TWI765181B - 西格列羧及其相關化合物的應用 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及藥物技術領域，公開了西格列羧及其相關化合物的應用。本發明通過體外模型和動物模型闡述了西格列羧及其相關化合物在體外抑制成纖維細胞活化與基質產生、單核細胞活化與趨化活性，在肝纖維化動物模型中降低炎症活動和組織纖維化面積，和已知的類似化合物相比，西格列他鈉顯示出更為顯著和不同的活性特點，具有更好的治療纖維化疾病的應用潛力。

Description

西格列羧及其相關化合物的應用
本發明涉及藥物技術領域，具體涉及西格列羧及其相關化合物的應用。
西格列羧是西格列他鈉的活性產物，西格列他鈉是我國有自主智慧財產權的擬治療2型糖尿病的創新化合物，其可增加胰島素的敏感性、降低血糖和改善其他代謝綜合症的藥理作用已經在離體與整體多種試驗模型上得到證實，兩者的結構式如下：
Figure 108134679-A0202-12-0001-1
西格列羧目前所報導的適用症為2型糖尿病，但是在纖維化疾病中並無相關報導。
纖維化(fibrosis)是一種病理生理過程，可發生於體內多種組織器官，其病理特徵為器官組織內纖維結締組織增多，實質細胞減少。纖維化持續進展可導致器官結構破壞和功能減退乃至衰竭，屬於有致命威脅的病理類型。機體器官由實質和間質兩部分構成，實質部分是指器官的主要結構和功能細胞，間質部分由間質細胞和細胞外基質組成，主要維持組織器官形態結構和正常功能運轉。
外源或內源性因素引起的組織細胞損傷，會誘發局部的炎症反應和修復過程。在損傷較小的情況下，修復過程包括有限的功能細胞增生和間質部分的補充；在損傷較大或者損傷因素持續存在時，修復過程也將持續進行，間質細胞活化產生的細胞外基質會侵佔實質功能細胞的位置，從而改變組織結構和降低正常生理功能。因此本質上纖維化是組織遭受損傷後的正常修復反應，以保護組織器官的相對完整性。而過度的纖維化則會改變組織器官正常形態並削弱其功能。
幾乎所有的人體主要器官都可能發生纖維化病變，包括肺臟(如特發性間質性肺炎等)、心臟(肥厚性心肌病等)、肝臟(非酒精性脂肪肝、肝硬化等)、腎臟(慢性腎炎等)、骨髓(骨髓纖維化等)、皮膚(系統性硬化症等)等組織器官都會累及。
纖維化病變是一個多因素多環節的病理過程，至少包括組織實質細胞損傷、炎症反應、間質細胞活化以及基質形成。實質細胞損傷的外源因素常見的如藥物損傷，內源性因素包括自身免疫性損傷和代謝毒性(如脂毒性)；機體正常的炎症反應過程通常是可控的，在免疫活化因素(外源感染、組織細胞損傷)消除後通過負反饋因數終止炎症過程，但是如果刺激因素持續存在(慢性感染、自身免疫性抗原等)或免疫功能缺陷會形成慢性炎症；損傷細胞和免疫細胞產生各種因數(轉化生長因數TGFβ或血小板源生長因數PDGFα/β等)刺激間質細胞活化、增殖並產生膠原等細胞外基質，上述刺激的持續存在造成基質累積和組織纖維化。因此，纖維化疾病的干預過程需要多個環節的參與。在目前的臨床治療中，纖維化仍是一個不可逆的疾病進展過程，常規治療包括皮質激素類和其它抗炎藥物、化療藥物和抗血小板源生長因數受體藥物，通常只能部分改善患者症狀，主要治療目標仍為延緩疾病進展和維持正常生理功能，晚期患者只能接受器官移植作為挽救手段，因此，臨床治療方面存在巨大的臨床需求。
有鑑於此，本發明的目的在於提供西格列羧及其相關化合物在纖維化疾病範疇中的系列應用。
本發明中所述西格列羧及其相關化合物為西格列羧或其立體異構體、幾何異構體、互變異構體、溶劑化物、代謝產物、晶型、無定形、藥學上可接受的鹽；
所述藥學上可接受的鹽為西格列他鈉或西格列他鉀，兩者的結構式如下：
Figure 108134679-A0202-12-0003-2
成纖維細胞的活化增殖是纖維化疾病過程中重要的病理過程。抑制成纖維細胞增殖具有治療纖維化疾病的應用潛力。本發明以原代人肝星狀細胞和原代人皮膚成纖維細胞為試驗物件，檢測西格列他鈉以及參考化合物對兩者的體外抑制作用。結果顯示，相比參考化合物吡格列酮，西格列他鈉對人皮膚和肝臟來源的成纖維細胞體外增殖均有抑制活性，而吡格列酮沒有明顯的抑制活性；西格列他鈉特異性抑制成纖維細胞的體外增殖，和其它已知的PPAR激動劑如吡格列酮的活性特點有明顯區別。基於此，本發明提出了西格列羧及其相關化合物製備成纖維細胞抑制劑中的應用。
轉化生長因數β(TGF-β)可以啟動成纖維細胞並誘導細胞外基質相關基因的表達，在纖維化疾病病理過程中具有重要作用。TGF-β1通過與 TGF-β受體的相互作用刺激成纖維細胞活化並誘導基質表達，包括α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和結締組織生長因數(CTGF)等。本發明用含有TGF-β1和西格列他鈉或參照化合物的培養基培養原代人肝星狀細胞，然後檢測α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和結締組織生長因數(CTGF)的基因表達情況。結果顯示，在轉化生長因數TGFβ刺激下，成纖維細胞中基質相關基因表達顯著升高，西格列他鈉顯著抑制這一過程。對於平滑肌肌動蛋白α表達，PPARα/δ雙激動劑GFT505有一定抑制作用，但仍不如西格列他鈉，PPARγ/α雙激動劑吡格列酮沒有作用；而對於結締組織生長因數表達，僅有西格列他鈉具有顯著的而且是劑量依賴的抑制作用。顯示出西格列他鈉相比於其它PPAR激動劑如吡格列酮和GFT505對成纖維細胞的增殖和纖維化相關基因表達具有更好的出乎意料的抑制效果。基於此，本發明提出了西格列羧及其相關化合物在製備TGFβ啟動的成纖維細胞的細胞外基質抑制劑中的應用。
細胞損傷後誘導的局部炎症效應由單核細胞參與，損傷釋放的趨化因數誘導單核細胞到達損傷部位並活化成為巨噬細胞，繼而產生各種炎症因數(如腫瘤壞死因數TNFα和單核細胞趨化蛋白MCP-1等)啟動後續炎症反應，持續的炎症反應誘導成纖維細胞活化和產生細胞外基質，這是纖維化疾病的重要病理過程。抑制這一過程對於纖維化疾病具有治療用途。本發明以人急性單核細胞白血病單核細胞株(THP-1)為試驗物件，由一定濃度佛波酯(Phorbol-12-myristate-13-acetate,PMA)活化，分化成為巨噬細胞。通過該細胞模型，檢測西格列他鈉及其他化合物對活化THP-1相關炎症因數表達的影響。結果顯示，西格列他鈉和對照化合物GFT505均能顯著抑制佛波酯刺激的單核細胞活化和相關基因表達，但是對照化合物GFT505的效果較之西格列他鈉不足。基於此，本發明提出了西格列羧及其相關化合物在製備炎症因數抑制劑中的應用。
血液迴圈中的單核細胞在趨化因數的誘導下發生趨化作用並到達損傷部位從而啟動和參與後續炎症反應，這是組織纖維化的重要病理過程之一。本發明通過Transwell技術模擬這一過程，並測試西格列他鈉或對照化 合物對趨化因數誘導的單核細胞系THP-1趨化作用的影響。結果顯示，西格列他鈉相比對照化合物，顯著抑制單核細胞趨化因數誘導的單核細胞THP-1遷移活性(transwell)，吡格列酮有部分抑制活性，另外2個對照化合物沒有明顯抑制活性。不同PPAR激動劑顯示出不同的活性特點，西格列他鈉具有更強的抑制活性。基於此，本發明提出了西格列羧及其相關化合物在製備單核細胞趨化作用抑制劑中的應用。
內源或外源損傷因素(如化學毒物)引起組織細胞死亡並誘導炎症反應和組織修復，是纖維化疾病的典型病理。四氯化碳(CCl4)通常用來作為類比肝組織纖維化的化學損傷因素，也是廣泛採用的齧齒類動物肝纖維化研究模型。本發明通過該模型測試西格列他鈉不同劑量下對肝纖維化過程的抑制作用。結果顯示，在小鼠模型上，四氯化碳(CCl4)可以誘導肝臟的實質細胞死亡、炎症浸潤和組織纖維化，與臨床病理現象相同。西格列他鈉在高、中、低劑量下均能部分抑制肝組織炎症活動度和纖維化程度，具有纖維化疾病治療的藥效活性。基於此以及前述各項試驗效果，本發明提出了西格列羧及其相關化合物在製備治療纖維化疾病藥物中的應用。
綜合本發明的一系列試驗結果，可以得出西格列羧及其相關化合物在治療纖維化疾病中的明確效果，特別是慢性炎症導致組織細胞損傷引起的纖維化疾病。其中，慢性炎症導致組織細胞損傷引起的纖維化疾病包括但不限於系統性硬化症、慢性腎炎及腎纖維化、骨髓纖維化、特發性肺纖維化和非酒精性脂肪肝。
由以上技術方案可知，本發明通過體外模型和動物模型闡述了西格列羧及其相關化合物在體外抑制成纖維細胞活化與基質產生、單核細胞活化與趨化活性，在肝纖維化動物模型中降低炎症活動和組織纖維化面積，和已知的類似化合物相比，西格列他鈉顯示出更為顯著和不同的活性特點，具有更好的治療纖維化疾病的應用潛力。
第1圖所示為西格列他鈉對人肝星狀細胞的體外生長抑制曲線(EdU法)；
第2圖所示為西格列他鈉對人肝星狀細胞的體外生長抑制曲線(MTT法)；
第3圖所示為西格列他鈉對人皮膚成纖維細胞的體外生長抑制(MTT法)；
第4圖所示為不同濃度西格列他鈉以及對照化合物GFT505和吡格列酮對TGFβ刺激的成纖維細胞中目標基因的表達影響；
第5圖所示為西格列他鈉和對照化合物GFT505對佛波酯刺激的單核細胞中目標基因的表達影響；其中，每組柱形從左至右依次為溶劑對照(二甲基亞碸)、西格列他鈉(3微摩爾/升)和GFT505(3微摩爾/升)；
第6圖所示為西格列他鈉和對照化合物對THP-1細胞趨化遷移的影響(結晶紫染色結果)；其中，A為溶劑對照(二甲基亞碸)，B為溶劑對照+MCP-1(10納克/毫升)，C為西格列他鈉(3微摩爾/升)+MCP-1(10納克/毫升)，D為GFT505(3微摩爾/升)+MCP-1(10納克/毫升)，E為吡格列酮(3微摩爾/升)+MCP-1(10納克/毫升)，F為羅格列酮(3微摩爾/升)+MCP-1(10納克/毫升)；
第7圖所示為肝組織病理切片HE染色的顯微鏡觀察圖；
第8圖所示為肝組織切片HE染色結果的炎症評分結果；
第9圖所示為肝組織病理切片天狼星紅染色的顯微鏡觀察圖；
第10圖所示為肝組織病理切片天狼星紅染色的纖維化評分結果。
本發明公開了西格列羧及其相關化合物的應用，本領域技術人員可以借鑒本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明所述應用已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和範圍內對本文所述應用進行改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技術。
以下就本發明所提供的西格列羧及其相關化合物的應用做進一步說明。
實施例1：西格列他鈉對人PPAR受體的活化
PPAR報告基因模型包括三個亞型的表達質粒，RXR表達質粒、帶有螢光素酶的報告基因質粒、和作為外參照的GFP表達質粒。人肝細胞株L-02接種96孔板中，數量為15000個/孔，鋪板率約為50%。37℃培養24小時。採用羅氏(Roche)公司的FuGENE 6向每孔細胞中轉入相應的表達質粒(pHD螢光報告基因質粒+PPARα表達質粒+GFP表達質粒用於PPARα活性檢測；pACOX螢光報告基因質粒+PPARγ表達質粒+RXR表達質粒+GFP表達質粒用於PPARγ活性檢測；pGL3-PPRE螢光報告基因質粒+PPARδ表達質粒+RXR表達質粒+GFP表達質粒用於PPARδ活性檢測)。
轉染48小時後，向培養細胞中分別加入不同濃度的測試藥物，另外設置DMSO溶劑對照，每種處理組設置三個重複孔。
加藥24小時後，棄去細胞培養液，將96孔板倒置于吸水紙上將細胞培養液徹底去除，每孔加入80μL細胞裂解液(Promega，E153A)，室溫下靜置5分鐘後用移液器吹打均勻，每孔吸取60μL細胞裂解液轉移至檢測用白板中(Corning，3693)。
使用螢光檢測儀首先檢測每孔中的綠色螢光蛋白(GFP)的螢光強度(波長485-527nm)作為內參照標準，然後向每孔中加入30μL螢光素酶底物(Promega，E151A)，輕微晃動混勻後檢測波長為562nm的光吸收值，測試藥物所測得螢光檢測信號以內參照GFP信號校正後與溶劑對照的校正信號相比，得到一個相對的報告基因啟動強度，通過不同濃度的活性計算測試藥物的半數啟動活性(AC50)(表1)。
Figure 108134679-A0202-12-0007-3
結果顯示，西格列他鈉對PPAR三個亞型均有啟動活性。
實施例2：西格列他鈉對成纖維細胞的增殖抑制
原代人肝星狀細胞(human hepatic stellate cell,HSC)購自Sciencell公司，將細胞接種于完全生長培養基(Stellate Cell Medium)的96孔板中24小時，然後在不含血清及生長因數的培養基中饑餓過夜。將培養基用含有血小板源生長因數(PDGF-BB)和不同濃度待測試化合物(西格列他鈉或參照化合物PPARγ/α雙激動劑吡格列酮，購自Selleck公司)的新鮮培養基替換，培養24小時。在化合物處理的最後17小時向細胞中加入EdU(5-乙炔基-2'-去氧尿苷)。最後，除去培養基，將細胞用甲醛固定，並根據製造商的說明書(碧雲天)，使用螢光Click-it測定法對細胞的DNA中的EdU進行量化。結果表示為總細胞數中的EdU陽性細胞的百分比，生物學三重複的平均值。化合物對細胞增殖的抑制通過對比對照組的EdU摻入測定值來確定(第1圖)。
原代人肝星狀細胞或原代人皮膚成纖維細胞(human dermal fibroblast,HDF，均購自Sciencell公司)接種于完全生長培養基(Stellate Cell Medium或Fibroblast Cell Medium)的96孔板中24小時，然後在不含血清及生長因數的培養基中饑餓過夜。將培養基用含有血小板源生長因數(PDGF-BB)和不同濃度待測試化合物的新鮮培養基替換，繼續培養72小時，採用常規的MTT檢測試劑盒(Promega公司)檢測。結果表示為MTT底物的相對吸光度(OD490)，取生物學三重複的平均值。化合物對細胞增殖的抑制通過對比對照組的吸光度測定值來確定(第2圖，第3圖)。
由第1-3圖可以看出，相比參考化合物吡格列酮，西格列他鈉對人皮膚和肝臟來源的成纖維細胞體外增殖均有抑制活性，而吡格列酮沒有明顯的抑制活性。西格列他鈉特異性抑制成纖維細胞的體外增殖，和其它已知的PPAR激動劑如吡格列酮的活性特點有明顯區別。
實施例3：西格列他鈉和對照化合物對轉化生長因數TGFβ啟動的成纖維細胞基因表達影響
將人原代肝星狀細胞接種于完全生長培養基(Stellate Cell Medium)的6孔板中24小時，將培養基用含有TGF-β1和待測試化合物(西格列他鈉)或參照化合物PPARγ/α雙激動劑吡格列酮、PPARα/δ雙激動劑GFT505(均購自Selleck公司)的新鮮培養基(不含血清及生長因數)替換，培養24小時。提取樣品總RNA，反轉錄後採用常規PCR擴增試劑盒(FastStart Universal SYBR@ Green Master(ROX),Roche)進行檢測，PCR引物設計參考NCBI中靶基因的標準mRNA序列進行設計(表2)，PCR反應和檢測在ABI StepOnePlus即時定量PCR測序儀上進行。
Figure 108134679-A0202-12-0009-4
通過“Delta-Delta CT method”(Livak等Methods 2001)對轉錄物的相對量進行計算，使用ACTB作為用於歸一化的管家基因，並將未處理的人肝星狀細胞的平均數據作為參考對照，計算基因表達的相對變化倍數(圖4)。
第4圖結果說明，在轉化生長因數TGFβ刺激下，成纖維細胞中基質相關基因表達顯著升高，西格列他鈉顯著抑制這一過程。對於平滑肌肌動蛋白α表達，PPARα/δ雙激動劑GFT505有一定抑制作用，PPARγ/α雙激動劑吡格列酮沒有作用；而對於結締組織生長因數表達，僅有西格列他鈉具有顯 著的而且是劑量依賴的抑制作用。顯示出西格列他鈉相比於其它PPAR激動劑如吡格列酮和GFT505對成纖維細胞的增殖和纖維化相關基因表達具有更好的出乎意料的抑制效果。
實施例4：西格列他鈉和對照化合物對佛波酯(PMA)活化的單核細胞系THP-1中相關炎症因數表達的影響
人急性單核細胞白血病單核細胞株(THP-1)由一定濃度佛波酯(Phorbol-12-myristate-13-acetate,PMA)活化，分化成為巨噬細胞。可通過該細胞模型，檢測西格列他鈉及其他化合物對活化THP-1相關炎症因數表達的影響。
THP-1接種于含完全生長培養基的6孔板中24小時，再將培養基用含有PMA和待測試化合物(西格列他鈉)或參照化合物GFT505(PPARα/δ雙激動劑)的新鮮培養基替換，培養6小時。提取樣品總RNA並通過反轉錄反應(Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit，Roche)合成cDNA範本。採用常規的PCR試劑盒(FastStart Universal SYBR@ Green Master(ROX),Roche)，在ABI StepOne Plus即時定量PCR測序儀上進行半定量基因表達檢測，目標基因引物見表2。
目標基因的相對表達變化採用內參照基因β-肌動蛋白(ACTB)作為歸一化的標準，與未經處理的細胞樣品進行對照比較，計算相對表達變化倍數(圖5)。
第5圖結果說明，西格列他鈉和對照化合物GFT505均能顯著抑制佛波酯刺激的單核細胞活化和相關基因表達，但對照化合物GFT505不如西格列他鈉。
實施例5：西格列他鈉和對照化合物對趨化因數誘導的單核細胞系THP-1趨化作用的影響
在體外模型中，單核細胞系THP-1在一定濃度趨化因數(如單核細胞趨化蛋白1，MCP-1)的誘導下，會發生細胞遷移活動，從而模擬體內的過程。Transwell技術，根據製造商Corning公司的說明書介紹，可認為 Transwell是一種聚碳酸酯膜濾器，一種具有通透性的支架。聚碳酸酯膜將培養室劃分為上下兩室，下層培養液中的成分可影響上層細胞的生長分化以及運動情況。最終通過染色及計數下室細胞量可反映細胞的遷移能力。
THP-1細胞系培養至對數生長期，重新懸浮細胞並調整濃度鋪于24孔板中。用含有待測試化合物(西格列他鈉)或對照化合物GFT505、吡格列酮、PPARγ單激動劑羅格列酮(均購自Selleck公司)的培養基預處理24小時。根據製造商說明書使用Transwell，在下室(即24孔板底部)加入含趨化因數MCP-1的培養基，上室加入細胞懸液培養4h後，固定聚碳酸酯膜“天花板”面的細胞用結晶紫溶液進行染色(第6圖)，並計數下室細胞數目(表3)。
Figure 108134679-A0202-12-0011-5
結合表3和第6圖可以看出，西格列他鈉相比對照化合物，顯著抑制單核細胞趨化因數誘導的單核細胞THP-1遷移活性(transwell)，吡格列酮有部分抑制活性，但明顯不如西格列他鈉，另外2個對照化合物沒有明顯抑制活性。不同PPAR激動劑顯示出不同的活性特點，西格列他鈉具有更強的抑制活性。
實施例6：西格列他鈉抑制四氯化碳誘導的小鼠模型中的肝纖維化過程
BALB/c小鼠腹腔注射25%CCl4(4毫升/公斤體重)，每週注射兩次，3周可以造成肝損傷和慢性肝纖維化病變，模型動物均連續給予6周，非模型對照組給予溶劑對照橄欖油相同時間。模型動物從3周起隨機分組，對照藥物組從第四周開始給予灌胃溶劑(0.2%甲基纖維素鈉)，西格列他鈉高、中、低劑量組分別灌胃給予40、20、10毫克/公斤體重的西格列他鈉原料藥(表4)，至第7周試驗結束，實驗動物處死後收集血漿和肝組織標本，分別測量血漿轉氨酶含量和肝組織重量和肝重/體重比。肝組織固定後進行病理切片，分別進行蘇木精-伊紅染色(HE染色)和天狼星紅染色，前者評估細胞損傷和炎症情況，後者評估組織纖維化情況。
Figure 108134679-A0202-12-0012-6
肝組織炎症評分採用蘇木精-伊紅染色(HE染色)的病理切片進行顯微鏡觀察和評分(第7圖)，由病理學家單盲檢測和評分，評分採用炎症活動度Metavir評分系統得出，包括匯管區炎症、小葉內炎症、碎屑壞死、橋接壞死等四個獨立指標組成(第8圖)。
肝組織切片經天狼星紅染色後進行形態學觀察(第9圖)，測量採用半自動數位化圖像分析系統和測量軟體(OsteoMetrics,Inc.)，由病理學家單盲量片，手動畫出整張切片的總面積，之後以直線的方式量出整張切片上的纖維化面積，軟體將自動計算測量的總面積，纖維化面積%=總的纖維化面積÷總肝組織切片面積*100(第10圖)。
從第7-10圖的結果可以看出，在小鼠模型上，四氯化碳(CCl4)可以誘導肝臟的實質細胞死亡、炎症浸潤和組織纖維化。西格列他鈉在高、中、低劑量下均能部分抑制肝組織炎症活動度和纖維化程度，具有纖維化疾病治療的藥效活性。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

Claims (5)

  1. 一種西格列羧或其藥學上可接受的鹽在製備治療纖維化疾病藥物中的應用，所述纖維化疾病為慢性炎症導致組織細胞損傷引起的纖維化疾病。
  2. 如申請專利範圍第1項所述應用，其中，所述西格列羧藥學上可接受的鹽為西格列他鈉或西格列他鉀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述應用，其中，所述慢性炎症導致組織細胞損傷引起的纖維化疾病包括系統性硬化症、慢性腎炎及腎纖維化、骨髓纖維化和特發性肺纖維化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述應用，其中，所述慢性炎症導致組織細胞損傷引起的纖維化疾病是非酒精性脂肪肝。
  5. 如申請專利範圍第4項所述應用，其中，所述西格列羧藥學上可接受的鹽為西格列他鈉或西格列他鉀。
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