防御素在制备治疗代谢综合征药物方面的应用_4

文档序号:9254491阅读:来源:国知局
三酯,高LDL血症。在Babl/C或者C57/B6两个品系,我们发 现摄入一定量的维生素D3 (3-4IU/天),可以有效地缓减高脂肪饮食所致的高血脂肪症。
[0134] 对模型小鼠饲养3-4月后,测定血液总胆固醇(图3左图),以及低密度脂蛋白/ 胆固醇(图3右图)。
[0135] 结论:摄入VD3(3_5IU/天)可以抑制高脂饮食所致的高血脂,包括血浆的总胆固 醇含量,以及低密度胆固醇(LDL/C)。
[0136] (4)肠道菌群的失衡(dysbiosis)是代谢综合症的重要起闵,防御素的疗效体现 在平衡肠道菌群牛杰的能力。对动物肠道菌群异常进行检测,应用qPCR以及16SRNA基因 测序技术检测,除了传统的肠道菌群外,可以通过测定大便中肝脏螺旋杆菌(Helicobacter hepaticus)以及共生菌Akkermanisia muciniphila(AKK)占总菌群的含量丰度。结果 如图4所示,"高脂肪+缺乏维生素D"双重打击下的小鼠模型回肠肠道中,肝脏螺旋杆菌 (Helicobacter,hepaticus)在肠道中的丰度上升,同时促进共生菌AKK在肠道中的丰度降 低。另一方面,我们发现摄入一定量的维生素D3 (3-4IU/天),可以有效地缓减高脂肪饮食 所致的菌群失衡。我们发现VD3可以有效地阻止肠道中H.H.上升以及AKK下降。作为一 种新的评估检查方法,我们也可以通过测定(HH/AKK)的比值来确定对代谢综合症的治疗 效果。
[0137] 对模型小鼠饲养3-4月后,测定小肠末端(回肠)中肝脏螺旋杆菌(Helicobacter hepaticus),以及 Akkermanisia 的丰度。
[0138] 结论:摄入VD3 (3-5IU/天)可有效抑制肠道中条件致病菌,例如肝脏螺旋杆菌,而 同时增加共生菌(AKK)的含量;反之,维生素D缺乏可以加重肠道菌群的失调。
[0139] 实施例2: 口服alpha防御素5以治疗代谢综合症。
[0140] 为证明防御素5对代谢综合症的疗效,我们首先建立"高脂肪+缺乏维生素D"动 物模型,然后给予小鼠口服灌胃DEFA5处理治理。其剂量在5-10微克/次(n = 6),每周 两次,共四次。作为对照,同等体积的水给予代谢综合症小鼠。在试验中我们也应用了一 种 alpha 防御素的突变体,其一级结构为 mut-Defa5:ATSYARTGESATAESLSGVAEISGSLYSLSAE (该突变体不含防御素5结构关键的二硫键以及关键的精氨酸残基)。
[0141] 在治疗过程中,监测体重,血糖,以及大便中菌群生态的平衡。经过治疗后,小鼠体 重降低,恢复正常。在治疗后10天,将小鼠处死后测定一下指标。
[0142] (1)口服aloha防御素5可以有效地缓减脂肪肝。Blab/C小鼠给予高脂肪并且VD 缺乏饲料喂养4-5个月,形成脂肪肝。然后给予治疗(n = 6),口服灌胃,剂量在5-10微克 /次,每周两次,共四次。同样体积的水,作为对照。治疗10天后,处死小鼠,进行分析。通 过H&E染色,结果显示口服防御素5可以有效地缓减脂肪肝(图5),肝细胞中大泡油滴消 失,脂肪肝消融,而作为对照,同等体积的水或者位点突变不含二硫键的DEFA5没有明显的 效果。由此我们得出结论:口服alpha防御素5可以有效地缓减脂肪肝
[0143] (2)口服aloha防御素5降低血糖,甘油三脂,及低密度脂蛋白阳固醇。
[0144] Blab/C小鼠给予高脂肪并且VD缺乏饲料喂养4-5个月,形成脂肪肝。然后给予 治疗(n = 6),口服灌胃,剂量在5-10微克/次,每周两次,共四次。同样体积的水,作为对 照。治疗10天后,处死小鼠,进行分析。血液检查表明,alpha防御素可明显改善代谢综合 症小鼠的空腹血糖,血甘油三酯,以及低密度脂蛋白/胆固醇。
[0145] 对治疗后动物的血液参数进行检测,结果显示(图6),小鼠空腹血糖降低,血浆甘 油三脂降低,低密度脂蛋白胆固醇降低。作为对照,同等体积的水(mock)没有作用。由此 我们得出结论:口服alpha防御素5降低血糖,甘油三脂,及低密度脂蛋白胆固醇。
[0146] (3)口服aloha防御素5可以有效地抑制肠道致病菌,提升肠道益牛菌。
[0147] Blab/C小鼠给予高脂肪并且VD缺乏饲料喂养4-5个月,形成脂肪肝。然后给予 治疗(n = 6),口服灌胃,剂量在5-10微克/次,每周两次,共四次。同样体积的水,作为对 照。在治疗过程中监测大便的菌群改变。
[0148] 在口服灌胃处理过程中,通过qPCR分析,对治疗后动物的回肠肠道菌群进行检 测,结果显示(图7),小鼠大便中益生菌Akkermansia muciniphila(AKK)逐步增加。在治 理结束后,在回肠区段的菌群中,AKK也是逐步上升,而致病菌肝脏螺旋杆菌(Helicobacter hepaticus)下降。
[0149] 同时,体外实验结果显示,随着防御素5给药剂量的增加,小鼠回肠中的致病菌肝 脏螺旋杆菌(Helicobacter hepaticus)的生长受到相同趋势的抑制。
[0150] 标准菌株肝脏螺旋杆菌(H. H. )ATCC 51449用于体外抗菌测定。以brain-heart infusion培养基在微量好氧培养(microaerophilically culture) 5天。在细菌计数后,加 入防御素5或防御素6。浓度如图中所示,培养处理24h,然后再对细菌计数。重复3次, 以计算抗菌抑制率。结果如图8所示,防御素5、6都有很好的抑菌活性。
[0151] 实施例3:以口服防御素5或者防御素6,或者维生素D作为治疗代谢综合症药物 的应用。
[0152] 防御素是人源通过肠道潘氏细胞外分泌型抗菌肽,包括DEFA5及DEFA6。本申请的 核心之一是通过口服alpha防御素5/6来平衡肠道菌群,从而改善/治疗代谢综合症,2型 糖尿病及其并发症。
[0153] 通过动物试验我们的工作表明,口服人源DEFA5可以重新平衡肠道菌群,降低内 毒素入血,降低系统炎症,改善膜岛素耐受,从而治疗代谢综合症。在小鼠模型中我们发现 给予5-10微克(5-10 y g) /次的人源DEFA5可以有明显的效果,包括平衡肠道菌群,改善血 糖等。
[0154] 因此,对人的剂量可以低至10毫克(IOmg)。而其上限的剂量需要通过临床试验来 确定。其应用的范围可以在10毫克/次至500毫克/次。临床给药的剂量,频率,疗程的 长短,需要通过进一步试验来确定。
[0155] 同时,在本发明的动物模型诱导工作中,我们的发现,维生素D可以调节肠道潘氏 细胞产生抗菌肽,而后者可以平衡肠道菌群,降低内毒素入血,降低炎症及膜岛素抵抗。如 图1 一 3所示,在饲料中添加一定剂量的维生素D3(VD3,2-3IU/天)可以抵御高脂肪饮食 导致的脂肪肝,高血糖,高低密度胆固醇,以及其他代谢综合症的指标。
[0156] 以该剂量来推测对人的治疗剂量因该为4, 000-10, 000IU VD3/天。根据美国国 家医学学会(Institute of Medicine)的推荐,的对成人每天的饮食摄入剂量(Dietary Reference Intake)为600-800IU。同时IOM公告书说摄入的安全的上限(tolerable upper intake levels)为4000IU/天,或者O.lmg/天。因此,作为应用,我们提出对代谢综合症病 人的用维生素〇3作为治疗,其剂量可以在1,OOOIU/天至20, OOOIU/天。给药的剂量也依赖 于病人维生素D缺乏的程度以及其他因素有关,包括肥胖的程度,日照的程度,含维生素D 饮食(深海渔油,奶制品)的摄入量。因此维生素D给药剂量可以据此来给予调整。作为选 项,骨化三醇(Calcitriol)也可以同样或者更好的结果。作为口服,骨化三醇0. 25-2. 5微 克/次,每天1-2次,疗程2-24月。作为治疗应用,维生素D3,每天500-20000IU,口服,2-10 个月。应用效果可根据以下检测指标及相关检查结果进行评判。检测指标包括血液检查生 化指标、谷丙转氨酶(AST)、谷草转氨酶(AST)、总胆红素、总胆固醇、甘油三酯、血糖等。肝 脏影像学检查包括B超、CT和MRI等。血液维生素D的水平(通常为25-OH VD3)也可作 为效果的评判指标之一。
[0157] 实施例4:合成alpha防御素5/6 (DEFA5/6)的方法
[0158] 作为合成的方法步骤如下,
[0159] 第一阶段,应用固相合成树脂将Fmoc (9-fluorenylmethyloxy-carbonyl)保护的 氨基酸通过C末端进行连接,
[0160] (1)掺入氨基酸残基的序列依照人源序列设计,
[0161] DEFA5的序列为:ATCYCRHGRCATRESLSGVCEISGRLYRLCCR;
[0162] DEFA6 的序列为:AFTCHCRRSCYS TEYSYGTCTV MGINHRFCCL。
[0163] (2)侧链残基(side chains)的保护方法:
[0164] 对于谷氨酸,苏氨酸和酪氨酸,色氨酸,应用o-tbutyl,tBoc(叔丁氧羰基);
[0165]对于精氨酸,应用 n_2, 2, 5, 7, 8-pentamethylchroman-6-sulphonyl;
[0166] 对于N和C端的半胱氨酸,应用三苯甲基;
[0167]对于 cys_3和 cys-20,我们应用 s-tbutyl;
[0168] 对于cys-10和cys-30,我们应用乙酰氨基(ACM)。
[0169] (3)受保护的肽基树脂,经过90% TFA含有二氯甲烷(5% ),硫醚(2. 5% )和二硫 化物(2. 5% )处理。
[0170] (4)按照防御素5/6的序列依次连接当氨基酸,并将合成完毕的肽段从树脂上裂 解,获得线性肽粗品(93 - 95% )。经过TFA处理,N-和C-末端的半胱氨酸残基的S-三苯甲 基保护组保护在同时被剪除,而肽链从树脂上裂解下来。而ACM和s-tbutyl保护的cys-3、 cys-20、cys-10及cys-30组分别是完整的。
[0171] (5)用反相高效液相色谱法,经过C18拄对初线性肽进行分离。用含TFA的乙腈水 进行线性梯度洗脱。将高峰汇集,冻干并进行氨基酸序列分析,确定合成完毕的肽序列。
[0172] 第二阶段,形成三个特异的二硫键。
[0173] (1)形成Cys3或Cys4与Cys31半胱氨酸残基之间的二硫键:
[0174] 上述含游离巯基的Cys3和Cys31的线性DEFA5悬浮于在水中,至肽的浓度为 0. 05mM;
[0175] 加入0.1 M乙酸铵溶液调整pH至6. 8,滴加铁氰化钾甲0. 2M的溶液,直至黄色;
[0176] 然后加入过量的铁氰化钾(K3 [Fe (CN)6])以确保氧化,将溶液的pH通过0.2M的乙 酸铵和25%乙酸保持在6. 8-7. 0 ;
[0177] 将溶液浓缩至小体积,然后用活化的硫醇_琼脂糖4B树脂柱除去含有游离硫醇基 的肽段;
[0178] 用0.1 M乙酸铵缓冲液(pH6. 8)对柱中的肽进行洗脱,将肽水溶液合并,冻干。
[0179] 将干燥的物质应用半制备性C18柱通过反相HPLC纯化。将主峰合并,冷冻干燥, 进行氨基酸和序列分析,通过测序,质谱分析证实正确的序列。
[0180](2)形成Cys-5或Cys-6与Cys-20半胱氨酸残基之间的二硫键:
[0181] 将上述纯化的线性DEFA5溶于三氟乙醇(trifluoroethanol),通过还原反应,以 三丁基膦(tri-butylphosphine)脱去S-叔丁基团上Cys3以及Cys20残基上的保护基团 (方案如图9);
[0182] 反应混合物浓缩至小体积,通过加入乙醚使产物沉淀;
[0183] 将分离的固体过滤并用乙醚洗涤,并干燥;
[0184] 将干燥的制备物悬浮于水中,然后使用铁氰化钾,在pH6. 8进行氧化反应,经过分 离,干燥后,对所得的材料以反相HPLC进行分离。
[0185] 对主要峰的级分合并,分析氨基酸的组成及序列,用质谱分析鉴定。
[0186] (3)形成CyslO与Cys30半胱氨酸残基之间的二硫键:
[0187] 以上述肽溶于水/甲醇的混合物(5:1)中,然后滴加碘/甲醇中的溶液,至红色溶 液产生,并冷却至〇°C;
[0188] 用IM硫代硫酸钠进行氧化处理,直到红色消失,将甲醇通过旋转蒸发除去,然后 将获得的材料冻干;
[0189] 将粗物质溶解在水中,并通过硫醇_琼脂糖柱进行分离:将柱用0.IM乙酸铵缓冲 液,PH6. 5洗涤,将水溶液冷冻干燥,将干燥的物质用反相HPLC纯化,所有馏分被汇集,并冻 干。
[0190] 通过测定序列,光谱和氨基酸分析。合成肽的质量可以通过比较其HPLC保留时 间,CD谱和质谱进行评估。
[0191] 其口服制剂,除了活性成分防御素以外,也包括常用的辅料组成,包括稀释剂,粘 合剂,稳定剂,抗氧化剂等。
[0192] 同时,防御素也包括DEFA5/6的衍生物。所描述的衍生物包括但不限于由DEFA5/6 一级结构上的氨基酸取代或者修饰的肤链。我们发现DEAFA5与DEAF6具有类似的抑制细 菌的能力。
[0193] 实施例5:测定,评估用于抗代谢综合症的先导药物的方法。
[0194] 作为具体实施方案,我们通过测定以下指标来评估新药的疗效及潜在副作用。
[0195] (a)喂养期间体重的变化;腹围的变化。
[0196] (b)喂养期间空腹血糖,血脂的变化。;
[0197] (C)喂养期间胰岛素耐受的形成,喂养期间血糖不耐受的程度形成,包括 Homeostaticmodelassessment(HOMA-IR);
[0198] (d)喂养期间大便菌群的变化;应用qPCR以及16SRNA基因测序技术。除了传 统的肠道菌群外。我们可以通过测定大便中Helicobacter hepaticus以及Akkermansia muciniphila的含量。通过(HH/AKK)的比值,我们可以判定肠道菌群的失衡,以及药物对肠 道菌群恢复的疗效。
[0199] (e)试验终点(4-6个月喂养)后肝脏
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