KR20000022254A - 근위축성 외측 경화증 치료에 유용한 항경련성 유도체 - Google Patents

Abstract

본 명세서에는 근위축성 외측 경화증을 치료하는데 유용한 항경련성 유도체가 개시되어 있다.

Description

근위축성 외측 경화증 치료에 유용한 항경련성 유도체

하기 화학식 I의 화합물은 동물실험에서 항경련제로서 매우 효과적인 것으로 밝혀진 구조적으로 신규한 간질치료용 화합물이다(참조: Maryanoff, B.E., Nortey, S.O., Gardocki, J.F., Shank, R.P. and Dodgson, S.P., J. Med. Chem., 30, 880-887, 1987; Maryanoff, B.E., Costanzo, M.J., Shank, R.P., Schupsky, J.J., Ortegon, M.E., and Vaught J.L., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 3, 2653-2656, 1993, McComsey, D.F. and Maryanoff, B.E., J. Org. Chem., 1995):

이 화합물은 미합중국 특허 제4,513,006호에 개시되어 있다. 이 화합물중의 하나로서 토피라메이트(topiramate)로 알려진 2,3:4,5-비스-O-(1-메틸에틸리덴)-β-D-프락토피라노오스 설파메이트는 사람의 간질에 대한 임상시도에서 간단하고 복잡한 부분적 발작 및 부차적으로 일반화된 발작을 치료하는데 보조치료제 또는 단일치료제로서 효과적인 것으로 입증되었으며(참조: E.FAUGHT, B.J. WILDER, R.E. RAMSEY, R.A. REIFE, L.D. KRAMER, G.W. PLEDGER, R.M. KARIM et al., Epilepsia, 36(S4) 33, 1995; S.K. SACHDEO, R.C. SACHDEO, R.A. REIFE, P. LIM and G. PLEDGER, Epilepsia, 36(S4) 33, 1995), 영국, 핀란드, 미국 및 스웨덴에서 부차적으로 일반화된 발작과 병행되거나 병행되지 않는 단순하고 복잡한 부분적 간질발작의 치료용으로 시판되고 있다. 이는 또한 전세계에 걸친 수많은 국가에 현재 특허출원중에 있다.

처음에 화학식 I의 화합물은 통상적으로 수행되는 마우스에서의 최대 전기충격 발작(maximal electroshock seizure; MES) 시험에서 항경련 활성을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다(참조: SHANK, R.P., GARDOCKI, J.F., VAUGHT, J.L., DAVIS, C.B., SCHUPSKY, J.J., RAFFA, R.B., DODGSON, S.J., NORTEY, S.O., and MARYANOFF, B.E., Epilepsia, 35, 450-460, 1994). 후속의 연구에서는 화학식 I의 화합물이 랫트에서의 MES 시험에서도 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 최근에는 토피라메이트가 간질에 대한 여러 가지 설치류 모델(참조: J.NAKAMURA, S.TAMURA, T.KANDA, A.ISHII, K.ISHIHARA, T. SERIKAWA, J.YAMADA and M.SASA, Eur. J. Pharmacol., 254, 83-89, 1994) 및 흥분성(kindled) 간질에 대한 동물모델(참조: A.WAUQUIER and S.ZHOU, Epilepsy Res., 24, 73-77, 1996)에서 발작을 차단시키는데 효과적인 것으로 밝혀졌다.

토피라메이트에 대한 최근의 전임상연구에서는 이전에 인식하지 못했던 약리학적 성질들이 발견되었는데, 이는 토피라메이트가 다른 신경 질환을 치료하는데도 효과적임을 암시한다. 다른 질환중의 하나가 근위축성 외측 경화증(ALS)이다.

따라서, 하기 화학식 I의 화합물이 근위축성 외측 경화증(ALS)을 치료하는데 유용한 것으로 밝혀졌다:

화학식 I

상기식에서

X는 O 또는 CH₂를 나타내고,

R₁, R₂, R₃, R₄및 R₅는 하기 정의하는 바와 같다.

본 발명에 따른 화학식 I의 설파메이트는 하기와 같이 정의된다:

화학식 I

상기식에서

X는 CH₂또는 산소를 나타내고;

R₁은 수소 또는 알킬을 나타내며;

R₂, R₃, R₄및 R₅는 각각 독립적으로 수소 또는 저급알콕시를 나타내고, X가 산소인 경우, R₂및 R₃및/또는 R₄및 R₅는 함께 하기 화학식 II의 메틸렌디옥시 그룹을 나타낼 수 있으며:

여기에서

R₆및 R₇은 동일하거나 상이하며 수소 또는 저급알킬을 나타내거나, 알킬로서 함께 결합하여 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실 환을 형성한다.

특히 R₁은 수소 또는 메틸, 에틸 및 이소프로필과 같은 탄소수 1 내지 4의 알킬을 나타낸다. 본 명세서에서 알킬은 직쇄 및 측쇄 알킬을 포함한다. R₂, R₃, R₄, R₅, R₆및 R₇에서의 알킬그룹은 탄소수 1 내지 3의 알킬이며 메틸, 에틸, 이소프로필 및 n-프로필을 포함한다.

화학식 I의 화합물중에서도 바람직한 화합물은 X가 산소이고, R₂및 R₃, R₄및 R₅가 둘다 화학식 II의 메틸렌디옥시 그룹이며, 여기에서 R₆및 R₇은 둘다 수소, 둘다 알킬이거나, 함께 스피로 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실 환을 형성하며, 특히 R₆및 R₇이 둘다 메틸과 같은 알킬인 화합물이다. 화합물의 두 번째 그룹은 X가 CH₂이고 R₄및 R₅가 함께 결합하여 벤젠환을 형성하는 것이다. 화학식 I 화합물의 세 번째 그룹은 R₂및 R₃가 둘다 수소인 것이다.

화학식 I의 화합물은 하기 방법에 의해 합성할 수 있다.

(a) 포타슘 a-부톡사이드 또는 수소화나트륨과 같은 염기의 존재하에 약 -20 내지 25℃의 온도에서 톨루엔, THF 또는 디메틸포름아미드와 같은 용매중에서 화학식 RCH₂OH(여기에서, R은 하기 화학식 III의 구조이다)의 알콜과 화학식 ClSO₂NH₂또는 ClSO₂NHR₁의 클로로설파메이트를 반응시킨다:

(b) 트리에틸아민 또는 피리딘과 같은 염기의 존재하에 약 -40 내지 25℃의 온도에서 디에틸에테르 또는 메틸렌클로라이드와 같은 용매중에서 화학식 RCH₂OH의 알콜과 화학식 SO₂Cl₂의 설퓨릴클로라이드를 반응시켜 화학식 RCH₂OSO₂Cl의 클로로설페이트를 생성시킨다.

그 후에 화학식 RCH₂OSO₂Cl의 클로로설페이트를 약 40 내지 25℃의 온도에서 메틸렌클로라이드 또는 아세토니트릴과 같은 용매중에서 화학식 R₁NH₂의 아민과 반응시켜 화학식 I의 화합물을 생성시킬 수 있다. (b)의 방법에 대한 반응조건은 또한 문헌(참조: T.Tsuchiya et al., in Tet. Letters, No. 36, p3365-3368, 1978)에 기재되어 있다.

(c) 메틸렌클로라이드 또는 아세토니트릴과 같은 용매중에서 화학식 RCH₂OSO₂Cl의 클로로설페이트와 소듐아지드와 같은 금속아지드를 반응시켜 문헌(참조: M.Hedayatullah in Tet. Lett., p2455-2458, 1975)에 기재된 바와 같이 화학식 RCH₂OSO₂N₃의 아지도설페이트를 수득한다. 그 후, 아지도설페이트를 귀금속 및 H₂로 처리하거나, 메탄올과 같은 용매중에서 구리금속과 함께 가열하여 촉매적 수소첨가반응을 수행함으로써 R₁이 수소인 화학식 I의 화합물로 환원시킨다.

화학식 RCH₂OH의 출발물질은 상업적으로 또는 당업계에 공지된 방법으로 얻을 수 있다. 예를들어, R₂및 R₃, R₄및 R₅가 동일하며 화학식 II의 구조를 갖는 화학식 RCH₂OH의 출발물질은 문헌(참조: R.F.Brady in Carbohydrate Research, Vol. 14, p35-40, 1970) 기재의 방법에 의하여 제조할 수 있거나, 약 25℃의 온도에서 할로카본, 예를들어 메틸렌클로라이드와 같은 용매중에서 염산과 같은 양성자성 산 또는 염화아연과 같은 루이스산의 존재하에 화학식 R₆COR₇의 케톤 또는 알데히드와 프락토오스의 트리메틸실릴 에놀 에테르 반응에 의해 제조할 수 있다. 트리메틸실릴 에놀 에테르 반응은 문헌(참조: G.L.Larson et al in J. Org. Chem., Vol.38, No.22, p3935, 1973)에 기술되어 있다.

또한, 화학식 RCOOH 및 RCHO의 카복실산 및 알데히드는 표준 환원기술, 예를들어, 문헌(참조: H.O.House in "Modern Synthetic Reactions", 2nd Ed., pages 45 - 144, 1972)에 기술되어 있는 바와 같이, 디글림(diglyme), THF 또는 톨루엔과 같은 불활성 용매중에서 약 0 내지 100℃의 온도하에 리튬알루미늄하이드리드, 소듐보로하이드리드 또는 보란-THF 복합체와 함께 반응시키는 방법으로 화학식 RCH₂OH 의 화합물로 환원시킬 수 있다.

화학식 I의 화합물은 또한 본 명세서에 참고문헌으로 언급된 미합중국 특허 제4,513,006호에 개시된 방법에 따라 제조할 수 있다.

화학식 I의 화합물은 다양한 개개의 이성체 및 그의 라세미체를 포함한다. 예를들어, 6-원환상의 R₂, R₃, R₄및 R₅가 화합물 평면의 상하로 다양한 알파 및 베타배열을 가질 수 있다. 바람직하게는, 메틸렌디옥시 그룹(II)의 산소들이 6-원환에 대해 동일한 쪽(side)을 향하고 있다.

근위축성 외측 경화증(ALS)의 치료에 있어서 화학식 I의 화합물이 활성을 나타낸다는 것은 토피라메이트(topiramate)가 글루타메이트 수용체의 AMPA/카이네이트(kainate) 아유형에 대해 길항효과를 가진다는 것을 나타내는 연구(참조: The R.W. Johnson Pharmaceutical Research Institute, Internal Research Report, Document ID Accession No. A500,960; J.W. GIBBS III, S.SOMBATI, R.J. DELORENZO, and D.A. COULTER, Epilepsia 37, in press, 1996)에서 밝혀졌으며, ALS는 글루타메이트의 조절이 손상되는 만성적인 신경변성 장애이다(참조: J.D. ROTHSTEIN, M. VAN KAMMEN, A.I. LEVEY, L.J. MARTIN and R.W. KUNCI, Annals Neurology 38, 73-84). 글루타메이트는 CNS 에서의 주요 흥분 신경전달물질로서 활용된다. 이러한 기능은 글루타메이트 분자가 뉴론의 시냅스 말단내의 소포에 저장되는 생리학적 과정에 의해 수행된다. 이 분자들은 활동 전위가 시냅스막을 탈분극시킬 때, 시냅스틈 내로 들어가서, 목표 뉴론의 후-시냅스막(post-synaptic membrane) 중의 특정 수용체를 활성화시킨다. 연이어, 이 분자들은 주변 신경교 세포 (신경교 성상세포) 및 전시냅스 뉴론(presynaptic neuron)의 시냅스말단의 막중의 단백질 "운반체"에 의해 시냅스틈으로 부터 이동된다. ALS의 경우에, 이들 운반 단백질의 활성은 비정상적으로 낮게 나타나는데, 이는 시냅스틈중의 글루타메이트 농도의 비정상적인 증가를 야기할 수 있다. 이는 글루타메이트 수용체의 과도한 활성을 야기할 수도 있는데, 충분하다면, 이는 뉴론 세포의 사멸을 유도할 수도 있다(참조: J.D. ROTHSTEIN, In: Pathogenesis and Therapy of Amyotrophic Lateral Sclerosis, Edited by G. Serratrice and T. Munsat, Advances in Neurology 68, 7-20, Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia, 1995).

연구에서, 토피라메이트가 글루타메이트 수용체의 일정 아유형을 선택적으로 활성화시키는 글루타메이트의 상사체인 뉴론 흥분 활성 카이네이트를 길항시킨다는 것을 밝혀냈다(참조: J.W. GIBBS III, S.SOMBATI, R.J.DELORENZO, and D.A.COULTER, Epilepsia 37, in press, 1996; The R.W. Johnson Pharmaceutical Research Institute, Internal Research Reports, Document ID Accession Numbers A500,960 and 398533:1). 이 연구에 있어서, 태아 랫트의 해마로부터 유도되는 뉴론을 넣은 첫 번째 배지를 고밀도 및 잦은 시냅스 접촉이 달성되도록하는 조건하에서 14 내지 21 일 동안 시험관내에서 배양시켰다. 기공성 전세포 패치-클램프 방법(perforated whole-cell patch-clamp procedure)은 뉴론 막의 전기적 성질을 연구하는데 이용되었다. 이 방법에 있어서, 기록 전극 및 세포내 유체 사이의 전기적 접촉은 암포테리신 B (amphotericin B)를 사용함에 의해 달성되어 세포막중에 공극을 형성시킨다. 이는 세포막 전위 또는 세포막을 가로지르는 전류 흐름이 정확히 기록될 수 있도록 한다. 카이네이트, 토피라메이트 및 다른 시험 화합물들은 멀티-배럴 테플론 농도 클램프 피펫을 사용하여 뉴론상에 미세하게 뿌려진다. (DMSO 중에 용해(1M)된 후, 뉴론이 배양되는 배지중에서 희석된) 토피라메이트는 0.01, 0.1, 1 , 10 또는 100 의 농도로 적용되고, 카이네이트는 0.1 또는 1 mM 의 농도로 적용되었다.

실험의 첫 번째 셋트에 있어서, 카이네이트-자극 전류에 대한 토피라메이트의 길항 작용은 막 전위의 작용으로서 결정되었다. 카이네이트-유도 막전류가 -60mV 내지 +60mV 범위의 전압-클램프된 전위에서 기록되는 실험에 있어서, 20mV에서 토피라메이트의 길항 효과가 강화된다는 것은 막이 탈분극되는 것과 같은 감소로 밝혀졌다. 따라서, 토피라메이트는 휴지상태 근처의 막전위에서 가장 효과적이었다.

토피라메이트의 길항 작용의 시간-경과는 실험의 두 번째 셋트에서 평가되었다. 카이네이트는 1 분의 간격으로 3초 동안 전도성 유체(bathing fulid)내로 맥동되었고, 카이네이트-자극 전류가 확정되는 동안 베이스라인당 한 번, 토피라메이트가 수분 내지 20분의 시간 기간동안 계속적으로 적용되었다. 카이네이트-자극 전류의 부분적 차단은 토피라메이트가 적용된 후, 1분내에 명백하게 되었으나, 포화 농도에서 카이네이트-자극 전류는 단지 20 내지 40%만큼 감소되었다. 이러한 효과는 토피라메이트가 5분내에 세척에 의해 제거되면 즉시 반대로 되었다. 그러나, 토피라메이트가 10분이상 계속적으로 적용되면, 카이네이트-유도 세포막전류에 대한 길항 효과의 크기는 현저하게 증가되었고, 토피라메이트가 제거되었을 때, 남아있는 카이네이트-자극 전류는 쇠약해졌다. 농도-반응 곡선이 토피라메이트의 차단 효과의 두 단계 동안에 만들어졌다. EC₅₀은 각 단계 동안 대략 1 마이크로몰이었다. 그러나, 최대 반응을 위해 요구되는 농도는 첫 번째 단계(단계 I 차단)동안에 대략 0.1mM이었고, 두 번째 (단계 II 차단) 동안에 대략0.010mM이었다.

글루타메이트 수용체의 작용 상태가 단백질 키나제 및 포스파타제에 의해 부분적으로 조절된다는 강제적인 증거(참조: L.Y. WANG, F.A. TAVERNA, X.P. HUANG, J.F. MACDONALD, and D.R. HAMPSON, Science 259, 1173-1175, 1993) 때문에, 단계 II 차단 효과는 카이네이트-활성화된 수용체의 탈인산화에 의해 설명될 수 있다. cAMP-의존 단백질 키나제 (PKA) 가 카이네이트 활성화된 수용체를 조절한다는 증거에 기초하여(참조: L.Y. WANG, F.A. TAVERNA, X.P. HUANG, J.F. MACDONALD, and D.R. HAMPSON, Science 259, 1173-1175, 1993), 실험의 한 셋트는 토피라메이트의 단계 II 차단에 이어서 디부티릴 사이클 AMP 가 카이네이트의 흥분 활성을 복구시킬수 있는지; 즉, "역행시킬 수 없는" 효과가 역행되도록 할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 착수되었다. 이 실험은 디부티릴 사이클 AMP 가 부분적으로 또는 전체적으로 카이네이트-자극 전류를 복구시키는 것을 밝혀냈다. 실험의 다른 셋트에서, 토피라메이트의 적용전 및 적용중에 비특이적 포스파타제 억제제 옥카다산을 1마이크로몰로 적용하여, 카이네이트 활성화된 수용체의 탈인산화가 토피라메이트의 단계 II 차단 효과를 막는 것을 억제할수 있는 가 여부를 결정하였다. 옥카다산은 토피라메이트의 적용전에 카이네이트-자극 전류에 대해 작은 영향을 주고, 토피라메이트의 초기 길항 효과(단계 I 차단) 에는 영향을 주지 않는다; 그러나, 예측되는 바와 같이, 단계 II 차단을 막는다. 이러한 결과는 토피라메이트가 단백질 키나제(PKA)가 카이네이트-활성화가능한 수용체를 인산화시키는 것을 직접적으로 또는 간접적으로 억제하여, 그들이 비활성화되는 탈인산화 상태로 수용체를 이동시키는 것을 나타낸다.

토피라메이트가 글루타메이트 수용체에 대한 카이네이트의 작용을 길항시키는 메카니즘과 상관없이, 이 길항 효과는 수용체 활성의 비율을 감소시킨다. ALS 와 같이 글루타메이트 수용체의 과도한 활성이 있는 병리학상의 상태에 있어서, 글루타메이트 수용체의 활성화에서의 약물-유도된 감소는 신경세포가 사멸되는 것을 줄일 것이다.

근위축성 외측 경화증(ALS)을 치료하기 위하여, 화학식 I의 화합물을 일일용량 약 100 내지 800㎎ 범위로 사용할 수 있으며, 통상 평균적인 성인에게는 2회로 분리하여 투여한다. 단위복용형은 활성성분을 약 25 내지 200㎎ 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 약제학적 조성물을 제조하기 위하여, 통상의 약제학적 기술에 따라 하나 또는 그 이상의 화학식 I의 설파메이트 화합물을 약제학적 담체와 균일하게 혼합하며, 이때 담체로는 투여에 바람직한 제제형태가 예를들어, 경구제, 좌제 또는 비경구제인지에 따라 매우 다양한 형태의 것을 취할 수 있다. 경구복용형의 조성물을 제조하는 경우, 통상의 약제학적 매질중의 어느 것이라도 사용할 수 있다. 따라서, 예를들어 현탁액, 엘릭시르 및 용액제와 같은 액상 경구제제의 경우, 적당한 담체 및 첨가제로서 물, 글리콜, 오일, 알콜, 향미제, 보존제, 착색제 등을 사용하고; 파우더, 캅셀제 및 정제와 같은 고체 경구제제의 경우, 적당한 담체 및 첨가제로서 전분, 설탕, 희석제, 과립화제, 윤활제, 결합제, 붕해제 등을 사용한다. 투여의 용이성으로 인하여 정제 및 캅셀제가 경구투여용 단위형태로서 가장 유리하며, 이 경우에 당연히 고체 약제학적 담체가 사용된다. 경우에 따라, 정제는 표준 기술에 따라 당의정 또는 장용피정으로 제조될 수 있다. 좌제로 제조하는 경우에는 담체로서 코코아버터가 사용될 수 있다. 비경구제의 경우, 담체로는 통상 멸균수를 사용하나, 예를들어 용해성 또는 보존성을 증가시키기 위하여 다른 성분들을 함유시킬 수 있다. 주사용 현탁액을 제조하는 경우에도 적합한 액체 담체, 현탁화제 등을 사용할 수 있다. 토피라메이트는 현재 활성성분을 25㎎, 100㎎ 또는 200㎎ 함유하는 둥근모양의 정제로서 경구투여용으로 시판되고 있다. 이 정제는 하기의 비활성 성분들, 즉 수화 락토오스, 예비젤라틴화된 전분, 미세결정성 셀룰로오스, 소듐 전분 글리콜레이트, 마그네슘 스테아레이트, 정제수, 카나우바왁스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스, 티타늄디옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 합성 산화철 및 폴리솔베이트 80을 함유한다.

본 발명에 따른 약제학적 조성물은 예를들어 정제, 캅셀제, 파우더 주사제, 티스푼 하나의 양(teaspoonful), 좌제 등과 같은 단위복용형당 활성성분을 약 50 내지 약 200㎎ 함유한다.

Claims (4)

1. 근위축성 외측 경화증(ALS)을 앓고 있는 포유동물에게 화학식 I의 화합물을 치료학적 유효량으로 투여함을 특징으로 하여 근위축성 외측 경화증(ALS)을 치료하는 방법:

   화학식 I

   상기식에서

   X는 CH₂또는 산소를 나타내고;

   R₁은 수소 또는 알킬을 나타내며;

   R₂, R₃, R₄및 R₅는 각각 독립적으로 수소 또는 저급알킬을 나타내고, X가 CH₂인 경우 R₄및 R₅는 벤젠환을 형성하도록 결합된 알켄 그룹일 수 있으며, X가 산소인 경우 R₂및 R₃및/또는 R₄및 R₅는 함께 하기 화학식 II의 메틸렌디옥시 그룹을 나타낼 수 있고:

   화학식 II

   여기에서

   R₆및 R₇은 동일하거나 상이하며 수소 또는 저급알킬을 나타내거나, 알킬로서 함께 결합하여 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실 환을 형성한다.
2. 제1항에 있어서, 화학식 I의 화합물이 토피라메이트(topiramate)인 방법.
3. 제1항에 있어서, 치료학적 유효량이 약 100 내지 800㎎인 방법.
4. 제1항에 있어서, 양이 약 25 내지 200㎎인 방법.