘍による致死数は900万人まで増加し、2030年には1200万人を超えると推定されている。現在、中国では毎年癌発症数が約280万で、死亡数は40万人を超え、中国の各種疾病による致死原因の1位となっており、上昇し続ける傾向を呈している。社会の生活リズムが速くなるのに伴い、競争のストレスは増大している。さらに人々の生活方式及び環境の変化により、腫瘍発症率及び死亡数は年々増加し、悪性腫瘍はすでに現代社会で一般的で発症率が高い疾患となっている。患者の生活の質に深刻な影響を及ぼすだけでなく、家庭及び社会に重い経済的、精神的負担をもたらす。全世界を悩ます重大な社会問題でもあり、癌の治療及び予防は一貫して全世界で最も切実な問題の1つである。
哺乳類ラパマイシン標的タンパク質(mammalian target of rapamycin、mTOR)は非定型セリン/スレオニンプロテインキナーゼであり、ホスホイノシタイド3キナーゼ(phosphoinositide3kinase、PI3K)関連プロテインキナーゼファミリーの1つである。mTORは、生物体内でmTORC1及びmTORC2という2種の複合体の形態で存在する。mTORは栄養、エネルギー及び成長因子など数種の細胞外シグナルを統合することができ、遺伝子の転写、タンパク質の翻訳、リボソームの合成及び細胞骨格の合成など生物プロセスに関与し、細胞成長、増殖、アポトーシス及び代謝において極めて重要な作用を発揮する。シグナル経路を活性化する開始因子は、主にアミノ酸、各種成長因子及び低酸素などである。mTORは、生物体内でmTORC1及びmTORC2という2種の複合体の形態で存在する。
PI3K/AKT/mTOR経路は、哺乳動物において細胞活動を調節するシグナル経路であり、この経路は細胞の生存、成長及び増殖に対して重要な意義を有する。重要なマイトジェン(インスリン、ホルモン、成長因子など)は細胞膜における細胞質に近い側に位置する分子を活性化させ、さらにはmTOR経路における重要分子PI3Kを活性化させる。活性化したPI3Kはホスファチジルイノシトール-4,5-二リン酸(PIP2、phosphatidylinositol(4,5)-biphosphate)からホスファチジルイノシトール-3,4,5-三リン酸(PIP3、phosphatidylinositol(3,4,5)-triphosphate)への変換を促進する。後者はAktのPHドメインと結合すると同時に、その他のキナーゼとAktをリン酸化する。最終的に結節性硬化症複合体1及び2(TSC1/2、tuberous sclerosis complex1 and 2)の分解及び/またはPRAS40(proline rich AKT substrate 40000)のリン酸化を引き起こしてmTORC1を上方制御する。PI3K/AKT/mTORシグナル経路の異常は、非小細胞肺癌、子宮内膜癌、子宮頸癌などを含む数種の腫瘍型で頻繁に発生する。
このほか、その他の環境ストレス源もmTORシグナル経路を調節することができる。例えば細胞代謝に不可欠な酸素が長期的に欠乏すると、エネルギー欠乏が引き起こされ、セリン/スレオニンキナーゼの肝キナーゼB1(LKB1、liver kinaseB1)またはAMPKがmTORC1を抑制する。エネルギーの有効性も、mTOR活性の重要な調節要素である。AMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK、AMP-activated protein kinase)は、mTORC1の「エネルギーセンサ」とすることができる。エネルギーが欠乏したとき、細胞内のAMPレベルが上昇して、AMPKと結合し、上流のキナーゼを介してAMPKが活性化される。AMPKは一旦活性化されると、TSC2をリン酸化することができ、エネルギーを生成する分解過程を増加させ、エネルギーを消費する合成過程、例えばタンパク質の合成などを低下させる。
mTORC1活性化の最も重要な特徴は、タンパク質の合成である。mTORC1はリボソームタンパク質S6キナーゼ1(p70 ribosomal protein S6 kinase1、S6K1)の疎水性基Thr389を直接リン酸化することにより、PDK1に作用してその後のタンパク質をリン酸化させる。S6K1のリン酸化は下流のいくつかの基質を活性化し、これによりmRNAの翻訳の開始を促進する。これにはeIF4F複合体を上方制御するeIF4Bが含まれる。mTORC1は下流の真核細胞翻訳開始因子結合タンパク(eukaryotic initiation factor 4E-binding protein1、4E-BP1)を直接リン酸化する。4E-BP1のリン酸化はこれがキャップ結合タンパク質eIF4Eに結合するのを阻止するため、eIF4Eはキャップ依存性翻訳の開始に必要なeIF4F複合体の形成に関与することができる。S6K1及び4E-BP1のリン酸化はmRNAの翻訳を活性化し、これにより各種反応物の活性レベルを増加させる。mTORC1はmRNAの翻訳において非常に重要な意義を有し、mTORの活性部位阻害剤はmTORC1の機能を完全に抑制することができ、これにより細胞中のタンパク質合成を低下させる。mTORC1はタンパク質の合成を調節する以外に、細胞膜に必要な脂質の合成も制御し、さらにmTORC1は細胞代謝及びATPの合成も積極的に媒介する。
mTORC2はmTOR、mLST8、Deptor、Rictor(rapamycin-insensitive companion of mTOR)、哺乳類ストレス活性化プロテインキナーゼ相互作用タンパク質1(mammalian stressactivated protein kinase interacting protein1、mSIN1)及びProtor 1/2(protein observed with Rictor-1/2)からなる。mSIN1及びプロテインキナーゼC-α(PKCα)を介して、アクチンの調節及び細胞骨格の形成に関与することができる。mTORC2の高発現は細胞の生存を促進することができ、低発現はアポトーシスを誘導する。
mTORC2経路の重要なステップは、プロテインホスファターゼ(PTEN、phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome10)により、PIP2からPIP3への変換を調節及び抑制することである。mTORC1はリボソームの生合成、オートファジーの抑制を介したリボソームの翻訳の活性化により、mTORC2を間接的に活性化させることができる。mTORC2の活性化によりAkt473位のセリン(Ser473)のリン酸化が生じ、Aktの活性化はSIN1-T86のリン酸化をさらに誘導する。mTORC2の活性が増強すると、mTORC2の順方向環状経路の形成が促されるが、TSC1/2複合体が抑制されるとき、該過程は弱まる。
ヒトの数種の腫瘍において、mTORはいずれも異常に活性化する。mTOR阻害剤を使用すると、肺癌、乳腺癌、膵臓腺癌、胃癌、黒色腫、神経膠腫、肝癌など数種の腫瘍細胞を異常に活性化するPI3K/Akt/mTORシグナル経路を効果的に抑制することができ、さらには腫瘍細胞の遊走及び侵襲並びに上皮間葉転換を抑制する。癌患者の多くはmTORC1上流の発癌経路に突然変異が存在し、PI3K/AKT/mTOR経路及びRas/Raf/MEK/ERK経路の2つの経路の突然変異により、mTORC1の過度の活性化が生じる。他に、よく見られる腫瘍阻害因子TP53及びLBK1は、mTORC1上流のTSC1及びTSC2のネガティブ調節因子である。mTORC1の下流因子も腫瘍の発生に関与し、eIF4E及びS6K1遺伝子及びタンパクの過剰発現は多くの癌に存在する。このうち4E-BP1のリン酸化が最も重要であり、AKT及びERKが誘導するいくつかの腫瘍細胞株はいずれも4EBPのリン酸化に依存する。mTOR阻害剤は4EBP及びeIF4Eの発現比率を変化させることができ、これによりこの種の細胞に対して比較的強い増殖抑制作用が生じる。
mTORC2シグナルも癌に関わる。高い程度でmTORC2シグナルがAktを活性化し、活性化したAktはグルコース摂取及び解糖系などの増殖過程を促進し、同時にアポトーシスを抑制する。実際に、PI3K/Aktが誘導するいくつかの腫瘍もmTORC2活性に依存する。前立腺癌マウスモデルにはPTEN欠損が存在し、同様にヒト前立腺癌細胞系中にもPTEN欠損が存在する。
PI3K/AKT/mTORシグナル変換経路の活性化は、数種の刺激に誘発されるアポトーシスを抑制することができ、細胞周期の進行、細胞の生存及び増殖を促進し、同時に血管の形成、腫瘍の侵襲及び転移に関わり、腫瘍の形成過程で重要な役割を果たす。AKTは複数のアポトーシス関連タンパクを制御してアポトーシスを抑制することができ、AKTの過剰発現はアポトーシス抑制因子1(Dap-1)の発現を増加させ、これによりアポトーシスを抑制する作用を発揮する。AKTはmTOR及びその下流分子S6K1、4E-BP1をリン酸化することにより生存シグナルを伝達することもでき、P53に依存しないアポトーシスを抑制し、細胞の生存を促進する。近年、数種の腫瘍において、eIF-4Eが体外で細胞の形質転換及び抗アポトーシス活性を有することが発見されており、eIF-4Eの過剰発現は細胞にいくつかのプロアポトーシス効果の影響を及ぼさないようにすることができる。
細胞外シグナル調節キナーゼ(extracellular regulated protein kinases、ERK)はERK1及びERK2を含み、シグナルを表面受容体から細胞核に伝える鍵である。リン酸化により活性化したERK1/2は細胞質から核内に移行し、さらにはElk-1、ATF、Ap-1、c-fos及びc-Junを介した転写を活性化させ、細胞増殖及び分化、細胞形態の維持、細胞骨格の構築、アポトーシス及び細胞の癌化などに関与する。ERKは細胞の増殖、分化及び生存を調節しており、数種の成長因子(EGF、NGF、PDGFなど)の下流タンパクである。ERK及びそのシグナル経路は、腫瘍の侵襲及び転移過程でシグナルの仲介及び増幅作用を示す。一方では成長因子、マイトジェン、環境刺激などからの大量のシグナルを受け、もう一方ではERKシグナルカスケード反応により、AP-1、NF-κBなどの該転写因子に作用し、遺伝子発現を制御する。多くの人の癌(口腔癌、黒色腫、乳腺癌など)において、ERKの過剰な活性化を発見することができる。その典型的な経路はRas/Raf/MER/ERKである。
さらに留意すべきことは、PI3K/AKT/mTOR及びERK/MAPKシグナル経路間に、複数のクロストーク現象が存在して複雑な相互作用を形成することである。この2つの経路間の相互作用は相互に抑制することも、相互に活性化することもできる。PI3K/AKT/mTOR及びERK/MAPKシグナル経路は、腫瘍細胞の成長、増殖、分化、侵襲、転移及び薬剤耐性に対して重要な作用を有し、その機能及び制御機構は異常に複雑である。このうちの1つの経路を抑制しても、理想的な治療効果を得ることができず、主な原因はそれらの間に形成される複雑なクロストークの関係にある。
mTOR阻害剤、例えばラパマイシン及びその誘導体「rapalog」は、mTORC1を特異的に抑制することができ、数種の腫瘍細胞の成長に対して濃度及び時間依存的阻害作用を有する。化学療法薬に対する腫瘍細胞の感受性を高めることができ、アポトーシスを誘導し、さらに相乗効果が生じる。
カリマイシン(Carrimycin)はバイトスピラマイシン(Bitespiramycin)、Shengjimycinとも呼ばれる。中国医科院生物技術研究所及び本出願人が協力し、遺伝子組み換え技術によりカルボマイシン産生菌の4’’イソバレリルトランスフェラーゼ遺伝子(4’’-o-acyl-transferase)をスピラマイシン産生菌中にクローニングし、スピラマイシンの4’’-OHを一定方向でアシル化し、4’’位にイソバレリル基側鎖を付加して形成した、4’’イソバレリルスピラマイシンを主要成分とした新規の抗生物質である。
Figure 0007127136000001
カリマイシンは、数種のスピラマイシン誘導体からなり、主要な活性成分であるイソバレリルスピラマイシン(I+II+III)の総含量は60%以上、アシル化スピラマイシンの総含量は80%以上であり、薬学的に許容可能な薬物組成物である。中心構造は16員環のマクロライド環で、1分子のホロサミン、1分子のミカミノース及び1分子のミカロースと結合してなる。その主要成分のイソバレリルスピラマイシンI、II、IIIが、スピラマイシンの構造と異なる部分は、ミカロースの4’’位に結合するのがイソバレリル基であり、ヒドロキシ基でないことである。化学構造は式(1)に示す通りであり、全部で10余りの成分を含む。現在、カリマイシン製品の組成基準はイソバレリルスピラマイシンIII≧30%、イソバレリルスピラマイシンI、II、IIIの比率の総和≧60%、総アシル化スピラマイシンの比率≧80%、その他不明な組成の総和≦5%である。
カリマイシンは16員環マクロライド系抗生物質に属し、活性基のカルボキシル基、アルコキシ基、エポキシ基、ケトン基及びアルデヒド基、並びに1対の共役したC=Cを有し、分子量は約884~982である。似た化学構造を有するため、カリマイシン及びマクロライド系抗生物質は多くの共通性を有する。つまり、エステル類、アセトン、クロロホルム、アルコール類など多くの有機溶媒に易溶であり、石油エーテルに微溶であり、水に難溶である。分子構造中に2つのジメチルアミン基を含んで弱アルカリ性を呈し、酸性水溶液に易溶である。溶解度が温度の上昇に伴って低下する「負の溶解性」の性質を有する。カリマイシンの主要成分であるイソバレリルスピラマイシンの4’’位の炭素鎖は比較的長く、親水性が劣るため、水への溶解度はスピラマイシン及び4’’-アセチルスピラマイシンより低い。
カリマイシンは白色の非結晶粉末であり、吸湿性を少し有し、比旋光度は約-80.8°、紫外線の最大吸収波長は231~232nmである。それ自体に弱い蛍光発色基を持ち、濃硫酸または塩酸で紫色を呈し、強い紫色の蛍光を発生させる。231~232nm部分に最大吸光度を有する。該薬は親油性が良好で、組織浸透力が高く、内服吸収が速く、体内維持時間が長く、持続的な抗生物質持続効果を有する。薬効及び化学的立体配座の関係に基づくと、マクロライド系抗生物質の4’’位をアシル化すると、その親油性及び体内活性が上昇し、体内の抗菌活性及び臨床治療効果はいずれも顕著に上昇する。さらに抗生物質の体内における安定性は、4’’ヒドロキシエステルの炭素鎖の伸長に伴って高くなり、すなわちイソバレリルスピラマイシン>ブチリルスピラマイシン>プロピオニルスピラマイシン>アセチルスピラマイシンである。
予備的な体内外での薬力学試験は、該薬が多くのG陽性菌に対して比較的良好な抗菌活性を有するだけでなく、一部のG陰性菌にも一定の作用を有することを示している。各技術指標はアジスロマイシン、エリスロマイシン、アセチルスピラマイシン、ミデカマイシンより明らかに優れており、特に肺炎マイコプラズマに対する抗菌活性が最も高い。エリスロマイシン耐性菌、淋菌、肺炎球菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、インフルエンザ菌、インフルエンザ菌、バクテロイデスフラジリス、レジオネラ菌、不活性の桿菌及びウェルシュ菌に対しても一定の抗菌活性を有し、エリスロマイシンに臨床的耐性を有する黄色ブドウ球菌に対してわずかな交差耐性を有する。カリマイシンは、主にグラム陽性菌感染症、特に上気道感染症の治療に用いられ、泌尿器系の感染などに用いられ得る。
薬物動態学の研究結果は、カリマイシン中に活性の有効成分を有し、主にイソバレリルスピラマイシンI、II、IIIであることを表している。カリマイシンが体内に侵入すると、すぐにスピラマイシンに代謝され、親薬物のイソバレリルスピラマイシンI、II、III及び活性代謝物のスピラマイシンI、II、IIIのAUC0-tの総和で計算すると、その内服の絶対的バイオアベイラビリティの平均は91.6%である。文献では、スピラマイシンを人が内服したときの絶対的バイオアベイラビリティは30~40%(Frydman AM et al J Antimicrob Chemother.1988,22(suppl B):90-103)であると報告されている。イソバレリルスピラマイシンの構造が活性成分のスピラマイシンのバイオアベイラビリティを明らかに改善したことを説明している。カリマイシンを1度服用するとゆっくりと消失し、T1/2βは23~27時間の間である。
本出願人は最近の研究で、カリマイシン、カリマイシンにおける単一の活性成分または組合せが、PI3K/Akt/mTORシグナル経路のタンパクを抑制することができることを予期せず発見した。mTOR阻害剤として使用することができ、PI3K/Akt/mTORシグナル経路関連疾患に対して治療効果を有し、重要な経済的及び社会的効果及び利益を備える。
このことを考慮して、特に本発明を示す。
Frydman AM et al J Antimicrob Chemother.1988,22(suppl B):90-103
本発明が解決しようとする技術的問題は既存技術の不足を克服し、mTOR阻害剤、薬物組成物及びその応用を提供することである。本発明で提供するmTOR阻害剤は、mTOR経路関連疾患の細胞に対して明らかな抑制作用を有し、mTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物の調製におけるmTOR阻害剤の応用、並びに臨床的普及のために理論的根拠を提供し、さらに重要な経済的及び社会的効果及び利益を備える。
上記技術的問題を解決するため、本発明が採用する技術案の基本的な構想は以下の通りである。
本発明の第1の目的はmTOR阻害剤を提供することであり、前記mTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。
カリマイシンは数種の活性成分の混合物であり、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの3種の活性成分を含む以外に、その他の不純物も含む。
カリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの4種は、いずれもmTOR阻害剤として単独で使用することができる。イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIは、任意に組み合わせて使用することもできる。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤はPI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクのアロステリック阻害剤または触媒阻害剤である。
さらなる案として、前記触媒阻害剤はキナーゼ阻害剤であり、例えばAKT阻害剤である。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤はmTORC1及びmTORC2の活性化を抑制する。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、mTORシグナル経路に作用する抗腫瘍薬、及び/または糖尿病治療薬、及び/またはアルツハイマー治療薬、及び/または老化を遅らせる薬である。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、mTORシグナル経路に作用する抗腫瘍薬であり、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、mTORシグナル経路に作用する糖尿病治療薬であり、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、mTORシグナル経路に作用するアルツハイマー治療薬であり、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
さらなる案として、前記mTOR阻害剤は、mTORシグナル経路に作用する老化を遅らせる薬であり、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
本発明の第2の目的は薬物組成物を提供することであり、前記薬物組成物は上記のいずれか1つの案のmTOR阻害剤及び薬学的に許容可能な担体を含む。
好ましくは、mTOR阻害剤の用量範囲は1~10000mg/kg;好ましくは10~5000mg/kg、好ましくは50~1000mg/kg;より好ましくは100~500mg/kgである。
別の案として、薬物組成物は第1活性成分及び第2活性成分を含む。前記第1活性成分は上記のようなmTOR阻害剤を含み、前記第2活性成分はmTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物を含む。
さらに、合剤を製造するとき、第1活性成分及び第2活性成分の用量比は1~99:99~1、好ましくは5~95:95~5、より好ましくは10~90:90~10、さらに好ましくは20~80:80~20である。
さらなる案として、前記薬物組成物は薬学的に許容可能ないかなる剤形も含む。好ましくは、剤形は散薬、錠剤、顆粒剤、カプセル剤、液剤、乳剤、懸濁剤などを含む。
本発明において、前記mTOR阻害剤における活性成分のイソバレリルスピラマイシンIは、既存技術の方法に基づいて分離、調製することができる。例えば、中国特許出願公開第101785778号明細書の実施例1の方法に基づいて分離、調製する。
本発明の第3の目的は配合剤を提供することであり、前記配合剤は第1薬剤を含み、前記第1薬剤は上記のようなmTOR阻害剤または上記のような薬物組成物を含む。
さらなる案として、前記配合剤は第2薬剤も含む。
さらなる案として、前記第2薬剤はmTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物を含む。
該案におけるmTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物は、これらの疾患を治療する主な薬物を指す。例えば糖尿病に対して、第2薬剤はインスリン及びその類似体、スルホニルウレア系分泌促進剤、メトホルミン類、α-グルコシダーゼ阻害剤、チアゾリジンジオン系誘導体増感剤、アントラニル酸系誘導体分泌促進剤、GLP-1受容体アゴニスト、DPP-4酵素阻害剤及び漢方製剤でよい。
併用投与するとき、第1薬剤及び第2薬剤の用量比は1~99:99~1、好ましくは5~95:95~5、より好ましくは10~90:90~10、さらに好ましくは20~80:80~20である。
併用投与するとき、第1薬剤及び第2薬剤の投薬順は、先に第1薬剤を使用しても、先に第2薬剤を使用しても、2つの薬剤を同時に使用してもよい。
本発明の第4の目的は、mTOR阻害剤を含む抗腫瘍薬を提供することである。前記mTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクのアロステリック阻害剤または触媒阻害剤である。
好ましくは、前記触媒阻害剤はキナーゼ阻害剤である。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
腫瘍と密接に関係する複数の細胞機能、例えば細胞増殖、細胞周期、タンパク合成、細胞遊走などは、いずれもmTORの調節に制御される。現在、すでに乳腺癌、前立腺癌、肺癌など多くの腫瘍で、mTORシグナル経路の調節異常が発見されている。カリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せをmTOR阻害剤とし、mTORC1の活性を抑制し、さらにはその下流で、mTORC1に制御されるp70S6K、ATG13、4EBP1、HIF-1、PGC-1α、PPARrなどを含む標的分子に影響を及ぼす。mTORC1の活性が低下するとき、p70S6Kはネガティブ調節され、細胞成長が阻害されるが、ATG13は阻害されず、これにより細胞のアポトーシス及びオートファジー作用が促進される。本発明の阻害剤は細胞周期を抑制することができる以外に、アポトーシス及びオートファジー作用を介して腫瘍細胞の死亡を引き起こすこともできる。
本発明の第5の目的は、mTOR阻害剤を含む糖尿病治療薬を提供することである。前記mTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。
好ましくは、前記mTOR阻害剤はPI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクのアロステリック阻害剤または触媒阻害剤である。
好ましくは、前記触媒阻害剤はキナーゼ阻害剤である。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
他に、mTORは異なる機能複合体(mTORC1及びmTORC2)を形成して、インスリンシグナル経路の活性を制御することができ、膵島β細胞の発育、アポトーシス及びインスリン分泌に影響を及ぼす。糖代謝に密接に関係するghrelin/nesfatin-1などのホルモンの分泌を調節し、骨格筋、脂肪などの末梢器官の糖摂取など、数種の経路における血糖の制御に影響を及ぼす。mTORC1のインスリン感受性に対する作用機構は複雑であり、一方では成長因子が典型的なPI3K-AKTシグナル経路によりmTORを活性化することができ、もう一方ではmTOR/S6K1シグナルがネガティブフィードバック機構によりインスリン感受性を低下させることができる。本発明のmTOR阻害剤はmTOR及びS6K1の過剰なリン酸化を抑制し、インスリン抵抗を逆転させた状態でIRSのセリンをリン酸化し、脂肪細胞の糖吸収を高め、脂肪の蓄積を抑制する。
本発明の第6の目的は、mTOR阻害剤を含むアルツハイマー治療薬を提供することである。前記mTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。
好ましくは、前記mTOR阻害剤はPI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクのアロステリック阻害剤または触媒阻害剤である。
好ましくは、前記触媒阻害剤はキナーゼ阻害剤である。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
神経系において、mTORの過剰な活性化により脳腫瘍が生じることがある。他に、アルツハイマー病(AD)、パーキンソン病、ハンチントン病などいくつかの神経変性疾患において、mTORシグナル経路に異常が存在することを多くのエビデンスが示している。これらの疾患には共通した特徴が1つ存在し、つまり大脳中の一定領域に大量のニューロン欠損が存在する。これはmTOR経路の異常と関係する可能性がある。ADは、主に老年期に発症する進行性認知症を主な特徴とする神経変性疾患である。ADの最も典型的な病理的特徴は、ニューロン外のアミロイドβ-タンパク(β-amyloid protein、Aβ)が凝集して老人斑が形成され、ニューロン内の過剰にリン酸化したタンパクから神経原線維変化が形成され、さらにニューロンの欠損により、臨床的に学習及び記憶機能の変化が現れる。ADの発病機序は非常に複雑であり、現在の研究では、mTOR経路に2種の異なる変化(上方制御/下方制御)が出現する。mTOR経路の下方制御は神経毒性作用を有するいくつかのタンパク(例えばtauタンパク)の合成を減少させることができるため、mTORの阻害剤は神経変性疾患を治療する有効な薬物となる可能性がある。
本発明の第7の目的は、mTOR阻害剤を含む老化を遅らせる薬を提供することである。前記mTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクのアロステリック阻害剤または触媒阻害剤である。
好ましくは、前記触媒阻害剤はキナーゼ阻害剤である。
好ましくは、前記mTOR阻害剤は、PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクにおける1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制する。
mTOR/S6Kシグナル経路を抑制して老化を遅らせることができ、さらにミトコンドリアの生成を増加、及び呼吸鎖活性を改善することができ、小胞体ストレスを軽減し、オートファジー作用を促進して細胞内のダメージを受けた構造を排除する。mTOR阻害剤はmTOR/S6Kシグナル経路を抑制して、オートファジー関連シグナル経路を顕著に増強させることができる。mTORC1が抑制されると、オートファジー作用が増強し、代謝副産物を排除する能力がこれに伴って増強し、最終的に寿命が延びる。他に、mTORはミトコンドリアの酸化呼吸機能を維持し、PPARr及びPGC1レベルを上方制御することにより、ミトコンドリア関連遺伝子の発現、ミトコンドリアの生成及び組織の酸素消費の増加を促進する。mTORC1が抑制されると、保護機能を示す遺伝子群を活性化することができ、ミトコンドリアの呼吸を制限することにより、活性酸素による損傷を減少させ、これにより人体の寿命を延長させる。
本発明の第8の目的は、mTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物の調製における上記mTOR阻害剤または薬物組成物または配合剤の応用を提供することである。
さらなる案として、前記カリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIIIは、mTORを標的とする方式により、代謝微小環境を制御して、mTOR経路関連疾患を抑制する。
さらなる案として、mTOR経路関連疾患は、加齢に伴う疾患、移植拒絶関連の疾患、慢性炎症性疾患、糖原病関連の疾患、ハンチントン病、悪性腫瘍、転移癌、全身性エリテマトーデス、炎症及び免疫活性化関連の疾患、白血球減少の関連疾患、貧血症、血小板減少症、ステントコーティングに関連する疾患、腎不全、肥満、糖尿病、非アルコール性脂肪肝関連疾患、疾患による体重低下、多嚢胞性腎、パーキンソン病及び線維症の少なくとも1つから選択される。
さらなる案として、加齢に伴う疾患は、サルコペニア、皮膚委縮症、筋ジストロフィ、脳萎縮、アテローム性動脈硬化、動脈硬化、肺気腫、骨粗しょう症、骨関節炎、高血圧、勃起不全、認知症、アルツハイマー病、白内障、加齢性黄斑変性、前立腺癌、脳卒中、寿命の低下、腎機能障害及び加齢性難聴、老化に伴う移動障害、認知機能の後退、記憶障害、腱硬直、心肥大及び収縮、拡張機能障害などの心機能障害、免疫機能の老化から選択される。
さらなる案として、前記線維症は肝線維症、心筋線維症、心血管線維症、肺線維症、膵線維症、腎線維症または脾線維症を含む。
さらなる案として、前記悪性腫瘍は、リンパ系の造血腫瘍、骨髄系造血腫瘍、間葉由来腫瘍、中枢及び末梢神経系の腫瘍、黒色腫、精上皮腫、奇形腫、骨肉腫、色素性乾皮症、ケラトアカントーマ、甲状腺濾胞癌及びカポジ肉腫から選択される;
好ましくは、リンパ系の造血腫瘍は、白血病、急性リンパ性白血病、急性リンパ芽球性白血病、B-細胞リンパ腫、T-細胞リンパ腫、ホジキンリンパ腫、非ホジキンリンパ腫、有毛細胞リンパ腫、マントル細胞リンパ腫、骨髄腫及びバーキットリンパ腫から選択され;骨髄系造血腫瘍は急性及び慢性骨髄性白血病、骨髄異形成症候群及び前骨髄球性白血病を含み;間葉由来腫瘍は線維肉腫及び横紋筋肉腫を含み;中枢及び末梢神経系の腫瘍は星状細胞腫、神経芽細胞腫、神経膠腫及び神経鞘腫を含む。
さらなる案として、悪性腫瘍はさらに膀胱癌、乳腺癌、結腸癌、中皮腫、腎臓癌、肝癌、肺癌、頭頚部癌、食道癌、胆嚢癌、卵巣癌、膵臓腺癌、胃癌、リンパ腫、子宮頸癌、結腸癌、甲状腺癌、前立腺癌、皮膚癌、口腔癌を含む。
さらなる案として、mTOR阻害剤が抑制する悪性腫瘍細胞は、ヒト乳腺癌細胞MCF-7及びMDA-MB-231、ヒト肝癌細胞HepG2またはマウス肝癌細胞H22、ヒト非小細胞肺癌細胞A549、ヒト大細胞肺癌細胞H460及びH1299、ヒト腎淡明細胞癌細胞786-O、ヒト腎細胞癌細胞769-P、ヒト神経膠腫細胞U251、ヒト神経膠芽腫細胞A172、ヒト組織リンパ腫細胞U937、ヒト子宮頸癌細胞HeLa、ヒト前立腺癌細胞PC3、ヒト膵臓腺癌細胞PANC-1、ヒト食道癌細胞TE-1、ヒト胃腺癌細胞SGC7901、ヒト結腸癌細胞HT-29、ヒト前骨髄球性白血病細胞HL-60を含む。
最も好適には、ヒト非小細胞肺癌細胞A549が引き起こす肺癌である。
本発明は、さらに生体内試験により、イソバレリルスピラマイシンIがマウス肝癌細胞H22、非小細胞肺癌細胞A549の成長に対して明らかな阻害作用を有することを明らかにする。
本発明で使用するmTOR阻害剤に基づいて行う治療は、1つまたは複数のその他の癌治療と組み合わせて行うことができる。前記その他の癌治療は外科治療、放射線療法(例えばγ-放射、中性子線治療、電子線治療、陽子線治療、近接照射治療(brachytherapy)及び全身放射性同位体治療など)、内分泌療法、生物学的反応修飾物質療法(例えば、このうちのいくつかの名称はインターフェロン、インターロイキン、腫瘍壊死因子(TNF)である)、温熱療法、凍結療法、緩和薬(例えば抗嘔吐剤)及びその他の癌化学療法薬の有害反応を含む。前記その他の薬物は本発明で提供するmTOR阻害剤を使用する前、使用する過程または使用した後に投与することができ、さらに本文で提供するmTOR阻害剤と同じまたは異なる製剤、投与経路及び用量で投与する。
本発明のmTOR阻害剤及び薬物組成物は、その他の薬物(例えばインヒビン、鎮痛剤、制吐薬、G-CSF、GM-CSFなど)、及び/またはその他の適した化学療法薬と共に使用して副作用を緩和することができる。前記その他の薬物は以下の1つまたは複数を含むが、これらに限定されない。つまり抗腫瘍アルキル化剤または挿入剤(例えば窒素マスタード、クロラモブシル、シクロホスファミド、メルファラン及びイホスファミド);代謝拮抗薬(例えばメトトレキサート);プリン拮抗薬またはピリミジン拮抗薬(例えば6-メルカプトプリン、5-フルオロウラシル、シタラビン、カペシタビン及びゲムシタビン);紡錘体毒(例えばビンブラスチン、ビンクリスチン、ビノレルビン及びパクリタキセル);ポドフィロトキシン(例えばエトポシド、イリノテカン、トポテカン);抗生物質(例えばドキソルビシン、ブレオマイシン及びマイトマイシン);ニトロソウレア(例えばカルムスチン、ロムスチン);無機イオン(例えばシスプラチン、カルボプラチン、オキサリプラチンまたはoxiplatin);酵素(例えばアスパラギナーゼ);ホルモン(例えばタモキシフェン、酢酸リュープロレリン、フルタミド及びメゲストロール);プロテアソーム阻害剤(例えばVelcade、その他のプロテアソーム阻害剤または例えばIkK阻害剤を含むその他のNF-kB阻害剤);その他のキナーゼ阻害剤(例えばSrc、BRC/Abl、kdr、flt3、aurora-2及びグリコーゲン合成酵素キナーゼ3(GSK-3)、EGF-Rキナーゼ(例えばIressa、Tarcevaなど)、VEGF-Rキナーゼ、PDGF-Rキナーゼなど);癌に関わる受容体またはホルモンの可溶性受容体またはその他の受容体に拮抗する抗体(含まれる受容体はEGFR、ErbB2、VEGFR、PDGFR及びIGF-Rである。例えばトラスツズマブ(またはその他の抗Her2抗体)、ベバシズマブ、セツキシマブなどの薬物)などである。
その他の治療薬の例は、アロプリノール、アレムツズマブ、アルトレタミン、アミフォスチン、nastrozole、前立腺特異的膜抗原の抗体(例えばMLN-591、MLN591RL及びMLN2704)、三酸化二ヒ素、ベキサロテン、ブレオマイシン、ブスルファン、カペシタビン、Gliadel Wafer、セレコキシブ、クロラモブシル、シスプラチン-エピネフリンゲル、クラドリビン、シタラビンリポソーム、ダウノルビシンリポソーム、ダウノルビシン、ダウノマイシン、デクスラゾキサン、ドセタキセル、ドキソルビシン、Elliott B溶液、エピルビシン、エストラムスチン、リン酸エトポシド、エトポシド、エキセメスタン、フルダラビン、5-フルオロウラシル、フルベストラント、ゲムシタビン、ゲムツズマブ-オゾガマイシン、酢酸ゴセレリン、ヒドロキシカルバミド、イダルビシン、イダルビシン、デメトキシダウノルビシン、イホスファミド、メシル酸イマチニブ、イリノテカン(またはそれに代わるトポイソメラーゼ阻害剤、MLN576(XR11576)のような抗体を含む)、レトロゾール、フォリン酸、レバミゾールフォリン酸、ダウノルビシンリポソーム、メルファラン、L-PAM、メスナ、メトトレキサート、メトキサレン、マイトマイシンC、ミトキサントロン、MLN518またはMLN608(若しくはflt-3受容体型チロシンキナーゼ、PDFG-R、c-kitその他の阻害剤)、itoxantrone、パクリタキセル、ペガデマーゼ、ペントスタチン、ポルフィマーナトリウム、リツキシマブ( )、タルク、タモキシフェン、テモゾロミド、テニポシド、VM-26、トポテカン、トレミフェン、2C4(またはHER2が介在するシグナル伝達を阻害するその他の抗体)、トレチノイン、レチノイン酸、バルルビシン、ビノレルビンまたはパミドロネートまたはゾレドロネート(zoledronate)またはジホスホネート化合物を含む。
本発明におけるmTOR阻害剤による治療は、細胞毒性剤の1つまたは複数と組み合わせて共に使用し、治療案の一部分とすることができる。細胞毒性剤の組合せは、CHOPP(シクロホスファミド、ドキソルビシン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びプロカルバジン);CHOP(シクロホスファミド、ドキソルビシン、ビンクリスチン及びプレドニゾン);COP(シクロホスファミド、ビンクリスチン、プレドニゾン);CAP-BOP(シクロホスファミド、ドキソルビシン、プロカルバジン、ブレオマイシン、ビンクリスチン及びプレドニゾン);m-BACOD(メトトレキサート、ブレオマイシン、ドキソルビシン、シクロホスファミド、ビンクリスチン、デキサメタゾン及びフォリン酸);ProMACE-MOPP(プレドニゾン、メトトレキサート、ドキソルビシン、シクロホスファミド、エトポシド、フォリン酸、ナイトロミン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びプロカルバジン);ProMACE-CytaBOM(プレドニゾン、メトトレキサート、ドキソルビシン、シクロホスファミド、エトポシド、フォリン酸、シタラビン、ブレオマイシン及びビンクリスチン);MACOP-B(メトトレキサート、ドキソルビシン、シクロホスファミド、ビンクリスチン、プレドニゾン、ブレオマイシン及びフォリン酸);MOPP(ナイトロミン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びプロカルバジン);ABVD(ドキソルビシン/ドキソルビシン、ブレオマイシン、ビンブラスチン及びダカルバジン);MOPP(ナイトロミン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びプロカルバジン)及びABV(ドキソルビシン/ドキソルビシン、ブレオマイシン及びビンブラスチン)を交互に使用する;MOPP(ナイトロミン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びプロカルバジン)及びABVD(ドキソルビシン/ドキソルビシン、ブレオマイシン、ビンブラスチン及びダカルバジン)を交互に使用する;ChlVPP(クロラモブシル、ビンブラスチン、プロカルバジン及びプレドニゾン);IMVP-16(イホスファミド、メトトレキサート及びエトポシド);MIME(ミトグアゾン、イホスファミド、メトトレキサート及びエトポシド);DHAP(デキサメタゾン、高用量cytaribine及びシスプラチン);ESHAP(エトポシド、メチルプレドニゾロン、高用量シタラビン及びシスプラチン);CEPP(B)(シクロホスファミド、エトポシド、プロカルバジン、プレドニゾン及びブレオマイシン);CAMP(ロムスチン、ミトキサントロン、シタラビン及びプレドニゾン);CVP-1(シクロホスファミド、ビンクリスチン及びプレドニゾン);ESHOP(エトポシド、メチルプレドニゾロン、高用量シタラビン、ビンクリスチン及びシスプラチン);EPOCH(大容量のシクロホスファミド及び経口プレドニゾンと共に、エトポシド、ビンクリスチン及びドキソルビシンを96時間使用する);ICE(イホスファミド、シクロホスファミド及びエトポシド)、CEPP(B)(シクロホスファミド、エトポシド、プロカルバジン、プレドニゾン及びブレオマイシン)、CHOP-B(シクロホスファミド、ドキソルビシン、ビンクリスチン、プレドニゾン及びブレオマイシン)、CEPP-B(シクロホスファミド、エトポシド、プロカルバジン及びブレオマイシン)、及びP/DOCE(エピルビシンまたはドキソルビシン、ビンクリスチン、シクロホスファミド及びプレドニゾン)から選択される。
上記技術案を採用すると、本発明は既存技術と比較して以下の有益な効果を有する。
1、本発明のmTOR阻害剤はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの1つ、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種の組合せを含む。上記各活性成分は、それぞれまたは組み合わせてPI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるいくつかのタンパク活性に対して抑制作用を示すことができる。従って、本発明のmTOR阻害剤はmTOR経路関連疾患の細胞に対して明らかな抑制作用を有し、mTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物の調製における応用、並びに臨床的普及のために理論的な根拠を提供している。
2、本発明のmTOR阻害剤は特に比較的良好な抗腫瘍作用を有し、特に乳腺癌、肝癌、肺癌、リンパ腫、子宮頸癌、前立腺癌、結腸癌または白血病などの腫瘍に対して、比較的良好な治療効果を有する。PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパク活性を抑制することにより、腫瘍細胞の増殖を抑制することができる。抗腫瘍薬の調製における該mTOR阻害剤の応用、及びその臨床的普及のために理論的な根拠を提供し、さらに重要な経済的及び社会的効果及び利益を備える。
以下、図を組み合わせて本発明の具体的な実施方式について、さらに詳細に記載する。
図は本発明の一部分とし、本発明をさらに理解するために使用される。本発明の概要的実施例及びその説明は本発明を説明するのに用いるが、本発明を不当に限定しない。以下の記載において図はいくつかの実施例に過ぎず、当業者が、創造的労働を行わない前提で、これらの図に基づいてその他の図を得ることができることは明らかである。
図1は、ウェスタンブロッティング法でp-PI3k/PI3K、p-AKT/AKT、p-mTOR/mTOR、p-S6K1/S6K1、p-4EBP1/4EBP1、β-actinなどPI3K/Akt/mTORシグナル経路関連タンパク及びリン酸化タンパクレベルを測定した定量結果である。このうち、A1-A2はp-PI3k/PI3Kの結果、B1-B2はp-AKT/AKTの結果、C1-C2はp-mTOR/mTORの結果、D1-D2はp-S6K1/S6K1の結果、E1-E2はp-4EBP1/4EBP1の結果である。 図2は、ウェスタンブロッティング法でp-PI3k/PI3K、p-AKT/AKT、p-mTOR/mTOR、p-S6K1/S6K1、p-4EBP1/4EBP1、β-actinなどPI3K/Akt/mTORシグナル経路関連タンパクの発現レベルを測定した結果である。 図3は、カリマイシンでA549細胞を24h及び48h処理した後の成長抑制の結果である。 図4は、カリマイシンでA549細胞を24h及び48h処理した後、PI3K/AKT/mTORシグナル経路関連タンパクの発現レベルをウェスタンブロッティング法で測定した結果である。 図5は、カリマイシンで処理したA549細胞のPI3K/AKT/mTORシグナル経路関連タンパクの発現レベルをウェスタンブロッティング法で定量した結果であり;A~Eはそれぞれp-PI3k/PI3K、p-mTOR/mTOR、p-4EBP1/4EBP1、p-AKT/AKT、p-S6K1/S6K1の結果である。 図6は、カリマイシンによるA549細胞のオートファジーの誘導をフローサイトメータで測定した結果であり、誘導後、MDC染色の陽性率は増加する。このうち図6aは24hの結果、図6bは48hの結果である。 図7は、カリマイシンでA549細胞を24h及び48h処理した後、P62及びLC3の発現レベルをウェスタンブロッティング法で測定した定量測定結果である。 図8は、オートファジー阻害剤3-MAを添加した後のA549細胞に対するカリマイシンの成長抑制の結果である。 図9は、24h及び48h処理した後の細胞形態の変化を位相差顕微鏡で観察した結果である。 図10は、カリマイシンでA549細胞を24h及び48h処理し、AV-PI染色した後のフローサイトメトリーによる測定結果である。 図11は、カリマイシンでA549細胞を24h及び48h処理した後、Western blotでpro-caspase3、caspase3、PARPタンパクレベルを測定した結果である。 図12は、A549細胞内のcaspase3の酵素活性を測定した結果である。 図13は、異なる濃度のカリマイシンでA549細胞を24時間及び48時間処理した後、HIF-1α、VEGF-Aタンパクレベルを定量分析した結果である。 図14は、異なる濃度のカリマイシンでA549細胞を24時間及び48時間処理した後、Ras、Raf、p-ERK/ERKタンパクレベルを定量分析した結果である。
説明する必要があることは、これらの図及び記載が本発明の構想範囲を制限することを目的とはせず、特定の実施例を参考にすることにより、当業者に本発明の概念を説明することである。
本発明の実施例の目的、技術案及び利点をさらに明確にするため、以下、本発明の実施例中の図を組み合わせて、実施例中の技術案について明確、完全に記載する。以下の実施例は本発明の説明に用いるが、本発明の範囲を制限するものではない。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII錠
規格:200mg/350mg
裸錠の処方:
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII 200g
微結晶セルロース 110g
カルボキシメチルデンプンナトリウム 22g
ポビドンK30(5%) 15g
ステアリン酸マグネシウム 3g
製造 1000錠
コーティング液の処方:
オパドライII 21g
蒸留水 適量
製造 105ml
調製工程:
裸錠の調製:主薬及び添加剤をそれぞれ100メッシュに通し、処方量のイソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII、微結晶セルロース及び処方の1/2量のカルボキシメチルデンプンナトリウムを均一に混合する。その後5%ポビドンK30水溶液を添加して練合物を作製し、18メッシュで造粒し、湿潤顆粒を60℃の通風条件下で2h乾燥させる。乾燥後18メッシュで整粒し、さらに処方の1/2量のカルボキシメチルデンプンナトリウム及びステアリン酸マグネシウムを添加して均一に混合した後、直径11mmの臼で打錠すると、重量が350mg、硬度が6.5kgの薬物含有裸錠が得られる。
コーティング液の調製:調製容器中に必要なオパドライII(白色)を量り、必要量の水を添加する。何回かに分けて添加し、すべて添加した後、撹拌速度を低下させて渦を消失させ、引き続き30min撹拌して得られる。
フィルムコーティング錠の調製:裸錠をコーティングパン内に入れる。コーティング条件を確定し、主機の速度20r/min、給気温度40℃、排気温度30℃、噴霧圧力0.02MPa、噴霧流量1ml/minでコーティングを行う。安定すると、錠剤表面が滑らかで、色合いが均等になるまで噴霧コーティングを1.5h続け、フィルムコーティングの検査基準に符合すると合格である。コーティングで重量が5%前後増す。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII素錠(10000錠で計算)
処方:
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末 1000g
低置換度ヒドロキシプロピルセルロース(5%) 92.5g
カルボキシメチルデンプンナトリウム(3%) 55.5g
ステアリン酸マグネシウム(1%) 18.5g
デンプン 総重量-その他の原料、添加剤の重量
総重量 1850g
調製工程:適量のデンプンを秤取して15%濃度まで希釈し、糊状になるまで加熱して接着剤を作製する。主原料のイソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII、添加剤のデンプン、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルデンプンナトリウム、ステアリン酸マグネシウムをそれぞれ100メッシュに通し、処方量に応じて、必要な主原料及び添加剤を秤取する。イソバレリルスピラマイシンI、デンプン、低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを均一になるまで十分に混合した後、15%濃度のデンプン糊で練合物を作製する。14メッシュで造粒し、50~60℃で乾燥させて、水分を3~5%に制御し、14メッシュで整粒する。カルボキシメチルデンプンナトリウム、ステアリン酸マグネシウムを加えて混合し、顆粒の含量を測定する。顆粒の含量に基づいて錠剤の重量を計算し、打錠(Φ9mmの臼)して、錠剤重量の差を測定する。検査に合格後、包装する。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIIIカプセル剤(10000粒で計算)
処方:
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末 1000g
デンプン 1080-イソバレリルスピラマイシンI原料粉末の重量
薬用3号カプセル 1000粒
流動パラフィン 50ml
調製工程:主原料のイソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII、添加剤の薬用デンプンを工程の処方量に応じてそれぞれ秤取した後、混合器に入れて1.5~2時間十分に混合する。サンプリングし、含量を測定して得られたデータは、理論データと基本的に一致するべきである(各カプセルに詰める重量は約0.105gである)。検査に合格した薬用3号カプセル及び混合した原料を全自動カプセル充填機の操作の要求に応じ、それぞれローディング装置に入れて充填し、充填したカプセルに対して有意検定を行う(±10%以内、<0.3g)。溶出率は要求に符合する。検査後、要求に符合するカプセルを艶出し機内に入れ、流動パラフィンを添加して15~20分間艶出しを行った後、取り出して完成品の包装及び検査を行う。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIIIドライシロップ(10000袋で計算)
処方:
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末 1250g
クエン酸(0.5%) 15g
スクロース 総重量-その他の原料、添加剤
総重量 約5000g
色素(クルクミン) 約1g
調製工程:イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末、クエン酸、スクロースをそれぞれ高速気流粉砕機で粉砕し、顆粒の85%が300メッシュを、15%が180メッシュを通るようにする。その後粉砕した微粉を処方量に応じて秤取後、1~1.5時間十分に混合し、その含量を測定し、容量(理論容量は各袋500mg)を計算する。その後混合物を包装機中に入れ、アルミ箔を取り付け、包装機の操作の要求に応じて包装する。容量の差は±5%以内であり、包装後、検査に合格したものの外部包装を行う。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII顆粒剤(10000袋で計算)
処方:
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末 1250g
粉糖 20000g
デキストリン 9000g
5%PVP-K30 適量
調製工程:イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末、粉糖、デキストリンを120メッシュに通し、処方量に応じてイソバレリルスピラマイシンI、粉糖、デキストリンを秤取して均一に混合する。均一に混合した上記材料を5%PVP-K30溶液を用いて練合物にし、振動造粒機で造粒し、70℃で乾燥させて整粒する。検査に合格後、包装する。
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII凍結乾燥粉末注射剤
イソバレリルスピラマイシンIまたはイソバレリルスピラマイシンIIまたはイソバレリルスピラマイシンIII原料粉末500mg及び等モルのアジピン酸を秤取して均一に混合した後、5mlの水中に溶解すると、淡黄色の透明な溶液が得られ、pHは4.6~5.6の間である。さらに凍結乾燥支持剤としてマンニトール40mgを添加し、低温で9h急速冷凍させた後、凍結乾燥させると、淡黄色の軟らかな塊が得られる。使用前に10mlの滅菌水で溶解する。
イソバレリルスピラマイシンI及びイソバレリルスピラマイシンII凍結乾燥粉末注射剤
イソバレリルスピラマイシンI250mg及びイソバレリルスピラマイシンII原料粉末250mg、並びに等モルのアジピン酸を秤取して均一に混合した後、5ml水中に溶解すると、淡黄色の透明な溶液が得られ、pHは4.6~5.6の間である。さらに凍結乾燥支持剤としてマンニトール40mgを添加し、低温で9h急速冷凍させた後、凍結乾燥させると、淡黄色の軟らかな塊が得られる。使用前に10mlの滅菌水で溶解する。
カリマイシン凍結乾燥粉末注射剤
カリマイシン500mg、及び等モルのアジピン酸を秤取して均一に混合した後、5mlの水中に溶解すると、淡黄色の透明な溶液が得られ、pHは4.6~5.6の間である。さらに凍結乾燥支持剤としてマンニトール40mgを添加し、低温で9h急速冷凍させた後、凍結乾燥させると、淡黄色の軟らかな塊が得られる。使用前に10mlの滅菌水で溶解する。
試験例1、抗腫瘍活性のバイオアッセイ
測定の目的は、測定試料の体外での細胞増殖抑制作用または細胞毒性活性を評価することである。
細胞株:
ヒト乳腺癌細胞MCF-7及びMDA-MB-231、ヒト肝癌細胞HepG2、ヒト非小細胞肺癌細胞A549、ヒト大細胞肺癌細胞H460及びH1299、ヒト腎淡明細胞癌細胞786-O、ヒト腎細胞癌細胞769-P、ヒト神経膠腫細胞U251、ヒト神経膠芽腫細胞A172、ヒト組織リンパ腫細胞U937、ヒト子宮頸癌細胞HeLa、ヒト前立腺癌細胞PC3、ヒト膵臓腺癌細胞PANC-1、ヒト食道癌細胞TE-1、ヒト胃腺癌細胞SGC7901、ヒト結腸癌細胞HT-29、ヒト前骨髄球性白血病細胞HL-60はAmerican Type Culture Collection(ATCC、Manassas、VA、USA)で購入する。
試薬:
RPMI1640培地、MEM培地、DMEM低グルコース培地、ウシ胎児血清は米国Gibco社から購入し、トリプシン、グルタミン、ペニシリン、ストレプトマイシン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルチアゾリルテトラゾリウム(MTT)は、米国Sigma社から購入する。
機器:
炭酸ガスインキュベータ(Sanyo、Japan)、酵素免疫測定装置(Tecan、Austria)、96ウェル培養プレート(Corning、USA)、倒立顕微鏡(Motic、China)。
操作の工程は以下の通りである。
接着細胞:
MCF-7、MDA-MB-231、HepG2、A549、H460、H1299、786-O、769-P、U251、A172、HeLa、PC3、PANC-1、TE-1、SGC7901、HT-29は接着細胞である。対数期の接着腫瘍細胞を選択し、パンクレアチンで消化した後、10%ウシ胎児血清を含む培地で4~5×10/mlの細胞懸濁液を調製する。96ウェル細胞プレート中に各ウェル100μlで接種し、37℃、5%COで24h培養する。実験群は異なる濃度の測定試料カリマイシンを含む新しい培地に交換し、対照群は同体積の溶媒を含む培地に交換する。各群に3つの平行ウェルを設け、37℃、5%COで48h培養する。上清液を捨て、PBSで慎重に3回洗浄し、各ウェルに0.5mg/mlのMTTを含む新しく調製した培地を100μL添加し、37℃で続けて4h培養する。慎重に上清を除去し、150mLのDMSOを添加し、小型振盪器で10min均一に混合した後、マイクロプレートリーダを用いて492nm部分の光学密度値を測定する。
浮遊細胞:
U937、HL-60は浮遊細胞である。対数期の細胞を選択し、10%仔牛血清を含むRPMI1640培地で2×10/mlの細胞懸濁液を調製する。96ウェル培養プレート中に各ウェル50μlで接種し、37℃、5%COで24h培養する。実験群に異なる濃度の測定試料カリマイシンを含む培地50μLを添加し、対照群は同体積の溶媒を含む培地を添加する。各群に3つの平行ウェルを設け、37℃、5%COで48h培養する。各ウェルに5mg/mlのMTTを含む新しく調製した培地を10μL添加し、37℃で続けて4h培養する。溶解液(SDS10g、0.1mLの10MHCl、イソブタノール5mLを蒸留水で100mLに希釈する)100μLで結晶を溶解し、37℃で12h培養する。マイクロプレートリーダを用いて492nm部分の光学密度値を測定する。
結果の評価:下式により、腫瘍細胞の成長に対する薬物の抑制率を計算する。
腫瘍細胞成長抑制率(%)=[A492(陰性対照)-A492(投与群)]/A492(陰性対照)×100%
これから試料の半数阻害濃度(IC50)を求める。
結果:ヒト乳腺癌細胞MCF-7及びMDA-MB-231、ヒト肝癌細胞HepG2、ヒト非小細胞肺癌細胞A549、ヒト大細胞肺癌細胞H460及びH1299、ヒト腎淡明細胞癌細胞786-O、ヒト腎細胞癌細胞769-P、ヒト神経膠腫細胞U251、ヒト神経膠芽腫細胞A172、ヒト組織リンパ腫細胞U937、ヒト子宮頸癌細胞HeLa、ヒト前立腺癌細胞PC3、ヒト膵臓腺癌細胞PANC-1、ヒト食道癌細胞TE-1、ヒト胃腺癌細胞SGC-7901、ヒト結腸癌細胞HT-29、ヒト前骨髄球性白血病細胞HL-60を実験対象とする。試料に対して行う体外での抗増殖活性の評価結果は下表1に示す通りである。
Figure 0007127136000002
結果は、測定した細胞に対して、試料が良好な抗増殖活性を有することを示している。
試験例2、イソバレリルスピラマイシンIがPI3k/AKT/mTOR経路を抑制する
細胞株:
A549細胞はAmerican Type Culture Collection(ATCC、Manassas、VA、USA)から購入する。細胞は10%ウシ胎児血清、2%グルタミン、ペニシリン(100U/ml)を含むDMEM培地中で培養し、5%CO、37℃のインキュベータ中で培養する。実験で用いる細胞は、いずれも対数期の細胞である。
試薬:
ラパマイシン(Rapamycin)は、アメリカSigma社(St.Louis、MO、USA)から購入する。
操作工程は以下の通りである:
A549は接着細胞である。対数期の細胞を用い、異なる濃度(0.05、5、17、50μg/ml)のイソバレリルスピラマイシンI及び対照薬物のラパマイシン(Rapamycin、20μg/ml)を添加し、5%CO、37℃のインキュベータで24h培養する。細胞を収集して、ウェスタンブロッティング法で測定する。
ウェスタンブロッティング法:
1 溶液の調製
1)30%ポリアクリルアミド溶液:
試薬の名称 用量
アクリルアミド 290g
メチレンビスアクリルアミド 10g
ddHO 1,000ml
ddHOを添加して1,000mlに定容する必要があり、褐色瓶に入れて4℃で保存する。
2)Tris緩衝液は、Tris塩基を脱イオン水に完全に溶解した後、HClで溶液のpH値を調節する。
分離ゲル用緩衝液:1.5MTris-HCl(pH8.8);
スタッキングゲル用緩衝液:1MTris-HCl(pH6.8)。
3)ドデシル硫酸ナトリウム(SDS):脱イオン水で10%のストック液を調製して室温で保存し、使用に備える。
4)過硫酸アンモニウム(AP):脱イオン水で少量の10%(w/v)ストック液を調製して4℃で保存する。過硫酸アンモニウムはゆっくりと分解するため、隔週で新しく調製しなければならない。
5)5×Tris-グリシン電気泳動バッファー:
試薬の名称 用量
Tris 7.55g
10%(w/v)のSDS 25mL
グリシン 47g
ddHO 500mLに定容する
4℃の冷蔵庫で保存して使用に備え、使用するときddHOで1×バッファーに希釈して使用する。
6)細胞溶解液:50mMのHepes(pH7.4)、1%Triton-X100、100mMのNaF、1mMのEDTA、1mMのEGTA、2mMのオルトバナジン酸ナトリウム、1mMのPMSF、10mg/mlのaprotinin、10mg/mlのleupeptin、10mg/mlのpepstatinA。
7)5×ローディングバッファー
試薬の名称 用量(mL)
Tris-HCL(pH6.8) 0.6
グリセリン(50%) 5
SDS(10%) 2
β-メルカプトエタノール 0.5
ブロモフェノールブルー(1%) 1
8)転写バッファー:
試薬の名称 用量
Tris-Base 4.55g
グリシン 21.65g
ddHO 1200mL
メタノール 300mL
9)ブロッキング液:
試薬の名称 用量
脱脂粉乳 5g
PBST 100mL
2 タンパク質電気泳動
1)各チューブの細胞に60~100μlの細胞溶解液を添加し、4℃のアイスボックス内で1h氷浴する。12,000r/minで10~15min遠心分離し、上清を0.5mlEPチューブに取り、Bio-Radでタンパク質を測定、定量する。その後、5×ローディングバッファーを加え、沸騰水浴に3~5min入れ、-80℃で凍結保存する。
2)Tab.2-1に基づいて15%、12%または10%のアクリルアミド分離ゲルを調製する。順番に各成分を混合し、TEMED及びAPを添加すると、すぐに混合物を高速で回転させて電気泳動槽の2枚のガラス板の間にスタッキングゲルに必要な空間を残して流し込む。分離ゲル上を1層のイソプロパノールで覆い、ゲルを垂直にして室温で約30min置く。
3)分離ゲルが完全に重合すると、イソプロパノールを除き、脱イオン水で10回洗浄し、ろ紙で水を吸い取る。Tab.2-2に基づいてスタッキングゲルを調製し、電気泳動槽の2枚のガラス板の間に流し込んだ後、すぐにきれいなサンプルコームを挿入する。
4)スタッキングゲルが完全に重合した後、電気泳動装置中に1×電気泳動バッファーを満たし、試料を所定の順序で試料ウェルに入れて電気泳動を開始する。試料がスタッキングゲルにあるとき、電圧は50~60V、試料が分離ゲルまで泳動すると、電圧を100~140Vに調整する。
3 ウェスタンブロッティング
1)SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動が終了すると、ゲルを転写バッファー中に30min浸漬し、8枚のWhatman3MMろ紙及び1枚のニトロセルロースメンブレンをゲルの大きさに合わせて切る。ニトロセルロースメンブレンをメタノール中に1min浸し、ニトロセルロースメンブレンを脱イオン水中に浸して気泡を除去する。
2)ゲルを「サンドイッチ」状に重ね、転写タンク中に入れ、ゲルの一面を陰極に接続する。100mAで3h行う。
3)転写後のニトロセルロースメンブレンをポンソーS溶液中に5~10min入れ、その間は軽く揺らす。タンパクのバンドが出現すると、脱イオン水で数回洗浄し、染色液で基準のタンパク分子量の位置を標識する。
4)ブロッキング液を入れたシャーレにメンブレンを入れ、2hブロッキングする。
5)さらに0.1ml/cmで第1抗体を含むブロッキング液を加え、4℃で一夜置く(各種抗体の希釈倍数はTab.2-2の通り)。
6)第1抗体を回収し、PBSTでメンブレンを1回あたり10minで3回洗浄する。メンブレンを150mMのNaCl、50mMのTris-HCl(pH7.5)を含む溶液中に移して10min揺らす。
7)0.1ml/cmで第2抗体を含み、リン酸塩及びアジ化ナトリウムを含まないブロッキング液中にメンブレンを入れる。ホースラディッシュペルオキシダーゼで標識した第2抗体は1,000倍に希釈する。
8)150mMのNaCl、50mmol/lのTris-HCl(pH7.5)を含む溶液を用いて、メンブレンを1回あたり10minで3回洗浄する。暗室でECLキットを用いて呈色させ、写真をスキャンして保存する。
Figure 0007127136000003
Figure 0007127136000004
Figure 0007127136000005
結果:
イソバレリルスピラマイシンIをA549細胞に24時間作用させた後、ウェスタンブロッティング法を採用してPI3K/Akt/mTORシグナル経路のタンパク及びそのリン酸化型のレベルを考察した。結果は図1及び図2に示す通りである。
イソバレリルスピラマイシンIが、PI3K、AKT、mTOR及びmTOR基質のS6K1、4EBP1、並びにその活性化形式のp-PI3K、p-AKT、p-mTOR、p-S6K1、p-4EBP1のタンパクレベルの発現に対して及ぼす影響は図1及び図2に示す通りである。結果は、イソバレリルスピラマイシンIがPI3K/Akt/mTORシグナル経路のタンパクの活性化を抑制することができ、特にPI3Kタンパク、4EBP1タンパク、mTORタンパクの活性化を抑制し、AKTタンパク、S6K1タンパクの発現及びその活性化タンパクの発現を抑制することを表す。
他に、図1及び図2から、ラパマイシンと比較して、本発明のmTOR阻害剤であるイソバレリルスピラマイシンIのAKT、S6K1及び4EBP1に対する阻害作用はより優れていることもわかる。本発明のmTOR阻害剤であるイソバレリルスピラマイシンIが、PI3K/Akt/mTORシグナル経路に対して優れた阻害作用を示すことができることを表す。mTOR経路関連疾患を治療及び/または予防する薬物の調製におけるmTOR阻害剤の応用、並びに臨床的普及のために理論的な根拠を提供し、重要な経済的及び社会的効果及び利益を備える。
このほか、出願人はカリマイシン、イソバレリルスピラマイシンII及びイソバレリルスピラマイシンIIIを単独で利用するか、またはイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンII、イソバレリルスピラマイシンIIIの2種若しくは3種を組み合わせて利用し、A549細胞に24時間作用させた後、ウェスタンブロッティング法でPI3K/Akt/mTORシグナル経路のタンパク及びそのリン酸化型のレベルを考察した。その結果は試験例2と類似し、PI3Kタンパク、4EBP1タンパク、mTORタンパクの活性化を抑制することができ、AKTタンパク、S6K1タンパクの発現及びその活性化タンパクの発現を抑制するが、ここでは詳述しない。
試験例3、カリマイシンは非小細胞肺癌A549の増殖を抑制する
(1)MTT法でカリマイシンの体外での腫瘍細胞生存率に対する影響を測定する
A549細胞を4×10個/mLの密度で96ウェルプレートに各ウェル100μLで接種し、24または48h培養する。その後、異なる濃度のカリマイシンを添加し、5%COのインキュベータに入れて37℃で異なる時間引き続き培養した後、各ウェルに濃度が5mg/mLのMTTを100μL添加して2~3h培養する。その後、上清液を除去し、150μLのDMSOを添加し、マイクロシェーカで10min振とうさせて結晶を完全に溶解させ、マイクロプレートリーダで各ウェルの吸光度(A値)を測定する。発光波長は492nmである。同時にラパマイシンを陽性対照とし、以下の公式に基づいて細胞に対する薬物の成長抑制率を計算する:抑制率(%)=[A492(control)-A492(カリマイシン)]/[A492(control)-A492(blank)]×100%
結果は、カリマイシンが濃度依存的にA549細胞の増殖を抑制することができ、その24及び48hのIC50はそれぞれ24.88μg/mL及び17.84μg/mlであることを示している。
(2)カリマイシンはPI3K/AKT/mTOR経路を抑制することができる
PI3K/AKT/mTORシグナル経路の異常は、数種の腫瘍型で頻繁に発生する。PI3Kは細胞内ホスファチジルイノシトールキナーゼであり、PI3Kプロテインファミリーは細胞増殖、分化、アポトーシス及びグルコース輸送など数種の細胞機能の調節に関与する。AKT(プロテインキナーゼB)はPI3K下流の主要なエフェクターであり、AKTはmTORを直接リン酸化することにより、またはTSC2(結節性硬化症複合体2)を不活性化することにより、mTORC1を活性化することができる。mTORC1は下流の真核生物翻訳開始因子結合タンパク4E-BP1及びリボソームタンパクS6キナーゼ1S6K1を直接リン酸化し、これにより細胞の生合成及び増殖を調節する。
異なる濃度のカリマイシンを使用してA549細胞を24及び48h処理し、Western Blot法により細胞中のmTORタンパクレベル及びその上下流のタンパクレベルを考察した。結果から、5μg/ml以上のカリマイシンをA549細胞に24h作用させると、mTOR並びに下流の4E-BP1及びS6K1のタンパクリン酸化レベルを低下させることができ、さらにPI3K、AKTのリン酸化レベルも下方制御することを発見した。
5、17、50μg/mlのカリマイシンでA549細胞を48h処理すると、mTORのリン酸化レベルは顕著に低下し、さらにmTORの下流タンパクのリン酸化レベルを顕著に抑制する。5、17μg/mlのカリマイシンはPI3K及びAKTのリン酸化レベルを上昇させたのに対し、50μg/mlのカリマイシンはPI3K及びAKTのリン酸化レベルを顕著に低下させることができる。
上記の結果は、カリマイシンがmTOR及び下流タンパクのリン酸化レベルを抑制することにより、細胞のタンパク質合成を抑制し、これによりA549細胞の増殖を抑制することを証明している。結果は、中低濃度のカリマイシンのmTORC1に対する抑制度が比較的高く、48h作用させるとmTORC2に対するネガティブフィードバックの活性化が存在することを説明している。高濃度のカリマイシンは同時にmTORC1及びmTORC2の二重阻害剤とすることができ、さらにネガティブフィードバックの活性化作用が生じることはない(図4及び図5に示す)。
(3)カリマイシンはA549細胞のオートファジーを誘導する
方法:蛍光顕微鏡及びフローサイトメトリーで細胞のオートファジーを測定する
ダンシルカダベリン(Dansylcadaverine、MDC)は、蛍光色素で、好酸性染色剤である。通常、オートファゴソーム形成の測定に用いられる特異的標識染色剤の酸性リソソームの凝集は、一定程度にオートファジーのレベルを反映することができる。
対数期のA549細胞を、6ウェルプレートに各ウェル2×10個で接種する。24h培養後、培地を除去し、異なる薬物を添加して24または48h作用させる。その後、PBSで1回洗浄し、0.05MのMDCを含む同体積の培地を添加し、37℃で遮光して20minインキュベートする。PBSで1回洗浄し、蛍光顕微鏡で観察するかフローサイトメトリーで測定する。
結果:mTORC1はULK1複合体と結合することによりオートファジーを抑制することができるため、我々はカリマイシンで24及び48h処理した細胞のオートファジーレベルを考察した。MDC染色の結果により、対照群細胞は均一な緑色の蛍光を発し、カリマイシン濃度の上昇に伴って、細胞に明らかな明るい蛍光緑色の凝集した顆粒が出現したことがわかる。フローサイトメトリーの結果は、薬物処理後、MDC染色の陽性率が増加することを示し、24h及び48hの結果と一致する(図6a及び図6bに示す)。
LC3はオートファジーマーカータンパクであり、細胞にオートファジーが生じたとき、細胞内のLC3I型からII型への変換レベルは明らかに増加する。P62はオートファジーの基質であり、細胞にオートファジーが生じたとき、P62はオートファジー基質及びオートファゴソームを結合させ、さらにはオートファジー基質と共に包まれ、リソソームに進入して分解される。従って、細胞にオートファジーが生じたとき、細胞内のP62の発現レベルは低下する。Western blot法で測定することにより、カリマイシンを添加すると、オートファジー基質P62レベルを低下させることができ、オートファジー関連タンパクLC3I型からII型への変換が増加し、24h及び48hの結果と一致することを発見した(図7に示す)。以上の結果は、いずれもカリマイシンがA549細胞のオートファジーを誘導することができることを証明している。
細胞のオートファジーは腫瘍細胞に対して二重の作用を有し、細胞を保護することも、細胞を殺傷することもできる。従って、我々はカリマイシンが誘導する細胞のオートファジーに対して、オートファジーの阻害剤3-MAを使用して、A549細胞の死亡過程で示す作用を考察した。オートファジー阻害剤3-MAを添加すると、カリマイシンのA549細胞に対する成長抑制作用を低下させ(図8)、カリマイシンが誘導するオートファジーがA549細胞の増殖を抑制したことを説明している。
(4)カリマイシンはA549細胞のアポトーシスを誘導する
方法:AnnexinVは分子量が35kDaのCa2+依存性リン脂質結合タンパク質であり、ホスファチジルセリン(Phosphatidylserine、PS)に特異的に結合することができる。ホスファチジルセリンは主に細胞膜の内側に分布し、細胞にアポトーシスが生じたとき、細胞はホスファチジルセリンを細胞表面、すなわち細胞膜外側に移動させる。FITC標識AnnexinVプローブ、すなわちAnnexinV-FITCは、これらの移動したホスファチジルセリンに特異的に結合することができ、フローサイトメトリーまたは蛍光顕微鏡で非常に簡単で直接的に、細胞にアポトーシスが生じた状況を確認する。
ヨウ化プロピジウム(Propidium Iodide、PI)は核酸染色剤であるが、正常な細胞膜を通過することはできない。細胞が壊死またはアポトーシスの中、後期にある状態では、細胞は膜の完全性を失い、ヨウ化プロピジウムが細胞内部に進入し、細胞核内の核酸と結合する。フローサイトメトリーまたは蛍光顕微鏡により、細胞膜の完全な状態を反映する情報を確認する。従ってAnnexinV-FITCをPIと共に使用し、異なるアポトーシスの時期にある細胞を区分する。
対数期のA549細胞を6ウェルプレートに各ウェル2×10個で接種する。24h培養後、培地を除去し、異なる薬物を添加して24または48h作用させる。その後、PBSで1回洗浄し、調製したアポトーシス染色液(250μlのBinding buffer、7.5μlのAnnexinV-FITC、10μlのPropidium Iodideを均一に混合する)を添加する。室温で遮光して15minインキュベートし、すぐに蛍光顕微鏡での観察及びフローサイトメトリーでの測定を行う。
結果:カリマイシンがA549細胞に作用する機構を確認するため、AV-PI染色を採用して考察し、さらにフローサイトメトリーを使用して正常細胞、初期アポトーシス細胞、後期アポトーシス細胞及び壊死細胞を区分する。Caspaseファミリーはアポトーシスの過程で非常に重要な作用を示し、このうちcaspase3はアポトーシスの下流実行タンパクとして、DNA断裂、クロマチン凝縮及びアポトーシス小体の形成と関係する。従って、我々はキット及びWestern blot法を使用して、caspase3のプロテアーゼ活性及びタンパクレベルを考察した。
結果から、カリマイシンでA549細胞を24h処理すると、17、50μg/mlは緑色の蛍光が出現し始め、赤色の蛍光はないことを発見し、フローサイトメトリーでは50μg/ml濃度の細胞に初期アポトーシスの細胞が出現し(図10)、caspase3のタンパクレベルは明らかな増加はせず、プロトタイプPARPは切断されない(図11A)ことを発見した。カリマイシンでA549細胞を48h処理すると、濃度の増加に伴って、細胞の細胞質が収縮し始め、アポトーシス小体が出現する(図9)。AV-PIの結果は、5及び17μg/mlで明らかな緑色の蛍光が出現し、50μg/mlの細胞核に明らかな赤色の蛍光が出現したことを示し、フローサイトメトリーにより5及び17μg/mlで初期アポトーシスの細胞数が上昇し、50μg/mlで大量の後期アポトーシス細胞が出現する(図10)ことを発見した。caspase3は前駆体から活性化型への変換が増加し、基質とするPARPは切断され(図11B)、caspase3の酵素活性が増加し(図12)、細胞にアポトーシスが生じたことを証明している。
(5)カリマイシンはHIF-1αタンパクレベルを低下させる
低酸素及びその他のインスリン、成長因子などの要素は、HIF-1αの発現を誘導することができる。過剰に活性化したmTORも酸素が十分な条件下で、転写レベルからHIF-1αの発現を活性化させることができ、さらにはその下流の血管内皮増殖因子VEGFなど血管形成遺伝子の転写をもたらし、血管透過性の増加、細胞外マトリックスの変性、血管内皮細胞の遊走、増殖及び血管形成などを促進する作用を有する。
Western blot法での測定により、カリマイシンでA549細胞を24及び48h処理すると、血管生合成タンパクHIF-1α、VEGF-Aのタンパクレベルが顕著に低下する(図13)ことを発見した。カリマイシンがA549の低酸素誘導因子のタンパクレベルを抑制することにより、腫瘍細胞の増殖抑制作用を発揮し得ることを示す。
(6)ERKシグナル伝達経路に対するカリマイシンの影響
Ras/Raf/MEK/ERKシグナル経路は、細胞外シグナルを細胞核内に伝達する最も重要なシグナル経路の1つであり、細胞の生存、増殖、分化、アポトーシス、代謝などを制御する機能において、重要な作用を有する。
カリマイシンでA549細胞を24h処理すると、Ras、Rafタンパクレベル及びERKのタンパクリン酸化レベルを上昇させることができる。さらに、カリマイシンでA549細胞を48h処理すると、Ras、Rafタンパクレベルを上昇させることができ、中濃度薬物はERKのリン酸化レベルを顕著に上昇させることができるが、高濃度での薬物処理はERKのリン酸化レベルを低下させた。結果は図14の通りである。
(7)A549細胞周期に対するカリマイシンの影響
異なる濃度のカリマイシンでそれぞれA549を24及び48h処理した後、PIフローサイトメトリーを使用してその細胞周期の分布を測定した。24h薬物処理しても、細胞周期に明らかな影響がないことを発見した。48h薬物処理すると、対照群と比較して、1.7μg/ml、5μg/ml、17μg/ml及び50μg/mlのS期細胞はそれぞれ1.86%、9.39%、4.75%、24.38%増加した。データをまとめると、カリマイシンで48h処理すると、A549細胞のS期停止を濃度依存的に誘導する。
以上の試験例から、A549細胞にカリマイシンを添加して24h後、mTORのリン酸化レベルは顕著に低下し、mTOR下流の真核細胞翻訳開始因子結合タンパク4E-BP1及びリボソームタンパクS6キナーゼ1S6K1のリン酸化レベルを顕著に抑制し、腫瘍細胞のタンパク生合成を低下させることにより、腫瘍細胞の増殖速度を低下させること、さらにPI3Kのリン酸化レベルを下方制御しても、AKTのリン酸化レベルに明らかな影響がないことがわかる。カリマイシンでA549細胞を48h処理した後も、依然としてmTOR経路のタンパクリン酸化レベルを下方制御することができるが、中濃度はPI3K/AKT経路をフィードバック的に活性化し、PI3K及びAKTのリン酸化レベルが顕著に上昇する。しかしながら高濃度(50μg/ml)時はPI3K及びAKTタンパクのリン酸化レベルを再び抑制した。従って、カリマイシンはmTORC1及びmTORC2の2重阻害剤であると考えられ、中低濃度条件下で、カリマイシンのmTORC1に対する抑制度は比較的高いが、薬物を48h作用させると比較的高いネガティブフィードバック調節が存在し;高濃度条件下では、mTORC2に対しても一定の阻害作用を有すると大胆に推測される。
カリマイシン処理を48h行った後のA549細胞を位相差顕微鏡で観察することにより、細胞収縮、クロマチン凝縮を観察することができる。明らかなアポトーシス小体及びアポトーシス小胞が形成され、JC-1染色の結果は、薬物濃度の上昇に伴って、緑色の蛍光を呈する細胞の比率が次第に増加することを示し、カリマイシンがA549細胞のミトコンドリア膜電位を濃度依存的に低下させることができることを表している。我々は、Western blot法を使用してアポトーシス関連タンパクのレベルを測定した。Procaspase-3タンパクレベルが低下し、cleaved-caplase3タンパクレベルが上昇すると同時に、caspase-3基質のPARPが分解され、これはカリマイシンがA549細胞のアポトーシスを誘導し、caspaseカスケード反応を活性化したことを表している。Baxレベルが増加すると、Bcl-XL及びBcl-2レベルは低下する。従って、カリマイシンで48h処理すると、A549細胞のアポトーシスを誘導することにより、腫瘍細胞の増殖を抑制する。以上のデータは、カリマイシンで24h処理しても、生じるアポトーシス現象が明らかでないが、48hでは明らかな濃度依存的なアポトーシス現象が出現し、初期アポトーシスから後期アポトーシスに転換することを表している。
カリマイシンはmTORの阻害剤として、A549細胞のLCI型からII型への変換を明らかに上昇させることができ、オートファジー基質P62のタンパクレベルを下方制御し、同時にMDC染色及びフローサイトメトリーでもオートファジーの増加を証明した。オートファジー阻害剤3-MAを添加すると、カリマイシンのA549に対する抑制作用は低下し、カリマイシンがA549細胞の損傷的なオートファジーを誘導することを証明した。すなわちカリマイシンが細胞のオートファジーレベルを増加させることにより、A549細胞の増殖を抑制し、24h及び48hではいずれも比較的明らかなオートファジー現象が出現する。細胞のアポトーシスが生じる前、カリマイシンは主にオートファジーを誘導することにより細胞の生存を抑制することができる。本発明においてカリマイシンでA549細胞を24h処理すると、ERKのタンパクリン酸化レベルは顕著に上昇するため、PI3K/AKT/mTOR経路を抑制してRas/Raf/MEK/ERK経路が活性化したと考えられる。
要するに、カリマイシンはヒト非小細胞肺癌A549の増殖を濃度依存的に抑制することができ、アポトーシスを誘導する。mTORC1及びmTORC2の二重阻害剤として、中低濃度下ではmTORC1の抑制を主とし、PI3K、AKTのネガティブフィードバックを活性化し、高濃度下ではmTORC2を抑制することができ、PI3K、AKTのタンパクリン酸化レベルを下方制御する。A549細胞のオートファジーを誘導することができ、オートファジーは細胞を殺傷する作用を示す。A549細胞のS期停止を引き起こすことができる。他に、カリマイシンはRas/Raf/ERK経路も活性化し、Ras、Rafタンパクレベルを上方制御し、ERKのリン酸化レベルが上昇する。
以上の記載は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明をどのような形式でも制限しない。本発明は好ましい実施例により上記のように開示したが、本発明を限定するものではない。当業者は本発明の技術案を逸脱しない範囲内で、上記に提示した技術内容を利用して等価変更した同等の実施例に変更または修飾することができるが、いずれも本発明の技術案の内容を逸脱しない。本発明の技術的本質に基づいて、以上の実施例に対して行う簡単な修正、等価変更及び修飾は、いずれも本発明案の範囲内に属する。

Claims (9)

  1. PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクの活性化を抑制する際に用いる、カリマイシンまたはイソバレリルスピラマイシンIを含む、mTOR活性阻害剤であって、前記カリマイシンは主要な活性成分としてイソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンIIおよびイソバレリルスピラマイシンIIIを含み、イソバレリルスピラマイシンI、イソバレリルスピラマイシンIIおよびイソバレリルスピラマイシンIIIの総量は60%以上である、mTOR活性阻害剤
  2. mTORC1及びmTORC2の活性化を抑制するために用いられる、請求項1に記載のmTOR活性阻害剤。
  3. PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるPI3Kタンパク、AKTタンパク、mTORタンパク、S6K1タンパク、4EBP1タンパクの1つまたは複数の活性化を少なくとも抑制するために用いられる、請求項1に記載のmTOR活性阻害剤。
  4. PI3K/Akt/mTORシグナル経路におけるタンパクの活性化を抑制する際に用いる、請求項1から3に記載のmTOR阻害剤並びに薬学的に許容可能な担体及び/または活性成分を含むmTOR活性阻害用薬物組成物。
  5. mTOR阻害剤の用量範囲は1~10000mg/kgである、請求項4に記載の薬物組成物。
  6. mTOR阻害剤の用量範囲は10~5000mg/kgである、請求項4に記載の薬物組成物。
  7. mTOR阻害剤の用量範囲は50~1000mg/kgである、請求項4に記載の薬物組成物。
  8. mTOR阻害剤の用量範囲は100~500mg/kgである、請求項4に記載の薬物組成物。
  9. 薬学的に許容可能な剤形も含み、前記剤形は散剤、錠剤、顆粒剤、カプセル剤、液剤、乳剤、懸濁剤を含む、請求項4に記載の薬物組成物。
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