JPS60123497A - グルタチオン伝達系 - Google Patents

グルタチオン伝達系

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JPS60123497A
JPS60123497A JP59040253A JP4025384A JPS60123497A JP S60123497 A JPS60123497 A JP S60123497A JP 59040253 A JP59040253 A JP 59040253A JP 4025384 A JP4025384 A JP 4025384A JP S60123497 A JPS60123497 A JP S60123497A
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alkyl ester
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグルタチオンの細胞内濃度を増大せしめる方法
に関する。なお、本発明はアメリカ合衆国陸軍の提供に
かかる政府援助(契約番号D A M1?−83−C−
3020)の下に行なわれたものであって、アメリカ合
衆国政府は本発明について一定の権利を有するものであ
る。
実質上すべての細胞中に認められるトリペプチドチオー
ルであるグルタチオン(L−γ−グルタミルーし一シス
テイニルーグリシン;G5l−1)が、新陳代謝、運搬
および細胞保護に関与していることはよく知られている
。グルタチオンは蛋白質や他の分子のジスルフィド結合
の還元、DNAのデオキシリボヌクレオチド前駆体の合
成およびメタボリズムで形成される7リーランカルや過
酸化物のような反応性酸素中間体の影響から細胞保護の
役割を果たす。
グルタチオンメタボリズムの修飾は、選択的酵素阻止剤
を投与して細胞内グルタチオン濃度を減少せしめること
により、あるいはグルタチオン合成を増大せしめる化合
物を与えることによって達成される。かがる効果は、化
学療法および放射療法においであるいは医薬、他の外的
化合物および酸素の毒性効果からの細胞保護において有
用である。実際、G S Hの種々の機能は、酵素学や
移行のみならず薬理学、放射生物学、癌療法学、毒物学
、内分泌学、微生物学、農学などを含む生物学の多くの
分野において適切なものである。グルタチオンメタボリ
ズムの酵素学的および移行現象は、−マイスター(Me
ister): rグルタチオンメタボリズムの選択的
修飾」(サイエンス(Science)+220巻45
96号472〜477頁(1983年4月))に概要が
示されており、この文献は参照として本明細書の一部を
なすものである。
細胞内G S Hを減少または増加さぜるGSHメタボ
リズムの修飾は、種々の目的に役立つものである。たと
えば、チオール類が照射効果から細胞を保護するもので
あることは長く知られてきたところである。細胞内GS
Hをj減少させることは細胞照射に対する感受性を高め
ることになるから、グルタチオンの減少は、死滅すべき
細胞と生存すべき細胞がG S Hに対し本質的に異な
った定量的要求を有するような化学療法的状況において
有用なものである。また、その合成を抑制することによ
l) G S Hを減少させることは、GSHを含む反
応によって解毒される医薬を使用する化学療法における
貴重な補助手段として役立つものである。
逆に、医薬や照射に対する抵抗性は細胞内GSHの増加
と関係がある。G S Hは多くの医薬の解毒化に有効
に働らくものであり、アセトアミ/7エンの解毒過程が
GSHとの結合を含んでいることは既に知られている。
L−2−オキソチアゾリノン−4−カルボン酸のような
チアゾリジンによる処置は、肝臓病患者や、システィン
形成用メチオニン硫黄の利用が不充分であり、GSH合
成に欠陥のある早熟児にとって貴重である。細胞内シス
ティン前駆体のようなチアゾリノンの効果は殆どすべて
の動物細胞に認められる酵素活性、5−オキソプロリナ
ーゼの存在に依存する。この酵素はまた植物体中にもそ
の発生が認められ、前記のごときチアゾリジン、従って
グルタチオンが除草剤の毒性効果から穀物植物体を保護
する農業用安全剤として有用であることを示唆する。
グルタチオンの細胞濃度を高めるためには種々の方法が
知られている。グルタチオンは三つのアミノ酸、すなわ
ちグルタミン酸、システィンおよびグリシンから成って
いる。グルタチオンのアミノ酸前駆体を動物に投与する
と、細胞内グルタチオンが増加するが、この方法の効果
には一定の限界がある。GSHの濃度はシスティンの供
給に依存するが、これは食料蛋白からそして肝臓中のメ
チオニンからの硫黄転移により誘導される。システィン
は急速に新陳代謝され、更に非常に毒性であるため、そ
れ自体の投与はGSH濃度を高めるのに理想的な方法と
は言い難い。細胞内へ移行し、細胞内でシスティンに変
化する化合物を動物に投与することは、細胞内のグルタ
チオン濃度を高めるのにしばしば有用である。たとえば
、前記チアゾリジンすなわちL−2−オキソチアゾリジ
ン−4−カルボキシレートは、これを細胞内へ移行させ
た場合、5−オキソブロリナーゼによってL−システィ
ンに変化し、このL−システィンは速やかにG S l
−1合成に利用される。
組織内GSH濃度を高める他の方法としては、γ−グル
タミルシスティンまたはγ−グルタミルシスチンを投与
する方法がある。投与されたγ−グルタミルアミノ酸は
そのまま移行し、GSHシンセターゼの基質として役立
つ。N−アセチル−し−システィンの投与がGSHの、
Illl製織を上昇セシめることも知られている。
グルタチオンそれ自身の投与もグルタチオン濃度を上昇
せしめるのではないがと言うこともこれまで考えられて
来た。しかしながら、グルタチオンが細胞内に入ること
を証明する文献はこれまでに発表されていない。むしろ
、グルクチオンそれ自身は細胞内へ移行しないことを示
す特別の生物系についての報告が若干存在する位である
。グルタチオン投与後にしばしば認められる細胞内グル
タチオンの増加は、(a)グルタチオンの細胞外分解、
(1〕)細胞外でグルタチオンから誘導された遊離アミ
ノ酸またはジペプチドの細胞内への移行、(c)グルク
チオンの細胞内再合成によるものであろう。
細胞内グルタチオン濃度を」1昇せしめるこれら従来法
は、上記したように、効率、毒性、達成される有効濃度
についての制限などの点で不利である。加えて、二つの
シンセターゼに対する基質の供給を高めてG S Hの
合成を行なう公知方法は、その一つがG S I−1に
よるフィードバック阻止作用に従うシンセターゼの存在
に依存するものである。
従って、本発明の目的の−っは、アミノ酸基質ヨリモグ
ルタチオン自体を細胞に伝達ぜしぬることにより、グル
タチオンの細胞内濃度の上昇を達成することにある。
本発明の目的の他の一つは、グルタチオンの純粋な誘導
体を提供すると共に、グルタチオン伝達系において当該
誘導体を使用することにある。
本発明の目的の他の一つは、効率良く、しがもシンセタ
ーゼの存在に依存することなくグルクチオンの細胞内濃
度の上列を達成せしめることにある。
本発明の目的の更に他の一つは、池の公知方法に認めら
れるような毒性効果を発揮することなくグルタチオンの
細胞内濃度の上昇を達成せしめることにある。
本発明の目的の更に他の一つは、医薬の解毒、酸素およ
びその新陳代謝物(たとえば過酸化物)、フリーラジカ
ル、外的化合物などからの細胞の保護のような特定の目
的を達成するのに必要な細胞内グルタチオン濃度を効率
的かつ迅速に達成することにある。
本発明は、細胞内グルクチオン濃度を上昇せしめる従来
技術に認められるような毒性、制限された効果、細胞内
シンセターゼ依存性などの困難を克服するものである。
更に具体的にはエステル化がグリシンカルボキシル基に
おいて起こっているグルタチオンの低級アルキルモノエ
ステル、好ましくはモノメチルエステルまたは/および
モノエチルエステルを投与して細胞内グルタチオン濃度
を高めることにより、上記したもしくはその他の目的を
達成するものである。上記したエステルは、たとえば肝
臓や腎臓の細胞内へ移行し、細胞内で脱エステル化して
、グルタチオンの細胞内濃度の」−昇に寄与するもので
ある。
G S I(エステルの投与を含む本発明により、GS
 Hの濃度上昇は効率的かつ迅速に達成される。
加うるに、本発明は純粋な低級アルキルエステル、好ま
しくはモノメチルエステルおよび/またはモノエチルエ
ステル並びにそれらの製法を提供する。モノエステル合
成の副産物であるジエステル体は極めて毒性が高い。
第1a図および第1b図は、グルタチオンエステルまた
はグルタチオンを投与された絶食マウスの肝臓と腎臓に
おけるグルタチオン濃度を対照群の場合と比較して示し
たものである。
第2a図および第2b図はプチオニンスルホキシイミド
で前処理したマウスのグルタチオン濃度の変化を示すグ
ラフである。
第3図はアセトアミノフェンで前処理したマウスの肝臓
におけるグルタチオン濃度の変化を示すグラフである。
本発明により、エステル化されたグルタチオンはそのま
ま細胞内に移行し、細胞内でヒドロラーゼの作用により
脱エステル化し、その結果、グルタチオンの細胞内濃度
が」1昇することになる。グルタチオンは二つのカルボ
キシル基を有しその一つはグルタミン酸残基中に、他の
一つはグリシン残基中に存在する。本発明で使用する化
合物は、グルタチオンの低級アルキルエステル、好まし
くはモノメチルエステルまたはモノエチルエステルであ
って、エステル化かグリシンカルボキシル基においての
み起こっているものである。
本発明で使用するグルタチオン源は重要ではない。すな
わち、グルタチオンは常套の方法によって合成、分離さ
れたものであっても、また購入されたものであってもよ
い。
エステル化は自体常套の方法で行なえば良く、得られた
エステルは充分に精製してモノエステルの純度を少なく
とも98%(重量)、好ましくは99%とする。この理
由は、従来の文献に記載された常套方法、たとえばエタ
ノール性塩酸で処理する方法においては、約5〜20%
の割合でジエステルが混在するモノエステルが得られる
からである。ジエステルはマウスを使用する実験により
極めて毒性が高い事実が明らかとなった。純粋なモノエ
ステルを製造する方法の典型的な一例を以下の合成例1
に示す。モノエステルは塩基性1111において極めて
水溶性であり、ジエステルは塩基性1〕11において有
機溶媒可溶性である。従って、常套の合成法によって得
られた不純な成績体を水に溶かし、アミンのごとき普通
の塩基を使用してpl+約8゜0〜9.2に調節し、次
いでクロロホルムや酢酸エチルのような水非混和性有機
溶媒を用いて処理することにより、純粋な目的物を得る
ことが出来る。
合成例1 グルタチオンモノエチルエステル(L−γ−グルタミル
ーし一システイニルーグリシルエチルエステル)の製造 ガラス栓付き容器中、グルタチオン(20g)を塩化水
素(4,8g)含有エタノール(100zn)で処[,
0°Cに6時間放置した。冷エタノール(200+p)
を添加した後、トリエチルアミンを加えてpH6とした
。この混合物を0°Cに18時間保持し、沈澱物を炉取
した。この沈澱物を水(100aβ)に溶かし、O’C
に冷却した。−この溶液のl)Hをトリエチルアミンに
より8.8に調節し、りaaホルム(250i(’づつ
)で3回にわたり迅速に抽出した。水層を6M塩酸によ
り素早<pH5に調節し、減圧下に溶媒を蒸発、除去し
た。乾燥成績体を乾燥ノエチルエーテルおよびエタノー
ルで処理した。
得られた結晶をシ戸取し、ジエチルエーテルで洗った。
これを五酸化リンおよび塩化カルシウム上で減圧下に乾
燥させ、水性エタノールから再結晶した。収率80〜9
0%。
このようにして得られるグルタチオンの低級アルキルエ
ステル、好ましくはモノメチルエステルまたはモノエチ
ルエステルは、通常、水に溶解して注射用に供する。し
がしなが呟これらエステルは経口的に投与されても良い
。また、これらエステルは適当な医薬的に許容しうる担
体と混和して製剤化してもよい。たとえば水に溶解させ
て液体剤としたり、ラクトースなどと混和して粉末剤と
する。
治療的有効量は、常套の実験方法により、特に殆ど化学
量論的細胞内加水分解が進行するものと信しられること
を考慮に入れ、グルタチオンに関する常套技術および下
記実験例に基づいて適宜に決定すれば良い。いずれの場
合においても処理される毒性の性質に基づいて患者内の
グルタチオン濃度をモニターすることか出来、また効果
の他のパラメターを使用することが出来る。現時点にお
いて提案しうる使用量は、体重kg当たりエステル約0
.5〜10ミリモル、好ましくはエステル約2〜5ミリ
モルて・あって、これを1日1〜6回にわたって投与す
る。
投与は、通常、投与後0.5〜2時間で約0.5〜3ミ
リモルのグルタチオン細胞内濃度が得られるように行な
う。
反応の詳細なメカニズムは未だ明らかではないが、本発
明によって達成される細胞内のグルタチオン濃度の上昇
は、投与されたグルタチオンエステルが少なくとも肝臓
もしくは腎臓の細町中に移行し、そこで加水分解してグ
ルタチオンに変化することを示すものと解されて良い。
かがる加水分解は、グルタチオンモアエステルを肝臓お
よび腎臓のホモゲネートと共に培養するインビトロの実
験によって証明された。
なお、LD5゜(マウス、腹腔内性)はグルタチオンメ
チルエステルおよびグルタチオンエチルエステルのいず
れの場合も10ミリモル/kgt−’laかに」二進る
値を示す。
以」二、本発明を一般的に説明したが、以下実施例によ
り本発明を更に具体的に説明する。
実施例1 本例ではグルタチオンモノメチルエステルを使用した(
純度99%)。グルタチオンエステルの溶液は無菌水を
使用して調製された。タフニック・ファームス・インコ
ーホレイテンドから得られた体重2O−25yのマウス
(TAG;(SWFI3R))を244時間置させた後
、グルタチオンエステルを10 ミ17モル/kgの割
合で腹腔的投与した。第1a図及び第111図に示すご
とく、2時間置きにマウスを解剖し、肝臓と腎臓を取り
出して、グルタチオンの分析を行なった。、1群当たり
3匹のマウスを使用し、値を平均値±S、D、で示した
第1a図(肝臓)に示す如く、グルタチオンエステル(
GSH−ESTER)を投与したマウスの肝臓では、投
与後2時間で実質的にグルタチオン濃度の上昇が認めら
れ、濃度はその後徐々に減少した。また、第1b図(腎
Jlti)に示す如く、腎臓中のグルタチオン濃度も投
与後2時間で実質的に上昇し、その後減少した。対照群
(CONTROL)には0.15M塩化す) 17ウム
溶液の等容量が投与されだが、肝臓お、よび腎臓のいず
れにおいてもグルタチオン濃度の上昇は認められなかっ
た。
実施例2 実施例1と同様にして、グルタチオンモノメチルエステ
ルをマウスに投与しすこ。ただし、マウスはグルタチオ
ン合成の阻止剤であるプチオニンスルホキシイミン2ミ
リモル/kgで前処理し、グルタチオンエステルは当該
阻止剤投与後4時間に投与した。本実施例において、肝
臓と腎臓のグルタチオン濃度は、グルタチオン合成に必
要な酵素(γ−グルタミルシステインシンセターゼ)が
プチオニンスルホキシイミンによって着しく阻止されて
いたため、当初、著しく低い値まで減少していた。
」1記のごとく前処理したマウスにグルタチオンエステ
ル(GSH−ESTER)を投与したところ、肝臓およ
び腎臓においてグルタチオン濃度の本質的増加が認めら
れた。第2a図(肝臓)および第2b図(腎臓)参照。
対照群(CONTROL)には食塩水を与え、前記した
時間的間隔においてG S Hの組織内濃度を調べた。
値は各群3匹のマウスを使用し、その平均値±S、D、
で表わす。
比較例1 グルタチオンモノメチルエステルに代えてグルタチオン
同量を使用した以外は実施例1と同様に操作を行なった
ー。第1a図に示されるように、投与群(GSH)の肝
臓におけるグルタチオン濃度にはいかなる効果も認めら
れなかった。また、第1b図に示される腎臓の場合には
、実質的に何等の変化もなかった対照群(CONTRO
L)に比べて、投与群(GSI−1)に僅かな効果か認
められた。
なお、グルタチオンモアメチルエステルについて観察さ
れた効果は、グルタチオンモアメチルエステルについて
認められた効果とほぼ同等である。
実施例3 致死量以下のアセトアミ/7エンで処理したマウスにお
いてJIF、臓グルタチオン濃度に著しい低下が認めら
れた(第3図;対照群<C0NTR0L))。
アセトアミノ7エン処理に続いてグルタチオンモノメチ
ルエステルを注射された投与群(GSH−ESTER)
においては、そのようなグルタチオン濃度の低下は認め
られなかった。対象的に、肝臓のグルタチオン濃度は着
しく上昇した。同じ条件下において、他のチオール類す
なわちL−システィン(CYSTEINE)やL−シス
ティンメチルエステル(CYSTEINE−ESTER
)の投与では、グルタチオンの肝臓濃度が著しく低かっ
た(第3図)。
本例において、絶食マウスにアセトアミ/7エン(2,
5ミリモル/kg’)を腹腔内注射し、30分後(第3
図矢印)、GSH千ツメツメチルエステル51−1、L
−システィン、し−システインメチルエステル(10ミ
リモル/kg)または等容量の0゜15M食塩水(フン
トロール)を投与した。組繊GSH濃度は、示された時
間間隔において各群3匹のマウスについて決定された。
値は平均値上S、D。
を示す。
実施例4 マウスに致死量の7セトアミノ7エン(5ミリモル/k
l?)を投与し、1時間後グルタチオンモアメチルエス
テル(10ミリモル/kg)を投与したところ、致死し
たものは認められなかった。この実験においては15匹
のマウスを上記方法で処理した;総で生存し、7日後に
は明らかに回復が認められた。等量のアセトアミ/7エ
ンを投与したのみで、グルタチオンモアメチルエステル
を投与しなかった40匹のマウス群においては、7日以
内に総てが致死した。
本明細書における開示は、投与されたグルタチオンエス
テルが肝臓および腎臓の細胞中に移行し、そこで加水分
解されてグルタチオンになることを示す。マウスがプチ
オニンスルホキシイミンで前処理された実験は、グルタ
チオンエステルの移行に対する強い証明を与える;これ
らの条件下において構成分アミノ酸からのグルタチオン
合成は著しく阻害される。
グルタチオン合成はブチオニン又ルホキシイミン眸より
着しく阻害されるのでグルタチオンは細胞内に伝達され
るものと考えられる。すなわち、本発明はグルタチオン
の必要シンセターゼが欠乏している場合でも、細胞内グ
ルタチオン濃度の上昇を可能ならしめるものである。
本発明の技術的範囲はここに詳細に開示された例に限定
されるものではなく、当業者にとって明白な改変をも包
含するものである。たとえば本発明により、容易には細
胞膜を通過しない他のチオール類についてこれを細胞内
に移行せしめるため、低級アルキルエステル、好ましく
はメチルエステルまたはエチルエステルを形成せしめる
ことが可能である。また、本発明のエステルは、穀物植
物に対しまたは成育前のそれらの種子に対し、吸収可能
な液体剤の形で投与することにより、それらに対して適
用されることのある除草剤の影響を防ぐ安全剤として使
用することも出来る。
なお、本明細書で使用した「低級アルキル」なる用語は
通常の意味を有し、メチルおよびエチルに加え、プロピ
ルも包含する。
【図面の簡単な説明】
第1a図および第1b図はそれぞれ肝臓および腎臓にお
けるグルタチオンエステルまたはグルタチオン投与群と
対照群のグルタチオン濃度の比較を示すグラフ、 第2a図および第21〕図はそれぞれ肝臓および腎臓に
おけるプチオニンスルホキシイミド前処理マウスのグル
タチオン濃度変化を示すグラフ、第3図は肝臓における
アセトアミノ7エン前処理マウスのグルタチオン濃度変
化を示すグラフである。 特許出願人 コーネル・リサーチ・ファウンデーション
、インコーホレイテッド 代 理 人 弁理士 青 山 葆 はか1名ocO<D
 寸 へ 0 5/H99/7t)7f (ε ’/HSE)’l1777’

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、グルタチオンのグリシンカルボキシル基に関する低
    級アルキルエステルを有効成分とする細胞の内部におけ
    るグルタチオン濃度の」二列剤。 2、当該低級アルキルエステルがメチルエステルである
    特許請求の範囲第1項記載の上昇剤。 3、当該低級アルキルエステルがエチルエステルである
    特許請求の範囲第1項記載の上昇剤。 4゜当該細胞が動物の細胞である特許請求の範囲第1項
    記載の上碧剤。 5、当該細胞が植物の細胞である特許請求の範囲第1項
    記載の上昇剤。 6、当該低級アルキルエステルが体重キログラム当たり
    0.5〜10ミリモル投与されるような投与形態にある
    特許請求の範囲第4項記載の上昇剤。 7、当該投与形態が注射剤形である特許請求の範囲第、
    6項記載の上y1剤。 8、医薬の解毒剤として使用される特許請求の範囲tp
    J1項記載の上昇剤。 9、照射抵抗増強剤として使用される特許請求の範囲第
    1項記載の上昇剤。 10、当該医薬が7セトアミノ7エンである特許請求の
    範囲第8項記載の上昇剤。 11、除草剤の毒性に対する抵抗増強剤として使用され
    る特許請求の範囲第1項記載の」二昇剤。 12、反応性酸素中間体の影響に対する抵抗増強剤とし
    て使用される特許請求の範囲第1項記載の」二昇剤。 13、本質的に舅粋なグルタチオンのグリシンカルボキ
    シル基に関する低級アルキルエステルを有効成分とする
    薬剤を、細胞の内部におけるグルタチオン濃度を上昇せ
    しめるに足る量において投与することにより、当該低級
    アルキルエステルを当該細胞の内部に移行せしめたうえ
    、その内部で加水分解せしめてグルタチオンに変化せし
    めることを特徴とするグルタチオンの細胞内濃度の上昇
    方14、 当該低級アルキルエステルがメチルエステル
    である特許請求の範囲第13項記載の上昇方法。 156 当該低級アルキルエステルがエチルエステルで
    ある特許請求の範囲第13項記載の上昇方法。 16、当該細胞が動物の細胞である特許請求の範囲第1
    3項記載の上昇方法。 17、当該細胞が植物の細胞である特許請求の範囲第1
    3項記載の上昇方法。 18、当該低級アルキルモノエステルが体重キログラム
    当たり0.5〜10ミリモル投与されるような投与形態
    にある特許請求の範囲第16項記載の上昇方法。 19、当該投与形態が注射剤形である特許請求の範囲第
    18項記載の上昇方法。 20、医薬の解毒を特徴とする特許請求の範囲第13項
    記載の上昇方法。 21、照射抵抗増強を特徴とする特許請求の範囲第13
    項記載の上昇方法。 22、当該医薬が7セトアミノ7エンである特許請求の
    範囲第20項記載の上昇方法。 23、除草剤の毒性に対する抵抗増強を特徴とする特許
    請求の範囲第13項記載の」1昇方法。 24、反応性酸素中間体の影響に対する抵抗増強を特徴
    とする特許請求の範囲第13項記載の上昇方法。 25、本質的に純粋なグルタチオンのグリシンカルボキ
    シル基に関する低級アルキルエステル。 26、当該低級アルキルエステルがメチルエステルであ
    る特許請求の範囲第25項記載のエステル。 27、当該低級アルキルエステルがエチルエステルであ
    る特許請求の範囲第25項記載のエステル。 28、グルタチオンジエステルが混入しているグルタチ
    オンモノエステルを水性媒質に溶解せしめ、この溶液の
    piを8.0〜9.2に調節し、当該水性媒質に対し非
    混和性の有機溶媒を用いてグルタチオンジエステルを抽
    出することを特徴とするグルタチオンモノエステルの精
    製方法。
JP59040253A 1983-12-02 1984-03-01 グルタチオン伝達系 Granted JPS60123497A (ja)

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