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JP2008546821A - Vegf受容体を制御する化合物、およびその使用 - Google Patents

Vegf受容体を制御する化合物、およびその使用 Download PDF

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JP2008546821A JP2008518723A JP2008518723A JP2008546821A JP 2008546821 A JP2008546821 A JP 2008546821A JP 2008518723 A JP2008518723 A JP 2008518723A JP 2008518723 A JP2008518723 A JP 2008518723A JP 2008546821 A JP2008546821 A JP 2008546821A
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Abstract

本発明は、血管内皮成長因子受容体に結合し血管新生反応を調節する化合物の使用に関する。受容体の認識に関与するVEGFアミノ酸領域17−25を模倣しそれにより血管新生プロセスを抑制または刺激する化合物を、VEGFに依存する血管新生が過剰または不足していることを特徴とする疾患、例えば、慢性虚血、癌、増殖性網膜症およびリューマチ性関節炎、新しい血管の形成または再生の恩恵を受ける状況または状態の治療において、およびVEGF受容体の過剰発現を呈する病変の診断において、またはVEGF受容体活性化に依存する細胞経路を分析するための生化学的ツールとして用いることができる。

Description

本発明は、VEGF受容体と相互作用すると共にVEGF依存性生物学的反応を調節(modulation)する化合物の使用に関する。これらの化合物は、受容体の結合に関与する特定の領域であるヘリックス領域17−25VEGFに係わる。具体的には、本発明は、VEGF生物学的活性の制御に係わる病変の治療のため、VEGF受容体の過剰発現を呈する病変の診断のため、およびVEGF受容体の活性化に依存する細胞経路の研究のための生化学的ツールとしての、これらの化合物の使用を提供する。
血管新生は、予め存在する血管からの新しい血管の分岐を特徴とする、血管組織のリモデリングと呼ばれる生理学的プロセスである。これは、内皮細胞(EC)の移動および増殖に密接に関与する。胚の発生中にECは特に活性であるが、成体期間には、ECのターンオーバーは非常に低く特定の生理学的現象に限定されている(カルメリエト(Carmeliet,P.)、Nat Med 2003,9,653)。健常個体において、血管新生は、血管新生促進因子と血管新生阻害因子とにより進行が精巧に調節され、低酸素のような特定の刺激下におけるこの平衡からのシフト(血管新生スイッチ)は、複数のヒト疾患に関与する(病的血管新生)(ハナハン(Hanahan,D.)、フォルクマン(Folkman,J.)、Cell 1996,86,353)。血管新生促進因子の優勢(過剰血管新生)は、癌、増殖型網膜症、リューマチ性関節炎および乾癬に関係する。一方、不充分な血管新生が、冠状動脈疾患、虚血および低下した組織再生能の原因である(カルメリエト(Carmeliet,P.)、ジェイン(Jain,R.K.)、Nature 2000,407,249)。
多くの臨床的研究により、血管新生が充実性腫瘍(固形腫瘍)の成長のための必須のプロセスであることが示された。血管新生のどこかの相を抑制すると、新しい血管の形成が阻害され、それにより、腫瘍の成長および転移の発生が影響を受ける。正常組織としての腫瘍細胞は、生き残るために酸素と代謝産物を受け取る必要がある。最初に、新生物病巣が小さい(直径2mm未満)ときは、腫瘍は、これらの物質を拡散(無血管相)により受け取ることができ、休眠を維持して増殖とアポトーシスとの間の静止状態を達成することができる。引き続いて(血管相)、腫瘍細胞が無差別に分裂し始めると、血管新生促進因子と血管新生阻害因子との間の平衡にシフトを誘発(血管新生スイッチ)し、血管網状組織の形成を促進して、酸素と栄養素の増加する需要を充たし、それにより、腫瘍の成長を急上昇させることができる(ハナハン(Hanahan,D.)、フォルクマン(Folkman,J.)、Cell 1996,86,353)。さらに、新しい血管は、腫瘍が転移の形成に至り得る経路の一つである。
血管新生スイッチは、腫瘍のタイプに依存して腫瘍進行の異なる相において起こり得るが、大部分の場合、それは、腫瘍の成長にとって必須条件である。
新しく形成された腫瘍血管は、正常のものと異なる特徴を示す。実際、これらの血管は構造的に乱れ、捻じれ、拡張しており、それらの膜表面上に特有のマーカーを発現しており、そのマーカーを腫瘍血管の選択的標的化に用いることができる(ベルガーズ(Bergers,G.)、ベンジャミン(Benjamin,L.E.)、Nat Rev Cancer 2003,3,401;ルースラーチ(Ruoslahti,E.)、Nat Rev Cancer 2002,2,83)。
心臓血管疾患:虚血への主な生理学的反応は、毛細血管の局所的成長である。主要動脈が閉塞すると、狭窄後圧力が低下し、血液が存在する細動脈に再分配される。得られる引き伸ばしおよびせん断力により、内皮ケモカイン、接着分子および成長因子が発現される(ヘリシュ(Helisch,A.)、シェイパー(Schaper,W.)、Z Kardiol 2000,89,239)。血管は巨大成長プロセスを示し、内皮細胞および血管平滑筋細胞の両方が活発に増殖する。冠状動脈疾患または末梢血管疾患の場合、この血管新生反応は、動脈新生を伴うことが多い。冠状動脈閉塞部位の周囲に、側副血管が発生し得る。動脈新生の正確な機構は明らかではないが、予め存在する血管をリモデリングして大量の血流を運ぶことができる部位を拡大することと、閉塞動脈の外膜表面上の後毛細血管細静脈から新規血管を進出させて次第に拡大し遠位動脈部分に結合することの、2つの異なる可能性がある。過剰の血管は、充分な流れが一旦達成されると、アポトーシスする(サイモンズ(Simons,M.)、ワレ(Ware,J.A.)、Nat Rev Drug Discov 2003,2,863)。
個体が、良好な側副循環を形成し、毛細血管床寸法を増加させて、虚血性傷害後の補償を行い、それにより損傷を制限する性能を有することが非常に重要である(シェイパー(Schaper,W.)、イトー(Ito,W.D.)、Circ Res 1996,79,911;ヘリシュ(Helisch,A.)、シェイパー(Schaper,W.)、Microcirculation 2003,10,83)。末梢動脈疾患を有する個体が、広域の下肢動脈閉塞にも拘わらず、生来堅牢な側副網目故にほとんど無症候性のままであることは稀ではない(ヘリシュ(Helisch,A.)、シェイパー(Schaper,W.)、Z Kardiol 2000,89,239)。慢性虚血における側副血管形成の程度はある個体から他の個体に異なるので、血管新生反応の個体間相違の基礎を明らかにすることが重要である(シュルツ(Schultz,A.)ら、Circulation 1999,100,547)。複数の観察により、遺伝的背景が、少なくとも部分的に、慢性冠状動脈疾患中の側副発達を欠く原因であり得ることが示されている。
実験データは、側副発達に乏しい患者において、VEGFの低酸素的誘発が著しく低下していることを示している(シュツル(Schultz,A.)ら、Circulation 1999,100,547)。内因性血管新生の可能性の個々の変化は、低酸素誘発因子−1(HIF−1)媒介VEGF発現の上流側調整解除に限定されないことが見えてくる。組織メタロプロテイナーゼ、組織プラスミノーゲン活性化因子または、細胞内信号伝達の変化に係わる血管新生の原因となるカスケードの他の成分の不完全な発現は、結果に影響があると分かる(イズナー(Isner,J.M.)、J Clin Invest 2000,106,615)。
血管新生は、主に、血管内皮成長因子(VEGF)により調整される。VEGFは内皮細胞に特異的な有糸分裂促進物質であり、ここ数年、血管新生反応標的化VEGFおよびその受容体を制御するための多くの努力が続けられた。
血管内皮成長因子(VEGF)は、有効な血管新生因子、すなわち血管内皮細胞に特異的な有糸分裂促進物質であり、血管新生において主要な役割を果たす。VEGFおよびその受容体が、病的血管新生において過剰発現されて、この系を、治療的かつ診断的適用のための有効な標的にする(ハナハン(Hanahan,D.)、フォルクマン(Folkman,J.)、Cell 1996,86,353;カルメリエト(Carmeliet,P.)、ジェイン(Jain,R.K.)、Nature 2000,407:249)。
VEGFは、シスチンノット(cystine net)成長因子科に属するホモ二量体蛋白である。これは、異なるスプライシング事象故に4つの異なるアイソフォーム(VEGF121,VEGF165,VEGF189,VEGF205)において発現される単一遺伝子によりコードされる。最も豊富なアイソフォームであるVEGF165は、45KDa糖蛋白であり、高い親和性でヘパリンに結合する。VEGFの生物学的機能は、2種のチロシンキナーゼ受容体、すなわちキナーゼ領域受容体(KDR、FIk−1またはVEGFR−2)およびFms様チロシンキナーゼ(FIt−1またはVEGFR−1)への結合により媒介される。VEGFは、内皮細胞有糸分裂誘発を刺激する受容体二量化を誘発する。KDRおよびFIt−1は、種々の内皮細胞型の細胞表面上に局在化する(フェラーラ(Ferrara,N.)ら、Nat Med 2003,9,669)。これらの受容体の発現の増加が、幾つかの刺激に反応して起こり、内皮細胞に細胞増殖、移動および血管新生を起こさせることになる(ブロギ(Brogi,E.)ら、J Clin Invest.1996,97,469)。
異なる機構が、VEGF遺伝子発現の調整に関与していることが示された。これらのうち、酸素圧が主要な役割を果たす。種々の正常および形質転換された培養細胞型において低酸素圧に晒すことにより、VEGF mRNAの発現が迅速かつ可逆的に誘発される(アベディ(Abedi,H.)およびザチャリ(Zachary,I.),J Biol Chem 1997,272,15442)。
異なる病変におけるVEGFの役割が報告され、VEGFとその受容体との相互作用を阻害することが幾つかの治療的用途を有することが示された。多くのレビューおよび特許が、病的血管新生におけるVEGFの役割と用法を記載しており、その治療的用途を検討している。全ての特許出願、特許および引用された公報を、ここで、参照としてその全体を援用する。
VEGFとその受容体との相互作用の抑制に基づく治療から恩恵を受け得る疾患は癌である(ヒクリン(D.J.Hicklin)およびエリス(L.M.Ellis J.)、Clin.One.2005,23,1011;フェラーラ(N.Ferrara)ら、Nat.Med.2003,9,669;フェラーラ(N.Ferrara)およびディビス(T.Davis)−Smyth Endocr.Rev.1997,18,4)。VEGFは、幾つかの型の腫瘍において過剰発現される(肺腫瘍、甲状腺腫瘍、乳癌、胃腸腫瘍、腎臓腫瘍、卵巣腫瘍、子宮頸部腫瘍、上皮性悪性腫瘍、血管肉腫、胚細胞腫瘍および頭蓋内腫瘍)。VEGF受容体が、幾つかの型の腫瘍、例えば、非小細胞肺癌、黒色腫、前立腺癌、白血病、中皮腫および乳癌において(ヒクリン(D.J.Hicklin)およびエリス(L.M.Ellis)、J.Clin.One.2005,23,1011)、および血管新生活性内皮細胞の表面上で過剰発現される。
硝子体出血、網膜剥離および血管新生緑内障につながり得る眼内血管新生において(フェラーラ(N.Ferrara)ら、Nat.Med.2003,9,669;フェラーラ(N.Ferrara)、Curr.Opin.Biotech.2000,11,617)、および加齢性黄斑変性症および糖尿病性網膜症のような眼疾患において(US2006/0030529)、VEGFが関与すると見なされる。
卵巣過剰刺激症候群および子宮内膜症のような女性生殖器官の病変においても、VEGFが関与すると見なされる。
乾癬、リューマチ性関節炎(テイラー(P.C.Taylor)、Arthritis Res 2002,4,S99)において、および脳水腫の進行において、VEGFが関与すると見なされた。
不完全血管新生により引き起こされる疾患を、新しい側副血管の成長を促進することができる薬剤で治療することができる(治療的血管新生)。VEGFに誘発された血管新生は、幾つかの治療的用途を有する。もちろん、VEGF受容体に結合すると共にVEGFの生物学的活性を模倣する分子は、これらの疾患の治療に有用である。
虚血性心臓血管疾患を治療して、虚血領域における血管再生を刺激し、冠状動脈血流を増加させ、血管形成術後の再狭窄を防止するためにVEGFが用いられてきた(サイモンズ(M.Simons)およびワレ(J.A. Ware)、Nat.Rev.Drug Disc.2003,2,1;フェラーラ(N.Ferrara)およびデイビス(T.Davis)−Smyth Endocr.Rev.1997,18,4)。
脳卒中、脊髄虚血、虚血性および糖尿病性神経障害において、VEGFおよびその受容体が関与すると見なされた。VEGFは、神経細胞障害、例えば、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、慢性虚血性脳疾患、筋萎縮性側索硬化症、筋萎縮性側索硬化症様疾患、および他の変性性神経細胞障害、特に、運動神経細胞障害を治療するための治療薬である(US2003/0105018;ストルケバウム(E.Storkebaum)およびカルメリエト(P.Carmeliet)、J.Clin.Invest.2004,113,14)。
VEGFは、骨血管新生および軟骨内骨形成において基本的役割を有する。これらの発見は、VEGFが、骨形成を促進して血管再生を向上させるのに有用であり得ることを示している。VEGFを用いた治療から恩恵を受けることができる状態は、骨折、椎骨または椎間板損傷/破壊、脊椎固定、損傷半月板、無血管性壊死、頭蓋顔面再建/再構築、軟骨破壊/損傷、変形性関節症、骨硬化症、骨粗鬆症、移植片固定、遺伝性または後天性骨障害または疾患における骨修復である(US2004/0033949)。
VEGFは、胃潰瘍(マ(Ma)ら、Proc.Natl.Acd.Sci.USA 2001,98,6470)、創傷治癒、糖尿病性足壊疽および糖尿病性神経障害のプロセスにおいて関与すると見なされた。
VEGFは、神経発生(ジン(K.Jin)ら、Proc.Natl.Acd.Sci USA 2002,99,11946)において、および新しい血管の形成または再生から恩恵を受ける病的および自然状態の治療のために関与すると見なされた(US2005/0075288)。
VEGFまたはVEGF受容体に結合することができる分子は、VEGF受容体を過剰発現する病変の診断のため(リー(Li)ら、Annals of Oncology 2003,14,1274)、および新生脈管構造の画像化(ミラー(Miller)ら、J.Natl.Cancer Inst.2005,97,172)に有用であり得る。
血管新生を画像化するための分子剤は、VEGF受容体に高い特異性で結合すると共に低濃度で検出可能でなくてはならない。これらは、画像診断法であるPETおよびSPECTに従って、およびそれほどではないにせよ、超音波(マイクロバブル造影剤を使用)および光学的画増化(蛍光造影剤を使用)に従って標識すべきである。さらに、MRIの感度が低くても、血管新生の分子マーカーを結合する薬剤に結合したオリゴマー化常磁性物質を用いて、血管新生を分子的画像化することが可能である(ミラー(Miller)ら、J.Natl.Cancer Inst.2005,97,172)。
今まで、幾つかのVEGF構造が報告されている:VEGF free(ミューラー(Muller,Y.A)ら) Structure 1997,5,1325;ミューラー(Muller,Y.A)ら、Proc Natl Acad Sci USA 1997,94,7192)、抗体との複合体(ミューラー(Muller,Y.A)ら、Structure 1998,6,1153)、ペプチド阻害剤との複合体(ウィースマン(Wiesmann,C.)ら、Biochemistry 1998,37,17765;パン(Pan,B.)ら、J MoI Biol 2002,316,769)、およびFIt−1領域2との複合体(ウィースマン(Wiesmann,C.)ら、Cell 1997,91,695)。ジスルフィド結合により結合された2つのVEGFモノマーが、VEGF逆平行ホモ二量体の極に局在化した2つの受容体分子に結合する。複合体の全体構造は、ほぼ2つ折りの対称である。構造および変異誘発データの分析により、受容体への結合に関与する残基を確認することができた。KDRとFIt−1はVEGF結合領域を共有し、実際、7つの最も重要な結合残基のうちの5つが、両方のインターフェース中に存在する。FIt−1D2と接触しているVEGF8-109のセグメントは、一つのモノマーの、N−末端ヘリックス(17−25)、ループ結合性ストランドβ3−β4(61−66)およびストランドβ7(103−106)からの残基、および他のモノマーの、ストランドβ2(46−48)からのおよび結合性ターンを含むストランドβ5およびβ6(79−91)からの残基を含む。認識インターフェースは、Arg224(FIt−1)とAsp63(VEGF)との間の極性相互作用を除いて、強度に疎水性である(ウィースマン(Wiesmann,C.)ら、Cell 1997,91,695)。
VEGF−受容体相互作用を調節するために多くの手法が追及され、ペプチドとしての新規分子的実体(ケイト(Keyt,B.A.)ら、J Biol Chem 1996,271,5638;アン(An,P.)ら、Int J Cancer 2004,111,165;シェイデガー(Scheidegger,P.)ら、Biochem J 2001,353,569;ジア(Jia,H.)ら、Biochem Biophys Res Commun 2001,283,164;ビネトゥルイ−ターナー(Binetruy−Tournaire,R.)ら、Embo J 2000,19,1525;ヘチアン(Hetian,L.)ら、J Biol Chem 2002,277,43137;ジルベルベルグ(Zilberberg,L.)、J Biol Chem 2003,278,35564;エル−ムサビ(El−Mousawi,M.)ら、J Biol Chem 2003,278,46681−46691)、および抗体としての新規分子的実体(プレウェット(Prewett,M.)ら、Cancer Res 1999,59,5209;クッケ(Cooke,S.P.)ら、Cancer Res 2001,61,3653)が、VEGF受容体の細胞外領域に結合することが報告された。それらの多数が拮抗活性を示し、作動薬として挙動するのは極僅かであった(アン(An,P.)ら、Int J Cancer 2004,111,165)。
本発明は、VEGF受容体を認識することができると共に、内皮細胞の増殖と血管新生または血管新生の傾向との両方を調節(制御)することができる、VEGF配列Phe17〜Tyr25のVEGFヘリックス領域を模倣する化合物(以下、「VEGF−ヘリックス17−25模倣化合物」)、およびそれらの、血管の形成または再生から恩恵を受ける状況、疾患または状態の治療ための薬剤または組成物の調製における使用に関する。
好ましい態様において、前記化合物は、以下の表1による配列番号1〜配列番号8からなる群より選択されるペプチドである。
(表1)
配列番号1: KVKFMDVYQRSYCHP
配列番号2: KLTFMELYQLKYKGI
配列番号3: KLTWMELYQLAYKGI
配列番号4: KLTWKELYQLAYKGI
配列番号5: KLTWMELYQLKYKGI
配列番号6: KLTWQELYQLAYKGI
配列番号7: KLTWKELYQLKYKGI
配列番号8: KLTWQELYQLKYKGI
核磁気共鳴および円偏光二色性により水中で予め特徴付けすると、これらのペプチドのヘリックス立体構造を採ろうとする良好な特性(傾向)が示された。これらの化合物について、生物学的活性は報告されていなかった(アンドリア(L.D.D’Andrea)
ら、Peptides 2002 Edizioni Ziino,Napoli,Italy (2002),454)。
本発明者らは、試験管内および生体内において、これらのペプチドの生物学的挙動を特徴付けた。それらの一部がVEGF受容体に結合して、VEGF様生物学的活性を示し、他のものがVEGF受容体に結合して、VEGF拮抗薬として作用する。それらの生物学的特性に基づいて、これらの化合物を、VEGF生物学的活性の調節に係わる病変の治療のため、VEGF受容体の過剰発現を呈する病変の診断のため、およびVEGF受容体の活性化に依存する細胞経路の研究のための生化学的ツールとして用いることができる。
好ましくは、これらの化合物は、慢性虚血、癌、増殖性網膜症およびリューマチ性関節炎のような血管新生に係わる病変の診断および治療のために用いられる。特に、血管の形成または再生から恩恵を受け得る状況、状態または疾患の治療のために、血管新生を刺激する化合物が用いられる。
一つの態様によれば、本発明は、癌の治療のための、好ましくは、その表面上にVEGF受容体を発現している腫瘍、および肺腫瘍(lung tumor)、甲状腺腫瘍(thyroid tumor)、乳癌(breast cancer)、胃腸腫瘍(gastrointestinal tumor)、腎臓腫瘍(kidney tumor)、卵巣腫瘍(ovary tumor)、子宮頸部腫瘍(uterine cervix tumor)、上皮性悪性腫瘍(carcinoma)、血管肉腫(angiosarcoma)、胚細胞腫瘍(germ cell tumor)および頭蓋内腫瘍(intracranial tumor)のような血管新生に依存する腫瘍の治療のための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、加齢性黄斑変性症age related macular degeneration)、糖尿病性網膜症(diabetic retinopathy)、硝子体出血(vitreous hemorrhage)、網膜剥離(retinal detachment)および血管新生緑内障(neovascular glaucoma)のような眼疾患を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、卵巣過剰刺激症候群(ovarian hyperstimulation syndrome)および子宮内膜症(endometriosis)のような女性生殖器官の病変を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、乾癬を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、リューマチ性関節炎(rheumatoid arthritis)を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、脳水腫(brain edema)を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、虚血性心臓血管疾患を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、神経細胞障害、特に、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、慢性虚血性脳疾患(chronic ischemic brain disease)、筋萎縮性側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis)、筋萎縮性側索硬化症様疾患(amyotrophic lateral sclerosis-like disease)、および他の変性性神経細胞障害(degenerative neuronal)、特に、運動神経細胞障害(motor-neuron disorder)を治療するための治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、骨形成を誘発するため、および骨欠損、好ましくは、椎体または椎間板損傷/破壊(vertebral body or disc injury/destruction)、脊椎固定(spinal fusion)、損傷半月板(injured meniscus)、無血管性壊死(avascularnecrosis)、頭蓋顔面再建/再構築(cranio-facial repair/reconstruction)、軟骨破壊/損傷(cartilage destruction/damage)、変形性関節症(osteoarthritis)、骨硬化症(osteosclerosis)、骨粗鬆症(osteoporosis)、移植片固定(implant fixation)、遺伝性または後天性骨障害または疾患(inheritable or acquired bone disorder or disease)を治療するため治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、胃潰瘍(gastric ulcer)を治療するため治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、糖尿病性足壊疽(diabetic foot ulcer)を治療するため治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、糖尿病性神経障害(diabetic neuropathy)用の治療薬としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、神経血管新生を刺激するための薬剤としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、創傷治癒(wound healing)用の治療剤としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、血管の形成または再生の恩恵を受ける病的および自然状態を治療するための治療剤としての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、VEGF受容体の過剰発現を呈する病変の診断のための、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、新生脈管構造の画像化のための、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
もう一つの態様において、本発明は、VEGF受容体の活性化に依存する細胞経路の研究のための生化学的ツールとしての、VEGFヘリックス17−25模倣化合物、好ましくは配列番号1〜配列番号8から選択されるペプチドの使用を提供する。
(実施例1)
試験管内およびウシ大動脈内皮細胞(BAEC)上での生物学的アッセイは、表1の配列番号8のペプチド(すなわち「QK」)が、VEGF受容体に結合することができ、受容体上の同じ領域を標的している可能性のあるヨウ素化VEGF165と競合することができることを示した。天然ペプチド配列番号1(VEGF15)は受容体に結合せず、これは、ヘリカル構造が生物学的活性に必要であることを意味している。さらに、QKは、内皮細胞増殖を誘発し、VEGF165により誘発される信号伝達を活性化し、VEGF生物学的反応を増加させた。QKは、マトリゲル基質上での試験管内アッセイにおける毛細血管の形成および組織化、および生体内での血管新生を誘発させることができた。
これらの結果は、VEGFの17−25ヘリックス領域が、VEGF受容体活性化に関与している証拠を提供する。この領域に似るように設計されたペプチドは、VEGF165の多くの生物学的特性を共有し、従って、この領域が生物医学用途にとって興味深い可能性があり、この領域を模倣する分子が、治療的および診断的用途に有益であり得ることを示している。(アンドリー(L.D.D’Andrea)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(2005),102,14215)。
ペプチド合成:
ペプチドを、標準的Fmoc(N−(9−フルオレニル)メトキシカルボニル)化学を用いてRink Amide MBHA樹脂(Novabiochem製)を使用して固相上で合成した。N−末端リシンをメチルトリチル基で保護して、選択的脱保護およびペプチド標識を行った。樹脂からの解離を、トリフルオロ酢酸、トリイソプロピルシランおよび水(95:2.5:2.5)で室温で3時間処理することにより達成した。ペプチドの純度および同一性を、HPLCおよびMALDI−ToF質量分析により調べた。
細胞培養:
SV40で不死化したウシ大動脈からのECを、95%空気−5%CO2中、10%FBS(Invitrogen製)を補足したDMEM(Sigma製)中で37℃で培養した。全ての実験において、VEGF165(Alexis製)を100ng/mlで用いた。
VEGF受容体結合アッセイ:
細胞を、溶解緩衝液(12.5mM Tris pH 6.8,5mM EDTA,5mM EGTA)中で均質化し、遠心分離によりサイトゾルフラクションから膜を分離した。膜を、結合緩衝液(75mM Tris,12.5mM MgCl2,2mM EDTA)中に懸濁し、等量の膜蛋白(1μg)を、96ウエルプレートにおいて、QK(10-13〜10-8M)および[125I]−VEGF(Amersham製)と共に平板培養した。VEGF結合をγ−カウンターで評価した。
ウエスタンブロット:
細胞を、6ウエル皿上で平板培養し、血清を一晩欠乏させた。翌日、VEGF165の不存在または存在下に、細胞を異なる量のペプチドで37℃で15分間処理し、次に、RIPA−SDS緩衝液(50mM Tris−HCl(pH7.5),150mM NaCl,1%NP−40,0.25%デオキシコール酸塩,9.4mg/50mlオルトバナジウム酸ナトリウム、20%ドデシル硫酸ナトリウム)に溶解した。一部の実験において、全KDRおよびFIt−1を、全KDRまたはFIt−1に対する抗体に共役させた蛋白A/Gアガロースビーズ(R&D)を用いて、等量の全細胞蛋白抽出物から免疫沈降させた。全細胞抽出物からの蛋白または免疫複合体をPAGEにより溶解し、ニトロセルロースに移した。全細胞外信号調整キナーゼ1および2(ERK1/2)、セリン−チロシンリン酸化ERK1/2、リン酸化−チロシン(細胞信号伝達)およびリン酸化−RB(p−RB)(Santacruz製)を、特異抗体、抗ウサギHRP共役二次抗体(Santacruz製)および標準的化学的発光(Pierce製)を用いて視覚化した。
3H]−チミジン取り込み:細胞を24時間血清欠乏させ、次に、DMEM中で、[3H]−チミジン(Amersham製)およびQK単独(10-12〜10-6M)またはQKとVEGF165との組み合わせと共にインキュベーションした。24時間後、細胞をトリクロル酢酸(0.05%)で固定し、1M NaOHに溶解した。シンチレーション液を加え、チミジン取り込みをβ−カウンターで評価した。
細胞増殖アッセイ:
6ウエルプレートにおいてウエル当たり10000個の密度で播種し、血清を一晩欠乏させ、次に、VEGF165の不存在または存在下にQK(10-12〜10-6M)で刺激した。細胞数を、刺激の24時間後に決めた。QK(10-6M)、VEGF165およびVEGF15(10-6M)による刺激の12および18時間後に、p−RBをウエスタンブロットで評価した。
試験管内血管新生アッセイ:
ヒト内皮細胞を、24ウエルプレートにおいて特別に設計された媒体(Angiokit,TCS CellWorks製)中、他のヒト細胞と共培養した。3日毎に、VEGF165の不存在または存在下にQKを培養物に添加した。VEGFおよびスラミン(20μM)を、それぞれ、陽性および陰性対照として用いた。続いて、細胞が増殖し始め、次に、移動相に入り、その間に、マトリクスを通過して移動して糸様小管構造を形成する。11日目に、細胞を冷たい70%エタノールで固定し、小管形成を、抗ヒトCD31(PECAM−1)について染色することにより視覚化した。結果を、画像分析ソフトウェアAngiosys software(TCS CellWorks製)を用いて記録した。
生体内アッセイにおける血管新生:
動物および手術手順:フェデリコII大学のガイドラインに従って、動物研究を行った。血管内送達によるアデノウイルス媒介遺伝子伝達を、15に既述されているように行った。チレタミン(50mg/kg)とゾラゼパム(50mg/kg)で麻酔した12週齢正常血圧WKYにおいて、虚血性後肢モデル(β2−アドレナリン作用性受容体過剰発現により高められる虚血性血管新生:内皮アドレナリン作用性系のための新規役割、イアカリーノ(Iaccarino)ら、Cir Res 2005)を作り、その際に、QK(10−7M)、VEGF(10−7M)およびVEGF15(10−7M)の長期大腿内動脈輸液を、前述の物質を含む溶液で満たされると共に腹膜内に配されたミニ浸透圧ポンプにより行なった(Cardiac βARK1 Upregulation Induced by Chronic Salt Deprivation in Rats,イアカリーノ(Iaccarino)ら、Hypertension 2001)。
デジタル血管造影写真および血流決定:14日後、動物に麻酔し、右大腿動脈からカテーテルを除去し、巻いて層状にまとめた。次に、左総頚動脈を前述のように露出し、火炎伸長させたPE50カテーテルを、蛍光透視視覚化(Advantix LCX,General Electrics製)の状態で、腹大動脈に腸骨分岐の直前まで進めた。ニトログリセリン(20μg、動脈内)により最大血管拡張を得た。電子制御注射器(ACIST,Medical Systems INC製)を用いて、造影剤(Iomeron 400,Bracco製)0.2mlを定圧(900psi)で送達した。TIMIフレーム計算評価のためのシネフレーム数を、前述のような適当なシネ−ビューワーモニター上でデジタルフレームカウンターを用いて測定した。全ての血管造影図を5フレーム/秒で造影し、2人の内容を知らない試験者により分析した(FP,GG)。TIMIフレーム計算を第1のフレームから行い、造影剤を、最初の後肢動脈分岐が充分にフレームで視覚化されるまで腸骨動脈に入れた。血管造影後、0.9%NaClの1mlに希釈した108個のオレンジ染色ビーズ(Triton Technologies製)を注入し、次に、動物を致死量のペントバルビタールで殺した。虚血性および非虚血性HLの腓腹筋サンプルを集め、液体窒素で凍結させ、−80℃で貯蔵した。次に、サンプルを均質化および消化し、ビーズを集め、DMTF中に懸濁させた。染料の放出を、450nmでの光吸収により調べた。データを、虚血性筋肉と非虚血性筋肉との比として表した。
組織学:
組織標本を解剖し、直ちに、PBS(リン酸緩衝生理食塩水、0.01M、pH7.2−7.4)/ホルマリンに浸漬することにより少なくとも24時間固定した。次に、これらを、三日月形アルコール濃厚物(crescent alcohol concentration)を通して脱水し、パラフィンに包埋した。厚さ5μmのセクションを組織化学のために加工し:再脱水後、Bandeiraea simplicifolia I(BS−I)ビオチニル化レクチン(Sigma製,1:50)と共に一晩インキュベーションした。ホースラディッシュペルオキシダーゼ共役ストレプトアビジン(Dako製,1:400)と共に室温で1時間二次インキュベーションすることにより、毛細血管内皮へのBS−I特異的接着が示され、これは、過酸化水素およびジアミノベンジジンの存在下に、褐色反応生成物を与える。Leica
DC 200デジタルカメラを備えるLeitz Diaplan顕微鏡により、形態学的分析を行った。興味のある画像を、Image Pro Plusソフトウェア(Media Cybernetics製,MD,USA)で加工して、試験領域当たりの毛細血管数を数えた。この研究において、5〜15μmの毛細血管の直径を考慮した。5つの組織セクション/各動物/各実験群を試験した。処理について無知の二人の独立した担当者(VC;GA)により、各セクションにおいて20領域当たりの毛細血管数を測定した。次に、5つのセクション/動物/実験群からの測定の平均値を計算し、プロットした。最終的値を、1000μm2に相当する単位面積当たりの平均毛細血管数として表した。群間相違を分散分析(Anova)により評価した。遺伝子導入後のβ2AR免疫組織化学のために、厚さ6μmの筋肉凍結セクションを切断し、ポリ−L−リシン被覆スライド上に乗せた。セクションを、使用するまで凍結保持する、または冷アセトン中に固定し乾燥した。組織セクション上の非特異的蛋白結合部位を、正常ヤギ血清と共にインキュベーションすることにより遮断した。この後に、さらに洗浄することなく、1:25ウサギ抗−β2AR(Santa Cruz Biotechnology製,CA,USA)と共に4℃で一晩インキュベーションした。ビオチニル化二次抗体を用い、続いてアビジン共役アルカリホスファターゼ複合体(Dako製)を用いて、酵素標識免疫反応を行った。0.1M Tris/HCl緩衝液(pH8.2)中のナフトールAS−MXリン酸塩および新しいフクシンを用いて、アルカリホスファターゼを現像して赤色反応生成物を得た。免疫染色対照は、一次抗体を非免疫血清に置き換えることからなっていた。
ラットにおける移植マトリゲルモデル:
各動物に、QK、VEGF15、VEGF165(10−6M)をまたは食塩溶液を含むMatrigel Matrix High(18−22mg/mL;Becton Dickinson製,Franklin Lakes,NJ)1mLを、背中に皮下注射した。1週間後、マトリゲル栓を除去し、Masson三重染色を用いて組織学的分析のためにPBS中4%緩衝ホルムアルデヒド中で固定した。組織セクション中の15〜20個の領域の視野当たりの毛細血管占領面積を、コンピューター化デジタルカメラシステム(Olympus製,Melville,NY)およびNIH Image 1.61(NIH製,Bethesda,MD)を用いて測定した。血管は、特許の内腔および陽性内皮細胞核を有する構造として定義される。
カスパーゼ3活性の分析:
Hepes 50mM,DTT 1mM,EDTA 0.1mM,NP−40 0.1%,CHAPS 0.1%を含む緩衝液中に細胞(2×104)を溶解し、蛋白量を決めた。少量の蛋白(20μg)を、Hepes 50mM,DTT 1mM,EDTA 0.1mM,NP−40 0.1%,CHAPS 0.1%を含む緩衝液中で20μM Ac−DEVD−AMC(Pharmingen製,San Diego,CA)と共に37℃で3時間インキュベーションした。カスパーゼ3活性を、細胞質抽出物中、N−アセチル−DEVD−AMC(ソーンベリー(Thornberry NA)ら、Nature 1992;356:768−74)からの7−アミノ−4−メチルクマリン(AMC)の放出を分析することにより決め;AMCの放出を、蛍光光度計にて励起波長を380nmおよび発光波長を440nmとしてモニターした。
結果:
ペプチド設計:VEGF/FIt−1D2複合体(1FLT)(1)のX線構造に基づき、アミノ酸配列Phe17〜Tyr25に及ぶVEGF結合領域を再生するペプチドを設計および合成した。この領域は、受容体から4.5Åより短い距離に位置する21個の残基のうち5個(Phel7,Metl8,Tyr21,Gln22,Tyr25)を含み、天然の蛋白におけるα−ヘリックス構造と推定される。採用した設計は、受容体と相互作用する残基の3次元配列を固定して保持し、二次構造モチーフを安定化することであった。突然変異データは、Phe17をAlaに変異させると、KDRへの親和性が90倍低下するが、他の4個の残基の突然変異は結合に僅かの影響しか与えない(2,3)ことを示している。5個の全ての相互作用性残基はヘリックスの上面を占め、それらが受容体との疎水性相互作用を生み出す。反対側面の残基は蛋白内側に向かって突出し、単離ペプチドにおいては、溶媒に晒される。QKペプチドのヘリックス構造が安定化され、N−およびC−封止性配列(4)、固有のヘリックスとなろうとする傾向(ヘリックス傾向)と好ましい静電相互作用を有するアミノ酸(5)が導入される。封止性残基は各位置についての統計的選択に基づき選択した:N’(Leu)、Ncap(Thr)、N4(Leu)、C3(Leu)、Ccap(Lys)、C’(Gly)およびC’’(Ile)。分光プローブを導入しかつ疎水性表面を増やすためにPhe17をTrpに置き換え;FIt−1の残基Asn219に近いMet18を、好ましい水素結合相互作用の形成に一層適しているVEGF相同蛋白である胎盤成長因子中に存在するGln残基で置換した。Asp19を、高いヘリックス傾向故にGluに置き換え、Ser24を、ヘリックス傾向および溶解性を増加させるためにLysで置換した。さらなるLys残基をN−末端に付けて、選択的標識を提供した。ペプチド末端荷電とヘリックス双極子との間の静電反発力を避けるために、ペプチドをアセチル化およびアミド化した。この設計により以下のQK配列が得られた:
Ac−K123456789101112131415−CONH2
VEGF受容体結合アッセイ:QKペプチドの生物学的挙動を確かめるために、細胞膜上のVEGFの結合部位と競合するその性能を試験した(図1a)。単離BAECから得られた膜を、ヨウ素化VEGFと、その次に、量を増加させているQKと競合させた。競合曲線は、推定見掛け解離定数10-9.5MでのQKによるヨウ素化VEGFの移動を示し、従って、粒状細胞フラクション(particulate cellular fraction)上に局在化された受容体との相互作用を示している。実際にVEGF受容体がQKへの結合に関与していることを示し、本発明の化合物が信号伝達の初期事象を開始する性能を評価するために、BAEC全抽出物から全KDRおよびFIt−1を免疫沈降させ、ウエスタンブロットによりチロシンリン酸化を視覚化した。予想されるように、対照として用いられるVEGF165に15分間晒すことにより、膜におけるリン酸化KDRの水準が低下し、一方、FIt−1リン酸化が増加した(図1b,c)(6)。QKは、リン酸化KDRを非刺激細胞における水準より低下させ、一方、FIt−1のリン酸化の水準を高めたので、これらの受容体に同様に効果を発揮した。配位子結合データと共に、これらの結果は、QKが、VEGF受容体へのVEGF165の効果を再現することを示している。
増殖性細胞内経路の活性化:
次に、QKが、内皮細胞活性化の経路を開始できるかどうか検討した。VEGFによる血管新生の調節が主にERK1/2依存性であり、DNA合成および細胞増殖(7)に至ることが達成された。従って、このキナーゼへのQKの効果を調べた。実際、QKは、投与量依存的にERK1/2活性化を導く。この反応はVEGFに付加的であり、QKの低投与量がVEGF信号伝達を容易にすることを示している(図2a)。その代わりに、天然ヘリックス(VEGF15)を再生するペプチドは、細胞内信号伝達を開始できないのであれば、EKR活性化に効果を有していない(図2b)。QKによるERK1/2活性化が細胞増殖につながるかどうか確認するために、細胞数、DNA合成およびサイクリン活性化のような細胞増殖指標を研究した。QKは、どの投与量でもDNA合成を増加させ、効果は、VEGFの存在により高められた(図3a)。細胞増殖研究は、同様に、QKが細胞増殖自体を生み出し、VEGF反応を向上させることを示した(図3b)。最後に、QKおよびVEGF165はサイクリンRBのリン酸化を向上させたが、VEGF15は向上させず、G0からG1への細胞サイクルの進行を示している(図3c)。
試験管内血管新生アッセイ:
QKが、VEGFの全血管新生特性を再現するかどうか調べるために、ペプチドが、マトリゲル基質上でECネットワーク(網目)構造形成を誘発させる性能を研究した(図4)。白血球漏出に関与する細胞内接着分子であるCD31/PECAM−1についてのポジティブ染色により、小管形成を評価した。全小管長により補正される細胞間結合の数を決めた。陽性対照として、各内皮細胞が隣接細胞に延びる結合の数を増加(0.l±0.lから2.14±0.17)させるVEGFを用いた。QKは、新しい結合の形成を投与量依存的に誘発させ、VEGF165への反応を向上させた(図4e)。
生体内血管新生アッセイ:
麻酔した12週齢WKYラットにおいて、Matrigel Matrix High(BD Technologies製)含有または対照ペプチド(VEGF15 10−7M)の皮下注射を用いて、生体内でのQKの血管新生促進効果を評価した。1週間後、栓を除去し、形態全体および、CD31/vWF免疫染色による毛細血管浸潤を分析した。血液顕微鏡的評価を含む巨視的観点でのQKによる栓は、VEGF15栓におけるよりも、VEGFおよびQK栓において強度の末梢毛細血管浸潤を証明した(データは示さず)。WKYのもう一つの群において、QK(10−7M)、VEGF(10−7M)およびVEGF15(10−7M)の長期大腿内動脈輸液を伴う虚血性後肢モデルを作った。14日後、動物に麻酔をかけ、TIMIフレームスコア(TFC)を数えるデジタル血管造影により評価される後肢血流(BF)は、遠位肢動脈においてコントラストを得る必要がある(図5a)。BFは、黄色ビーズの腹大動脈における注射による染色ビーズ希釈によっても評価した(3* 105)(図5b)。虚血性および非虚血性前脛骨筋上での組織学により、毛細血管密度を評価した。データを以下の表に示し、VEGFに類似のQKの生体内血管新生促進特性を示し、これは、生体内においても、このペプチドが全蛋白に似ていることを示唆している。
Figure 2008546821
HUVE細胞のアポトーシスからの救済:設計されたペプチドが、VEGF抗アポトーシス活性を模倣できるかどうか調べるために、FBSが除去されたヒト一次内皮(HUVEC)細胞におけるカスパーゼ3の活性化を分析した。VEGFの添加は、予想される(イルマズ(Yilmaz A)ら、Biochem Biophys Res Commun.2003,306:730)ように、HUVECを部分的にアポトーシスから救済した。QKは、VEGFに類似の生物学的効果を示し、HUVECのVEGFへの反応を向上させた(図6)。
成体において血管新生の調節は関連病状に関与しているので、非常に魅力的な目的である。治療的血管新生は、代替法により治療することができない状態において慢性虚血を解決するための究極の介入手段として求められる。その逆である血管新生阻害治療は、腫瘍学における有望な治療である。血管新生反応はVEGF活性に厳格に依存するので、この蛋白は、非常に魅力的な薬理学的標的であると見なされ、昨年における熱心な研究の対象であった。
複合体VEGF/FIt−1D2のX線構造は、結合性インターフェースが、主に3つの領域に局在していることを示している(1)。それらの一つは、アミノ酸配列17−25に及ぶα−ヘリックスである。この領域は受容体の認識に関与するキー残基を含み、この領域を再生する受容体と相互作用する新しい分子は今まで開発されていないので、この領域に注意を集中させた。さらに、ヘリカルペプチドの折り畳みおよび安定性規則がこの数年に解明されたので、ヘリカルペプチドの設計は、ペプチド工学にとって御しやすい標的を表す(5)。天然蛋白のヘリックス、ターンおよびβ−ヘアピンに及ぶペプチドフラグメントは、極一部の例外を除いて、生理学的条件下に天然の二次構造を再生する傾向がほとんど無いことが良く知られている(5)。さらに、水溶液において適当な構造特性を安定化することが、設計されたペプチドのそれらの標的への結合を得るための条件である。
ヘリカル構造を安定化させるように天然配列に適当なツールを導入すると、受容体の結合に適した3次元配列中にキー残基が並べられると推論した。VEGF受容体と相互作用すべき線形ペプチドQKを設計するために、構造を利用した手法を採用した。水溶液中のQKペプチドの構造的選択性について集められた全てのデータは、それが主にヘリカル構造に折り畳まれることを強く示している。特に、CDスペクトルから誘導される第1の兆候は、Hα化学シフト分析およびNMR構造決定により充分に確認される。これらの2つの後者の分析は、VEGFヘリカル領域に相当すると共にQK生物学的活性のための重要な必要条件を表す残基4と12との間に含まれるものとして、QKヘリカル領域を定義した。VEGF15は溶液中でのランダムコイル構造が想定されるので、また、典型的には天然アミノ酸からなる短いペプチドは固有の熱力学的不安定性を主な原因として溶液中で滅多に螺旋形をとらないので、QKヘリカル構造の安定化は取るに足りない結果ではない。QKの螺旋形折り畳みの理由は、固有のヘリカル選択性を有するアミノ酸の存在と、ペプチドの反対面上における多くの中程度のイオン性、極性および疎水性相互作用を生じさせるヘリックスの両親媒性とにあると思われる。さらに、僅かに15個の天然アミノ酸からなると共に、純水中でのその構造が良好な骨格を有して誘導されたQKペプチドは、さらなる折り畳み研究のためのモデルを表すことができる。
VEGFの生物学的機能の大部分が、その受容体KDRおよびFIt−1(8−10)により媒介される。VEGFのKDRまたはFIt−1との相互作用は、受容体の二量体化およびその後の活性化を誘発する。従って、VEGFの二量体が唯一の活性形であると考えられる。この報告において、ペプチドQKがVEGF受容体に結合する証拠を報告している。結合に関する研究は、QKが、内皮細胞膜上の結合部位についてVEGFと競合することを示した。これらの細胞は、それらの作動薬に結合したときに自己リン酸化する2つのチロシン受容体であるKDRとFIt−1との両方の受容体を発現する。QKが、2つの受容体のうちの一方への選択性を有するかどうか評価するために、受容体を免疫沈降させ、ウエスタンブロットによりチロシンリン酸化を評価した。図1に報告されているデータは、QKが、VEGFと同様に、両方の受容体を結合し活性化することを示した。KDRリン酸化は、KDRは内在化および消化され、一方、FIt−1は膜上に露出したままになるので、配位子結合後に低下する(6)。QKの作動薬様挙動(agonist-like behavior)は、細胞増殖実験により、およびVEGF依存性細胞内経路(ERK1/2)の下流活性化により確認される。種々のEC型(11−14)においてVEGFがDNAの合成および増殖を刺激することが報告された。VEGFは、ERK1/2の活性を強度に誘発し、この経路の活性化は、おそらく、EC増殖の刺激において中心的役割を果たす(15,16)。我々のデータは、QKが、投与量依存的にERK1/2の活性化および細胞増殖を導き、両方の実験において、QKが、VEGF活性を向上させることを示した。さらに、細胞周期のG1相における制限点を通過する進行を制御することにより増殖を調節するサイクリンであるRBのリン酸化を、細胞増殖のマーカーとして調べた。QKおよびVEGF165がRBリン酸化を向上させ、VEGF15はリン酸化を向上させなかったことは、G0からG1への細胞周期の進行を示している(図3c)。
マトリゲル基質を用いる試験管内血管新生アッセイを行う機能的アッセイにおいて、我々のペプチドの生物学的特性を試験した。VEGFは、細胞増殖および細胞外マトリクスを介する移動を誘発することにより、結合して小管の網目構造を作る糸様小管構造を形成する、生体内における有効な血管新生因子である(17,18)。QKは、図4に示すように、投与量依存的に新しい結合の形成を誘発し、VEGF応答を向上させた。この実験は、我々のペプチドQKが、VEGFについて報告される信号伝達における特徴の多くを再現することを確認した。
最後に、QKの血管新生促進特性(pro-angiogenic property)が、2つの異なるモデルを用いる生体内においても示された。両方の実験において、ペプチドQKは、VEGFに類似の活性を示し、一方、対照ペプチドであるVEGF15は、いかなる生物学的活性も示さなかった。ペプチドQKは、生体内においてVEGFの生物学的効果を高める性能も示した。これらのデータは、VEGF受容体の活性化の機構および臨床的適用の両方において、新しい研究分野を開く。
QKがECをアポトーシスから救済してVEGFの生存機能を模倣し得ることも示した。
全体として、我々の結果は、QKが試験管内でVEGF受容体に結合することを示し、それが血管新生のための有効な作動薬であることを示している。QK領域のコア領域の安定な螺旋構造は、VEGF受容体を結合するその性能のための重要な条件であることが見えてくる。実際、予想されるように水中で構造化しない天然フラグメントVEGF15は、単独でまたはVEGFと組み合わせて、いかなる感知できる生物学的活性も示さなかった。
慢性虚血または心不全のような心臓血管状態における治療的血管新生は、最近のバイオテクノロジーの裏付けとして求められる。実際、VEGFを投与するとヒトにおいて治療的に有意義な血管新生が起こるという仮説が、既に、イズナー(Isner)らによって重症肢虚血の患者における遺伝子治療試行において試験されている(19)。VEGFのような成長因子の使用への主な制限は、制御されない血管新生およびリンパ浮腫を促進する性能と関わる。近年の発見は、さらに、VEGFを、喘息を促進する因子(20)として、すなわち、大規模な虚血集団におけるこの分子の使用を排除する副作用を提案している。我々のデータは、QKまたは改良された類似体が、より安全な血管新生促進薬への要求を満たすことを示唆している。
(実施例2)
ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)についての生物学的アッセイは、配列番号3および5のペプチド(すなわち、それぞれ、「MA」および「MK」)がVEGF拮抗薬であることを示した。両者が、VEGFがHUVECをアポトーシスから救済することを損なう性能がある。MAはVEGF受容体に結合し、ERK1/2キナーゼのVEGFによる活性化を阻害する。
ペプチド合成:
ペプチドを、標準的Fmoc(N−(9−フルオレニル)メトキシカルボニル)化学を用いてRink Amide MBHA樹脂(Novabiochem製)を使用して固相上で合成した。N−末端リシンをメチルトリチル基で保護して、選択的脱保護およびペプチド標識を行った。樹脂からの解離を、トリフルオロ酢酸、トリイソプロピルシランおよび水(95:2.5:2.5)で室温で3時間処理することにより達成した。ペプチドの純度および同一性を、HPLCおよびMALDI−ToF質量分析により調べた。
細胞:
正常ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を、Promocell(Heidelberg,Germany)から得、EGM−2 SingleQuots(Cambrex,Carlsband,CA)において培養した。
カスパーゼ3活性の分析:
Hepes 50mM,DTT 1mM,EDTA 0.1mM,NP−40 0.1%,CHAPS 0.1%を含む緩衝液中に細胞(2×104)を溶解し、蛋白量を決めた。少量の蛋白(20μg)を、Hepes 50mM,DTT 1mM,EDTA 0.1mM,NP−40 0.1%,CHAPS 0.1%を含む緩衝液中で20μM Ac−DEVD−AMC(Pharmingen製,San Diego,CA)と共に37℃で3時間インキュベーションした。カスパーゼ3活性を、細胞質抽出物中、N−アセチル−DEVD−AMC(ソーンベリー(Thornberry NA)ら、Nature 1992;356:768−74)からの7−アミノ−4−メチルクマリン(AMC)の放出を分析することにより決め;AMCの放出を、蛍光光度計にて励起波長を380nmおよび発光波長を440nmとしてモニターした。
ヒト組み換えVEGFおよび他の試薬:
ヒト組み換えVEGFを、R&D(Minneapolis,MN)から得た。抗−リン酸化ERKポリクローナル抗体を、Cell Signaling(Danvers,MA)から得た。フィコエリスリン(PE)−共役抗−β1−インテグリンモノクローナル抗体(mAb)を、Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz,CA)から得た。イソチオシアン酸フルオレセイン(FITC)−共役アネキシンVを、Bender MedSystems GmbH(Vienna,Austria)から得た。抗−ヒトα−チューブリンmAbを、Sigma(St.Louis,MO)から得た。
蛍光:
細胞(3×105)を、飽和量のFITC−共役および他の提示された試薬と共に、暗所で4℃で5分間インキュベーションした。PBSで洗浄後、細胞をPBS中に再懸濁し、FACScan(Becton Dickinson製)フローサイトメーターで分析した。
ウエスタンブロット:
氷上のサンプル緩衝液(2%ドデシル硫酸ナトリウム,10%グリセロール,2%メルカプトエタノールおよび60 mM Tris−HCl pH6.8、脱塩水中)中で、細胞全蛋白溶解物を調製した。溶解物(25μg)を12%SDS−PAGEゲル上を走らせ、電気泳動によりニトロセルロースに移動させた。ニトロセルロースブロットを、Tris Buffer Saline Tween−20(TBST)緩衝液[20mM Tris−HCl(pH7.4),500mM NaClおよび0.01%Tween20]中の5%BSAで遮断し、TBST−5%BSA中の一次抗体と共に4℃で一晩インキュベーションした。標準的プロトコール(Amersham Bioscience製,UK)に従って、ホースラディッシュペルオキシダーゼ共役二次抗体および強化化学発光試薬と共に連続的にインキュベーションすることにより免疫反応性を検出した。
統計的分析:
GraphPad Prism version 4.00 for Windows,GraphPad Software製,San Diego,CA,www.graphpad.com.を用いて統計的分析を行った。
結果:
設計ペプチドによるVEGF活性の抑制:
設計されたペプチドがVEGF抗−アポトーシス活性と競合できるかどうか検討するために、FBSが除去されたヒト一次内皮(HUVEC)細胞中でカスパーゼ3の活性化を分析した。FBSが除去された細胞からの細胞溶解物において、20U/mlを超える活性化カスパーゼ3が証明されたが、VEGFを用いる培養からの細胞は、9U/ml未満の酵素活性を含むんでいることが見えてくる。従って、VEGFの添加は、予想される(イルマズ(Yilmaz A)ら、Biochem Biophys Res Commun.2003,306:730−6)ように、HUVEC細胞を部分的にアポトーシスから救済した。MAペプチドを培養物に加えるとVEGFの効果が無くなり;MKは成長因子の効果を部分的に抑制し、他の試験したペプチドはVEGF活性を調節することができなかった(図7)。
MAペプチドのHUVEC細胞への結合:
MAペプチドのHUVEC細胞への結合を証明するために、MAと共にまたはフルオレセインと共役した混合ペプチドと共に細胞をインキュベーションし、FACSにより結合を分析した。MAは投与量依存的に細胞に特異的に結合(データは示されない)し、細胞に添加されたヒト組み換えVEGFはMAペプチドと競合することが見えてくる(図8)。
VEGFにより誘導されるMAペプチドによるERKキナーゼの活性化の抑制:
HUVEC細胞にVEGFが結合することは、ERKキナーゼの活性化を誘発し、それにより細胞アポトーシスが抑制されることが示された(サラメ(Salameh A)ら、Blood.2005,106:3423−31)。従って、MAペプチドが細胞に結合することが、VEGFによるERK活性化を阻害し得るかどうか調べた。図9aに示されるように、VEGFで30分間刺激された細胞は、知覚し得る水準のリン酸化(活性化)ERK1/2キナーゼを示したが、これらの水準は、MAペプチドの存在下にVEGFと共にインキュベーションした細胞においては著しく低下した。
VEGFを含む培養物中におけるアネキシンV+細胞の外観へのMAペプチドの効果:
アポトーシス細胞が、アネキシンVにより結合されたホスファチジルセリンを外面化する(スティーンスマ(Steensma DP)ら、Methods Mol Med.2003;85:323−32)。FBSを24時間除去したHUVEC細胞は、25%のアネキシンV+細胞を示し、その百分率は、VEGFを用いる培養物においては40%を超えて低下した。VEGFおよびMAペプチドと共に培養した細胞において、22%を超えるアネキシンV+細胞(図9b)が観察され、これは、ペプチドが、成長因子の抗アポトーシス効果を著しく(p<0.02)抑制したことを示している。
ことを示している。
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VEGF受容体の結合および活性化。a)BAEC上のVEGF競合的結合。膜蛋白1μgを、QKおよび[125I]−VEGF(500000cpm,10-10M)と共に平板培養した。b)KDR活性化。刺激後、全KDRを、全細胞蛋白抽出物から免疫沈降し、リン酸化チロシンを特異抗体、抗ウサギHRP−共役二次抗体および標準的化学的発光により視覚化した。c)FIt−1活性化。刺激後、全FIt−1を、全細胞蛋白抽出物から免疫沈降し、リン酸化チロシンを特異抗体、抗ウサギHRP−共役二次抗体および標準的化学的発光により視覚化した。 ERK1/2活性化への、QKおよびVEGF15の効果。血清誘導BAECを、VEGF165(100ng/ml)の不存在または存在下に、QK(a)またはVEGF15(b)により、37℃で15分間処理し、次に、RIPA−SDS緩衝剤に溶解した。全ERK1/2および、ERK1/2のリン酸化型を、特異抗体で視覚化した。 細胞増殖への、QKの効果。a)DNA合成。BAECを、DMEM中で、VEGF165(100ng/ml)の不存在または存在下に、[3H]−チミジンおよびQKと共にインキュベーションした。24時間後、細胞を固定し溶解した。シンチレーション液を加え、[3H]−チミジンの取り込みを評価した。b)細胞増殖。BAECを、VEGF165(100ng/ml)の不存在または存在下に、提示量のQKで刺激した。細胞数を、刺激後24時間で決めた。c)RBリン酸化。QK(10-6M)、VEGF165(100ng/ml)およびVEGF15(10-6M)で刺激後12時間および18時間でp−RBを評価した。 QKの試験管内血管新生特性。ヒト内皮細胞を、24ウエルプレートにおいて特別に設計された媒体中、他のヒト細胞と共培養した。3日毎に、QK単独、またはQKとVEGF165(100ng/ml)との組み合わせを、培地に加えた。11日目に、細胞を氷浴70%エタノールで固定し、小管の形成を、抗ヒトCD31(PECAM−I)について染色することにより視覚化した。サンプル画像を挿入像a〜dに報告する。a)スラミン(20μM)およびb)VEGF165を、それぞれ、陰性および陽性対照として用いた。e)細胞結合の数および小管全長を、デジタル化後の画像を分析するソフトウェアを用いて決めた。 生体内血流評価。生体内慢性虚血中のQKおよびVEGF動脈内慢性注入による増加した血管新生反応を評価した。(a)TIMIフレームカウント(FC)。慢性虚血15日後、対照として用いた擬処理ラットと比較して、QKおよびVEGFで処理した虚血後肢におけるTIMI FCの数の低下を、デジタル血管造影により証明した(*:p<0.05)。(b)染色ビーズ希釈。同様に、QKおよびVEGFは、対照と比較して、虚血後肢における血流を改善する(*:p<0.05)。 HUVE細胞(l×104/cm2)を、FBSを含まない培地中、5%CO2雰囲気下、VEGF(20ng/ml)およびQK(5ng/ml)の不存在または存在下に37℃でインキュベーションした。4時間後、カスパーゼ3活性を決めた。結果を、3回の平均値として表す。 HUVE細胞(l×104/cm2)を、FBSを含まない培地中、5%CO2雰囲気下、VEGF(20ng/ml)および提示されたペプチド(20ng/ml)の不存在または存在下に37℃でインキュベーションした。4時間後、カスパーゼ3活性を決めた。結果を、3回の平均値として表す。 HUVE細胞(l×104/cm2)を、フルオレセインと共役した500nM MAペプチドと共にインキュベーションし、暗所にて4℃で30分後に量を増やしつつあるVEGFと競合させた。次に、細胞蛍光をフローサイトメトリーにより分析した。 (a)HUVE細胞(l×104/cm2)を、MAペプチド(100ng/ml)の不存在または存在下、VEGF(20ng/ml)と共に、30分間2回インキュベーションした。次に、細胞溶解物を得、抗−ホスホ−ERK抗体を用いてウエスタンブロットで分析した。(b)HUVE細胞(l×104/cm2)を、MAペプチド(100ng/ml)の不存在または存在下、VEGF(20ng/ml)と共に、5%CO2雰囲気中、37℃で24時間3回インキュベーションした。次に、FITCアネキシンV結合を、フローサイトメトリーにより分析した。

Claims (16)

  1. 血管の形成または再生の恩恵を受ける状況、疾患または状態を治療するための薬剤を調製するための、VEGF受容体を認識することができると共に内皮細胞の増殖と血管新生の両方を調節することができる、残基Phe17〜Tyr25に及ぶVEGFヘリックスを模倣する化合物の使用。
  2. 血管新生依存性疾患の治療のための、請求項1に記載の使用。
  3. 前記疾患が、慢性虚血、乾癬、癌、増殖性網膜症およびリューマチ性関節炎を含む、請求項2に記載の使用。
  4. その表面にVEGF受容体を発現している腫瘍および血管新生依存性腫瘍を治療するための、請求項3に記載の使用。
  5. 肺腫瘍、甲状腺腫瘍、乳癌、胃腸腫瘍、腎臓腫瘍、卵巣腫瘍、子宮頸部腫瘍、上皮性悪性腫瘍、血管肉腫、胚細胞腫瘍および頭蓋内腫瘍を治療するための、請求項4に記載の使用。
  6. 眼疾患を治療するための、請求項2に記載の使用。
  7. 加齢性黄斑変性症、糖尿病性網膜症、硝子体出血、網膜剥離および血管新生緑内障を治療するための、請求項6に記載の使用。
  8. 女性生殖器官疾患を治療するための、請求項2に記載の使用。
  9. 卵巣過剰刺激症候群および子宮内膜症を治療するための、請求項8に記載の使用。
  10. 脳水腫、虚血性心臓血管疾患、神経細胞障害、骨疾患または障害、胃潰瘍、糖尿病性足壊疽、糖尿病性神経障害および創傷治癒を治療するための、請求項2に記載の使用。
  11. VEGF受容体の過剰発現を特徴とする病変の診断のための診断用組成物の調製のための、VEGF受容体を認識することができると共に内皮細胞の増殖と血管新生の両方を調節することができる、残基Phe17〜Tyr25に及ぶVEGFヘリックスを模倣する化合物の使用。
  12. 診断用組成物が血管新生脈管構造の画像化に適している、請求項11に記載の使用。
  13. VEGF受容体の活性化に依存する細胞経路の研究のための生化学的ツールとしての、VEGF受容体を認識することができると共に内皮細胞の増殖と血管新生の両方を調節することができる、残基Phe17〜Tyr25に及ぶVEGFヘリックスを模倣する化合物の使用。
  14. 前記化合物が配列番号1〜8から選択されるペプチドである、先の請求項のいずれかに記載の使用:
    配列番号1: KVKFMDVYQRSYCHP
    配列番号2: KLTFMELYQLKYKGI
    配列番号3: KLTWMELYQLAYKGI
    配列番号4: KLTWKELYQLAYKGI
    配列番号5: KLTWMELYQLKYKGI
    配列番号6: KLTWQELYQLAYKGI
    配列番号7: KLTWKELYQLKYKGI
    配列番号8: KLTWQELYQLKYKGI
  15. 血管新生依存性病変により影響を受けている被験者を治療する方法であって、その被験者に、VEGF受容体を認識することができると共に内皮細胞の増殖と血管新生の両方を調節することができる、残基Phe17〜Tyr25に及ぶVEGFヘリックスを模倣する化合物の有効量を投与することを含む方法。
  16. 前記化合物が配列番号1〜8から選択されるペプチドである、請求項15に記載の方法:
    配列番号1: KVKFMDVYQRSYCHP
    配列番号2: KLTFMELYQLKYKGI
    配列番号3: KLTWMELYQLAYKGI
    配列番号4: KLTWKELYQLAYKGI
    配列番号5: KLTWMELYQLKYKGI
    配列番号6: KLTWQELYQLAYKGI
    配列番号7: KLTWKELYQLKYKGI
    配列番号8: KLTWQELYQLKYKGI
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