Патент на изобретение №2330860
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПЕПТИДЫ С КОРТИКОТРОПИНПОДОБНОЙ СТРУКТУРОЙ, ОБЛАДАЮЩИЕ АНТИСТРЕССОВОЙ АКТИВНОСТЬЮ
(57) Реферат:
Изобретение относится к биохимии, конкретнее к биологически активным пептидам, обладающим стресспротекторной активностью, которые могут найти применение в медицине и фармакологии. Изобретение решает задачу расширения ряда безопасных средств, повышающих устойчивость организма к стрессу за счет циклопептидов I и II, имеющих следующую аминокислотную последовательность: Cyclo(Gly1-Lys2-Val3-Leu4-Lys5-Lys6-Arg7-Arg8)n, где n=2-3. 5 табл.
Изобретение относится к биохимии, конкретнее к биологически активным пептидам, обладающим стресспротекторной активностью, которые могут найти применение в медицине и фармакологии. Спокойная жизнедеятельность – это только одна из форм существования живой системы. Жизнь современного человека полна неожиданностей, экстремальных событий, выходящих далеко за границы нормы реакции. Напряженная жизнедеятельность, или стресс, – столь же необходимая и постоянно встречающаяся форма существования, как и жизнедеятельность спокойная. Неизбежность стрессов обусловлена появлением в среде обитания новых, необычных или исчезновением старых необходимых раздражителей, колебаниями силы и длительности действия знакомых агентов, природными и антропогенными изменениями в биосфере. На самом деле, периодические стрессы, предпочтительно умеренные по силе и продолжительности, необходимы организму, потому что тренируют нервную, иммунную, эндокринную, а также дыхательную, сердечно-сосудистую, пищеварительную и выделительную системы, стимулируют их активность, поддерживают в оптимальном рабочем состоянии. Все стресс-агенты, при всем их разнообразии, вызывают стереотипную неспецифическую ответную реакцию, разумеется, с рядом отличий, обусловленными различиями стрессоров. Биологический смысл и назначение стресса – повысить общую сопротивляемость, неспецифическую устойчивость живой системы по отношению к действующему стимулу и другим стрессорам. Однако когда организм ослаблен или стрессорное воздействие оказывается чрезвычайно сильным, возникает необходимость поступления этих веществ извне. Поэтому разработка новых эффективных и безопасных средств, способных повышать устойчивость организма к стрессу, – это важная и актуальная задача современной биохимии и фармакологии. В настоящее время биологически активные пептиды, производные природных пептидных гормонов, рассматривают как потенциальные лекарственные средства нового класса. Такие качества пептидов, как быстрая реакция организма на их введение, практически полное отсутствие токсичности, а также тот факт, что продуктами деградации пептидов являются аминокислоты, все больше привлекают внимание фармакологов и клиницистов. Полифункциональность пептидных гормонов является лимитирующим фактором их применения в качестве лекарственных препаратов. Поэтому основной задачей при конструировании новых лекарственных средств на базе природных пептидов является синтез селективно действующих аналогов с узким спектром действия, устойчивых к ферментативному расщеплению. Известен адаптоген стресс-корректор, пептид Arg-Tyr-D-Ala-Phe-Gly. Фармацевтическая композиция на основе смеси диметилсульфоксида и полиэтиленоксида-400 (или диметилсульфоксида и оливкового масла), содержащая от 1 до 1000 мкг синтетического пептида на 1 кг массы животного, эффективно защищает животных от воздействия физических, эмоциональных и химических факторов внешней среды (патент РФ №2155064, МПК А61К 38/08, опубл. 2000). Известен пептид дельта сна (DSIP), нонапептид с последовательностью аминокислот Trp-Ala-Gly-Gly-Asp-Ala-Ser-Gly-Glu, обладающий антистрессовым, стресс-протекторным, ноотропным и антинаркотическим действием. При соотношении компонентов в композиции: на 1 мг DSIP-реаферона 1·103-104 ME, обеспечивает антивирусное действие на организм с одновременным антистрессовым эффектом, повышает иммунитет (патент РФ №2211703, МПК А61К 38/08, опубл. 2003). При дополнительном введении в композицию глицина, карнозина, мелатонина препарат обладает свойствами увеличивать иммунитет организма, активизировать мозговые процессы, способствовать профилактике и лечению психоэмоциональных нарушений, вирусных заболеваний. Известен нейропептид Y, осуществляющий поддержание или потенциирование эндогенных неврологических и нейропсихологических эффектов систем нейропептида Y головного мозга (NPY) введением ингибиторов дипептидилпептидазы IV (DP IV) и DP IV-подобных ферментов. С его помощью можно лечить гипертензию, лихорадочное состояние, расстройства сна, анорексии, связанные с тревожностью нарушений, в том числе депрессии, припадков, в том числе эпилепсии, синдрома отмены лекарственного средства и алкоголизма, нейродегенеративных нарушений, в том числе нарушения когнитивной функции и деменции, и психоневрологических нарушений, в том числе шизофрении, через потенциирование опосредованных рецептором Yl NPY эффектов в центральной нервной системе (ЦНС) (патент РФ №2286149, МПК 31/40, опубл. 2006). Недостатками вышеперечисленных препаратов являются их сложная композиция, в данном сочетании они могут вызывать аллергии. Перечисленные пептиды не решают задачу безопасного, эндогенного препарата, нормализующего в целом систему гипоталамус-гипофиз-надпочечники, приводящем в норму показатели за счет естественных механизмов регуляции ответа на стресс. Препараты нельзя принимать как в бытовых условиях, так и при госпитализации без необходимости длительного лечения и без побочных эффектов. Препараты вызывают притупление внимания, снижение уровня активности, сонливость и миорелаксацию. Известен наиболее близкий к заявленному фрагмент 81-88 предшественника интерлейкина-1 Для лечения состояния стресса наибольший интерес представляет первоначальная реакция на стресс-фактор – фаза тревоги или мобилизации. Истинно стрессорные (неспецифические) реакции преобладают лишь на стадии тревоги. Многообразие процессов, происходящих на первой стадии общего адаптационного синдрома позволило выделить 4 фазы этого процесса: 1 – катаболическая (возбуждение рецепторов адренергических и дофаминергических структур, щитовидной железы, выделение липотропина, глюкагона), 2 – переходная (блокада вышеуказанных рецепторов и уменьшение выделения гормонов щитовидной железы, липотропина и глюкагона), 3 – анаболическая (возбуждение рецепторов холинергических, серотонинергических и других структур, выделение адренокортикотропного гормона (АКТГ), инсулина, эндорфинов, энкефалинов), 4 – эффекторная (восстановление гомеостаза, синтез белков, иммунные реакции, адаптация, тренированность или патология). Регулирование этих процессов с помощью циклопептидов I и II приводит в последующем к повышению резистентности организма к стресс-фактору и функционированию органов и систем на должном для этой ситуации уровне. Наряду с этим происходят репарационные процессы, направленные на восстановление повреждений, вызванных действием стресса. Изобретение решает задачу расширения ассортимента безопасных средств, повышающих устойчивость организма к стрессу. Поставленная задача решается за счет пептида, имеющего следующую аминокислотную последовательность: cyclo(Gly1-Lys2-Val3-Leu4-Lys5-Lys6-Arg7-Arg8)n, где n=2-3. Заявляемые циклопептиды I (n=2) и II (n=3) способны нормализовать содержание 11-оксикортикостероидов и катехоламинов в надпочечниках и плазме крови крыс при таких формах стресса, как геморрагический шок и гипобарическая гипоксия. Троекратное интраназальное введение циклопептидов I и II крысам в дозах 10-20 мкг/животное за трое, двое и одни сутки до холодового или теплового шока предотвращает резкое возрастание уровня 11-оксикортикостероидов и катехоламинов в надпочечниках и плазме, а также устраняет изменения содержания свободного гистамина и активности диаминоксидазы в миокарде, вызванные температурным воздействием. Таким образом, техническим результатом предполагаемого изобретения является высокая стресс-протекторная активность пептидов, сочетаемая с узконаправленным действием, что позволяет рассматривать их в качестве основы для создания безопасных лекарственных средств повышающих устойчивость организма к различным стрессовым воздействиям (холодовому, тепловому, гипоксии, геморрагии). Циклопептиды I и II состоят из 16 и 24 аминокислотных остатков соответственно, т.е. являются сравнительно небольшими молекулами, что упрощает их получение химическим синтезом. Кроме того, циклическая форма пептидов продлевает время жизни пептидов в активной среде, т.к. делает их более устойчивыми к действию протеаз. Это позволяет увеличить время действия и усилить эффект действия пептидов. Изобретение иллюстрируют примеры. Пример 1. Химический синтез линейного прототипа – лейкокортикотропина. Лейкокортикотропин (GKVLKKRR) получают методом твердофазного синтеза с последовательным наращиванием пептидной цепи. Защищенный пептид получают по методике in situ соответствующих амино-ацил полимерах с емкостью 0,7 ммоль/г, используя синтезатор Applied Biosystems 430 A. В качестве постоянных защитных групп используют мезитилен-2-сульфонильную (для аргинина) и 2-хлорбензилокси-карбонильную (для лизина). Трет-бутилоксикарбонильную группировку используют в качестве временной защиты альфа аминогрупп. Удаление боковых защитных группировок и отщепление пептида от полимера проводят под действием безводного фтористого водорода в присутствии м-крезола. Лейкокортикотропин очищают с помощью препаративной обращенно-фазовой хроматографии (хроматограф Gilson, Франция, колонка Prep.Nova-Pak HR С 18,49×300 мм, зернистость 6 мкм) и характеризуют данными аналитической ОФ ВЭЖХ (хроматограф Gilson, Франция, колонка DeltaPak С 18 100 Å, 3.9×150 мм, 5 мкм, скорость потока 1 мл/мин, элюент 0,1% трифторуксусная кислота, градиент ацетонитрила 20-50%), аминокислотного анализа (гидролиз 6N HCl, 24 часа, 110°С; аминокислотный анализатор LKB 4151 Alpha Plus, Швеция) и масс-спектрального анализа (масс-спектрометр Voyager-DE BioSpectrometry Workstation, Per Sepetive Biosystems, США). Аминокислотный состав лейкокортикотропина соответствует теоретическому. Основные характеристики пептида приведены в таблице 1. Для определения аминокислотного состава пептида используют аминокислотный анализатор 4151 Alpha Plus Biochrom (LKB, Швеция) и интегратор 2220 Recording Integrator Bromma (LKB, Швеция). Для приготовления гидролизата взвешивают 1 мг исследуемого образца пептида, помещают его в специальную ампулу, прибавляют 1 мл 6N HCl и запаивают. Ампулу выдерживают в термостате при 110°С в течение 22 часов. Затем ампулу вскрывают, содержимое переносят в круглодонную колбу и упаривают на роторном испарителе. Остаток растворяют в 0,5 мл стартового буфера, рН 2,2. Объем запускаемого образца составляет 10-50 мл. Аминокислотный состав рассчитывают при сравнении хроматограмм образца и стандартной калибровочной смеси аминокислот. Структуру очищенного вещества подтверждают масс-спектрометрическим анализом. Масс-спектры получают на MALDI-времяпролетном масс-спектрометре Voyager-DE BioSpectrometry Workstation (Per Sepetive Biosystems, США) с идентификацией положительных ионов в рефлекторном режиме. В качестве матрицы используют Пример 2. Химический синтез циклического аналога лейкокортикотропина. Посадку первой аминокислоты на оксим-полимер осуществляют методом симметричных ангидридов, используя 2-кратный избыток симметричного ангидрида Вос-Gly-OH, а в качестве катализатора 0,1 эквивалента диметиламинопиридина. Реакцию проводят в смеси диметилформамида и N-метилпирролидона в соотношении 1:1 в течение 20 часов. Аминокислотные остатки присоединяют к пептидил-полимеру методом оксибензотриазоловых эфиров, используя 5-кратные избытки соответствующих производных аминокислот. Для активации 1 экв. аминокислоты используют 1 экв. гидроксибензотриазола и 1 экв. диизопропилкарбодиимида. Активацию проводят при комнатной температуре в течение 30 минут. Реакции проводят в диметилформамиде в течение 30 минут. Объем реакционной смеси составляет 15 мл на 1 г сухого полимера. Содержание непрореагировавших аминогрупп контролируют визуально при помощи качественного нингидринового теста. Циклизацию пептида проводят обработкой раствором уксусной кислоты (10 экв.) в диметилформамиде в присутствии диизопропилэтиламина (4 экв.) в течение 20 часов. Деблокирование боковых защитных групп осуществляют безводным жидким фтористым водородом в присутствии скавенджеров. Для этого после упаривания диметилформамида на роторном испарителе защищенный циклический пептид растворяют в хлористом метилене и переносят в сосуд для работы с жидким фтористым водородом. Хлористый метилен упаривают на водоструйном насосе, остаток обрабатывают безводным жидким фтористым водородом в присутствии мета-крезола при 0°С в течение 30 минут. Фтористый водород упаривают в вакууме водоструйного насоса, продукт растворяют в трифторуксусной кислоте и затем высаживают из диэтилового эфира. Осадок отфильтровывают, промывают эфиром и высушивают в эксикаторе до постоянного веса. С помощью препаративной обращенно-фазовой хроматографии (хроматограф Gilson, Франция, колонка Prep. Nova-Pak HR С 18, 49×300 мм, 6 мкм) выделено два мажорных продукта синтеза. Фракционирование проводят в линейном градиенте концентрации ацетонитрила от 10 до 60% (v/v) в 0,1% трифторуксусной кислоте в течение 30 минут со скоростью элюции 5 мл/мин. Детекцию осуществляют по оптическому поглощению при 220 нм. Оба пептида характеризуют данными аналитической ОФ ВЭЖХ (хроматограф Gilson, Франция, колонка Luna Phenomenex С 18 (2) 100Å, 4,6×150 мм, 5 мкм, скорость потока 1 мл/мин, элюент 0,1% трифторуксусная кислота, градиент ацетонитрила 5-35%), аминокислотного анализа (гидролиз 6N HCl, 24 часа, 110°С; аминокислотный анализатор LKB 4151 Alpha Plus, Швеция) и масс-спектрального анализа (масс-спектрометр Voyager-DE BioSpectrometry Workstation, Per Sepetive Biosystems, США) (все анализы проводят, как описано в примере 1). Содержание примесей в синтетических препаратах не превышает 4%. Данные приведены в таблице 1. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что первый пептид с молекулярной массой 967,42 является циклическим мономером лейкокортикотропина, а второй пептид с массой 1933,29 его циклическим димером. Циклический димер получен с наибольшим выходом (20%), что, по-видимому, связано с тем, что данный цикл является наименее напряженным. Пример 3. Химический синтез циклопептида II. Все первоначальные стадии проводят, как описано выше (см. пример 2). В дополнительном эксперименте оставшийся после стадии циклизации полимер промывают хлористым метиленом, высушивают до постоянного веса и обрабатывают безводным жидким фтористым водородом в условиях, аналогичных вышеописанным. Полученный продукт очищают до гомогенного состояния и характеризуют по вышеописанным методикам (пример 1). Анализ полученных характеристик показывает, что это соединение является циклическим тримером лейкокортикотропина. Измеренная моноизотопная молекулярная масса циклического триммера составляет 2901,30.
Пример 4. Определение влияния циклопептидов I и II и их прототипа – фрагмента 81-88 предшественника интерлейкина-1 В экспериментах используют половозрелых самцов крыс линии Wistar массой 180-200 г. Моделью острой геморрагии служит 1-часовая артериальная гипотензия. Для ее создания у наркотизированных крыс (нембутал 40 мг/кг) через катетер в хвостовой артерии производят взятие крови до достижения среднего артериального давления 40 мм ртутного столба. До начала кровопотери животным внутривенно вводят гепарин (0,5 мл, 50 ЕД/мл) для предотвращения свертывания крови во время проведения длительного эксперимента. По истечении времени гипотензии крыс реанимируют путем внутриартериального введения взятой крови. Сразу после восполнения кровопотери проводят внутривенную инфузию исследуемого пептида (1 и 10 мкг/кг/мин в течение 10 мин) или аналогичного объема (0,8 мл) физиологического раствора через яремную вену. Поскольку, как правило, регуляторные пептиды имеют каскадный механизм действия, и их влияние может сказываться через длительное время после введения, декапитацию животных и взятие материала для биохимических исследований проводят на 1-е и 7-е сутки. Контрольной группе животных проводится полная операция без геморрагического шока. Значения биохимических показателей в этой группе принимают за 100%. Контрольные и опытная группы содержат по 10 крыс. Для создания условий развития острой гипобарической гипоксии крыс помещают в барокамеру с давлением 154 мм ртутного столба, соответствующим атмосферному давлению на высоте 11500 м от уровня моря, и выдерживают в этих условиях до принятия ими бокового положения. Исследуемые пептиды крысам опытной группы вводят интраназально (0,1 и 1 мкг/кг массы тела животного) за 1 и 24 часа до “подъема”, параллельно крысам контрольной группы вводят физиологический раствор. Декапитацию животных и взятие материала для биохимических исследований проводят на 1-е и 7-е сутки после “подъема”. Значения биохимических показателей в контрольной группе принимают за 100%. Каждая группа содержит по 10 животных.
Данные о влиянии циклопептидов I и II и их прототипа на содержание 11-оксикортикостероидов (ЛС) и катехоламинов (адреналина и норадреналина) в надпочечниках и плазме крови крыс на 1-е и 7-е сутки постреанимационного периода после геморрагического шока приведены в таблице 2. Видно, что через 1 сутки после шока уровень КС в надпочечниках и плазме возрастает на 61 и 52% соответственно. Через 7 суток содержание КС в надпочечниках и плазме снижается, оставаясь выше контрольного уровня на 20% и 33%, соответственно. Введение пептида-прототипа в дозе 1 мкг/кг приводит к уменьшению содержания КС в надпочечниках и плазме как через 1, так и через 7 суток, увеличение дозы до 10 мкг/кг сопровождается дальнейшим снижением уровня гормонов. Циклопептиды I и II проявляют значительно большую активность: введение любого из них в дозе 10 мкг/кг нормализует содержание КС в надпочечниках и плазме. Данные табл.2 показывают, что через 1 сутки после шока концентрация адреналина и норадреналина в надпочечниках снижается по сравнению с контрольным уровнем на 35% и 26% соответственно, а через 7 суток эти показатели близки к контрольным значениям. Напротив, через 1 час после шока содержание адреналина в плазме возрастает на 86%, а через 7 суток превышает контрольный уровень на 29%. Резкое снижение содержания адреналина в надпочечниках через 1 час после шока и одновременный рост его в плазме свидетельствует об увеличении секреции гормона из надпочечников в кровь. Ведение пептида-прототипа в дозах 1 и 10 мкг/кг уменьшает данный эффект: содержание адреналина через 1 и 7 суток после шока в железе возрастает, а в плазме снижается. Циклопептиды I и II характеризуются большей активностью: в дозе 1 мкг/кг любой из них приводит содержание адреналина в надпочечниках и плазме к контрольному уровню. Таким образом, циклопептиды I и II в дозах 1 и 10 мкг/кг устраняют резкие изменения уровней КС и катехоламинов в надпочечниках и плазме крови крыс, вызываемые геморрагическим шоком. Активность пептидов убывает в ряду: циклопептид II > циклопептид I >> пептид-прототип. В табл.3 приведены результаты исследования влияния циклопептидов I и II и пептида-прототипа на содержание КС и адреналина в надпочечниках и плазме крови крыс на 1-е и 7-е сутки после гипобарической гипоксии. Видно, что характер изменений содержания гормонов в надпочечниках и плазме после “подъема” такой же, как и в случае геморрагического шока. Введение пептида-прототипа в дозах 0,1 и 1 мкг/кг за 1 и 24 часа до “подъема” корригирует, а циклопептидов I и II нормализует содержание КС и адреналина в надпочечниках и плазме крови крыс, подвергнутых гипоксии. Циклопептиды I и II способны нормализовать содержание 11-оксикортико-стероидов и катехоламинов в надпочечниках и плазме крови крыс при таких формах стресса, как геморрагический шок и гипобарическая гипоксия. Пример 5. Определение влияния циклопептидов I и II и их прототипа – фрагмента 81-88 предшественника интерлейкина-1 Для создания модели холодового шока крыс выдерживают в состоянии свободного плавания в кювете с водой при температуре 4°С в течение 3 минут. Для теплового воздействия животных помещают в вентилируемую термокамеру при температуре 40°С на 1 час. Растворы исследуемых пептидов (10 и 20 мкг/животное) или физиологический раствор вводят интраназально три раза за 3, 2 и 1 сутки до шока. Контрольная группа животных не подвергается термическому воздействию. Значения биохимических показателей в этой группе принимают за 100%. Содержание глюкокортикоидов (11-оксикортикостероидов, КС) и катехоламинов в надпочечниках и плазме крови крыс определяют, как описано выше.
В табл.4 представлены данные о влиянии циклопептидов I и II и пептида-прототипа на содержание (КС) и катехоламинов (адреналина и норадреналина) в надпочечниках и плазме крови крыс после холодового и теплового шока. Видно, что как холодовое, так и тепловое воздействие приводит к значительному увеличению (в 2,5-3 раза) содержания КС и адреналина в надпочечниках и плазме. Пептид-прототип (дозы 10 и 20 мкг/животное троекратно) оказывает значительное корригирующее действие на уровень КС и катехоламинов в надпочечниках и плазме. Циклопептиды I и II проявляют большую активность: в дозе 20 мкг/животное троекратно они отменяют резкое возрастание содержания КС и катехоламинов в надпочечниках и плазме, вызванное температурным воздействием. В табл.5 приведены данные о влиянии циклопептидов I и II и пептида-прототипа на активность диаминоксидазы (ДАО) и содержание свободного гистамина в миокарде крыс после холодового и теплового шока. Видно, что у крыс, подвергнутых холодовому шоку, активность фермента резко снижается (до 37% от контрольного уровня), а тепловому, напротив, значительно возрастает (на 60%). В то же время, содержание свободного гистамина незначительно возрастает как при холодовом, так и при тепловом шоке (на 10 и 22% соответственно). Введение циклопептидов I и II крысам в дозах 10 и 20 мкг/животное за трое, двое и одни сутки до шока предотвращает резкие изменения активности ДАО и нормализует содержание свободного гистамина в сердечной мышце. Пептид-прототип проявляет значительно меньшую антистрессорную активность. Троекратное интраназальное введение циклопептидов I и II крысам в дозах 10-20 мкг/животное за трое, двое и одни сутки до холодового или теплового шока предотвращает резкое возрастание уровня 11-оксикортикостероидов и катехоламинов в надпочечниках и плазме, а также устраняет изменения содержания свободного гистамина и активности диаминоксидазы в миокарде, вызванные температурным воздействием.
Формула изобретения
Циклические пептиды с кортикотропинподобной структурой, проявляющие антистрессовую активность, имеющие следующую аминокислотную последовательность: Cyclo(Gly1-Lys2-Val3-Leu4-Lys5-Lys6-Arg7-Arg8)n, где n=2-3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||