置換されたポルフィリン類
【課題】 生理学的および病理学的過程を調節する方法、特に、酸化剤の細胞内レベルを調節し、それによりそのような酸化剤が関係する過程を調節する方法、およびそのような方法における使用に適切な化合物と組成物を提供すること。
【解決手段】 本発明は、式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］である。
【解決手段】 本発明は、式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生理学的および病理学的過程を調節する方法、特に、酸化剤の細胞内レベルを調節し、およびそれによりそのような酸化剤が関係する過程を調節する方法に関する。本発明は、また、そのような方法における使用に適切な化合物と組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化剤は、全細胞の正常な代謝の部分として産生されるが、しかしまた、多くの疾患の過程の病因の重要な要素でもある。例えば、反応性酸素種は、肺、中枢神経系および骨格筋の疾患の病因の臨界要素である。酸素フリーラジカルは、また、一酸化窒素(NO・)の作用の調節においても重要な働きを担う。この状況において、それらは血管障害、炎症性疾患および加齢の進行の病因に寄与する。
【０００３】
酸化剤に対する防御酵素の臨界のバランスは、正常な細胞と器官の機能を維持するために必要である。スーパーオシドジスムターゼ(SODs)は、細胞内および細胞外でのＯ2-からＨ2Ｏ2およびＯ2への変換を触媒する金属結合酵素(メタロエンザイム)のファミリーであり、スーパーオキシドラジカルの損傷効果に対する防御の第一線を代表する。哺乳類は、３種類の異なるＳＯＤｓを産生する。１つは、全ての細胞のサイトゾルで発見された二量体の銅および亜鉛含有酵素(CuZn SOD)である。２つ目は、ミトコンドリア内で発見された三量体のマンガン含有SOD(Mn SOD)であり、更に３つ目は、細胞外流体で発見され、且つ細胞外マトリックスに結合した三量体のグリコシル化された銅および亜鉛含有酵素(EC-SOD)である。幾つかの他の重要な抗酸化酵素が細胞内にあることが知られ、これらは、カタラーゼおよびグルタチオンペルオキシダーゼを含む。細胞外流体および細胞外マトリックスは、これらの酵素を少量で含有するのみであるが含有し、また同時に、例えば、アスコルビン酸、尿酸、およびα−トコフェノール等のラジカルスカベンジャーおよび脂質過酸化阻害剤を含む他の細胞外抗酸化剤も存在することが知られている(Halliwell et al, Arch. Biochem. Biophys. 280:1(1990))。
【０００４】
本発明は、一般的に、そこにおいてスーパーオキシドラジカルまたは過酸化水素若しくはペルオキシナイトライト等の他の酸化剤が関係する細胞内および細胞外過程の調節において使用するのに適切な低分子量ポルフィリン化合物に関する。本発明の化合物および方法は、酸化的ストレスが重要な役割をする種々の生理学的および病理学的過程における適用を明らかにする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Halliwell et al, Arch. Biochem. Biophys. 280:1(1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、ペルオキシナイトライト、脂質過酸化、ヒドロキシラジカルおよびチイルラジカル(thiyl radicals)等の酸化剤の細胞内または細胞外レベル調節する方法に関する。より詳細には、本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、一酸化窒素またはペルオキシナイトライトに関連する正常または異常過程を、低分子量の抗酸化剤を使用して調節する方法、およびそのような方法において使用ために適切なメチン(即ち、メソ)置換ポルフィリンに関する。該置換ポルフィリンは、また、抗菌剤および抗ウイルス剤としての活性、並びにイオノフォアおよび化学療法剤としての活性も有することが期待できる。本発明の目的および利点は以下の記載から明確になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】メカニズム。
【図２】メソ-テトラキス-N-アルキル-ピリジニウムベースポルフィリンマンガン類。
【図３】最小培地中での１、２、３*および４*(20μM)(アトロプ異性体の混合物、JI=SOD欠損株、AB=親株)のインビボ(大腸菌)におけるＳＯＤ活性。
【図４】ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+の構造(x=1から4)。
【図５】ＣＤＣｌ3(δ=7.24ppm)におけるＨ2Ｃｌ2aＴ-2-ＰｙＰの1Ｈ−ＮＭＲスペクトル(ポルフィリン環)。４つのピリジル窒素のアルファ位における４つのプロトンは積分座標として得た。
【図６】ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+レドックスに関する基底状態フリーエネルギー変化(ΔＧ0)の関数としてのＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+により触媒されるＯ2-ジスムテーション反応のための活性化のフリーエネルギー(ΔＧ#)のプロット。表４において報告されたΔＧ#およびΔＧ0がｋcatおよびＥ01/2値から算出された(夫々、Ｆ、Ｒ、ｈおよびｋBは、ファラデー、モル気体、プランクおよびボルツマン定数である)。０−４の数が、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+におけるｘに相当する。Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤの１の活性部位の位応するデータ(Ellerby et al,J.Am.Chem.Soc.118:6556,1996)。
【図７】示されたデータは３種類の抗酸化剤の化学構造である。Ａ）メソ-ポルフィリン種類は、以下を示す：Ｒ1は、ピリジル(テトラキス-(N-メチルピリジニウム-2-(4)イル))ポルフィリンの２若しくは４位における安息香酸(テトラキス-(4-安息香酸)ポルフィリン(TBAP))[benzoic acid(tetrakis-(4-benzoic acid)porphyrin(TBAP)]またはN-メチル基の何れかである(TM-2-PyP、TM-4-PｙP)；Ｒ2は、水素(H)または臭素(Br、OBTM-4-PyP)の何れかであり、且つ該ポルフィリンはマンガン(Mn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)または亜鉛(Zn)金属の何れかと結合する。Ｂ)該ビタミンＥ類似体種類は、トロロックスにより代表される。Ｃ)該フラボノイド種類はルチンにより代表される。
【図８】鉄／アスコルベートを介したラット脳ホモジネートの酸化のタイムコース。ラット脳ホモジネートは種々の時間で０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)としてに５３５ｎｍで分光光度法により測定した(n=3)。
【図９】鉄／アスコルベートを介したラット脳ホモジネートの酸化阻害能におけるトロロックス(■)、ルチン(▲)、ウシＣｕＺｎＳＯＤ(●)、ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰ(▲)およびＭｎＯＢＴＭ-2-ＰｙＰ(◆)の比較。ラット脳ホモジネートは、３０分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【図１０】ラット脳ホモジネートの鉄／アスコルベート媒介酸化の阻害能におけるＴＢＡＰのマンガン(▲)、コバルト(●)、鉄(▲)および亜鉛(■)類似体の比較。ラット脳ホモジネートは、30分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【図１１】ＴＭ-4-ＰｙＰ(四角形)およびＴＭ-2-ＰｙＰ(三角形)のマンガン(ソリッド)および亜鉛(オープン)類似体のラット脳ホモジネートの鉄／アスコルベート媒介酸化の阻害能における比較。ラット脳ホモジネートは、30分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、酸化剤、特に、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素およびペルオキシナイトライトの有毒作用から保護する方法、並びに酸化剤ストレスに関与するまたは酸化剤により生ずる疾患または障害を予防および治療する方法に関する。また、本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、一酸化窒素およびペルオキシナイトライトを含む酸化剤に関与する生物学的過程を調節する方法に関する。本発明は、更に、そのような方法に使用するのに適切な、低分子量抗酸化剤(例えば、SODs、カタラーゼおよびペルオキシダーゼ等の擬似体等を含む反応性酸素種のスカベンジャーの擬似体)を含む化合物および組成物、並びにその製剤に関する。
【００１０】
本発明の方法における使用に適切な反応性酸素種のスカベンジャーの擬似体は、メチン(即ち、メソ)置換ポルフィリンまたは薬学的に許容されるその塩を含む。本発明は、金属非含有および金属結合ポルフィン類の両方を含む。金属結合ポルフィン類の場合、メチン(メソ)置換ポルフィン類のマンガン誘導体が好ましいが、しかしながら、マンガン以外の金属、例えば、鉄(IIまたはIII)、銅(IまたはII)、コバルト(IIまたはIII)、ニッケル(IまたはII)等も、また、使用することが可能である。選択された金属は、種々の原子価状態を有してもよく、例えば、マンガンII、IIIまたはVが使用可能であることは高く評価されるであろう。原子価変化を受けず、そのため直接にスーパーオキシドをスカベンジしないにも関わらず、亜鉛(II)を使用することも可能である。該金属の選択は、スカベンジされる酸素種の選択性に影響する。例えば、鉄結合ポルフィン類は、NO・をスカベンジするために使用されるが、マンガン結合ポルフィリンでは不可能である。これらの金属結合ポルフィリンはペルオキシナイトライトをスカベンジし、；鉄、ニッケルおよびコバルト結合ポルフィン類は、ペルオキシナイトライトと最も高い反応性を有する傾向がある。
【００１１】
本発明の好ましい擬似体は、式I若しくはII、またはその薬学的に許容される塩である：
【化６】
【００１２】
ここで、各RはＣ1−Ｃ8アルキル基、好ましくはＣ1−Ｃ4アルキル基、より好ましくはメチル、エチルまたはイソプロピル、最も好ましくはメチルである。また、この擬似体は、金属非含有またはマンガン以外の金属と結合して存在してもよい。上記の全てのアトロプ異性体は本発明の範囲内であり、単離された形態にあってもよく、また、少なくとも２の混合物として存在してもよい。少なくとも３、好ましくは４のＲ基が該ポルフィリン環平面の上にあるアトロプ異性体が、特に有利である。
【００１３】
式IまたはIIのポルフィリンのピロール環の１以上は、何れかまたは全てのβ炭素で；即ち、２、３、７、８、１２、１３、１７または１８で置換されてもよい。そのような置換基は、Ｐとして示され、電子離脱基、例えば、夫々のＰは、独立して、ＮＯ2基、ハロゲン(例えば、Cl、BrまたはF)、ニトリル、ビニル基またはホルミル基でよい。例えば、１、２、３、４、５、６、７または８ハロゲン(例えば、Br)置換基(８未満のハロゲン置換基があるとき、残りのＰの置換基は、水素であることが有利である)であってよい。そのような置換基は、該ポルフィリンのレドックスポテンシャルを変化させ、それにより酸素ラジカルのスカベンジ能を強化する。各Ｐは、独立して水素であってもよい。Ｐがホルミル基であるとき、好ましくは、２以下（非隣接炭素において）、より好ましくは１であり、残りのＰは水素である。ＰがＮＯ2であるとき、４以下（非隣接炭素において）、より好ましくは１または２であり、残りのＰは水素であることが好ましい。
【００１４】
本発明方法の使用に適切な擬似体は、ＳＯＤ、カタラーゼおよび／またはペルオキシダーゼ活性および安定性をアッセイすることにより選択することが可能である。また、擬似体は、脂質過酸化を開始するために鉄およびアスコルベートを使用して、組織ホモジネートにおける脂質過酸化の阻害能を、チオバルビツール酸反応性種(TBARS)の形成を測定することによりスクリーニングすることが可能である(Ohkawaら、Anal.Biochem.95:315,1979,およびYueら、J.Pharmacol.Exp.Ther.263:92,1992)。公知のＯ2-発生剤によるアコニターゼの選択的、可逆的且つＳＯＤ感受性の不活性化が、細胞内Ｏ2-発生のマーカーとして使用されてもよい。従って、適切な擬似体は、アコニターゼ活性の保護能のアッセイにより選択することが可能である。
【００１５】
ＳＯＤ活性は、マックコードとフリードビッヒ(McCord and Fridovich)の方法を使用しＥＤＴＡの存在および不在においてモニターすることが可能である(J.Biol.Chem.244:6049,1969)。擬似体の効力は、また、特異的な突然変異を欠く親株に対するＳＯＤヌル大腸菌株の有酸素性の成長における擬似体の効果を測定することにより決定することが可能である。特に、親大腸菌(AB1157)とＳＯＤヌル大腸菌(JI132)は０．２％のカザミノ酸および０．２％のグルコースを含有するｐＨ７．０且つ３７℃のＭ９培地で成長する；成長は、７００ｎｍでの濁度に関してモニターされる。このアッセイは、該培地(５つの必須アミノ酸を添加したグルコース最小培地;M9)からアミノ酸を含む枝分れ鎖、芳香族および硫黄を省くことによるＳＯＤ擬似体に対してより選択的にすることが可能である(例Ｖを参照されたい)。
【００１６】
また、活性擬似体の効力は、メチルビオロゲン(パラコート)誘導毒性に対する哺乳動物細胞の保護能を決定することによりアッセイできる。特に、後述する通りに２４穴皿に播種して培養したラットＬ２細胞を、種々の濃度のＳＯＤ擬似体でプレインキュベーションし、次に、予めコントロールのＬ２細胞におけるＬＣ75を導くことが示された濃度のメチルビオロゲンでインキュベーションした。該擬似体の効果は、メチルビオロゲン誘導ＬＤＨ放出の減少に相当する(St.Clair 等、FEBS Lett.293:199,1991)。
【００１７】
ＳＯＤ擬似体の効力は、マウスおよび／またはラットモデルによる噴霧投与および非経口的注射の両方を使用したインビボにおいて試験することが可能である。例えば、雄性Ｂａｌｂ／ｃマウスを、無作為に各８匹のマウスからなる４群に分け、標準２Ｘ２偶然性統計モデルを形成する。動物は、パラコート(40mg/kg、ip)または生理食塩水の何れかで処理し、且つＳＯＤ擬似体またはベヒクルコントロールで処理した。肺障害を、パラコート処理の４８時間後に気管支肺胞潅注液体(BALF)の損傷パラメータ(LDH、タンパクおよび% PMN)を以前に記載した通りに分析することにより評価した(Hampson等、Tox.Appl.Pharm.98:206,1989; Day等、J.Pharm.Methods 24:1,1990)。各群毎に２匹のマウスからの肺を、４％のパラホルムアルデヒドを用いて潅注固定し、光学顕微鏡レベルで組織病理学的に処理する。
【００１８】
カタラーゼ活性は、過酸化水素の存在下での２４０ｎｍの吸収を測定すること(Beers および Sizer,J.Biol.Chem.195:133,1952)、またはクラーク酸素電極(Clark oxygen electrode)を用いた酸素変化を測定すること(Del Rio等、Anal.Biochem.80:409,1977)によりモニターできる。ペルオキシダーゼ活性は、以前に記載された通りに分光測光器により測定することが可能である(PutterおよびBecker: Peroxidases. In:Methods of Enzymatic Analysis, H.U. Bergmeyer(ed.),Verlag Chemie, Weinheim,pp.286-292,1983)。アコニターゼ活性は、ガードナーとフリードビッヒにより記載された通りに測定される(Gardner and Fridovich, J.Biol.Chem.266:19328,1991)。擬似体の脂質過酸化に対する活性は、オオカワ等(Ohkawa等、 Anal.Biochem.95:351,1979)およびユウ等(Yue 等、J.Pharmacol.Exp.Ther.263:92,1992)により記載された通りに評価される。
【００１９】
活性擬似体は、乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)放出の測定により哺乳細胞培養における毒性を試験することが可能である。特に、ラットＬ２細胞(a lung Type II like cell;KaighnおよびDouglas, J.Cell Biol.59:160a,1973)は、１０％のウシ胎児血清を補ったハムのF-12培地(Ham’s F-12 medium)において、ｐＨ７．４且つ３７℃で成長する；細胞は、等密度で２４穴培養皿に播種され、略９０％コンフルエンスまで増殖させる；ＳＯＤ擬似体は、該細胞に対数用量(例えば、ミニマル・エッセンシャル・メディウム；MEM中でマイクロモーラー用量)で添加し、２４時間、インキュベーションする。毒性は、形態学により、且つサイトソル障害マーカーであるＬＤＨの放出を(例えば、サーモキネティックプレートリーダーにおいて)、バッサルト (Vassault, In:Methods of Enzymatic Analysis, Bergmeyer(ed)pp.118-26,1983; NADHの酸化は340nmで測定する)の記載の通りに測定することにより評価することが可能である。
【００２０】
本発明の方法で使用するのに適切な擬似体の合成は、当該分野で公知のプロトコールを使用して達成することが可能である(また、例I、II、IIIおよび IV並びにSastry等、Anal.Chem.41:857,1969, Pasternack等,Biochem.22:2406,1983; Richards等, Inrg.Chem.35:1940, 1996および U.S.Appln.No.08/663,028, 特に、ここでは、詳細は合成について述べられている）。アトロプ異性体の分離は、種々の技術を使用して達成される。
【００２１】
本発明の１つの具体的な態様を、戦略的位置に対する上述のポルフィン類を目的とすることによりＮＯ・レベルを調節する方法に関する。ＮＯ・は、細胞内シグナルであり、例えば、ＮＯ・は細胞外マトリックスを超えてその効果を発揮する。しかしながら、ＮＯ・は、細胞外空間に存在するＯ2-により介在される不活性化に対して感受性が高い。本発明のメチン(メソ)置換ポルフィリン類は、Ｏ2-によるその分解を防ぐことによりＮＯの生物学的利用能を増加できる。
【００２２】
更なる態様において、本発明の擬似体は、反応性酸素種の触媒的スカベンジャーとして、梗塞形成、発作、急性頭部外傷、臓器移植後の器官再潅流、腸管虚血、出血性ショック、肺梗塞形成、血流の外科的閉塞、および軟性組織障害に関連する虚血再潅流障害から保護するために使用される。該擬似体は、更に、骨格筋再潅流障害に対する保護に使用することが可能である。また、該擬似体は、日光を原因とする眼(および皮膚)の損傷、同時に緑内障および眼における横斑変性から保護するために使用される。また、該擬似体は、白内障に対する保護および/または治療のために使用される。また、該擬似体は、皮膚の炎症性疾患(例えば、乾癬等)に対する保護および/または治療のために使用される。また、骨の疾患も、該擬似体を用いての治療に応ずる。更に、一般化された加齢による欠陥である、コラーゲン合成または分解における欠陥に関連する結合組織障害も、本発明の疑似体による治療に感受性があると期待される。
【００２３】
更なるもう１つの態様において、本発明の擬似体は、反応性酸素種の触媒的スカベンジャーとして使用され、移植された心臓、腎臓、皮膚および他の器官並びに組織の非常に限られた貯蔵生存能力を増加する。また、本発明は、食品、薬品、保存血液等に含まれるＯ2-の形成により生じる物質の自動酸化による損傷を阻害する方法を提供する。この結果を達成するために、酸化的損傷を阻害または防止するのに十分な量で、本発明の擬似体は、食品、薬品、保存血液等に添加され、それにより自動酸化による分解を阻害または防止する(本発明の疑似体の他の使用には、USP 5,227,405を参照されたい)。特に治療において使用されるべき、または具体的な物質に関連するべき擬似体の量は、当業者により決定される。
【００２４】
更なるもう１つの態様において、本発明の擬似体は、過酸化水素をスカベンジするために使用することが可能であり、従って、フェントン化学反応を阻害することによって、高い反応性を有するヒドロキシラジカルの形成から保護することが可能である(Aruoma and Halliwell, Biochem. J. 241:273,1987;Mello filho等、Biochem.J.218:273,1984;Rush and Bielski,J.Phys.Chem.89:5062,1985)。本発明の擬似体は、また、ペルオキシナイトライトをスカベンジするのに使用してもよく、これは、ジヒドロローダミン１２３のローダミン１２３への酸化の阻害により間接的に示され、並びにストップフロー分析(stop flow analysis)によるペルオキシナイトライト分解の促進により直接的に示される通りである。
【００２５】
本発明の該擬似体を使用する治療に適切な特異的な更なる疾患／障害の例は、中枢神経系の疾患［AIDS痴呆、脳卒中、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、パーキンソン病およびハンティングトン病を含む］並びに筋系の疾患［横隔膜障害(例えば、気腫における呼吸性疲労、気管支炎および嚢包性繊維症を含む)、鬱血性心不全の心疲労、ミオパシーに関連する筋虚弱症候群、ALSおよび多発性硬化症を含む］を含む。多くの神経障害(脳卒中、ハンティングトン病、パーキンソン病、ALS、アルツハイマー病およびAIDS痴呆を含む)は、グルタミン酸レセプターの主なサブタイプ、即ち、ＮＭＤＡ(またはN-メチル-D-アスパラギン酸)サブタイプの過剰刺激に関連する。ＮＭＤＡレセプターの刺激において、過剰なニューロンカルシウム濃度は、オキシジェンフリーラジカルおよび一酸化窒素(NO・)の産生を誘導する一連の膜および細胞質の事象に寄与する。オキシジェンフリーラジカルとＮＯ・との間の相互作用が、ニューロン細胞死に寄与することが示されている。良好に確立されたNMDA毒性のニューロン皮質培養モデルが開発され、薬物開発のための基礎として使用されている。これらの同じ系において、本発明の疑似体はＮＭＤＡ誘導障害を阻害する。Ｏ2-ラジカルの形成は、皮質ニューロンの興奮性毒性死を完成する細胞内事象における絶対的ステップであり、また更に、本発明の該擬似体はＯ2-ラジカルをスカベンジするために使用することが可能であり、それにより興奮性毒性障害に対して保護剤として供給される。
【００２６】
また、本発明は、ＡＩＤＳの治療方法に関する。該ＮｆカッパＢプロモーターは、複製のためにＨＩＶウイルスにより使用される。このプロモーターは、レドックス感受性であり、そのため、抗酸化剤がこの過程を調節することが可能である。これは、以前、本発明のそれらから２つのメタロポルフィリンを識別するために示している(Song等、Antiviral Chem. And Chemother.8:85,1997)。本発明は、また、関節炎、全身性高血圧、粥状動脈硬化、浮腫、敗血症ショック、原発性肺性高血圧を含む肺性高血圧、ＭＥＤ、不妊症、子宮内膜症、早発性子宮収縮、微生物感染、通風の治療法、並びにI型およびII型真性糖尿病の治療に関する。本発明の擬似体は、例えば、血管の正常な緊張(vascular tone)を維持すること、および多器官系損傷を防止することにより、エンドトキシンに関連する毒性作用を改善するために使用することが可能である。
【００２７】
炎症、特に、肺の炎症は、本発明を使用する治療を受けることが可能である［特に、喘息、酸素毒性を含むＡＲＤＳ、肺炎(特に、AIDSに関連する肺炎)、嚢包性繊維症、慢性静脈洞炎および自己免疫疾患(慢性関節リウマチ等)をの疾患を基礎にする炎症に注目されたい］。ＥＣ−ＳＯＤは、気道および血管平滑筋細胞を囲む間隙性空隙に位置する。ＥＣ−ＳＯＤおよびＯ2-は、肺胞間中隔における抗炎症性−前炎症性バランスを媒介する。肺胞間中核細胞により放出されたＮＯ・は、それがＯ2-と反応してＯＮＯＯ-を形成しない限り、炎症を抑制するために作用する。Ｏ2-をスカベンジすることにより、ＥＣ−ＳＯＤは、炎症に対して肺胞間中核におけるバランスを傾ける。顕著な量のＯＮＯＯ-は、ＥＣ−ＳＯＤが不足する場合またはＯ2-の放出が甚だしく増加した場合のみに形成するであろう。ここで記載された擬似体は、高酸素症により引き起こされた破壊に対して保護するために使用できる。
【００２８】
更に、本発明は、記憶障害の治療方法に関する。一酸化窒素は、長期間の記憶の強力化に関係する神経伝達物質であると考えられている。ＥＣ−ＳＯＤノックアウトマウスモデル(Carlsson等、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:6264,1995)を使用しし、学習障害が、脳の細胞外空隙における減少したスーパーオキシドスカベンジに相関することが示される。減少したスカベンジは、より高い細胞外Ｏ2-レベルを引き起こす。Ｏ2-は、一酸化窒素と反応し、それにより、一酸化窒素を介する神経伝達を防止または阻害し、それにより、長期間の記憶の強力化を防止または阻害する。本発明の該擬似体は、痴呆および記憶／学習障害の治療に使用することが可能である。
【００２９】
また、本発明の擬似体の生物学的利用能は、Ｏ2-、過酸化水素、一酸化窒素およびペルオキシナイトライトにより媒介される過程の研究を可能にする。
【００３０】
上述の擬似体は、本方法において使用するのに適切な薬学的組成物に配合される。そのような組成物は、薬学的に許容される担体、賦形剤または希釈剤と共に活性剤(擬似体)を含む。該組成物は、例えば、錠剤、カプセルまたは坐剤等の投与量単位形態で存在し得る。また、該組成物は、注射または噴霧に適した滅菌溶液の形態にあってもよい。また、組成物は、眼科用に適切な形態であってもよい。また、本発明は、局所的投与のために配合された組成物も含み、そのような組成物は、例えば、ローション、クリーム、ゲルまたは軟膏等の形態をとる。該組成物に含有されるべき活性剤の濃度は、該薬剤の性質、投与量計画および診察の結果を基に選択される。
【００３１】
投与されるべき本発明の組成物の投与量は、過度の実験をすることなく決定することが可能であり、該活性剤、投与経路、患者および到達すべき診察結果の性質を含む種々の因子に依存するであろう。例えば、ＩＶまたは局所的に投与されるべき擬似体の適切な投与量は、約０．０１から１００ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、好ましくは０．１から１０ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙの範囲である。噴霧投与に対しては、投与量は、０．０１から１０ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙの範囲であることが予想される。擬似体の適切な投与量は、例えば、該擬似体と診察結果によって変更してよい。フォークナーら(Faulkner等、J.Biol.Chem.269:23471,1994)の結果は、インビボにおける該擬似体のオキシドレダクターゼ活性は、薬学的に有効な投与量が毒性の問題を避けるために十分に低ものであることを示す。使用され得る投与量は、１から５０ｍｇ／ｋｇの範囲の投与量を含む。
【実施例】
【００３２】
本発明の幾つかの側面を以下の例において更に詳しく説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【００３３】
例
以下の薬品を続く例Ｉ−Ｖにおいて使用した。
【００３４】
オルトおよびメタ−金属非含有リガンド(H2TM-2-PyPCl5およびH2TM-3-PyPCl5)の塩化物塩は、ミッドセンチュリー・ケミカルズ(MidCentury Chemicals)から購入し、並びにパラ金属非含有リガンド［2TM-4-PyP(CH5PhSO3)5］のトシラート塩はポルフィリン・プロダクツ(Porphyrin Products)から購入した。その純度は、元素分析と分光特性、即ち、モル吸光係数およびのソレー帯の対応波長の点から確認した。金属非含有リガンドのソレー帯特性は、E413.3nm=2.16×105M-1cm-1(H2TM-2-PyPCl4)、E416.6nm=3.18×105M-1cm-1(H2TM-3-PyPCl4)、E422.0nm=2.35×105M-1cm-1(H2TM-4-PyPCl4)である。非メチル化オルト金属非含有リガンド(H2T-2-PyP)は、ミッドセンチュリー・ケミカルズから購入し、その純度は元素分析の点から確認した(以下を参照されたい)。ヨードエタン、１−ヨードブタン、無水塩化マンガン(MnCl2)、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ、塩化テトラブチルアンモニウム(TBA)およびへキサフルオロリン酸アンモニウム(PF6NH4)はアルドリッチ(Aldrich)から購入した。
【００３５】
例Ｉ
メソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリンおよびメソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-3-イル)ポルフィリンの合成
金属非含有ポルフィリンメソ-テトラキス-(2-ピリジル)ポルフィリン(H2T-2-PyP)およびメソ-テトラキス-(3-ピリジル)ポルフィリン(H2T-3-PyP)は、ロートムント凝縮(Rothmund condensation)を介して変更したアドラー法を使用して合成した(Kalyanasundaram,Inorg.Chem.23:2353,1984;Torrens et al,J.Am.Chem.Soc.94:4160,1972)。１００ｍＬのプロピオン酸の還流溶液に、等モル量の新しく蒸留したピロールおよびピリジン-2-またはピリジン-3-カルボキシルアデヒド(carboxyadehyde)をゆっくりと注入し、該溶液を約４５分間還流し、その後、該プロピオン酸を蒸留して除いた。黒色残渣をＮａＯＨにより中性化し、メタノールで洗浄し、ＣＨ2Ｃｌ2(ジクロロメタン)に溶解し、アセトンで調製した中性ウォーレンアルミナカラム(Woelm alumina column)上でクロマトグラフィを行った。淡青色画分の溶離の後、Ｈ2ＴＰｙＰを５−１０％のピリジンを含有するＣＨ2Ｃｌ2を使用して溶離した。ロータエバポレーターで溶媒を除去した後で、光沢のある暗紫色結晶を暗赤色溶離液から回収した。Ｈ2ＴＰｙＰのメチル化は、還流クロロホルム中の過剰のメチル-p-トルエンスルホネートを使用して実施した(Kalyanasundaram,Inorg.Chem.23:2453,194;Hambright et al,Inorg.Chem.15:2314,1976)。両方のアルキル化したポルフィリンを、高温のクロロホルム溶液から自然に沈殿し、エーテルで洗浄し空気乾燥した。
【００３６】
例ＩＩ
Ｈ2ＴＭＰｙＰ4+のオルト、メタおよびパラ異性体のマンガン複合体の製造
メタレーションは、室温で水中において実施した。メタおよびオルト異性体の場合、金属に対する該ポルフィリンの割合は１：５であり、パラ異性体の場合では、１：１４である。該溶液のｐＨを〜ｐＨ＝１０．２にまで調整した後、該固体ＭｎＣｌ2×４Ｈ2Ｏ(アルドリッチ)を、該水性金属非含有ポルフィリンに対して添加した。該メタレーションは、３つの異性体全ての場合において、１時間以内で完了した。オルトおよびメタ化合物の製造のために、ＭｎＴＭ−２−ＰｙＰ5+とＭｎＴＭ−３−ＰｙＰ5+、３００ｍｇの金属非含有リガンド、Ｈ2ＴＭ−２−ＰｙＰ4+またはＨ2ＴＭ−３−ＰｙＰ4+の何れかを１００ｍＬの水に溶解し、数滴のＮａＯＨによりｐＨを１０．２まで調整し、続いてＭｎＣｌ2の３４０ｍｇを添加した。該メタレーションは、夫々、４１３．３ｎｍまたは４１６．６ｎｍでのＨ2ＴＭ−２−ＰｙＰ4+またはＨ2ＴＭ−３−ＰｙＰ4+のソレー帯の吸光、および４５４．１ｎｍと４５９．８ｎｍでのマンガン複合体のソレー帯の出現を介して分光的に追跡した。
【００３７】
過剰の金属は、ＭｎＴＭＰｙＰ5+の３つ全ての異性体(オルト、メタおよびパラ)に対して次の通りに消去した。ＭｎＴＭＰｙＰ5+は、５０倍過剰なＮＨ4ＰＦ6を添加することにより、ＰＦ6−塩として沈殿した。該沈殿物を2-プロパノール：ジエチルエテール＝１：１で洗浄し、真空において室温で乾燥した。乾燥したＭｎＴＭＰｙＰ5+のＰＦ6-塩を、次に、アセトンに溶解し(100mLアセトン中に370mg)、１ｇの塩化テトラブチルアンモニウムを添加した。該沈殿物はアセトンで洗浄し、室温で真空において一晩乾燥した。純粋な化合物を得るために、該方法を繰り返した。元素分析をメタレートした全異性体について行った。該化合物は分光的に分析し、以下のデータを得た：メタレートした化合物のソレー帯特性：E454.1nm=12.3×104M-1cm-1(MnTM-2-PyPCl5)、E459.8nm=13.3×104M-1cm-1(MnTM-3-PyPCl5)、E462.2nm=13.9×104M-1cm-1(MnTM-4-PyPCl5)。
【００３８】
メタレーションは、同様にメタノール中で行った。加えて、水中で行った場合、該金属：リガンド比は、１：５から１：１４から１：１００までで変更することが可能である。全ての条件下で、問題のモル吸光係数が得られた。計算値は、メタレーション前に分析された金属非含有リガンドを基本とした。該金属非含有リガンドのモル吸光係数は、それらの元素分析と同様に文献と一致した。
【００３９】
ＭｎＴＭ2−ＰｙＰＣｌ5の元素分析およびＭｎＴＭ−３−ＰｙＰＣｌ5を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
例ＩＩＩ
メソ-テトラキス(N-エチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン第二マンガンの合成
５０ｍｇのＨ2Ｔ−２−ＰｙＰを、３０ｍＬの無水ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解し、該溶液を攪拌および１００℃に加熱した。２０ｍｇの無水ＭｎＣｌ2(20eq)を添加し、該溶液を３日間攪拌した。該メタレーションの完了は、ＵＶ分光分析法により確認した。メタレーションにおいて、温度を６０℃まで低下し、０．６５ｍＬのヨードエタン(100eq)を添加し、更に該溶液を７日間攪拌した(Perree-Fauvet et al,Tetrahedron 52:13569,1996)。ＤＭＦを蒸発し、１０ｍＬのアセトンを添加し、その生成物をアセトン中のＴＢＡ溶液(0.45M)の２０ｍＬを添加して沈殿した；実際、沃化物塩に対して、塩化物塩はアセトン中で沈殿する。該生成物を上述の「二重沈殿」法を使用して精製した。該生成物は、真空中、Ｐ2Ｏ5上、７０℃で、一晩乾燥し、１２５ｍｇ(95%)の暗紫色固体を得た。UV(H2),E454.0nm=1.41×105M-1cm-1。元素分析、MnC48N8H44Cl5・5H2Oの計算値：C(54.64), H(5.16), N(10.62); 実測値: C(54.55), H(5.36), N(10.88)。
【００４２】
例ＩＶ
メソ-テトラキス-(N-ブチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン第二マンガンの合成
上述と同じ方法を使用した。０．９２ｍＬの1-ヨードブタン(100eq)を添加し、その混合物を１００℃で７日間混合した。該塩化物塩を乾燥し、７０ｍｇ(50%)の暗紫色粘性生成物を得た。元素分析は、このようにヘキサフルオロリン酸塩(非粘性)において実施した。該塩化物塩は水可溶性である(ミセルは観察されなかった)。塩化物塩のＵＶ(H2O)は、E454.0nm=1.21×105M-1cm-1。元素分析、MnC56H6H8P5F30・H2Oの計算値：C(40.94), H(3.80), N(6.82); 実測値: C(41.15), H(4.35), N(6.52)。
【００４３】
例Ｖ
オルト効果がメソ-テトラキス-(N-アルキルピリジニウム-2-イル)-ポルフィリン第二マンガンを強力なスーパーオキシドジスムターゼ擬態させる
本発明の擬似体のスーパーオキシドジスムターゼ活性は、熱力学的因子(例えば、金属中心レドックスポテンシャル、図１を参照されたい)および動態因子(例えば、静電気促進)を含む多くの因子に依存する。インビトロでのＳＯＤ活性の酵素アッセイ(McCord and Fridovich,J.Biol.Chem.244:5049,1969を参照されたい)において、オルト化合物“３”は、パラ化合物“１”よりもより活性の大きな程度であるように証明される(図２を参照されたい。また、表２に注目されたい。ここで、“２”は、メタ化合物であり“４”および“５”はオルト化合物であり、夫々、４エチルまたは４ブチル基を有する)。
【００４４】
本発明の擬似体のインビボにおける活性は、ＭｎＳＯＤおよびＦｅＳＯＤの両方のコードする遺伝子を欠損した大腸菌株において試験することが可能である。このアッセイでは、親株に対するＳＯＤヌル大腸菌株の好気性増殖における該擬似体の効果を測定することにより、擬似体の効果が決定される。特に、親大腸菌(AB1157)とＳＯＤヌル大腸菌(JI132)は、０．２％のカザミノ酸および０．２％のグルコースを含有するＭ９培地においてｐＨ７．０且つ３７℃で増殖する；増殖は、７００ｎｍの結果として生じる濁度の点からモニターされる。このアッセイは、枝分かれ鎖、芳香族および硫黄含有アミノ酸を該培地(5つの必須アミノ酸を加えたグルコース最小培地;M9)から除くことにより、ＳＯＤ擬似体に対してより選択的にできる。図３において示された通り、「オルト効果」による活性における増加が確認され、そこにおいて、これらの増殖条件において、化合物“１”の存在において培養されたＳＯＤヌル細胞は、Ａ700における増殖を示さなかったのに対して、化合物“３”および“４”の存在下で培養された前記細胞では示した(“２”も同様)。
【００４５】
「オルト効果」は、また、毒性を低下する。ポルフィリン類、特に陽イオンのポルフィリン類がＤＮＡと相互作用し、且つＤＮＡクリーバー(DNA cleavers)として作用することは周知である。この事実は、抗腫瘍薬としてのメタロ-ポルフィリン類の使用において噴出した。本擬似体は、この相互作用を回避する。活性の増加に加えて、メタ“２”およびオルト“３”化合物のＤＮＡとの相互作用は、大きく増加する。これは、ＤＮＡの存在下でのインビトロにおいてＳＯＤ活性の測定により(表２を参照されたい)、およびインビボ(大腸菌)における低下した毒性により(表３を参照されたい)明確に証明された。
【００４６】
ＤＮＡとの相互作用による毒性の減少を最大化するために、オルト化合物の２つの誘導体を４のエチルまたは４のブチル基を有するように製造した(夫々、“4”および“5”)。該エチル誘導体“４”は、メチル誘導体“３”よりも顕著に毒性が低い(表２および図３を参照されたい)。しかしながら、該エチル化誘導体“４”に比較してブチル化誘導体は、更なる毒性の減少は見られなかった(表２を参照されたい)。これらのデータは、オルトエチル基がＤＮＡに対する該ポルフィリンの結合を阻害するのに十分であることを示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表：１、２、３並びにそのアトロポ異性体である４および５のＵＶパラメター、レドックスポテンシャル(対ＮＨＥ)、ＳＯＤ様活性およびＤＮＡ相互作用パラメーター(*アトロプ異性体の混合物、δs8=ソレー帯波長、ε=ソレー帯のモル吸光係数、Ｅt/2=１電子金属中心レドックスポテンシャル、ｋcat=スーパーオキシドジスムテーション反応の速度定数、DNA-IC50=スーパーオキシドジスムテーション反応の50％阻害のためのDNA濃度)。
【００４９】
例VI
メソ-テトラキス-(N-エチルピリジニウム-2-イル)-ポルフィリンマンガン(II)の部分的な(1から4)β塩素化誘導体の合成とスーパーオキシドジスムテート活性
材料および方法
材料：5,19,15,20-テトラキス-(2-ピリジル)-ポルフィリン(H2T-2-PyP)は、ミッド-センチュリー・ケミカルズ(Posen,IL)(Torrens等、J.Am.Chem.Soc.94:4160,1972)から購入した。N-クロロスクシンイミド(NCS)、エチル-p-トルエンスルホネート(ETS)、塩化テトラブチルアンモニウム(98％)(TBAC)、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(NH4PF6)、塩化マンガン、L-アスコルビン酸ナトリウム(99％)、シトクロムｃ、キサンチン、エチレンジニトリロテトラ酢酸(EDTA)、N,N-ジメチルホルムアミド(98.8％、無水)および2-プロパノール(99.5％)はシグマ-アルドリッチから。エタノール(無水)、アセトン、エチルエーテル(無水)、クロロホルムおよびジクロロメタン(HPLC等級)は、マリンクロッド(Mallinckrodt)から、更なる精製を行わずに使用する。キサンチンオキシダーゼは、R.D.ウェレイ(R.D.Wiley)により供給された(Waud等、Arch.Biochem.Biophys.19:695,1975)。薄層クロマトグラフィ(TLC)板(Baker-flex silica gel IB)は、J.T.ベーカー(J.T.Baker,Phillipsburg,VA)から。ワコーゲル(Wakogel)C-300は和光純薬工業化学株式会社(Richmond,VA)。
【００５０】
器具使用：プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)スペクトルはバリアン・イノヴァ４００スペクトロメーター(Varian Inova 400 spectrometer)に記録した。紫外部／可紫部(UV/VIS)スペクトルは、シマズ・スペクトロフォトメーター・モデル・ＵＶ−２６０(Shiomadzu spectrophotometer Model UV-260)で記録した。マトリックス補助レーザー溶解／イオン化−フライトの時間−(MALDI-TOFMS)およびエレクトロスプレー／イオン化(ESMS)質量分析は、ブルッカー・プロフレックスIIITMおよびフィソンズ・VG・Bio-Q・トリプル・クアドロポール・スペクトロメーターズを夫々使用した。
【００５１】
Ｈ2ＣｌＴ−２−ＰｙＰ：Ｈ2Ｔ−２−ＰｙＰの５０ｍｇ(8.1×10-5モル)をクロロホルム中でＮＣＳ(Ochsenbein等、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)の４３ｍｇ(3.22×10-1モル)と還流した。該反応は、次に、通常相シリカＴＬＣを、混合物ＥｔＯＨ／ＣＨ2Ｃｌ2(5:95)を溶離液として使用して行った。反応の６時間後、該溶液を1度蒸留水により洗浄した。クロロホルムを蒸発し、該反応の生成物を２．５×５０ｃｍカラム中の１００ｇのワコーゲルＣ３００上で同じ溶離液を使用してクロマトグラフィを行った。Ｈ2Ｃｌ1Ｔ−２−ＰｙＰに相当する画分を同じ系を使用して再び精製し、１６ｍｇの暗紫色固体(30％)を得た。ＴＬＣ：Rf=0.47．UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε)419.6(5.44),515.2(4.21), 590.0(3.72),645.8(3.25).MALDI-TOFMS：m/z＝654(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -2.91(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；7.99-8.21(m, 8H)；7.68(s, 2H)；8.74(d, 1H, J 6Hz)；8.76(d,1H,J6Hz);8.76(d,1H,J6Hz);8.88(d,1H,J6Hz;8.90(d,1H,J6Hz);8.94(d, 1H, J 6Hz)；9.04-9.14(m, 4H)。
【００５２】
Ｈ2Ｃｌ2aＴ−２−ＰｙＰ：上述と同じ方法により、５．３ｍｇの暗紫色固体(10％)を得る。ＴＬＣ:Rf＝0.50. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 421.4(5.38), 517.8(4.21), 591.4(3.78), 647.26(3.51)；MALDI-TOFMS;m/z：＝688(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -2.98(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；8.00-8.20(m, 8H)；8.70(s, 2H)；8.82(d, 2H, J 6Hz)；8.91(d, 2H, J 6Hz)；9.06-9.14(m, 4H)。 Ｈ２Ｃｌ2b＋２ｃＴ−２−ＰｙＰ：同じ方法により、１１ｍｇの暗紫色固体(20％)を得る。TLC：Rf＝0.53. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 421.4(5.42), 516.8(4.25), 593.2(3.74), 646.2(3.31)；MALDI-TOFMS, m/z：＝688(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.04(2H, NH)；-2.84(1H, NH)；-2.87(1H, NH)；7.66-7.74(m, 8H)；7.98-8.20(m, 16H)；8.59(s, 1H)；8.61(s, 1H)；8.73(d, 2H, J<2Hz)；8.73(d, 2H, J 6Hz)；8.87(d, 2H, J 6Hz)；8.93(d, 2H, J<2Hz)；9.02-9.14(m, 8H)。
【００５３】
Ｈ2Ｃｌ3Ｔ−２−ＰｙＰ：６５ｍｇ(4.87×10-4モル)のＮＣＳを使用した同様の方法により、８．４ｍｇの暗紫色固体(14％)を得る。ＴＬＣ：Rf＝0.55. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 422.8(5.37), 519.4(4.21), 593.8(3.71), 651.4(3.37). MALDI-TOFMS：m/z＝723(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.08(1H, NH)；-3.15(1H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；8.00-8.18(m, 8H)；8.56(s, 1H)；8.72(d, 1H, J 6Hz)；8.76(d, 1H, J 6Hz)；8.82(d, 1H, J 6Hz)；8.88(d, 1H, J 6Hz)；9.04-9.14(m, 4H)。
【００５４】
Ｈ2Ｃｌ4Ｔ−２−ＰｙＰ；６５ｍｇ(4.87×10-4モル)のＮＣＳを使用した同じ方法により、７．３ｍｇの暗紫色固体(12%)を得る。ＴＬＣ：Rf＝0.58. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 423.4(5.33), 520.0(4.19), 595.6(3.66), 651.0(3.33). MALDI-TQFMS：m/z＝758(M+H+) 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.14(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；7.98-8.16(m, 8H)；8.74(d, 4H, J<2Hz)；9.06-9.12(m, 4H)。
【００５５】
ＭｎＴＥ−２−ＰｙＰ5+：Ｈ2Ｔ−２−ＰｙＰの１００ｍｇ(1.62×10-4モル)を５ｍｌの温かいＤＭＦ(無水)に溶解し、５．５ｍＬ(322×10-2モル)のエチル-ｐ-トルエンスルホネート(ETS)を攪拌下で９０℃で添加し、２４−４８時間反応した。テトラ-Ｎ-エチル化の完了後、混合物ＫＮＯ3sat／Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＮ(1:1:8)を溶離液として使用した通常の相シリカＴＬＣを行った(Batinic-Haberle等、J.Biol.Chem.273:23521,1998)。該反応の完了において、ＤＭＦを真空下で取り除き、次に、５ｍＬのアセトンを添加した。この溶液に対して、アセトン中の塩化テトラブチルアンモニウム(TBAC)の濃縮溶液(〜1g/10ml)を、攪拌しながら滴下により、該沈殿物の塩化物が完了するまで添加した。得られた紫色固体を１０ｍＬの水に溶解し該溶液のｐＨを１２までＮａＯＨで調節し、６４０ｍｇのＭｎＣｌ・４Ｈ2Ｏ(3.23×10-3モル)を添加した(Batinic-Haberle等、J.Biol.Chem.273:24521,1998)。メタレーションの完了時、該ｐＨを４から７の間に下げ、Ｍｎ(II)のＭｎ(III)への自動酸化を促進し、過剰量の金属を以下の通り除去した。該溶液を濾過し、ＮＨ4ＰＦ6の濃縮溶液を添加して、ＰＦ6-塩として該メタロポルフィリンを沈殿した(Batinic-Haverle等、Arch.Biochem.Biophy.343:225,1997;Richards等、Inorg.Chem.35:1940,1996)。該沈殿物を2-プロパノール／エチルエーテル(1:1)の混合物により十分に洗浄し、真空下、室温で乾燥した。得られた固体を次にアセトンに溶解し、ＴＢＡＣの濃縮溶液を添加し、メタロポルフィリンをその塩化物塩の形態で単離した。該沈殿物をアセトンで十分に洗浄し、真空下で、室温で乾燥し、１５０ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。
ＴＬＣ：Rf＝0.18. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 364.0(4.64), 453.8(5.14), 558.6(4.05). ESMS：m/z＝157.4(M5+/5). MnC48N8H44Cl5・5H2O の元素分析：計算値：C. 54.64；H. 5.16；N. 10.62.実測値：C. 54.55；H. 5.40；N. 10.39．(化合物の構造を示す表4を参照されたい)。
【００５６】
ＭｎＣｌＴＥ-2-ＰｙＰ5+：上述の通り、１ｍＬのＤＭＦ中の１０ｍＬ(1.53×10-5モル)のＨ2Ｃｌ1Ｔ-2-ＰｙＰおよび０．５ｍＬ(2.94×10-3モル)のＥＴＳから出発した。ＴＬＣ：Rf=0.20. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.6(4.63), 455.6(5.13), 560.6(4.02). ESMS：m/z＝164.3(M5+/5). MnC48N8H43Cl6・5H2O の元素分析：計算値：C. 52.91；H. 4.90；N. 10.28.実測値：C. 52.59；H. 5.28；N.10.14。
【００５７】
ＭｎＣ2ａＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2aＴ-2-Ｐｙｐと０．２５ｍＬ(1.47×10-3モル)のＥＴＳから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：：Rf＝0.21. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.8(4.58), 456.4(5.05), 562.2(4.00). ESMS：m/z＝171.1(M5+/5). MnC48N8H42Cl7・6H2Oの元素分析：計算値：C. 50.48；H. 4.77；N. 9.81.実測値：C. 50.08；H. 4.60；N. 10.01。
【００５８】
ＭｎＣｌ2ｂ＋２ｃＴＥ-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-Ｐｙｐから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：：Rf=0.22. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.2(4.63), 457.4(5.08), 462.2(4.06). ESMS：m/z=171.1(M5+/5). MnC48N3H42Cl7・5H2O の元素分析：計算値：C. 51.29；H. 4.66；N. 9.97.実測値：C. 51.31；H. 5.19；N. 9.68。
【００５９】
ＭｎＣｌ3ＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-Ｐｙｐから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：Rf＝0.23. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 364.8(4.58), 458.0(4.98), 466.4(4.00). ESMS：m/z＝178.1(M5+/5). MnC43N3H41Cl3・6H2Oの元素分析：計算値：C. 49.00；H. 4.54；N. 9.52.実測値：C. 48.40；H. 4.26；N. 9.59。
【００６０】
ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(6.61×10-6モル)のＨ2Ｃｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒茶色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：Rf＝0.24. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.8(4.52), 459.2(4.90), 567.0(3.96). ESMS：m/z＝184.9(M5+/5). MnC48N3H40Cl9・5H2O の元素分析：計算値：C. 48.33；H. 4.22；N. 9.39.実測値：C. 48.38；H. 4.45；N. 9.53。
【００６１】
電気化学：電気化学的特長は以前記述された通りにボルタンメトリー分析モデル６００(CH器)によりガラス質炭素棒電極(Ag/AgCl基準電極および Pt補助電極)を０．５ｍＭのポルフィリン、ｐＨ７．８(0.05Mのリン酸緩衝液)、０．１ＭのＮａＣｌで使用して行った。該電位は、フェリシアン酸カリウム／フェロシアン酸カリウム対に対して標準化した(Batinic-Haberle等 Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Kolthof等,J.Phys.Chem.39:945,1974)。
【００６２】
スーパーオキシドジスムテーション活性：ＳＯＤ様活性は、Ｏ2-源としてキサンチン／キサンチンオキシダーゼを使用し、それを表示するスカベンジャーとしてフェリシトクロムｃを使用した(McCord等,J.Biol.Chem.244:6049,1969)。Ｏ2-は分当たり１．２μＭの速度で産生され、フェリシトクロムｃの減少は５５０ｎｍで追跡した。アッセイは、０．０５Ｍのリン酸緩衝液(ｐＨ7.8)中の０．１ｍＭのＥＤＴＡの存在下で行った。該化合物の反応の速度定数は、１０μＭシトクロムｃ、との競合に基づく、Ｋcytc＝２．６×１０5Ｍ-1ｓ-1(Butler等,J.Biol.Chem.257:10747,1982)。全ての測定は２５℃で行った。シトクロムｃの濃度は、ＳＯＤ擬似体の濃度の少なくとも１０3倍は高く、該速度は少なくとも２分で直線となり、その間、該化合物は、Ｏ2-の〜１００等量を補足され、それにより、該擬似体の存在下におけるＯ2-ジスムテーションの触媒特性が確認される。
【００６３】
結果
水可溶性ポルフィリンの精製における情報が増えたにも関わらず、N-アルキル化およびメタレーションに続く、ハロゲン化非荷電ポリフィリンの分離の方が、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+の十分な割合という点でやはり容易であるようである(スキームＡ)(Richards等,Inorg.Chem.35:1940,1996;Kaufman等,Inorg.Chem.34:5073,1995):
【化７】
【００６４】
Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰβ塩素化誘導体：Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰのβ塩素化は、Ｈ2ＴＰＰ類似体についての文献に記載された通りに、還流条件下でクロロホルム中でのN-クロロスクシンイミド(NCS)を使用して行った(Ochsenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。使用したNCSの等量数は、所望する置換の程度に応じて４または６である(表３)。反応後、溶離液としてエタノール／ジクロロメタン(5:95)を使用したＴＬＣ(シリカゲル)を行った(表3およびスキームB)。
【００６５】
【表３】
【００６６】
aシリカ上での溶離液としてＥｔＯＨ／ＣＨ2Ｃｌ2(5:95)を使用したＴＬＣ。bＣＨＣｌ3中(εの推定エラーは、10％以内である)。c６時間の還流ＣＨＣｌ3中(c〜2μM)。
【００６７】
【化８】
【００６８】
各化合物は、同じ溶離液を使用したシリカゲル(Wakogel C-300)上でのクロマトグラフィにより精製した。主な異性体の構造は、質量分析、ＵＶ／ＶＩＳおよび1Ｈ-ＮＭＲ分光法により同定した(表3およびスキームB)。Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰにおける塩素当たりのソレー帯の深色団のシフトは、以前、Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰに対して報告された３．５ｎｍに対して１．３ｎｍだけであった(表3)(Hoffmann等,Bull.Soc.Chem.Fr.129:85,1992;Chorghade等,Synthesis 1320,1996;Wijesekera等,Bull.Chem.Fr.133:765,1996)。３つうちの１つだけが二塩素化されたレジオ異性体(regioisomers)(β-Cl2a誘導体)をシリカゲル上でのクロマトフラフィにより精製した。その２つの他のレジオ異性体(β-Cl2bおよびβ-Cl2c誘導体)は、同じＲｆを示した。予備の結果は、Ｈ2ＢｒｘＴ-4-ＰｙＰ(x=1から4)の精製がより困難であることを示した。実際、ＴＬＣ系を使用した場合、β-Ｂｒ１およびβ-Ｂｒ２誘導体は、共に、同じＲｆを有し、β-Ｂｒ2b、β-Ｂｒ2c、β-Ｂｒ3およびβ-Ｂｒ4R誘導体の間にＲｆの相違は観察されず、これは、この場合のＲｆは、置換されたピロールの数に依存し、置換されたβ-プロトンの数には依存しないことを明確に示している。
【００６９】
β塩素化誘導体Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰの1Ｈ−ＮＭＲ同定：1Ｈ−ＮＭＲは、置換反応の生成物の同定を可能にする(表4および図5)。Ｈ2ＴＰＰ類似体の文献に記載される通り、Ｈ2Ｃｌ4Ｔ-2-ＰｙＰの主なレジオ異性体は、７、８、１７、１８位に塩素を有する。実際、その1Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、その局在性を失った２つのピロールのプロトンと結合した化学的に等量の４つのβ-プロトンに相当する明白な一重項(２Hzよりも低いJを有する二重項)を示す(Crossley等,J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1564.1991)。それにも関わらず、その質量分析に従って、他のテトラクロロ-レジオ異性体の混合物(1H-NMRスペクトルでは解釈されなかった)としてもう１つの低極性画分(Rf=0.60)が同定され、これは、両方のβ-Ｃｌ4画分の重量の約５０％を示し、且つ該β置換は部分的なレジオ選択性であるのみである。Ｈ2Ｃｌ3Ｔ-2-ＰｙＰ5+画分に相当する1Ｈ−ＮＭＲスペクトルに従うと、他のレジオ異性体は見られない。該スペクトルは、一置換されたピロールのβ-プロトンに相当する１つの一重項と、２つの非置換ピロールのβ-プロトンに相当する４つの二重項を示す。更に、この化合物の不斉が、２つのＮＨプロトンの差異化を導く。Ｈ2Ｃｌ2a-2-ＰｙＰ(図5)およびＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-ＰｙＰの収率と1Ｈ−ＮＭＲスペクトルに従うと、優位なβ-Ｃｌ2レジオ異性体は観察されない。最終的に、Ｈ2Ｃｌ1Ｔ-2-ＰｙＰスペクトルは、１つの一重項と６つの二重項を示すが，ＮＨシグナルは１つのみであり、これにより、この場合には、２つのＮＨ位を差異化するには該不斉が非常に弱すぎることが示される。
【００７０】
【表４】
【００７１】
aＣＤＣｌ3＝７．２４ｐｐｍに設定したことによるＴＭＳに相対するｐｐｍ表示の化学シフト。b２つのレジオ異性体の混合物のための１つのスペクトル(〜1:1の割合)。
【００７２】
N-エチル化およびメタレーション：Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰのN-エチル化は、試薬としてエチル-p-トルエンスルホネート、ジエチルスルフェートまたはヨードエタンを使用することで効率よく行えるが、ジエチルスルフェートの高毒性およびヨードエタンの低反応性により、エチル-p-トルエンスルホネート(ETS)が最良の最良の選択とされる(Chen等,J.Electroanal.Chem.280:189,1990;Kalyamasundaram.Inorg.Chem.23:2453,1984;Hambright等,Inorg.Chem.15:1314,1976;Alder等,Chem.Brit.14:324.1978;Perree-Fauvet等,52:13569,1996)。何人かの著者は、ピロール窒素を保護するためにメタレーションの後でN-アルキル化を行うことを好む(Perree-Fauvet等,Tetrahedron 52:13569,1996)。しかしながら、遊離したリガンドの存在における直接的な処置では、該ピロール窒素のN-エチル化は観察されなかった(続いて生じる水性溶液でのメタレーションは完了した)。エチル化とメタレーションの完了は、高極性溶離液、即ち、硝酸カリウム飽和水溶液とアセトニトリルとの混合液を使用したＴＬＣ(通常のシリカ)により追跡される(Batinic-Haberle等,L.Biol.Chem.273:23521,1998)。このステップ(N-エチル化およびメタレーション)の収率は、略１００％(精製工程において約5％の損失)であった。N-エチル化(N-メチル化)は該ピリジニウム環の自由な回転を制限し、実際、各化合物は、４つのアトロプ異性体の混合物であり、各アトロプ異性体の更なる精製が検討され得る(Kaufmann等,Inorg.Chem.34:5073,1995)。製造された全ポルフィリン第二マンガンは、アスコルビン酸による金属中央の還元におけるソレー帯の２０ｎｍの浅色団シフト(スプリッティングの消失により伴われる)により示されるように３＋の状態の金属を有する。
【００７３】
電気化学：全てのメタロポルフィリン生成物の金属中央のレドックス反応は可逆的であった。半波長電位(E01/2)は陰極および陽極ピークの平均値として算出し、ＮＨＥに対するｍＶで示す(表５)。塩素当たりの平均シフトは、＋５５ｍＶあり(表5)、これはＨ2ＴＰＰ誘導体に関する以前の報告(+50と+70の間)を肯定する(Sen等,Chem.Soc.Faraday Trans.93:4281,1997;Autret等,J.Chem.Soc.Dalton Trans.2793,1996;Hariprasad等,J.Chem.Soc.Dalton Trans.3429,1996:Tagliatesta等,Inorg.Chem.35:5570.1996;Ghosh,J.Am.Chem.Soc.117:4691,1995;Takeuchi等,J.Am.Chem.Soc.116:9730,1994;Binstead等,Inorg.Chem.30:1259,1991;Giraudeau等,J.Am.Chem.Soc.101:3857,1979)。このシフトは、０と１との間および２と３との間の塩素でより高い(〜+65mV)ようである(表5)。β-Ｃｌ2aおよびβ−Ｃ2b+2cの混合物のE01/2値に顕著な差はない。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+(E01/2=+448mV)とＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+(E01/2=+480mV)のマンガンのレドックス状態は、夫々、３＋と２＋である。この相違は、それらのレドックスポテンシャルに関する相違(〜30mV)によりにより説明されるが、しかしまた、例えば、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+の場合のポリフィリン環の歪みの増加等の構造的考慮からも説明される(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Ochesenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。
【００７４】
【表５】
【００７５】
a水中(εで推定されるエラーは10%以下)。b５ｍＶ(Δ=ピーク分離に対するピーク)の推定エラーを伴い、且つ以下の条件下でのＮＨＥに対するｍＶ：0.5ｍMのポリフィリン、0.1MのNaCl、0.05Mのリン酸緩衝液(pH7.8)。cＯ2-によるシトクロムｃ還元の５０％阻害を生じる濃度(推定エラーは10%以下である)。
【００７６】
スーパーオキシドジスムテーション活性：ＳＯＤ様活性は、以前記載した通りに、シトクロムｃとの競合を基に測定した(McCord等,J.Biol.Chem.244:6049)。ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+ＳＯＤ様活性は表５に報告し、ＩＣ50(M)は、活性の１ユニットの濃度を示し(またはO2-によるシトクロムcの50%阻害を生じる濃度)、且つｋcat(M-1s-1)は、スーパーオキシドジスムテーション反応の速度定数を示す。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+のモル当たりのＳＯＤ様活性は、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ5+およびＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+よりも、夫々、約２、７および１００倍高い(Faulkner等,J.Biol.Chem.369:23471,1994;Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Batinic-Haverle等,J.Biol.Chem.273:24521,1998)。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+のＳＯＤ様活性は、モル基準でＣｕ，Ｚｎ−ＳＯＤ酵素の活性の２０％を示す(該酵素は２つの活性部位を有することを考慮して活性部位当たりでは40%)(Klug-Roth等,J.Am.Chem.Soc.95:2786,1973)。
【００７７】
安定性試験：塩素化の各々の更なる程度がレドックスポテンシャルを増加し、これは、一連のメソ-フェニルおよびメソ-ピリジル置換ポルフィリンとβ置換ポルフィリンに見られるような、ピロール窒素のｐＫａ値における減少に続くことが期待される(Worthington等,Inorg.Nucl.Chem.Lett.16:441,1980;Kadish等,Inorg.Chem.15:980,1976)。リガンド-プロトン安定性の測定値としてのｐＫａは、同様に、金属-リガンド安定性の測定値である。従って、テトラクロロ化合物は、より少なく塩素化された類似体と比較して安定性が低いことが予測される。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+の安定性は、過剰なＥＤＴＡの存在におけるそのＳＯＤ様活性を測定することにより試験した。１０2倍の過剰なＥＤＴＡの存在下において、ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+(c=5×10-6M)は、その活性を１6時間(25℃)維持した。活性の低下(25%)は、40時間後に観察され、これにより、幾つかのマンガン-ＥＤＴＡ複合体(Ｋ=1014.05)の形成が示される。これらの結果は、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+(Ｋ=108.08)(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997)に比較した場合に、ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+の比較的良好な安定性を裏付けるものである。
【００７８】
レドックス特性とＳＯＤ様活性の間の関係：Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤ酵素は、２つの等しいサブユニットの二量体であり、それにより２つの活性部位を有し、２つの半反応値の中間点に近いレドックスポテンシャルと、および各半反応の同様な速度定数を示す(スキームCおよび表5)(Ellerby等,J.am.Chem.Soc.118:6556,1996;Klug-Roth.J.Am.Chem.Soc.95:2786,1973)。
【００７９】
【化９】
【００８０】
他方、以前のパルス放射線分解とストップド・フロー・テクニック(stopped flow techniques)を使用した、ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+(E01/2=+60mV)により触媒されるＯ2-ジスムテーションの試験は、Ｏ2-による金属の還元速度が、該金属の再酸化の速度よりも１０２倍から１０３倍低いことを示した(Faragg,Oxygen Radicals in Chemistry and Biology.Bors等(Eds):Walter de Gruyter and Co.;;Berlin.Germany 1984.p.419;Lee等.J.Am.Chem.Soc.120:6053,1998)。略＋２００と＋４５０ｍＶの間のＳＯＤ様活性のピークが最初に予想されたのに対して、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+のＥ01/2に対するＫcatのプロッティングは、ＳＯＤ様活性の急激な増加が示され、制限因子が依然として該金属の還元であることを強く示唆している。しかしながら、この仮定は、各ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+化合物により触媒される各半分の反応の速度を測定することにより確認される。スーパーオキシドジスムテーションの活性化自由エネルギー(ΔG#)とＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+レドックスの自由エネルギー変化(ΔG0)との間の関係は、直線(傾き〜+0.2)であり、理論的に最適なレドックスポテンシャル領域における熱力学因子に対する速動性の優位を明白に示す(図６)。この作用に従って、Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤ酵素の活性(活性部位当たりkcat=109M-1s-1)は、約E01/2＝＋５７０ｍＶで達成される(図３)。しかしながら、両方の立体的(ポリフィリン環の歪み)および熱力学的因子のために、β塩素化のより高い程度の導入により、該２＋のレドックスでマンガンを安定化することが期待され、従って、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+の場合のように、該金属の再酸化の速度を制限し、同時にＭｎ(II)解離を含む(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Ochsenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。
【００８１】
例VII
マンガン(III)5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジル)ポルフィリン、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ5+、ＭｎＴＭ-3-ＰｙＰ5+およびＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+のオルト、メタおよびパラ異性体は、夫々,それらのスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)活性に関してインビトロとインビボで分析した。また、インビボおよびインビトロでのそれらとＤＮＡおよびＲＮＡとの相互作用のＳＯＤ活性における影響も分析した。インビトロにおける触媒作用は、それらのレドックスポテンシャルに対して密接に関連する。その半波長ポテンシャル(E1/2)は、通常の水素電極(NHE)に対して＋０．２２０ｍＶ、＋０．０５２ｍＶおよび＋０．０６０Ｖであり、同時にジスムテーション(kcat)の速度は、オルト、メタおよびパラ異性体に関して、夫々、６．０×１０7Ｍ-1ｓ-1、４．１×１０6Ｍ-1ｓ-1および３．８×１０6Ｍ-1ｓ-1である。
【００８２】
しかしながら、インビトロ活性は、インビボの有効性の十分な予測子ではない。インビトロでのＳＯＤ活性は顕著に異なるが、オルトおよびメタ異性体は、同様に弱いそれらのＤＮＡとの相互作用のために、相当に近いインビボのＳＯＤ有効性を有する。これに対して、ＤＮＡとの相互作用のより高い程度のために、パラ異性体は、ＳＯＤ欠損大腸菌の成長を阻害する。詳細は、バティニック-ヘイバール等(Batinic-Haberle et al.J.Biol.Chem.273(38):23521-8,September 18,1998)を参照されたい。
【００８３】
例VIII
メタロポルフィリン類は脂質過酸化を強力に阻害される
材料および方法
L-アスコルビン酸、n-ブタノール、ブチル化ヒドロキシトルエン、塩化コバルト、塩化鉄(II)、リン酸(85%)、水酸化ナトリウム、リン酸カリウム、塩化テトラブチルアンモニウム、および1,1,3,3-テトラメトキシプロパンはシグマ(St.Louis,MO)から購入した。アセトン、濃塩酸、4,6-ジヒドロキシ-2-メルカプトピリミジン(チオバルビツール酸)、ＮＨ4ＰＦ6、塩化亜鉛、5,10,15,20-テトラキス(4-安息香酸)ポリフィリン(H2TBAP)*[*また、5,10,15,20-テトラキス(4-カルボキシフェニル)ポルフィリン(H2TCPP)としても知られる］、5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリン(H2TM-4-PyP)およびトロロックスは、アルドリッチ(Milwaukee,WI)から購入した。5,10,15,20-テトラキス(4-安息香酸)ポリフィリン第二鉄(FeTBAP)はポルフィリン・プロダクツ(Logan,UT)から購入した。5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン(H2TM-2-PyP)はミッドセンチュリー・ケミカルズ(Posen,IL)から購入した。(+)-ルチンは、カルビオケム(Calbiochem,La Jolla,CA)から購入した。塩化マンガンはフィッシャー(Fisher,Fair Lawn,NJ)から、およびエタノールUSPは、AAPERアルコール・アンド・ケミカル・Co.(Shelbville.KY)から購入した。全ての溶液はミリ-QプラスPF水(Mili-Q Plus PF water)で調製した。
【００８４】
メタロポルフィリンの調製および分析
メタロポルフィリンＭｎＴＢＡＰ、ＣｏＴＢＡＰおよびＺｎＴＢＡＰは以前記載された方法を使用して製造した(Day等、J.Pharmacol.Exp.Ther.275:1227,1995)。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ、ＣｏＴＢＡＰおよびＺｎＴＢＡＰは以下の方法により合成した。１．５モーラーの過剰塩化マンガン、コバルトまたは亜鉛を、脱イオン水に溶解したＨ2ＴＭ-4-ＰｙＰと混合した。該反応混合物を８０℃に加熱し、金属リガンドを分光測光器により追跡した(UV-2401PC、Shimadzu,Columbia,MD)。過剰の金属をバイオ・ゲルP-２(BioRad,Richmond,CA)を含有するカラムに該混合物を通すことにより除去した。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰは０．０１ＮのＨＣｌで、水による該カラムの十分な洗浄の後に溶離した。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ、ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰおよびＺｎＴＭ-4-ＰｙＰは、それらの報告されたソレー帯に関して特徴づけした。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は、４６３ｎｍで(ε)=1.3×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴い、ＺｎＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は３７4ｎｍで(ε)=2.0×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴い(Pasternack et al.Inorg.Chem.12:2606,1973)、ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は、４３４ｎｍで(ε)=2.15×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴う(Pasternack et al.Biochemistry 22:2406,1983)。マンガンβ-オクタブロモ-メソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリン(MnOBTM-4-PyP)は、以前に記載された通りに合成され(Batinic-Haberle et al.Arch.Biochem.Biphy.343:225,1997)、４９０ｎｍで(ε)=8.56×104Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴うソレー帯を有している。Ｈ2ＴＭ-2-ＰｙＰは、１：２０のポルフィリン対マンガンの割合で、水中(pH>11)で、室温でメタレートした。メタレーションの完了時に、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰは、ＮＨ4ＰＦ6の濃水溶液の添加により沈殿した。その沈殿物を2-プロパノール:ジエチルエーテル(1:1)で洗浄し、真空で室温で乾燥した。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰのＰＦ6−塩は、アセトンに溶解し、濾過し、ポルフィリンがその塩化物塩として沈殿するまで塩化テトラブチルアンモニウムの濃アセトン溶液を添加した。その沈殿物をアセトンで洗浄し、真空で室温で乾燥した。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰのソレー帯は４５３ｎｍで(ε)=1.29×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を有することが明らかになった。
【００８５】
ラット脳ホモジネートの調製
凍結成熟ＳＤ(Sprague-Dawley)ラット脳(Pel-Freez,Rogers,AR)は、ポリトロン(Turrax T25,Germany)で氷冷した５０ｍＭのリン酸カリウムのｐＨ７．４で５体積においてホモジナイズした。ホモジネートタンパク濃縮物は、クマッシー・プラス・タンパクアッセイ(Coomassie Plus protein assay;Pierce,Rockford,IL)を用いて、標準品としてウシ血清アルブミンを使用して決定した。該ホモジネート量は緩衝液で調製し、最終タンパク濃度を１０ｍｇ／ｍＬとし、−８０℃でアリコートで凍結した。
【００８６】
ラット脳ホモジネートの酸化
ラット脳ホモジネート(2mgタンパク)を種々の濃度の抗酸化剤と共に３７℃で１５分間インキュベートした。ラット脳ホモジネートの酸化は、以前、報告された通りに塩化鉄(II)(0.25mM)およびアスコルベート(1mM)を含有する新たに調製した０．１ｍＬを添加することにより開始した(Braughler et al,J.Biol.Chem.262:10438,1987)。サンプル(最終容量1mL)を３７℃で３０分間、振盪水浴中においた。該反応は、０．１ｍＬのストック用ブチル化ヒドロキシトルエン(60mM)のエタノール溶液を添加することにより停止した。
【００８７】
脂質過酸化の測定
ラット脳ホモジネートにおけるチオバルビタール酸反応種(TBARS)の濃度を、脂質過酸化の指標として使用した(Bernhem et al,J.Biol.Chem.174:257,1948;Witz et al,J.Free Rad.Biol.Med.2:33,1986;Kikugawa et al,Anal.Biochem.202:249,1992;Jentzsch et al.Free Rad.Biol.Med.20P251,1996)。マロンジアルデヒド標準品は、０．０１Ｍの１０ｍＬのＨＣｌ中で８．２μLの1,1,3,3-テトラメトキシプロパンを添加することにより得て、室温で１０分間混合する。このストックを更に水で希釈し、０．２５から２５μＭの範囲の標準品を得た。サンプルまたは標準品(200μL)を、１．５ｍＬのロッキング・マイクロヒュージ・チューブ(locking microfuge tubes)中で２００μＬの０．２Ｍのリン酸で酸性化した。呈色反応は、２５μＬの０．１１Ｍのチオバルビツール酸溶液の添加により開始し、サンプルは９０℃のヒーティングブロック(heating block)内に４５分間配置した。ＴＢＡＲＳは、０．５ｍＬのn-ブタノールを用いてサンプルを３分間ボルテックスミキサーにかけることにより抽出し、１分間、氷上にて冷却した。次にサンプルを１２，０００×ｇで３分間遠心し、１５０μＬのアリコートのn-ブタノール相を９６ウェルプレートの各ウェルに添加し、２５℃でサーモマックス・プレートリーダー(Thermomax platereader;Molecular Devices,Sunnyvale,CA)において５３５ｎｍで読み取った。サンプルの吸収性は、ＭＤＡ標準曲線から推定することによりＭＤＡ等量(μM)に変換した。これらの試験において使用される濃度での抗酸化剤の何れもが、ＭＤＡ標準品とチオバルビツール酸との反応に影響し、ＴＢＡなしの反応は、控除用ブランクとして使用した。
【００８８】
統計学的解析
データは、それらの平均値±ＳＥで示した。脂質過酸化の程度を５０％だけ減少する抗酸化剤の阻害濃度(IC50)および夫々９５％の信頼限界(CI)を、データに対する種々の傾きを有したシグモイド曲線に適合することにより決定した(GraphPad Prizm,San Diego,CA)。
【００８９】
結果
鉄／アスコルベート媒介脂質過酸化におけるメタロポルフィリン類と他の抗酸化剤との比較
これらの試験の目的は、メタロポルフィリンが脂質過酸化を阻害できるかということと、並びにそれらのポテンシーと、酵素的抗酸化剤(SODおよびカタラーゼ)および非酵素的抗酸化剤(水可溶性ビタミンE類似体、トロロックスおよび植物性ポリフェノールフラボノイド、ルチン)を含む前もって特徴付けた抗酸化剤のポテンシーとを比較することである(図７)。脂質過酸化のタイムコースは、鉄およびアスコルベートを脂質過酸化の開始剤として、チオバルビツール反応種(TBARS)の形成を脂質過酸化の指標として使用し、ラット脳ホモジネートにおいて測定した。ＴＢＡＲＳの形成における直線的な増加は、３７℃でのインキュベーションの１５から９０分の間に生じた(図８)。この結果を基に、３０分のインキュベーション時間を選択し、メタロポルフィリンと他の抗酸化剤の脂質過酸化の阻害能を試験した(図９)。試験された試薬のうち、最も高いＳＯＤ活性を有するマンガンポルフィリン、即ち、ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰとＭｎＴＭ-2-ＰｙＰが、夫々、１．３と１．０μＭと算出されたＩＣ50を有する最も強力な脂質過酸化阻害剤であることが明らかになった(表６)。ウシＣｕＺｎＳＯＤは、１５μＭの算出ＣＩ50値を有する穏やかな活性を有し、一方、トロロックスおよびルチンは夫々算出ＩＣ50が２０４と１１２μＭである更に低い活性である。この系において、カタラーゼ (1mg/mLの濃度まで)は、鉄／アスコルベートにより生じた脂質過酸化を阻害しなかった。
【００９０】
【表６】
【００９１】
aシトクロムｃの還元またはＮＢＴの光還元を半分に阻害する化合物の量として定義されたＳＯＤ活性のユニット。b金属中央レドックスポテンシャル対ＮＨＥ(Mn+3/Mn+2；Co+3/Co2+；Fe+3/Fe+2)。仮に別の条件がなければ、E1/2はｐＨ７．８で得た。c鉄およびアスコルベートの３０分のインキュベーションによりラット脳ホモジネートにおいて生成されたチオバルビツール酸反応物質の量。
【００９２】
ポルフィリンの脂質過酸化の阻害能における異なる金属キレートの効果
広範な金属がポリフィリンにより共有結合され、異なるレドックスポテンシャルおよびＳＯＤ活性が与えられる(表６)。異なる金属キレートのポルフィリンの脂質過酸化の阻害能に対する影響を試験した。ＴＢＡＰの幾つかの異なる金属類似体を、鉄／アスコルベートにより生じた脂質過酸化モデルにおいて試験した(図１０)。マンガンおよびコバルトＴＢＡＰ類似体の両方は、夫々、算出された２９および２１μＭのＩＣ50の同様な効果を有した。ＦｅＴＢＡＰ類似体は、２１２μＭの算出されたＩＣ50を有する、より低い活性値の種類である。ＺｎＴＢＡＰ類似体は、９４６μＭの算出されたＩＣ50を有し、他の金属類似体よりも更に低い活性である。亜鉛は、その電子価が容易に変化しないので、この亜鉛と他の金属の間の効力の相違は、金属中心連環構造レドックス化学の重要性に影響する。ＩＣ50を基にした試験されたメタロポルフィリンの分類された効果は以下の通りである：ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ＝ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ＝ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＣｏＴＢＡＰ＝ＭｎＴＢＡＰ＞ＦｅＴＡＢＰ＝ＺｎＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＺｎＴＭ-2-ＰｙＰ＞ＺｎＴＢＡＰ。
【００９３】
脂質過酸化の阻害剤としての一連のテトラキスN-メチルピリジルポリフィリン(TMPyP)類似体の比較
近年、N-メチルピリジルポルフィリンの幾つかのマンガン類似体が、ＳＯＤ活性に大きな相違を有することが明らかとなった(表６)。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰとＭｎＴＭ-4-ＰｙＰは、ポルフィリン環に対するN-メチルピリジル基の位置に関して構造的に異なり(オルト対パラ)、同様に６つの因子によりＳＯＤ活性においても異なる。これらのポルフィリン類似体における亜鉛の置換はＳＯＤ活性の低下を招く。これらのＴＭＰｙＰ類似体を、それらの脂質過酸化阻害能について比較した(図１１)。マンガンポルフィリンにおけるパラ位からオルト位へのN-メチルピリジル基の移動は、効力に１５倍の増加を生じる。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰは、ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰに比較してより強力なレドックスポテンシャル(夫々、+0.22対+0.06)を有していることから、このデータは、そのレドックスポテンシャルおよび関連するＳＯＤ活性が、共に、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ類似体の増加した効果に寄与することを示唆している。
【００９４】
例ＩＸ
ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰが酸化剤ストレスにより惹起される組織障害を減弱するために有効に使用できることの証明
６０分の広域な虚血とその後の９０分の再灌流に関連する障害を減弱するＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの能力を、摘出灌流するマウス肝モデルにおいて評価した。切除された肝臓は、緩衝化塩溶液で１５分間還流し、その後、メタロポルフィリンを該灌流液に導入し、該肝臓を再循環系で１５分間灌流した。次に、該肝臓を通常の温度条件で６０分間、広域に虚血を実施した。虚血期間に続き、該肝臓を90分間、１０μｍのＭｎＴＭ-2-ＰｙＰを加えた灌流液により還流した。このモデルでは、該虚血／再灌流肝は、再灌流の初めの２.５分の間に、肝細胞酵素類、アスパルテートトランスアミナーゼ、アラニントランスアミナーゼおよび乳酸脱水素酵素の著しい放出を有する。これは９０分間を超えての肝細胞障害を示す肝細胞酵素の連続した放出に続く。ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの投与は、肝障害の減弱に高い有効性を示し、実質的に全ての急性肝細胞酵素の放出を阻害し、且つ９０分の灌流期間を超えての持続的な肝細胞酵素の放出を阻害する。実験の最後に、肝をメタロポルフィリンで処理した。これは優れた酸素消費と正常な灌流パターンを示した。それらは依然として安定し、且つ肉眼での形態学的試験に対して正常な構造を有する。薬物処理のない肝臓は、正常な酸素消費を行わず、浮腫、軟化を生じ、且つ乏しい灌流と一致したまだらのある外観を有していた。
【００９５】
例Ｘ
血管トーン(vascular tone)におけるＴＭ-2-ＰｙＰの効果
ラットを麻酔し、大腿静脈と頚動脈をカニュレーションした。血圧を頚動脈によりモニターしながら、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰをi.v.で０．１から３．０ｍｇ／ｋｇの範囲の用量で注射した。平均動脈圧は、５から１０分以内に１００−１２５ｍｍＨｇから５０−６０ｍｍＨｇに低下した。この作用は一次的なものであり、０．１から０．２５ｍｇ／ｋｇの用量で３０分間持続する。１−３ｍｇ／ｋｇの用量ではこの作用は延長され、２時間持続する。この作用は一酸化窒素生成酵素の阻害剤の投与により阻害されるため、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰの役割は一酸化窒素により調節されていることが示される。血管床におけるスーパーオキサイドの消去剤は一酸化窒素による低血圧の作用を助長する。
【００９６】
例ＸＩ
ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ使用による気管反応性の調節
マウスにオバアルブミンを１４日間に分けて腹腔内に２回注射し感作させた。2回のi.p.注射の14日後、マウスにオバアルブミンを１日１回３日間噴霧し免疫させた。3回目のオバアルブミン噴霧の４８時間後、マウスに１分間のメタコリン免疫を与え、気道過反応はブキシコン・ボディー・プレチスモグラフ(Buxcon body plethysmograph)使用して行った。ＰＥＮＨインデックスにより測定した気道抵抗の有意な増加はメタコリンの２０、３０、４０ｍｇ／ｍＬの用量で生じた。メタコリンの全用量において、予め、４日間、２μｇのＭｎＴＭ-2-ＰｙＰを気道内点滴により与えると統計的に有意な気道過反応の減少が生じた。この用量のＭｎＴＭ-2ＰｙＰは全体用量で０．８ｍｇ/ｋｇに相当する。
【００９７】
例ＸＩＩ
ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの使用による気管支肺の形成異常の処置
新生児ヒヒはカエサリアン(Caesarian)地区において未熟児として出産され、十続いて、十分な動脈血酸素を維持するため１００％酸素もしくは十分なＰＲＮＦＩＯ2のどちらかを処置した。モデル確立のため、１３匹の１００％酸素処置動物と１２匹のＰＲＮ対照動物を試験した。１００％酸素処置は、気泡化を遅延し、肺実質性炎症および低酸素への暴露され、特徴付けられる第９日または第１０日により明示される肺障害の延長を引き起こす。これはヒトの疾患の特徴である、気管支肺の形成異常の特徴を有しており、且つ、これは成長途上における胎児肺においては少なくとも部分的な酸化ストレスによって生じると考えられる。ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの最初の試験においては、胎児ヒヒは１４０日間の妊娠で生まれ、その後１００％酸素下に置かれた。動物は１０日間の試験期間に渡って０．５ｍｇ/ｋｇ/２４時間のＭｎＴＥ-2-ＰｙＰを静脈内に持続投与された。この動物は酸素供給インデックスの著明な改善が見られた。９および１０日目で肺の臨床的な代償機能喪失の兆候はなかった。肺の病理学的所見においては同一の状況下において炎症の不在と、先の１００％酸素処置の動物で見られた肺障害において著明な減少が認められた。これはＭｎＴＥ-2-ＰｙＰが未熟新生児における酸化ストレスの処置に使用することが可能であることを示唆している。
【００９８】
上記で引用した全ての文献は、引用によりその全体が組み込まれる。１９９７年１１月３日に出願された出願番号60/064,116も、引用によりここにその全体が組み込まれる。
【００９９】
当業者は、この開示を読むことにより、形態および詳細について種々の変更が本発明の範囲を逸脱することなく行われることを理解するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生理学的および病理学的過程を調節する方法、特に、酸化剤の細胞内レベルを調節し、およびそれによりそのような酸化剤が関係する過程を調節する方法に関する。本発明は、また、そのような方法における使用に適切な化合物と組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化剤は、全細胞の正常な代謝の部分として産生されるが、しかしまた、多くの疾患の過程の病因の重要な要素でもある。例えば、反応性酸素種は、肺、中枢神経系および骨格筋の疾患の病因の臨界要素である。酸素フリーラジカルは、また、一酸化窒素(NO・)の作用の調節においても重要な働きを担う。この状況において、それらは血管障害、炎症性疾患および加齢の進行の病因に寄与する。
【０００３】
酸化剤に対する防御酵素の臨界のバランスは、正常な細胞と器官の機能を維持するために必要である。スーパーオシドジスムターゼ(SODs)は、細胞内および細胞外でのＯ2-からＨ2Ｏ2およびＯ2への変換を触媒する金属結合酵素(メタロエンザイム)のファミリーであり、スーパーオキシドラジカルの損傷効果に対する防御の第一線を代表する。哺乳類は、３種類の異なるＳＯＤｓを産生する。１つは、全ての細胞のサイトゾルで発見された二量体の銅および亜鉛含有酵素(CuZn SOD)である。２つ目は、ミトコンドリア内で発見された三量体のマンガン含有SOD(Mn SOD)であり、更に３つ目は、細胞外流体で発見され、且つ細胞外マトリックスに結合した三量体のグリコシル化された銅および亜鉛含有酵素(EC-SOD)である。幾つかの他の重要な抗酸化酵素が細胞内にあることが知られ、これらは、カタラーゼおよびグルタチオンペルオキシダーゼを含む。細胞外流体および細胞外マトリックスは、これらの酵素を少量で含有するのみであるが含有し、また同時に、例えば、アスコルビン酸、尿酸、およびα−トコフェノール等のラジカルスカベンジャーおよび脂質過酸化阻害剤を含む他の細胞外抗酸化剤も存在することが知られている(Halliwell et al, Arch. Biochem. Biophys. 280:1(1990))。
【０００４】
本発明は、一般的に、そこにおいてスーパーオキシドラジカルまたは過酸化水素若しくはペルオキシナイトライト等の他の酸化剤が関係する細胞内および細胞外過程の調節において使用するのに適切な低分子量ポルフィリン化合物に関する。本発明の化合物および方法は、酸化的ストレスが重要な役割をする種々の生理学的および病理学的過程における適用を明らかにする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Halliwell et al, Arch. Biochem. Biophys. 280:1(1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、ペルオキシナイトライト、脂質過酸化、ヒドロキシラジカルおよびチイルラジカル(thiyl radicals)等の酸化剤の細胞内または細胞外レベル調節する方法に関する。より詳細には、本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、一酸化窒素またはペルオキシナイトライトに関連する正常または異常過程を、低分子量の抗酸化剤を使用して調節する方法、およびそのような方法において使用ために適切なメチン(即ち、メソ)置換ポルフィリンに関する。該置換ポルフィリンは、また、抗菌剤および抗ウイルス剤としての活性、並びにイオノフォアおよび化学療法剤としての活性も有することが期待できる。本発明の目的および利点は以下の記載から明確になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】メカニズム。
【図２】メソ-テトラキス-N-アルキル-ピリジニウムベースポルフィリンマンガン類。
【図３】最小培地中での１、２、３*および４*(20μM)(アトロプ異性体の混合物、JI=SOD欠損株、AB=親株)のインビボ(大腸菌)におけるＳＯＤ活性。
【図４】ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+の構造(x=1から4)。
【図５】ＣＤＣｌ3(δ=7.24ppm)におけるＨ2Ｃｌ2aＴ-2-ＰｙＰの1Ｈ−ＮＭＲスペクトル(ポルフィリン環)。４つのピリジル窒素のアルファ位における４つのプロトンは積分座標として得た。
【図６】ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+レドックスに関する基底状態フリーエネルギー変化(ΔＧ0)の関数としてのＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+により触媒されるＯ2-ジスムテーション反応のための活性化のフリーエネルギー(ΔＧ#)のプロット。表４において報告されたΔＧ#およびΔＧ0がｋcatおよびＥ01/2値から算出された(夫々、Ｆ、Ｒ、ｈおよびｋBは、ファラデー、モル気体、プランクおよびボルツマン定数である)。０−４の数が、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+におけるｘに相当する。Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤの１の活性部位の位応するデータ(Ellerby et al,J.Am.Chem.Soc.118:6556,1996)。
【図７】示されたデータは３種類の抗酸化剤の化学構造である。Ａ）メソ-ポルフィリン種類は、以下を示す：Ｒ1は、ピリジル(テトラキス-(N-メチルピリジニウム-2-(4)イル))ポルフィリンの２若しくは４位における安息香酸(テトラキス-(4-安息香酸)ポルフィリン(TBAP))[benzoic acid(tetrakis-(4-benzoic acid)porphyrin(TBAP)]またはN-メチル基の何れかである(TM-2-PyP、TM-4-PｙP)；Ｒ2は、水素(H)または臭素(Br、OBTM-4-PyP)の何れかであり、且つ該ポルフィリンはマンガン(Mn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)または亜鉛(Zn)金属の何れかと結合する。Ｂ)該ビタミンＥ類似体種類は、トロロックスにより代表される。Ｃ)該フラボノイド種類はルチンにより代表される。
【図８】鉄／アスコルベートを介したラット脳ホモジネートの酸化のタイムコース。ラット脳ホモジネートは種々の時間で０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)としてに５３５ｎｍで分光光度法により測定した(n=3)。
【図９】鉄／アスコルベートを介したラット脳ホモジネートの酸化阻害能におけるトロロックス(■)、ルチン(▲)、ウシＣｕＺｎＳＯＤ(●)、ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰ(▲)およびＭｎＯＢＴＭ-2-ＰｙＰ(◆)の比較。ラット脳ホモジネートは、３０分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【図１０】ラット脳ホモジネートの鉄／アスコルベート媒介酸化の阻害能におけるＴＢＡＰのマンガン(▲)、コバルト(●)、鉄(▲)および亜鉛(■)類似体の比較。ラット脳ホモジネートは、30分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【図１１】ＴＭ-4-ＰｙＰ(四角形)およびＴＭ-2-ＰｙＰ(三角形)のマンガン(ソリッド)および亜鉛(オープン)類似体のラット脳ホモジネートの鉄／アスコルベート媒介酸化の阻害能における比較。ラット脳ホモジネートは、30分間、０．２５μＭのＦｅＣｌ2と１μＭのアスコルベートと共にインキュベートし、脂質過酸化はチオバルビツール酸反応種(TBARS)として測定した。３０分間に形成されたＴＢＡＲＳ量を１００％過酸化脂質として表した(n=3-6)。シグモイド用量反応曲線は、非線形回帰プログラムに対するデータの適合から誘導した。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、酸化剤、特に、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素およびペルオキシナイトライトの有毒作用から保護する方法、並びに酸化剤ストレスに関与するまたは酸化剤により生ずる疾患または障害を予防および治療する方法に関する。また、本発明は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、一酸化窒素およびペルオキシナイトライトを含む酸化剤に関与する生物学的過程を調節する方法に関する。本発明は、更に、そのような方法に使用するのに適切な、低分子量抗酸化剤(例えば、SODs、カタラーゼおよびペルオキシダーゼ等の擬似体等を含む反応性酸素種のスカベンジャーの擬似体)を含む化合物および組成物、並びにその製剤に関する。
【００１０】
本発明の方法における使用に適切な反応性酸素種のスカベンジャーの擬似体は、メチン(即ち、メソ)置換ポルフィリンまたは薬学的に許容されるその塩を含む。本発明は、金属非含有および金属結合ポルフィン類の両方を含む。金属結合ポルフィン類の場合、メチン(メソ)置換ポルフィン類のマンガン誘導体が好ましいが、しかしながら、マンガン以外の金属、例えば、鉄(IIまたはIII)、銅(IまたはII)、コバルト(IIまたはIII)、ニッケル(IまたはII)等も、また、使用することが可能である。選択された金属は、種々の原子価状態を有してもよく、例えば、マンガンII、IIIまたはVが使用可能であることは高く評価されるであろう。原子価変化を受けず、そのため直接にスーパーオキシドをスカベンジしないにも関わらず、亜鉛(II)を使用することも可能である。該金属の選択は、スカベンジされる酸素種の選択性に影響する。例えば、鉄結合ポルフィン類は、NO・をスカベンジするために使用されるが、マンガン結合ポルフィリンでは不可能である。これらの金属結合ポルフィリンはペルオキシナイトライトをスカベンジし、；鉄、ニッケルおよびコバルト結合ポルフィン類は、ペルオキシナイトライトと最も高い反応性を有する傾向がある。
【００１１】
本発明の好ましい擬似体は、式I若しくはII、またはその薬学的に許容される塩である：
【化６】
【００１２】
ここで、各RはＣ1−Ｃ8アルキル基、好ましくはＣ1−Ｃ4アルキル基、より好ましくはメチル、エチルまたはイソプロピル、最も好ましくはメチルである。また、この擬似体は、金属非含有またはマンガン以外の金属と結合して存在してもよい。上記の全てのアトロプ異性体は本発明の範囲内であり、単離された形態にあってもよく、また、少なくとも２の混合物として存在してもよい。少なくとも３、好ましくは４のＲ基が該ポルフィリン環平面の上にあるアトロプ異性体が、特に有利である。
【００１３】
式IまたはIIのポルフィリンのピロール環の１以上は、何れかまたは全てのβ炭素で；即ち、２、３、７、８、１２、１３、１７または１８で置換されてもよい。そのような置換基は、Ｐとして示され、電子離脱基、例えば、夫々のＰは、独立して、ＮＯ2基、ハロゲン(例えば、Cl、BrまたはF)、ニトリル、ビニル基またはホルミル基でよい。例えば、１、２、３、４、５、６、７または８ハロゲン(例えば、Br)置換基(８未満のハロゲン置換基があるとき、残りのＰの置換基は、水素であることが有利である)であってよい。そのような置換基は、該ポルフィリンのレドックスポテンシャルを変化させ、それにより酸素ラジカルのスカベンジ能を強化する。各Ｐは、独立して水素であってもよい。Ｐがホルミル基であるとき、好ましくは、２以下（非隣接炭素において）、より好ましくは１であり、残りのＰは水素である。ＰがＮＯ2であるとき、４以下（非隣接炭素において）、より好ましくは１または２であり、残りのＰは水素であることが好ましい。
【００１４】
本発明方法の使用に適切な擬似体は、ＳＯＤ、カタラーゼおよび／またはペルオキシダーゼ活性および安定性をアッセイすることにより選択することが可能である。また、擬似体は、脂質過酸化を開始するために鉄およびアスコルベートを使用して、組織ホモジネートにおける脂質過酸化の阻害能を、チオバルビツール酸反応性種(TBARS)の形成を測定することによりスクリーニングすることが可能である(Ohkawaら、Anal.Biochem.95:315,1979,およびYueら、J.Pharmacol.Exp.Ther.263:92,1992)。公知のＯ2-発生剤によるアコニターゼの選択的、可逆的且つＳＯＤ感受性の不活性化が、細胞内Ｏ2-発生のマーカーとして使用されてもよい。従って、適切な擬似体は、アコニターゼ活性の保護能のアッセイにより選択することが可能である。
【００１５】
ＳＯＤ活性は、マックコードとフリードビッヒ(McCord and Fridovich)の方法を使用しＥＤＴＡの存在および不在においてモニターすることが可能である(J.Biol.Chem.244:6049,1969)。擬似体の効力は、また、特異的な突然変異を欠く親株に対するＳＯＤヌル大腸菌株の有酸素性の成長における擬似体の効果を測定することにより決定することが可能である。特に、親大腸菌(AB1157)とＳＯＤヌル大腸菌(JI132)は０．２％のカザミノ酸および０．２％のグルコースを含有するｐＨ７．０且つ３７℃のＭ９培地で成長する；成長は、７００ｎｍでの濁度に関してモニターされる。このアッセイは、該培地(５つの必須アミノ酸を添加したグルコース最小培地;M9)からアミノ酸を含む枝分れ鎖、芳香族および硫黄を省くことによるＳＯＤ擬似体に対してより選択的にすることが可能である(例Ｖを参照されたい)。
【００１６】
また、活性擬似体の効力は、メチルビオロゲン(パラコート)誘導毒性に対する哺乳動物細胞の保護能を決定することによりアッセイできる。特に、後述する通りに２４穴皿に播種して培養したラットＬ２細胞を、種々の濃度のＳＯＤ擬似体でプレインキュベーションし、次に、予めコントロールのＬ２細胞におけるＬＣ75を導くことが示された濃度のメチルビオロゲンでインキュベーションした。該擬似体の効果は、メチルビオロゲン誘導ＬＤＨ放出の減少に相当する(St.Clair 等、FEBS Lett.293:199,1991)。
【００１７】
ＳＯＤ擬似体の効力は、マウスおよび／またはラットモデルによる噴霧投与および非経口的注射の両方を使用したインビボにおいて試験することが可能である。例えば、雄性Ｂａｌｂ／ｃマウスを、無作為に各８匹のマウスからなる４群に分け、標準２Ｘ２偶然性統計モデルを形成する。動物は、パラコート(40mg/kg、ip)または生理食塩水の何れかで処理し、且つＳＯＤ擬似体またはベヒクルコントロールで処理した。肺障害を、パラコート処理の４８時間後に気管支肺胞潅注液体(BALF)の損傷パラメータ(LDH、タンパクおよび% PMN)を以前に記載した通りに分析することにより評価した(Hampson等、Tox.Appl.Pharm.98:206,1989; Day等、J.Pharm.Methods 24:1,1990)。各群毎に２匹のマウスからの肺を、４％のパラホルムアルデヒドを用いて潅注固定し、光学顕微鏡レベルで組織病理学的に処理する。
【００１８】
カタラーゼ活性は、過酸化水素の存在下での２４０ｎｍの吸収を測定すること(Beers および Sizer,J.Biol.Chem.195:133,1952)、またはクラーク酸素電極(Clark oxygen electrode)を用いた酸素変化を測定すること(Del Rio等、Anal.Biochem.80:409,1977)によりモニターできる。ペルオキシダーゼ活性は、以前に記載された通りに分光測光器により測定することが可能である(PutterおよびBecker: Peroxidases. In:Methods of Enzymatic Analysis, H.U. Bergmeyer(ed.),Verlag Chemie, Weinheim,pp.286-292,1983)。アコニターゼ活性は、ガードナーとフリードビッヒにより記載された通りに測定される(Gardner and Fridovich, J.Biol.Chem.266:19328,1991)。擬似体の脂質過酸化に対する活性は、オオカワ等(Ohkawa等、 Anal.Biochem.95:351,1979)およびユウ等(Yue 等、J.Pharmacol.Exp.Ther.263:92,1992)により記載された通りに評価される。
【００１９】
活性擬似体は、乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)放出の測定により哺乳細胞培養における毒性を試験することが可能である。特に、ラットＬ２細胞(a lung Type II like cell;KaighnおよびDouglas, J.Cell Biol.59:160a,1973)は、１０％のウシ胎児血清を補ったハムのF-12培地(Ham’s F-12 medium)において、ｐＨ７．４且つ３７℃で成長する；細胞は、等密度で２４穴培養皿に播種され、略９０％コンフルエンスまで増殖させる；ＳＯＤ擬似体は、該細胞に対数用量(例えば、ミニマル・エッセンシャル・メディウム；MEM中でマイクロモーラー用量)で添加し、２４時間、インキュベーションする。毒性は、形態学により、且つサイトソル障害マーカーであるＬＤＨの放出を(例えば、サーモキネティックプレートリーダーにおいて)、バッサルト (Vassault, In:Methods of Enzymatic Analysis, Bergmeyer(ed)pp.118-26,1983; NADHの酸化は340nmで測定する)の記載の通りに測定することにより評価することが可能である。
【００２０】
本発明の方法で使用するのに適切な擬似体の合成は、当該分野で公知のプロトコールを使用して達成することが可能である(また、例I、II、IIIおよび IV並びにSastry等、Anal.Chem.41:857,1969, Pasternack等,Biochem.22:2406,1983; Richards等, Inrg.Chem.35:1940, 1996および U.S.Appln.No.08/663,028, 特に、ここでは、詳細は合成について述べられている）。アトロプ異性体の分離は、種々の技術を使用して達成される。
【００２１】
本発明の１つの具体的な態様を、戦略的位置に対する上述のポルフィン類を目的とすることによりＮＯ・レベルを調節する方法に関する。ＮＯ・は、細胞内シグナルであり、例えば、ＮＯ・は細胞外マトリックスを超えてその効果を発揮する。しかしながら、ＮＯ・は、細胞外空間に存在するＯ2-により介在される不活性化に対して感受性が高い。本発明のメチン(メソ)置換ポルフィリン類は、Ｏ2-によるその分解を防ぐことによりＮＯの生物学的利用能を増加できる。
【００２２】
更なる態様において、本発明の擬似体は、反応性酸素種の触媒的スカベンジャーとして、梗塞形成、発作、急性頭部外傷、臓器移植後の器官再潅流、腸管虚血、出血性ショック、肺梗塞形成、血流の外科的閉塞、および軟性組織障害に関連する虚血再潅流障害から保護するために使用される。該擬似体は、更に、骨格筋再潅流障害に対する保護に使用することが可能である。また、該擬似体は、日光を原因とする眼(および皮膚)の損傷、同時に緑内障および眼における横斑変性から保護するために使用される。また、該擬似体は、白内障に対する保護および/または治療のために使用される。また、該擬似体は、皮膚の炎症性疾患(例えば、乾癬等)に対する保護および/または治療のために使用される。また、骨の疾患も、該擬似体を用いての治療に応ずる。更に、一般化された加齢による欠陥である、コラーゲン合成または分解における欠陥に関連する結合組織障害も、本発明の疑似体による治療に感受性があると期待される。
【００２３】
更なるもう１つの態様において、本発明の擬似体は、反応性酸素種の触媒的スカベンジャーとして使用され、移植された心臓、腎臓、皮膚および他の器官並びに組織の非常に限られた貯蔵生存能力を増加する。また、本発明は、食品、薬品、保存血液等に含まれるＯ2-の形成により生じる物質の自動酸化による損傷を阻害する方法を提供する。この結果を達成するために、酸化的損傷を阻害または防止するのに十分な量で、本発明の擬似体は、食品、薬品、保存血液等に添加され、それにより自動酸化による分解を阻害または防止する(本発明の疑似体の他の使用には、USP 5,227,405を参照されたい)。特に治療において使用されるべき、または具体的な物質に関連するべき擬似体の量は、当業者により決定される。
【００２４】
更なるもう１つの態様において、本発明の擬似体は、過酸化水素をスカベンジするために使用することが可能であり、従って、フェントン化学反応を阻害することによって、高い反応性を有するヒドロキシラジカルの形成から保護することが可能である(Aruoma and Halliwell, Biochem. J. 241:273,1987;Mello filho等、Biochem.J.218:273,1984;Rush and Bielski,J.Phys.Chem.89:5062,1985)。本発明の擬似体は、また、ペルオキシナイトライトをスカベンジするのに使用してもよく、これは、ジヒドロローダミン１２３のローダミン１２３への酸化の阻害により間接的に示され、並びにストップフロー分析(stop flow analysis)によるペルオキシナイトライト分解の促進により直接的に示される通りである。
【００２５】
本発明の該擬似体を使用する治療に適切な特異的な更なる疾患／障害の例は、中枢神経系の疾患［AIDS痴呆、脳卒中、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、パーキンソン病およびハンティングトン病を含む］並びに筋系の疾患［横隔膜障害(例えば、気腫における呼吸性疲労、気管支炎および嚢包性繊維症を含む)、鬱血性心不全の心疲労、ミオパシーに関連する筋虚弱症候群、ALSおよび多発性硬化症を含む］を含む。多くの神経障害(脳卒中、ハンティングトン病、パーキンソン病、ALS、アルツハイマー病およびAIDS痴呆を含む)は、グルタミン酸レセプターの主なサブタイプ、即ち、ＮＭＤＡ(またはN-メチル-D-アスパラギン酸)サブタイプの過剰刺激に関連する。ＮＭＤＡレセプターの刺激において、過剰なニューロンカルシウム濃度は、オキシジェンフリーラジカルおよび一酸化窒素(NO・)の産生を誘導する一連の膜および細胞質の事象に寄与する。オキシジェンフリーラジカルとＮＯ・との間の相互作用が、ニューロン細胞死に寄与することが示されている。良好に確立されたNMDA毒性のニューロン皮質培養モデルが開発され、薬物開発のための基礎として使用されている。これらの同じ系において、本発明の疑似体はＮＭＤＡ誘導障害を阻害する。Ｏ2-ラジカルの形成は、皮質ニューロンの興奮性毒性死を完成する細胞内事象における絶対的ステップであり、また更に、本発明の該擬似体はＯ2-ラジカルをスカベンジするために使用することが可能であり、それにより興奮性毒性障害に対して保護剤として供給される。
【００２６】
また、本発明は、ＡＩＤＳの治療方法に関する。該ＮｆカッパＢプロモーターは、複製のためにＨＩＶウイルスにより使用される。このプロモーターは、レドックス感受性であり、そのため、抗酸化剤がこの過程を調節することが可能である。これは、以前、本発明のそれらから２つのメタロポルフィリンを識別するために示している(Song等、Antiviral Chem. And Chemother.8:85,1997)。本発明は、また、関節炎、全身性高血圧、粥状動脈硬化、浮腫、敗血症ショック、原発性肺性高血圧を含む肺性高血圧、ＭＥＤ、不妊症、子宮内膜症、早発性子宮収縮、微生物感染、通風の治療法、並びにI型およびII型真性糖尿病の治療に関する。本発明の擬似体は、例えば、血管の正常な緊張(vascular tone)を維持すること、および多器官系損傷を防止することにより、エンドトキシンに関連する毒性作用を改善するために使用することが可能である。
【００２７】
炎症、特に、肺の炎症は、本発明を使用する治療を受けることが可能である［特に、喘息、酸素毒性を含むＡＲＤＳ、肺炎(特に、AIDSに関連する肺炎)、嚢包性繊維症、慢性静脈洞炎および自己免疫疾患(慢性関節リウマチ等)をの疾患を基礎にする炎症に注目されたい］。ＥＣ−ＳＯＤは、気道および血管平滑筋細胞を囲む間隙性空隙に位置する。ＥＣ−ＳＯＤおよびＯ2-は、肺胞間中隔における抗炎症性−前炎症性バランスを媒介する。肺胞間中核細胞により放出されたＮＯ・は、それがＯ2-と反応してＯＮＯＯ-を形成しない限り、炎症を抑制するために作用する。Ｏ2-をスカベンジすることにより、ＥＣ−ＳＯＤは、炎症に対して肺胞間中核におけるバランスを傾ける。顕著な量のＯＮＯＯ-は、ＥＣ−ＳＯＤが不足する場合またはＯ2-の放出が甚だしく増加した場合のみに形成するであろう。ここで記載された擬似体は、高酸素症により引き起こされた破壊に対して保護するために使用できる。
【００２８】
更に、本発明は、記憶障害の治療方法に関する。一酸化窒素は、長期間の記憶の強力化に関係する神経伝達物質であると考えられている。ＥＣ−ＳＯＤノックアウトマウスモデル(Carlsson等、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:6264,1995)を使用しし、学習障害が、脳の細胞外空隙における減少したスーパーオキシドスカベンジに相関することが示される。減少したスカベンジは、より高い細胞外Ｏ2-レベルを引き起こす。Ｏ2-は、一酸化窒素と反応し、それにより、一酸化窒素を介する神経伝達を防止または阻害し、それにより、長期間の記憶の強力化を防止または阻害する。本発明の該擬似体は、痴呆および記憶／学習障害の治療に使用することが可能である。
【００２９】
また、本発明の擬似体の生物学的利用能は、Ｏ2-、過酸化水素、一酸化窒素およびペルオキシナイトライトにより媒介される過程の研究を可能にする。
【００３０】
上述の擬似体は、本方法において使用するのに適切な薬学的組成物に配合される。そのような組成物は、薬学的に許容される担体、賦形剤または希釈剤と共に活性剤(擬似体)を含む。該組成物は、例えば、錠剤、カプセルまたは坐剤等の投与量単位形態で存在し得る。また、該組成物は、注射または噴霧に適した滅菌溶液の形態にあってもよい。また、組成物は、眼科用に適切な形態であってもよい。また、本発明は、局所的投与のために配合された組成物も含み、そのような組成物は、例えば、ローション、クリーム、ゲルまたは軟膏等の形態をとる。該組成物に含有されるべき活性剤の濃度は、該薬剤の性質、投与量計画および診察の結果を基に選択される。
【００３１】
投与されるべき本発明の組成物の投与量は、過度の実験をすることなく決定することが可能であり、該活性剤、投与経路、患者および到達すべき診察結果の性質を含む種々の因子に依存するであろう。例えば、ＩＶまたは局所的に投与されるべき擬似体の適切な投与量は、約０．０１から１００ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、好ましくは０．１から１０ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙの範囲である。噴霧投与に対しては、投与量は、０．０１から１０ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙの範囲であることが予想される。擬似体の適切な投与量は、例えば、該擬似体と診察結果によって変更してよい。フォークナーら(Faulkner等、J.Biol.Chem.269:23471,1994)の結果は、インビボにおける該擬似体のオキシドレダクターゼ活性は、薬学的に有効な投与量が毒性の問題を避けるために十分に低ものであることを示す。使用され得る投与量は、１から５０ｍｇ／ｋｇの範囲の投与量を含む。
【実施例】
【００３２】
本発明の幾つかの側面を以下の例において更に詳しく説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【００３３】
例
以下の薬品を続く例Ｉ−Ｖにおいて使用した。
【００３４】
オルトおよびメタ−金属非含有リガンド(H2TM-2-PyPCl5およびH2TM-3-PyPCl5)の塩化物塩は、ミッドセンチュリー・ケミカルズ(MidCentury Chemicals)から購入し、並びにパラ金属非含有リガンド［2TM-4-PyP(CH5PhSO3)5］のトシラート塩はポルフィリン・プロダクツ(Porphyrin Products)から購入した。その純度は、元素分析と分光特性、即ち、モル吸光係数およびのソレー帯の対応波長の点から確認した。金属非含有リガンドのソレー帯特性は、E413.3nm=2.16×105M-1cm-1(H2TM-2-PyPCl4)、E416.6nm=3.18×105M-1cm-1(H2TM-3-PyPCl4)、E422.0nm=2.35×105M-1cm-1(H2TM-4-PyPCl4)である。非メチル化オルト金属非含有リガンド(H2T-2-PyP)は、ミッドセンチュリー・ケミカルズから購入し、その純度は元素分析の点から確認した(以下を参照されたい)。ヨードエタン、１−ヨードブタン、無水塩化マンガン(MnCl2)、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ、塩化テトラブチルアンモニウム(TBA)およびへキサフルオロリン酸アンモニウム(PF6NH4)はアルドリッチ(Aldrich)から購入した。
【００３５】
例Ｉ
メソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリンおよびメソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-3-イル)ポルフィリンの合成
金属非含有ポルフィリンメソ-テトラキス-(2-ピリジル)ポルフィリン(H2T-2-PyP)およびメソ-テトラキス-(3-ピリジル)ポルフィリン(H2T-3-PyP)は、ロートムント凝縮(Rothmund condensation)を介して変更したアドラー法を使用して合成した(Kalyanasundaram,Inorg.Chem.23:2353,1984;Torrens et al,J.Am.Chem.Soc.94:4160,1972)。１００ｍＬのプロピオン酸の還流溶液に、等モル量の新しく蒸留したピロールおよびピリジン-2-またはピリジン-3-カルボキシルアデヒド(carboxyadehyde)をゆっくりと注入し、該溶液を約４５分間還流し、その後、該プロピオン酸を蒸留して除いた。黒色残渣をＮａＯＨにより中性化し、メタノールで洗浄し、ＣＨ2Ｃｌ2(ジクロロメタン)に溶解し、アセトンで調製した中性ウォーレンアルミナカラム(Woelm alumina column)上でクロマトグラフィを行った。淡青色画分の溶離の後、Ｈ2ＴＰｙＰを５−１０％のピリジンを含有するＣＨ2Ｃｌ2を使用して溶離した。ロータエバポレーターで溶媒を除去した後で、光沢のある暗紫色結晶を暗赤色溶離液から回収した。Ｈ2ＴＰｙＰのメチル化は、還流クロロホルム中の過剰のメチル-p-トルエンスルホネートを使用して実施した(Kalyanasundaram,Inorg.Chem.23:2453,194;Hambright et al,Inorg.Chem.15:2314,1976)。両方のアルキル化したポルフィリンを、高温のクロロホルム溶液から自然に沈殿し、エーテルで洗浄し空気乾燥した。
【００３６】
例ＩＩ
Ｈ2ＴＭＰｙＰ4+のオルト、メタおよびパラ異性体のマンガン複合体の製造
メタレーションは、室温で水中において実施した。メタおよびオルト異性体の場合、金属に対する該ポルフィリンの割合は１：５であり、パラ異性体の場合では、１：１４である。該溶液のｐＨを〜ｐＨ＝１０．２にまで調整した後、該固体ＭｎＣｌ2×４Ｈ2Ｏ(アルドリッチ)を、該水性金属非含有ポルフィリンに対して添加した。該メタレーションは、３つの異性体全ての場合において、１時間以内で完了した。オルトおよびメタ化合物の製造のために、ＭｎＴＭ−２−ＰｙＰ5+とＭｎＴＭ−３−ＰｙＰ5+、３００ｍｇの金属非含有リガンド、Ｈ2ＴＭ−２−ＰｙＰ4+またはＨ2ＴＭ−３−ＰｙＰ4+の何れかを１００ｍＬの水に溶解し、数滴のＮａＯＨによりｐＨを１０．２まで調整し、続いてＭｎＣｌ2の３４０ｍｇを添加した。該メタレーションは、夫々、４１３．３ｎｍまたは４１６．６ｎｍでのＨ2ＴＭ−２−ＰｙＰ4+またはＨ2ＴＭ−３−ＰｙＰ4+のソレー帯の吸光、および４５４．１ｎｍと４５９．８ｎｍでのマンガン複合体のソレー帯の出現を介して分光的に追跡した。
【００３７】
過剰の金属は、ＭｎＴＭＰｙＰ5+の３つ全ての異性体(オルト、メタおよびパラ)に対して次の通りに消去した。ＭｎＴＭＰｙＰ5+は、５０倍過剰なＮＨ4ＰＦ6を添加することにより、ＰＦ6−塩として沈殿した。該沈殿物を2-プロパノール：ジエチルエテール＝１：１で洗浄し、真空において室温で乾燥した。乾燥したＭｎＴＭＰｙＰ5+のＰＦ6-塩を、次に、アセトンに溶解し(100mLアセトン中に370mg)、１ｇの塩化テトラブチルアンモニウムを添加した。該沈殿物はアセトンで洗浄し、室温で真空において一晩乾燥した。純粋な化合物を得るために、該方法を繰り返した。元素分析をメタレートした全異性体について行った。該化合物は分光的に分析し、以下のデータを得た：メタレートした化合物のソレー帯特性：E454.1nm=12.3×104M-1cm-1(MnTM-2-PyPCl5)、E459.8nm=13.3×104M-1cm-1(MnTM-3-PyPCl5)、E462.2nm=13.9×104M-1cm-1(MnTM-4-PyPCl5)。
【００３８】
メタレーションは、同様にメタノール中で行った。加えて、水中で行った場合、該金属：リガンド比は、１：５から１：１４から１：１００までで変更することが可能である。全ての条件下で、問題のモル吸光係数が得られた。計算値は、メタレーション前に分析された金属非含有リガンドを基本とした。該金属非含有リガンドのモル吸光係数は、それらの元素分析と同様に文献と一致した。
【００３９】
ＭｎＴＭ2−ＰｙＰＣｌ5の元素分析およびＭｎＴＭ−３−ＰｙＰＣｌ5を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
例ＩＩＩ
メソ-テトラキス(N-エチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン第二マンガンの合成
５０ｍｇのＨ2Ｔ−２−ＰｙＰを、３０ｍＬの無水ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解し、該溶液を攪拌および１００℃に加熱した。２０ｍｇの無水ＭｎＣｌ2(20eq)を添加し、該溶液を３日間攪拌した。該メタレーションの完了は、ＵＶ分光分析法により確認した。メタレーションにおいて、温度を６０℃まで低下し、０．６５ｍＬのヨードエタン(100eq)を添加し、更に該溶液を７日間攪拌した(Perree-Fauvet et al,Tetrahedron 52:13569,1996)。ＤＭＦを蒸発し、１０ｍＬのアセトンを添加し、その生成物をアセトン中のＴＢＡ溶液(0.45M)の２０ｍＬを添加して沈殿した；実際、沃化物塩に対して、塩化物塩はアセトン中で沈殿する。該生成物を上述の「二重沈殿」法を使用して精製した。該生成物は、真空中、Ｐ2Ｏ5上、７０℃で、一晩乾燥し、１２５ｍｇ(95%)の暗紫色固体を得た。UV(H2),E454.0nm=1.41×105M-1cm-1。元素分析、MnC48N8H44Cl5・5H2Oの計算値：C(54.64), H(5.16), N(10.62); 実測値: C(54.55), H(5.36), N(10.88)。
【００４２】
例ＩＶ
メソ-テトラキス-(N-ブチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン第二マンガンの合成
上述と同じ方法を使用した。０．９２ｍＬの1-ヨードブタン(100eq)を添加し、その混合物を１００℃で７日間混合した。該塩化物塩を乾燥し、７０ｍｇ(50%)の暗紫色粘性生成物を得た。元素分析は、このようにヘキサフルオロリン酸塩(非粘性)において実施した。該塩化物塩は水可溶性である(ミセルは観察されなかった)。塩化物塩のＵＶ(H2O)は、E454.0nm=1.21×105M-1cm-1。元素分析、MnC56H6H8P5F30・H2Oの計算値：C(40.94), H(3.80), N(6.82); 実測値: C(41.15), H(4.35), N(6.52)。
【００４３】
例Ｖ
オルト効果がメソ-テトラキス-(N-アルキルピリジニウム-2-イル)-ポルフィリン第二マンガンを強力なスーパーオキシドジスムターゼ擬態させる
本発明の擬似体のスーパーオキシドジスムターゼ活性は、熱力学的因子(例えば、金属中心レドックスポテンシャル、図１を参照されたい)および動態因子(例えば、静電気促進)を含む多くの因子に依存する。インビトロでのＳＯＤ活性の酵素アッセイ(McCord and Fridovich,J.Biol.Chem.244:5049,1969を参照されたい)において、オルト化合物“３”は、パラ化合物“１”よりもより活性の大きな程度であるように証明される(図２を参照されたい。また、表２に注目されたい。ここで、“２”は、メタ化合物であり“４”および“５”はオルト化合物であり、夫々、４エチルまたは４ブチル基を有する)。
【００４４】
本発明の擬似体のインビボにおける活性は、ＭｎＳＯＤおよびＦｅＳＯＤの両方のコードする遺伝子を欠損した大腸菌株において試験することが可能である。このアッセイでは、親株に対するＳＯＤヌル大腸菌株の好気性増殖における該擬似体の効果を測定することにより、擬似体の効果が決定される。特に、親大腸菌(AB1157)とＳＯＤヌル大腸菌(JI132)は、０．２％のカザミノ酸および０．２％のグルコースを含有するＭ９培地においてｐＨ７．０且つ３７℃で増殖する；増殖は、７００ｎｍの結果として生じる濁度の点からモニターされる。このアッセイは、枝分かれ鎖、芳香族および硫黄含有アミノ酸を該培地(5つの必須アミノ酸を加えたグルコース最小培地;M9)から除くことにより、ＳＯＤ擬似体に対してより選択的にできる。図３において示された通り、「オルト効果」による活性における増加が確認され、そこにおいて、これらの増殖条件において、化合物“１”の存在において培養されたＳＯＤヌル細胞は、Ａ700における増殖を示さなかったのに対して、化合物“３”および“４”の存在下で培養された前記細胞では示した(“２”も同様)。
【００４５】
「オルト効果」は、また、毒性を低下する。ポルフィリン類、特に陽イオンのポルフィリン類がＤＮＡと相互作用し、且つＤＮＡクリーバー(DNA cleavers)として作用することは周知である。この事実は、抗腫瘍薬としてのメタロ-ポルフィリン類の使用において噴出した。本擬似体は、この相互作用を回避する。活性の増加に加えて、メタ“２”およびオルト“３”化合物のＤＮＡとの相互作用は、大きく増加する。これは、ＤＮＡの存在下でのインビトロにおいてＳＯＤ活性の測定により(表２を参照されたい)、およびインビボ(大腸菌)における低下した毒性により(表３を参照されたい)明確に証明された。
【００４６】
ＤＮＡとの相互作用による毒性の減少を最大化するために、オルト化合物の２つの誘導体を４のエチルまたは４のブチル基を有するように製造した(夫々、“4”および“5”)。該エチル誘導体“４”は、メチル誘導体“３”よりも顕著に毒性が低い(表２および図３を参照されたい)。しかしながら、該エチル化誘導体“４”に比較してブチル化誘導体は、更なる毒性の減少は見られなかった(表２を参照されたい)。これらのデータは、オルトエチル基がＤＮＡに対する該ポルフィリンの結合を阻害するのに十分であることを示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表：１、２、３並びにそのアトロポ異性体である４および５のＵＶパラメター、レドックスポテンシャル(対ＮＨＥ)、ＳＯＤ様活性およびＤＮＡ相互作用パラメーター(*アトロプ異性体の混合物、δs8=ソレー帯波長、ε=ソレー帯のモル吸光係数、Ｅt/2=１電子金属中心レドックスポテンシャル、ｋcat=スーパーオキシドジスムテーション反応の速度定数、DNA-IC50=スーパーオキシドジスムテーション反応の50％阻害のためのDNA濃度)。
【００４９】
例VI
メソ-テトラキス-(N-エチルピリジニウム-2-イル)-ポルフィリンマンガン(II)の部分的な(1から4)β塩素化誘導体の合成とスーパーオキシドジスムテート活性
材料および方法
材料：5,19,15,20-テトラキス-(2-ピリジル)-ポルフィリン(H2T-2-PyP)は、ミッド-センチュリー・ケミカルズ(Posen,IL)(Torrens等、J.Am.Chem.Soc.94:4160,1972)から購入した。N-クロロスクシンイミド(NCS)、エチル-p-トルエンスルホネート(ETS)、塩化テトラブチルアンモニウム(98％)(TBAC)、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム(NH4PF6)、塩化マンガン、L-アスコルビン酸ナトリウム(99％)、シトクロムｃ、キサンチン、エチレンジニトリロテトラ酢酸(EDTA)、N,N-ジメチルホルムアミド(98.8％、無水)および2-プロパノール(99.5％)はシグマ-アルドリッチから。エタノール(無水)、アセトン、エチルエーテル(無水)、クロロホルムおよびジクロロメタン(HPLC等級)は、マリンクロッド(Mallinckrodt)から、更なる精製を行わずに使用する。キサンチンオキシダーゼは、R.D.ウェレイ(R.D.Wiley)により供給された(Waud等、Arch.Biochem.Biophys.19:695,1975)。薄層クロマトグラフィ(TLC)板(Baker-flex silica gel IB)は、J.T.ベーカー(J.T.Baker,Phillipsburg,VA)から。ワコーゲル(Wakogel)C-300は和光純薬工業化学株式会社(Richmond,VA)。
【００５０】
器具使用：プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)スペクトルはバリアン・イノヴァ４００スペクトロメーター(Varian Inova 400 spectrometer)に記録した。紫外部／可紫部(UV/VIS)スペクトルは、シマズ・スペクトロフォトメーター・モデル・ＵＶ−２６０(Shiomadzu spectrophotometer Model UV-260)で記録した。マトリックス補助レーザー溶解／イオン化−フライトの時間−(MALDI-TOFMS)およびエレクトロスプレー／イオン化(ESMS)質量分析は、ブルッカー・プロフレックスIIITMおよびフィソンズ・VG・Bio-Q・トリプル・クアドロポール・スペクトロメーターズを夫々使用した。
【００５１】
Ｈ2ＣｌＴ−２−ＰｙＰ：Ｈ2Ｔ−２−ＰｙＰの５０ｍｇ(8.1×10-5モル)をクロロホルム中でＮＣＳ(Ochsenbein等、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)の４３ｍｇ(3.22×10-1モル)と還流した。該反応は、次に、通常相シリカＴＬＣを、混合物ＥｔＯＨ／ＣＨ2Ｃｌ2(5:95)を溶離液として使用して行った。反応の６時間後、該溶液を1度蒸留水により洗浄した。クロロホルムを蒸発し、該反応の生成物を２．５×５０ｃｍカラム中の１００ｇのワコーゲルＣ３００上で同じ溶離液を使用してクロマトグラフィを行った。Ｈ2Ｃｌ1Ｔ−２−ＰｙＰに相当する画分を同じ系を使用して再び精製し、１６ｍｇの暗紫色固体(30％)を得た。ＴＬＣ：Rf=0.47．UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε)419.6(5.44),515.2(4.21), 590.0(3.72),645.8(3.25).MALDI-TOFMS：m/z＝654(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -2.91(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；7.99-8.21(m, 8H)；7.68(s, 2H)；8.74(d, 1H, J 6Hz)；8.76(d,1H,J6Hz);8.76(d,1H,J6Hz);8.88(d,1H,J6Hz;8.90(d,1H,J6Hz);8.94(d, 1H, J 6Hz)；9.04-9.14(m, 4H)。
【００５２】
Ｈ2Ｃｌ2aＴ−２−ＰｙＰ：上述と同じ方法により、５．３ｍｇの暗紫色固体(10％)を得る。ＴＬＣ:Rf＝0.50. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 421.4(5.38), 517.8(4.21), 591.4(3.78), 647.26(3.51)；MALDI-TOFMS;m/z：＝688(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -2.98(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；8.00-8.20(m, 8H)；8.70(s, 2H)；8.82(d, 2H, J 6Hz)；8.91(d, 2H, J 6Hz)；9.06-9.14(m, 4H)。 Ｈ２Ｃｌ2b＋２ｃＴ−２−ＰｙＰ：同じ方法により、１１ｍｇの暗紫色固体(20％)を得る。TLC：Rf＝0.53. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 421.4(5.42), 516.8(4.25), 593.2(3.74), 646.2(3.31)；MALDI-TOFMS, m/z：＝688(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.04(2H, NH)；-2.84(1H, NH)；-2.87(1H, NH)；7.66-7.74(m, 8H)；7.98-8.20(m, 16H)；8.59(s, 1H)；8.61(s, 1H)；8.73(d, 2H, J<2Hz)；8.73(d, 2H, J 6Hz)；8.87(d, 2H, J 6Hz)；8.93(d, 2H, J<2Hz)；9.02-9.14(m, 8H)。
【００５３】
Ｈ2Ｃｌ3Ｔ−２−ＰｙＰ：６５ｍｇ(4.87×10-4モル)のＮＣＳを使用した同様の方法により、８．４ｍｇの暗紫色固体(14％)を得る。ＴＬＣ：Rf＝0.55. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 422.8(5.37), 519.4(4.21), 593.8(3.71), 651.4(3.37). MALDI-TOFMS：m/z＝723(M+H+). 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.08(1H, NH)；-3.15(1H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；8.00-8.18(m, 8H)；8.56(s, 1H)；8.72(d, 1H, J 6Hz)；8.76(d, 1H, J 6Hz)；8.82(d, 1H, J 6Hz)；8.88(d, 1H, J 6Hz)；9.04-9.14(m, 4H)。
【００５４】
Ｈ2Ｃｌ4Ｔ−２−ＰｙＰ；６５ｍｇ(4.87×10-4モル)のＮＣＳを使用した同じ方法により、７．３ｍｇの暗紫色固体(12%)を得る。ＴＬＣ：Rf＝0.58. UV/VIS(CHCl3)：λnm(logε) 423.4(5.33), 520.0(4.19), 595.6(3.66), 651.0(3.33). MALDI-TQFMS：m/z＝758(M+H+) 1H-NMR(CDCl3)：δppm -3.14(2H, NH)；7.66-7.74(m, 4H)；7.98-8.16(m, 8H)；8.74(d, 4H, J<2Hz)；9.06-9.12(m, 4H)。
【００５５】
ＭｎＴＥ−２−ＰｙＰ5+：Ｈ2Ｔ−２−ＰｙＰの１００ｍｇ(1.62×10-4モル)を５ｍｌの温かいＤＭＦ(無水)に溶解し、５．５ｍＬ(322×10-2モル)のエチル-ｐ-トルエンスルホネート(ETS)を攪拌下で９０℃で添加し、２４−４８時間反応した。テトラ-Ｎ-エチル化の完了後、混合物ＫＮＯ3sat／Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＮ(1:1:8)を溶離液として使用した通常の相シリカＴＬＣを行った(Batinic-Haberle等、J.Biol.Chem.273:23521,1998)。該反応の完了において、ＤＭＦを真空下で取り除き、次に、５ｍＬのアセトンを添加した。この溶液に対して、アセトン中の塩化テトラブチルアンモニウム(TBAC)の濃縮溶液(〜1g/10ml)を、攪拌しながら滴下により、該沈殿物の塩化物が完了するまで添加した。得られた紫色固体を１０ｍＬの水に溶解し該溶液のｐＨを１２までＮａＯＨで調節し、６４０ｍｇのＭｎＣｌ・４Ｈ2Ｏ(3.23×10-3モル)を添加した(Batinic-Haberle等、J.Biol.Chem.273:24521,1998)。メタレーションの完了時、該ｐＨを４から７の間に下げ、Ｍｎ(II)のＭｎ(III)への自動酸化を促進し、過剰量の金属を以下の通り除去した。該溶液を濾過し、ＮＨ4ＰＦ6の濃縮溶液を添加して、ＰＦ6-塩として該メタロポルフィリンを沈殿した(Batinic-Haverle等、Arch.Biochem.Biophy.343:225,1997;Richards等、Inorg.Chem.35:1940,1996)。該沈殿物を2-プロパノール／エチルエーテル(1:1)の混合物により十分に洗浄し、真空下、室温で乾燥した。得られた固体を次にアセトンに溶解し、ＴＢＡＣの濃縮溶液を添加し、メタロポルフィリンをその塩化物塩の形態で単離した。該沈殿物をアセトンで十分に洗浄し、真空下で、室温で乾燥し、１５０ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。
ＴＬＣ：Rf＝0.18. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 364.0(4.64), 453.8(5.14), 558.6(4.05). ESMS：m/z＝157.4(M5+/5). MnC48N8H44Cl5・5H2O の元素分析：計算値：C. 54.64；H. 5.16；N. 10.62.実測値：C. 54.55；H. 5.40；N. 10.39．(化合物の構造を示す表4を参照されたい)。
【００５６】
ＭｎＣｌＴＥ-2-ＰｙＰ5+：上述の通り、１ｍＬのＤＭＦ中の１０ｍＬ(1.53×10-5モル)のＨ2Ｃｌ1Ｔ-2-ＰｙＰおよび０．５ｍＬ(2.94×10-3モル)のＥＴＳから出発した。ＴＬＣ：Rf=0.20. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.6(4.63), 455.6(5.13), 560.6(4.02). ESMS：m/z＝164.3(M5+/5). MnC48N8H43Cl6・5H2O の元素分析：計算値：C. 52.91；H. 4.90；N. 10.28.実測値：C. 52.59；H. 5.28；N.10.14。
【００５７】
ＭｎＣ2ａＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2aＴ-2-Ｐｙｐと０．２５ｍＬ(1.47×10-3モル)のＥＴＳから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：：Rf＝0.21. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.8(4.58), 456.4(5.05), 562.2(4.00). ESMS：m/z＝171.1(M5+/5). MnC48N8H42Cl7・6H2Oの元素分析：計算値：C. 50.48；H. 4.77；N. 9.81.実測値：C. 50.08；H. 4.60；N. 10.01。
【００５８】
ＭｎＣｌ2ｂ＋２ｃＴＥ-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-Ｐｙｐから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：：Rf=0.22. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.2(4.63), 457.4(5.08), 462.2(4.06). ESMS：m/z=171.1(M5+/5). MnC48N3H42Cl7・5H2O の元素分析：計算値：C. 51.29；H. 4.66；N. 9.97.実測値：C. 51.31；H. 5.19；N. 9.68。
【００５９】
ＭｎＣｌ3ＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(7.28×10-6モル)のＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-Ｐｙｐから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒赤色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：Rf＝0.23. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 364.8(4.58), 458.0(4.98), 466.4(4.00). ESMS：m/z＝178.1(M5+/5). MnC43N3H41Cl3・6H2Oの元素分析：計算値：C. 49.00；H. 4.54；N. 9.52.実測値：C. 48.40；H. 4.26；N. 9.59。
【００６０】
ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+：５ｍｇ(6.61×10-6モル)のＨ2Ｃｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰから出発する同様な方法で、７．５ｍｇの黒茶色固体(95%)を得た。ＴＬＣ：Rf＝0.24. UV/VIS(H2O)：λnm(logε) 365.8(4.52), 459.2(4.90), 567.0(3.96). ESMS：m/z＝184.9(M5+/5). MnC48N3H40Cl9・5H2O の元素分析：計算値：C. 48.33；H. 4.22；N. 9.39.実測値：C. 48.38；H. 4.45；N. 9.53。
【００６１】
電気化学：電気化学的特長は以前記述された通りにボルタンメトリー分析モデル６００(CH器)によりガラス質炭素棒電極(Ag/AgCl基準電極および Pt補助電極)を０．５ｍＭのポルフィリン、ｐＨ７．８(0.05Mのリン酸緩衝液)、０．１ＭのＮａＣｌで使用して行った。該電位は、フェリシアン酸カリウム／フェロシアン酸カリウム対に対して標準化した(Batinic-Haberle等 Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Kolthof等,J.Phys.Chem.39:945,1974)。
【００６２】
スーパーオキシドジスムテーション活性：ＳＯＤ様活性は、Ｏ2-源としてキサンチン／キサンチンオキシダーゼを使用し、それを表示するスカベンジャーとしてフェリシトクロムｃを使用した(McCord等,J.Biol.Chem.244:6049,1969)。Ｏ2-は分当たり１．２μＭの速度で産生され、フェリシトクロムｃの減少は５５０ｎｍで追跡した。アッセイは、０．０５Ｍのリン酸緩衝液(ｐＨ7.8)中の０．１ｍＭのＥＤＴＡの存在下で行った。該化合物の反応の速度定数は、１０μＭシトクロムｃ、との競合に基づく、Ｋcytc＝２．６×１０5Ｍ-1ｓ-1(Butler等,J.Biol.Chem.257:10747,1982)。全ての測定は２５℃で行った。シトクロムｃの濃度は、ＳＯＤ擬似体の濃度の少なくとも１０3倍は高く、該速度は少なくとも２分で直線となり、その間、該化合物は、Ｏ2-の〜１００等量を補足され、それにより、該擬似体の存在下におけるＯ2-ジスムテーションの触媒特性が確認される。
【００６３】
結果
水可溶性ポルフィリンの精製における情報が増えたにも関わらず、N-アルキル化およびメタレーションに続く、ハロゲン化非荷電ポリフィリンの分離の方が、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+の十分な割合という点でやはり容易であるようである(スキームＡ)(Richards等,Inorg.Chem.35:1940,1996;Kaufman等,Inorg.Chem.34:5073,1995):
【化７】
【００６４】
Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰβ塩素化誘導体：Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰのβ塩素化は、Ｈ2ＴＰＰ類似体についての文献に記載された通りに、還流条件下でクロロホルム中でのN-クロロスクシンイミド(NCS)を使用して行った(Ochsenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。使用したNCSの等量数は、所望する置換の程度に応じて４または６である(表３)。反応後、溶離液としてエタノール／ジクロロメタン(5:95)を使用したＴＬＣ(シリカゲル)を行った(表3およびスキームB)。
【００６５】
【表３】
【００６６】
aシリカ上での溶離液としてＥｔＯＨ／ＣＨ2Ｃｌ2(5:95)を使用したＴＬＣ。bＣＨＣｌ3中(εの推定エラーは、10％以内である)。c６時間の還流ＣＨＣｌ3中(c〜2μM)。
【００６７】
【化８】
【００６８】
各化合物は、同じ溶離液を使用したシリカゲル(Wakogel C-300)上でのクロマトグラフィにより精製した。主な異性体の構造は、質量分析、ＵＶ／ＶＩＳおよび1Ｈ-ＮＭＲ分光法により同定した(表3およびスキームB)。Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰにおける塩素当たりのソレー帯の深色団のシフトは、以前、Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰに対して報告された３．５ｎｍに対して１．３ｎｍだけであった(表3)(Hoffmann等,Bull.Soc.Chem.Fr.129:85,1992;Chorghade等,Synthesis 1320,1996;Wijesekera等,Bull.Chem.Fr.133:765,1996)。３つうちの１つだけが二塩素化されたレジオ異性体(regioisomers)(β-Cl2a誘導体)をシリカゲル上でのクロマトフラフィにより精製した。その２つの他のレジオ異性体(β-Cl2bおよびβ-Cl2c誘導体)は、同じＲｆを示した。予備の結果は、Ｈ2ＢｒｘＴ-4-ＰｙＰ(x=1から4)の精製がより困難であることを示した。実際、ＴＬＣ系を使用した場合、β-Ｂｒ１およびβ-Ｂｒ２誘導体は、共に、同じＲｆを有し、β-Ｂｒ2b、β-Ｂｒ2c、β-Ｂｒ3およびβ-Ｂｒ4R誘導体の間にＲｆの相違は観察されず、これは、この場合のＲｆは、置換されたピロールの数に依存し、置換されたβ-プロトンの数には依存しないことを明確に示している。
【００６９】
β塩素化誘導体Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰの1Ｈ−ＮＭＲ同定：1Ｈ−ＮＭＲは、置換反応の生成物の同定を可能にする(表4および図5)。Ｈ2ＴＰＰ類似体の文献に記載される通り、Ｈ2Ｃｌ4Ｔ-2-ＰｙＰの主なレジオ異性体は、７、８、１７、１８位に塩素を有する。実際、その1Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、その局在性を失った２つのピロールのプロトンと結合した化学的に等量の４つのβ-プロトンに相当する明白な一重項(２Hzよりも低いJを有する二重項)を示す(Crossley等,J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1564.1991)。それにも関わらず、その質量分析に従って、他のテトラクロロ-レジオ異性体の混合物(1H-NMRスペクトルでは解釈されなかった)としてもう１つの低極性画分(Rf=0.60)が同定され、これは、両方のβ-Ｃｌ4画分の重量の約５０％を示し、且つ該β置換は部分的なレジオ選択性であるのみである。Ｈ2Ｃｌ3Ｔ-2-ＰｙＰ5+画分に相当する1Ｈ−ＮＭＲスペクトルに従うと、他のレジオ異性体は見られない。該スペクトルは、一置換されたピロールのβ-プロトンに相当する１つの一重項と、２つの非置換ピロールのβ-プロトンに相当する４つの二重項を示す。更に、この化合物の不斉が、２つのＮＨプロトンの差異化を導く。Ｈ2Ｃｌ2a-2-ＰｙＰ(図5)およびＨ2Ｃｌ2b+2cＴ-2-ＰｙＰの収率と1Ｈ−ＮＭＲスペクトルに従うと、優位なβ-Ｃｌ2レジオ異性体は観察されない。最終的に、Ｈ2Ｃｌ1Ｔ-2-ＰｙＰスペクトルは、１つの一重項と６つの二重項を示すが，ＮＨシグナルは１つのみであり、これにより、この場合には、２つのＮＨ位を差異化するには該不斉が非常に弱すぎることが示される。
【００７０】
【表４】
【００７１】
aＣＤＣｌ3＝７．２４ｐｐｍに設定したことによるＴＭＳに相対するｐｐｍ表示の化学シフト。b２つのレジオ異性体の混合物のための１つのスペクトル(〜1:1の割合)。
【００７２】
N-エチル化およびメタレーション：Ｈ2Ｔ-2-ＰｙＰのN-エチル化は、試薬としてエチル-p-トルエンスルホネート、ジエチルスルフェートまたはヨードエタンを使用することで効率よく行えるが、ジエチルスルフェートの高毒性およびヨードエタンの低反応性により、エチル-p-トルエンスルホネート(ETS)が最良の最良の選択とされる(Chen等,J.Electroanal.Chem.280:189,1990;Kalyamasundaram.Inorg.Chem.23:2453,1984;Hambright等,Inorg.Chem.15:1314,1976;Alder等,Chem.Brit.14:324.1978;Perree-Fauvet等,52:13569,1996)。何人かの著者は、ピロール窒素を保護するためにメタレーションの後でN-アルキル化を行うことを好む(Perree-Fauvet等,Tetrahedron 52:13569,1996)。しかしながら、遊離したリガンドの存在における直接的な処置では、該ピロール窒素のN-エチル化は観察されなかった(続いて生じる水性溶液でのメタレーションは完了した)。エチル化とメタレーションの完了は、高極性溶離液、即ち、硝酸カリウム飽和水溶液とアセトニトリルとの混合液を使用したＴＬＣ(通常のシリカ)により追跡される(Batinic-Haberle等,L.Biol.Chem.273:23521,1998)。このステップ(N-エチル化およびメタレーション)の収率は、略１００％(精製工程において約5％の損失)であった。N-エチル化(N-メチル化)は該ピリジニウム環の自由な回転を制限し、実際、各化合物は、４つのアトロプ異性体の混合物であり、各アトロプ異性体の更なる精製が検討され得る(Kaufmann等,Inorg.Chem.34:5073,1995)。製造された全ポルフィリン第二マンガンは、アスコルビン酸による金属中央の還元におけるソレー帯の２０ｎｍの浅色団シフト(スプリッティングの消失により伴われる)により示されるように３＋の状態の金属を有する。
【００７３】
電気化学：全てのメタロポルフィリン生成物の金属中央のレドックス反応は可逆的であった。半波長電位(E01/2)は陰極および陽極ピークの平均値として算出し、ＮＨＥに対するｍＶで示す(表５)。塩素当たりの平均シフトは、＋５５ｍＶあり(表5)、これはＨ2ＴＰＰ誘導体に関する以前の報告(+50と+70の間)を肯定する(Sen等,Chem.Soc.Faraday Trans.93:4281,1997;Autret等,J.Chem.Soc.Dalton Trans.2793,1996;Hariprasad等,J.Chem.Soc.Dalton Trans.3429,1996:Tagliatesta等,Inorg.Chem.35:5570.1996;Ghosh,J.Am.Chem.Soc.117:4691,1995;Takeuchi等,J.Am.Chem.Soc.116:9730,1994;Binstead等,Inorg.Chem.30:1259,1991;Giraudeau等,J.Am.Chem.Soc.101:3857,1979)。このシフトは、０と１との間および２と３との間の塩素でより高い(〜+65mV)ようである(表5)。β-Ｃｌ2aおよびβ−Ｃ2b+2cの混合物のE01/2値に顕著な差はない。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+(E01/2=+448mV)とＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+(E01/2=+480mV)のマンガンのレドックス状態は、夫々、３＋と２＋である。この相違は、それらのレドックスポテンシャルに関する相違(〜30mV)によりにより説明されるが、しかしまた、例えば、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+の場合のポリフィリン環の歪みの増加等の構造的考慮からも説明される(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Ochesenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。
【００７４】
【表５】
【００７５】
a水中(εで推定されるエラーは10%以下)。b５ｍＶ(Δ=ピーク分離に対するピーク)の推定エラーを伴い、且つ以下の条件下でのＮＨＥに対するｍＶ：0.5ｍMのポリフィリン、0.1MのNaCl、0.05Mのリン酸緩衝液(pH7.8)。cＯ2-によるシトクロムｃ還元の５０％阻害を生じる濃度(推定エラーは10%以下である)。
【００７６】
スーパーオキシドジスムテーション活性：ＳＯＤ様活性は、以前記載した通りに、シトクロムｃとの競合を基に測定した(McCord等,J.Biol.Chem.244:6049)。ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+ＳＯＤ様活性は表５に報告し、ＩＣ50(M)は、活性の１ユニットの濃度を示し(またはO2-によるシトクロムcの50%阻害を生じる濃度)、且つｋcat(M-1s-1)は、スーパーオキシドジスムテーション反応の速度定数を示す。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+のモル当たりのＳＯＤ様活性は、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ5+およびＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+よりも、夫々、約２、７および１００倍高い(Faulkner等,J.Biol.Chem.369:23471,1994;Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Batinic-Haverle等,J.Biol.Chem.273:24521,1998)。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+のＳＯＤ様活性は、モル基準でＣｕ，Ｚｎ−ＳＯＤ酵素の活性の２０％を示す(該酵素は２つの活性部位を有することを考慮して活性部位当たりでは40%)(Klug-Roth等,J.Am.Chem.Soc.95:2786,1973)。
【００７７】
安定性試験：塩素化の各々の更なる程度がレドックスポテンシャルを増加し、これは、一連のメソ-フェニルおよびメソ-ピリジル置換ポルフィリンとβ置換ポルフィリンに見られるような、ピロール窒素のｐＫａ値における減少に続くことが期待される(Worthington等,Inorg.Nucl.Chem.Lett.16:441,1980;Kadish等,Inorg.Chem.15:980,1976)。リガンド-プロトン安定性の測定値としてのｐＫａは、同様に、金属-リガンド安定性の測定値である。従って、テトラクロロ化合物は、より少なく塩素化された類似体と比較して安定性が低いことが予測される。ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+の安定性は、過剰なＥＤＴＡの存在におけるそのＳＯＤ様活性を測定することにより試験した。１０2倍の過剰なＥＤＴＡの存在下において、ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+(c=5×10-6M)は、その活性を１6時間(25℃)維持した。活性の低下(25%)は、40時間後に観察され、これにより、幾つかのマンガン-ＥＤＴＡ複合体(Ｋ=1014.05)の形成が示される。これらの結果は、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+(Ｋ=108.08)(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997)に比較した場合に、ＭｎＣｌ4ＴＥ-2-ＰｙＰ5+の比較的良好な安定性を裏付けるものである。
【００７８】
レドックス特性とＳＯＤ様活性の間の関係：Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤ酵素は、２つの等しいサブユニットの二量体であり、それにより２つの活性部位を有し、２つの半反応値の中間点に近いレドックスポテンシャルと、および各半反応の同様な速度定数を示す(スキームCおよび表5)(Ellerby等,J.am.Chem.Soc.118:6556,1996;Klug-Roth.J.Am.Chem.Soc.95:2786,1973)。
【００７９】
【化９】
【００８０】
他方、以前のパルス放射線分解とストップド・フロー・テクニック(stopped flow techniques)を使用した、ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+(E01/2=+60mV)により触媒されるＯ2-ジスムテーションの試験は、Ｏ2-による金属の還元速度が、該金属の再酸化の速度よりも１０２倍から１０３倍低いことを示した(Faragg,Oxygen Radicals in Chemistry and Biology.Bors等(Eds):Walter de Gruyter and Co.;;Berlin.Germany 1984.p.419;Lee等.J.Am.Chem.Soc.120:6053,1998)。略＋２００と＋４５０ｍＶの間のＳＯＤ様活性のピークが最初に予想されたのに対して、ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+のＥ01/2に対するＫcatのプロッティングは、ＳＯＤ様活性の急激な増加が示され、制限因子が依然として該金属の還元であることを強く示唆している。しかしながら、この仮定は、各ＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+化合物により触媒される各半分の反応の速度を測定することにより確認される。スーパーオキシドジスムテーションの活性化自由エネルギー(ΔG#)とＭｎＣｌxＴＥ-2-ＰｙＰ5+レドックスの自由エネルギー変化(ΔG0)との間の関係は、直線(傾き〜+0.2)であり、理論的に最適なレドックスポテンシャル領域における熱力学因子に対する速動性の優位を明白に示す(図６)。この作用に従って、Ｃｕ,Ｚｕ-ＳＯＤ酵素の活性(活性部位当たりkcat=109M-1s-1)は、約E01/2＝＋５７０ｍＶで達成される(図３)。しかしながら、両方の立体的(ポリフィリン環の歪み)および熱力学的因子のために、β塩素化のより高い程度の導入により、該２＋のレドックスでマンガンを安定化することが期待され、従って、ＭｎＯＢＴＭＰｙＰ4+の場合のように、該金属の再酸化の速度を制限し、同時にＭｎ(II)解離を含む(Batinic-Haberle等,Arch.Biochem.Biophys.343:225,1997;Ochsenbein等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:348,1994)。
【００８１】
例VII
マンガン(III)5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジル)ポルフィリン、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ5+、ＭｎＴＭ-3-ＰｙＰ5+およびＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ5+のオルト、メタおよびパラ異性体は、夫々,それらのスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)活性に関してインビトロとインビボで分析した。また、インビボおよびインビトロでのそれらとＤＮＡおよびＲＮＡとの相互作用のＳＯＤ活性における影響も分析した。インビトロにおける触媒作用は、それらのレドックスポテンシャルに対して密接に関連する。その半波長ポテンシャル(E1/2)は、通常の水素電極(NHE)に対して＋０．２２０ｍＶ、＋０．０５２ｍＶおよび＋０．０６０Ｖであり、同時にジスムテーション(kcat)の速度は、オルト、メタおよびパラ異性体に関して、夫々、６．０×１０7Ｍ-1ｓ-1、４．１×１０6Ｍ-1ｓ-1および３．８×１０6Ｍ-1ｓ-1である。
【００８２】
しかしながら、インビトロ活性は、インビボの有効性の十分な予測子ではない。インビトロでのＳＯＤ活性は顕著に異なるが、オルトおよびメタ異性体は、同様に弱いそれらのＤＮＡとの相互作用のために、相当に近いインビボのＳＯＤ有効性を有する。これに対して、ＤＮＡとの相互作用のより高い程度のために、パラ異性体は、ＳＯＤ欠損大腸菌の成長を阻害する。詳細は、バティニック-ヘイバール等(Batinic-Haberle et al.J.Biol.Chem.273(38):23521-8,September 18,1998)を参照されたい。
【００８３】
例VIII
メタロポルフィリン類は脂質過酸化を強力に阻害される
材料および方法
L-アスコルビン酸、n-ブタノール、ブチル化ヒドロキシトルエン、塩化コバルト、塩化鉄(II)、リン酸(85%)、水酸化ナトリウム、リン酸カリウム、塩化テトラブチルアンモニウム、および1,1,3,3-テトラメトキシプロパンはシグマ(St.Louis,MO)から購入した。アセトン、濃塩酸、4,6-ジヒドロキシ-2-メルカプトピリミジン(チオバルビツール酸)、ＮＨ4ＰＦ6、塩化亜鉛、5,10,15,20-テトラキス(4-安息香酸)ポリフィリン(H2TBAP)*[*また、5,10,15,20-テトラキス(4-カルボキシフェニル)ポルフィリン(H2TCPP)としても知られる］、5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリン(H2TM-4-PyP)およびトロロックスは、アルドリッチ(Milwaukee,WI)から購入した。5,10,15,20-テトラキス(4-安息香酸)ポリフィリン第二鉄(FeTBAP)はポルフィリン・プロダクツ(Logan,UT)から購入した。5,10,15,20-テトラキス(N-メチルピリジニウム-2-イル)ポルフィリン(H2TM-2-PyP)はミッドセンチュリー・ケミカルズ(Posen,IL)から購入した。(+)-ルチンは、カルビオケム(Calbiochem,La Jolla,CA)から購入した。塩化マンガンはフィッシャー(Fisher,Fair Lawn,NJ)から、およびエタノールUSPは、AAPERアルコール・アンド・ケミカル・Co.(Shelbville.KY)から購入した。全ての溶液はミリ-QプラスPF水(Mili-Q Plus PF water)で調製した。
【００８４】
メタロポルフィリンの調製および分析
メタロポルフィリンＭｎＴＢＡＰ、ＣｏＴＢＡＰおよびＺｎＴＢＡＰは以前記載された方法を使用して製造した(Day等、J.Pharmacol.Exp.Ther.275:1227,1995)。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ、ＣｏＴＢＡＰおよびＺｎＴＢＡＰは以下の方法により合成した。１．５モーラーの過剰塩化マンガン、コバルトまたは亜鉛を、脱イオン水に溶解したＨ2ＴＭ-4-ＰｙＰと混合した。該反応混合物を８０℃に加熱し、金属リガンドを分光測光器により追跡した(UV-2401PC、Shimadzu,Columbia,MD)。過剰の金属をバイオ・ゲルP-２(BioRad,Richmond,CA)を含有するカラムに該混合物を通すことにより除去した。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰは０．０１ＮのＨＣｌで、水による該カラムの十分な洗浄の後に溶離した。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ、ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰおよびＺｎＴＭ-4-ＰｙＰは、それらの報告されたソレー帯に関して特徴づけした。ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は、４６３ｎｍで(ε)=1.3×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴い、ＺｎＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は３７4ｎｍで(ε)=2.0×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴い(Pasternack et al.Inorg.Chem.12:2606,1973)、ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰのソレー帯は、４３４ｎｍで(ε)=2.15×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴う(Pasternack et al.Biochemistry 22:2406,1983)。マンガンβ-オクタブロモ-メソ-テトラキス-(N-メチルピリジニウム-4-イル)ポルフィリン(MnOBTM-4-PyP)は、以前に記載された通りに合成され(Batinic-Haberle et al.Arch.Biochem.Biphy.343:225,1997)、４９０ｎｍで(ε)=8.56×104Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を伴うソレー帯を有している。Ｈ2ＴＭ-2-ＰｙＰは、１：２０のポルフィリン対マンガンの割合で、水中(pH>11)で、室温でメタレートした。メタレーションの完了時に、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰは、ＮＨ4ＰＦ6の濃水溶液の添加により沈殿した。その沈殿物を2-プロパノール:ジエチルエーテル(1:1)で洗浄し、真空で室温で乾燥した。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰのＰＦ6−塩は、アセトンに溶解し、濾過し、ポルフィリンがその塩化物塩として沈殿するまで塩化テトラブチルアンモニウムの濃アセトン溶液を添加した。その沈殿物をアセトンで洗浄し、真空で室温で乾燥した。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰのソレー帯は４５３ｎｍで(ε)=1.29×105Ｍ-1ｓ-1の吸光係数を有することが明らかになった。
【００８５】
ラット脳ホモジネートの調製
凍結成熟ＳＤ(Sprague-Dawley)ラット脳(Pel-Freez,Rogers,AR)は、ポリトロン(Turrax T25,Germany)で氷冷した５０ｍＭのリン酸カリウムのｐＨ７．４で５体積においてホモジナイズした。ホモジネートタンパク濃縮物は、クマッシー・プラス・タンパクアッセイ(Coomassie Plus protein assay;Pierce,Rockford,IL)を用いて、標準品としてウシ血清アルブミンを使用して決定した。該ホモジネート量は緩衝液で調製し、最終タンパク濃度を１０ｍｇ／ｍＬとし、−８０℃でアリコートで凍結した。
【００８６】
ラット脳ホモジネートの酸化
ラット脳ホモジネート(2mgタンパク)を種々の濃度の抗酸化剤と共に３７℃で１５分間インキュベートした。ラット脳ホモジネートの酸化は、以前、報告された通りに塩化鉄(II)(0.25mM)およびアスコルベート(1mM)を含有する新たに調製した０．１ｍＬを添加することにより開始した(Braughler et al,J.Biol.Chem.262:10438,1987)。サンプル(最終容量1mL)を３７℃で３０分間、振盪水浴中においた。該反応は、０．１ｍＬのストック用ブチル化ヒドロキシトルエン(60mM)のエタノール溶液を添加することにより停止した。
【００８７】
脂質過酸化の測定
ラット脳ホモジネートにおけるチオバルビタール酸反応種(TBARS)の濃度を、脂質過酸化の指標として使用した(Bernhem et al,J.Biol.Chem.174:257,1948;Witz et al,J.Free Rad.Biol.Med.2:33,1986;Kikugawa et al,Anal.Biochem.202:249,1992;Jentzsch et al.Free Rad.Biol.Med.20P251,1996)。マロンジアルデヒド標準品は、０．０１Ｍの１０ｍＬのＨＣｌ中で８．２μLの1,1,3,3-テトラメトキシプロパンを添加することにより得て、室温で１０分間混合する。このストックを更に水で希釈し、０．２５から２５μＭの範囲の標準品を得た。サンプルまたは標準品(200μL)を、１．５ｍＬのロッキング・マイクロヒュージ・チューブ(locking microfuge tubes)中で２００μＬの０．２Ｍのリン酸で酸性化した。呈色反応は、２５μＬの０．１１Ｍのチオバルビツール酸溶液の添加により開始し、サンプルは９０℃のヒーティングブロック(heating block)内に４５分間配置した。ＴＢＡＲＳは、０．５ｍＬのn-ブタノールを用いてサンプルを３分間ボルテックスミキサーにかけることにより抽出し、１分間、氷上にて冷却した。次にサンプルを１２，０００×ｇで３分間遠心し、１５０μＬのアリコートのn-ブタノール相を９６ウェルプレートの各ウェルに添加し、２５℃でサーモマックス・プレートリーダー(Thermomax platereader;Molecular Devices,Sunnyvale,CA)において５３５ｎｍで読み取った。サンプルの吸収性は、ＭＤＡ標準曲線から推定することによりＭＤＡ等量(μM)に変換した。これらの試験において使用される濃度での抗酸化剤の何れもが、ＭＤＡ標準品とチオバルビツール酸との反応に影響し、ＴＢＡなしの反応は、控除用ブランクとして使用した。
【００８８】
統計学的解析
データは、それらの平均値±ＳＥで示した。脂質過酸化の程度を５０％だけ減少する抗酸化剤の阻害濃度(IC50)および夫々９５％の信頼限界(CI)を、データに対する種々の傾きを有したシグモイド曲線に適合することにより決定した(GraphPad Prizm,San Diego,CA)。
【００８９】
結果
鉄／アスコルベート媒介脂質過酸化におけるメタロポルフィリン類と他の抗酸化剤との比較
これらの試験の目的は、メタロポルフィリンが脂質過酸化を阻害できるかということと、並びにそれらのポテンシーと、酵素的抗酸化剤(SODおよびカタラーゼ)および非酵素的抗酸化剤(水可溶性ビタミンE類似体、トロロックスおよび植物性ポリフェノールフラボノイド、ルチン)を含む前もって特徴付けた抗酸化剤のポテンシーとを比較することである(図７)。脂質過酸化のタイムコースは、鉄およびアスコルベートを脂質過酸化の開始剤として、チオバルビツール反応種(TBARS)の形成を脂質過酸化の指標として使用し、ラット脳ホモジネートにおいて測定した。ＴＢＡＲＳの形成における直線的な増加は、３７℃でのインキュベーションの１５から９０分の間に生じた(図８)。この結果を基に、３０分のインキュベーション時間を選択し、メタロポルフィリンと他の抗酸化剤の脂質過酸化の阻害能を試験した(図９)。試験された試薬のうち、最も高いＳＯＤ活性を有するマンガンポルフィリン、即ち、ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰとＭｎＴＭ-2-ＰｙＰが、夫々、１．３と１．０μＭと算出されたＩＣ50を有する最も強力な脂質過酸化阻害剤であることが明らかになった(表６)。ウシＣｕＺｎＳＯＤは、１５μＭの算出ＣＩ50値を有する穏やかな活性を有し、一方、トロロックスおよびルチンは夫々算出ＩＣ50が２０４と１１２μＭである更に低い活性である。この系において、カタラーゼ (1mg/mLの濃度まで)は、鉄／アスコルベートにより生じた脂質過酸化を阻害しなかった。
【００９０】
【表６】
【００９１】
aシトクロムｃの還元またはＮＢＴの光還元を半分に阻害する化合物の量として定義されたＳＯＤ活性のユニット。b金属中央レドックスポテンシャル対ＮＨＥ(Mn+3/Mn+2；Co+3/Co2+；Fe+3/Fe+2)。仮に別の条件がなければ、E1/2はｐＨ７．８で得た。c鉄およびアスコルベートの３０分のインキュベーションによりラット脳ホモジネートにおいて生成されたチオバルビツール酸反応物質の量。
【００９２】
ポルフィリンの脂質過酸化の阻害能における異なる金属キレートの効果
広範な金属がポリフィリンにより共有結合され、異なるレドックスポテンシャルおよびＳＯＤ活性が与えられる(表６)。異なる金属キレートのポルフィリンの脂質過酸化の阻害能に対する影響を試験した。ＴＢＡＰの幾つかの異なる金属類似体を、鉄／アスコルベートにより生じた脂質過酸化モデルにおいて試験した(図１０)。マンガンおよびコバルトＴＢＡＰ類似体の両方は、夫々、算出された２９および２１μＭのＩＣ50の同様な効果を有した。ＦｅＴＢＡＰ類似体は、２１２μＭの算出されたＩＣ50を有する、より低い活性値の種類である。ＺｎＴＢＡＰ類似体は、９４６μＭの算出されたＩＣ50を有し、他の金属類似体よりも更に低い活性である。亜鉛は、その電子価が容易に変化しないので、この亜鉛と他の金属の間の効力の相違は、金属中心連環構造レドックス化学の重要性に影響する。ＩＣ50を基にした試験されたメタロポルフィリンの分類された効果は以下の通りである：ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ＝ＭｎＯＢＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰ＝ＣｏＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＣｏＴＢＡＰ＝ＭｎＴＢＡＰ＞ＦｅＴＡＢＰ＝ＺｎＴＭ-4-ＰｙＰ＞ＺｎＴＭ-2-ＰｙＰ＞ＺｎＴＢＡＰ。
【００９３】
脂質過酸化の阻害剤としての一連のテトラキスN-メチルピリジルポリフィリン(TMPyP)類似体の比較
近年、N-メチルピリジルポルフィリンの幾つかのマンガン類似体が、ＳＯＤ活性に大きな相違を有することが明らかとなった(表６)。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰとＭｎＴＭ-4-ＰｙＰは、ポルフィリン環に対するN-メチルピリジル基の位置に関して構造的に異なり(オルト対パラ)、同様に６つの因子によりＳＯＤ活性においても異なる。これらのポルフィリン類似体における亜鉛の置換はＳＯＤ活性の低下を招く。これらのＴＭＰｙＰ類似体を、それらの脂質過酸化阻害能について比較した(図１１)。マンガンポルフィリンにおけるパラ位からオルト位へのN-メチルピリジル基の移動は、効力に１５倍の増加を生じる。ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰは、ＭｎＴＭ-4-ＰｙＰに比較してより強力なレドックスポテンシャル(夫々、+0.22対+0.06)を有していることから、このデータは、そのレドックスポテンシャルおよび関連するＳＯＤ活性が、共に、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ類似体の増加した効果に寄与することを示唆している。
【００９４】
例ＩＸ
ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰが酸化剤ストレスにより惹起される組織障害を減弱するために有効に使用できることの証明
６０分の広域な虚血とその後の９０分の再灌流に関連する障害を減弱するＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの能力を、摘出灌流するマウス肝モデルにおいて評価した。切除された肝臓は、緩衝化塩溶液で１５分間還流し、その後、メタロポルフィリンを該灌流液に導入し、該肝臓を再循環系で１５分間灌流した。次に、該肝臓を通常の温度条件で６０分間、広域に虚血を実施した。虚血期間に続き、該肝臓を90分間、１０μｍのＭｎＴＭ-2-ＰｙＰを加えた灌流液により還流した。このモデルでは、該虚血／再灌流肝は、再灌流の初めの２.５分の間に、肝細胞酵素類、アスパルテートトランスアミナーゼ、アラニントランスアミナーゼおよび乳酸脱水素酵素の著しい放出を有する。これは９０分間を超えての肝細胞障害を示す肝細胞酵素の連続した放出に続く。ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの投与は、肝障害の減弱に高い有効性を示し、実質的に全ての急性肝細胞酵素の放出を阻害し、且つ９０分の灌流期間を超えての持続的な肝細胞酵素の放出を阻害する。実験の最後に、肝をメタロポルフィリンで処理した。これは優れた酸素消費と正常な灌流パターンを示した。それらは依然として安定し、且つ肉眼での形態学的試験に対して正常な構造を有する。薬物処理のない肝臓は、正常な酸素消費を行わず、浮腫、軟化を生じ、且つ乏しい灌流と一致したまだらのある外観を有していた。
【００９５】
例Ｘ
血管トーン(vascular tone)におけるＴＭ-2-ＰｙＰの効果
ラットを麻酔し、大腿静脈と頚動脈をカニュレーションした。血圧を頚動脈によりモニターしながら、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰをi.v.で０．１から３．０ｍｇ／ｋｇの範囲の用量で注射した。平均動脈圧は、５から１０分以内に１００−１２５ｍｍＨｇから５０−６０ｍｍＨｇに低下した。この作用は一次的なものであり、０．１から０．２５ｍｇ／ｋｇの用量で３０分間持続する。１−３ｍｇ／ｋｇの用量ではこの作用は延長され、２時間持続する。この作用は一酸化窒素生成酵素の阻害剤の投与により阻害されるため、ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰの役割は一酸化窒素により調節されていることが示される。血管床におけるスーパーオキサイドの消去剤は一酸化窒素による低血圧の作用を助長する。
【００９６】
例ＸＩ
ＭｎＴＭ-2-ＰｙＰ使用による気管反応性の調節
マウスにオバアルブミンを１４日間に分けて腹腔内に２回注射し感作させた。2回のi.p.注射の14日後、マウスにオバアルブミンを１日１回３日間噴霧し免疫させた。3回目のオバアルブミン噴霧の４８時間後、マウスに１分間のメタコリン免疫を与え、気道過反応はブキシコン・ボディー・プレチスモグラフ(Buxcon body plethysmograph)使用して行った。ＰＥＮＨインデックスにより測定した気道抵抗の有意な増加はメタコリンの２０、３０、４０ｍｇ／ｍＬの用量で生じた。メタコリンの全用量において、予め、４日間、２μｇのＭｎＴＭ-2-ＰｙＰを気道内点滴により与えると統計的に有意な気道過反応の減少が生じた。この用量のＭｎＴＭ-2ＰｙＰは全体用量で０．８ｍｇ/ｋｇに相当する。
【００９７】
例ＸＩＩ
ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの使用による気管支肺の形成異常の処置
新生児ヒヒはカエサリアン(Caesarian)地区において未熟児として出産され、十続いて、十分な動脈血酸素を維持するため１００％酸素もしくは十分なＰＲＮＦＩＯ2のどちらかを処置した。モデル確立のため、１３匹の１００％酸素処置動物と１２匹のＰＲＮ対照動物を試験した。１００％酸素処置は、気泡化を遅延し、肺実質性炎症および低酸素への暴露され、特徴付けられる第９日または第１０日により明示される肺障害の延長を引き起こす。これはヒトの疾患の特徴である、気管支肺の形成異常の特徴を有しており、且つ、これは成長途上における胎児肺においては少なくとも部分的な酸化ストレスによって生じると考えられる。ＭｎＴＥ-2-ＰｙＰの最初の試験においては、胎児ヒヒは１４０日間の妊娠で生まれ、その後１００％酸素下に置かれた。動物は１０日間の試験期間に渡って０．５ｍｇ/ｋｇ/２４時間のＭｎＴＥ-2-ＰｙＰを静脈内に持続投与された。この動物は酸素供給インデックスの著明な改善が見られた。９および１０日目で肺の臨床的な代償機能喪失の兆候はなかった。肺の病理学的所見においては同一の状況下において炎症の不在と、先の１００％酸素処置の動物で見られた肺障害において著明な減少が認められた。これはＭｎＴＥ-2-ＰｙＰが未熟新生児における酸化ストレスの処置に使用することが可能であることを示唆している。
【００９８】
上記で引用した全ての文献は、引用によりその全体が組み込まれる。１９９７年１１月３日に出願された出願番号60/064,116も、引用によりここにその全体が組み込まれる。
【００９９】
当業者は、この開示を読むことにより、形態および詳細について種々の変更が本発明の範囲を逸脱することなく行われることを理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩；
【化１】
［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、
ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒが独立してＣ1−Ｃ4アルキル基である化合物。
【請求項３】
請求項２に記載の化合物であって、各Ｒが独立してメチル、エチルまたはイソプロピル基である化合物。
【請求項４】
請求項３に記載の化合物であって、各Ｒが独立してメチルまたはエチル基である化合物。
【請求項５】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｐが独立して水素、または−ＮＯ2、ハロゲン、ニトリル、ビニル基およびホルミル基からなる群より選択たれた電子離脱基である化合物。
【請求項６】
請求項１に記載の化合物であって、少なくとも１つのＰはハロゲンである化合物。
【請求項７】
請求項１に記載の化合物であって、１または２のＰはホルミル基であり、残りのＰは水素である化合物。
【請求項８】
請求項１に記載の化合物であって、１つのＰがホルミル基であり、残りのＰのは水素である化合物。
【請求項９】
請求項１に記載の化合物であって、１または２のＰは−ＮＯ2であり、残りのＰは水素である化合物。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載の化合物であって、前記化合物が、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している化合物。
【請求項１１】
請求項１０に記載の化合物であって、前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１２】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒがメチルまたはエチル基であり、各Ｐが水素であり、および前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１３】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒがメチルまたはエチル基であり、少なくとも１のＰがＢｒであり、および残りのＰが水素であり、並びに、前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１４】
請求項１に記載の化合物であって、前記化合物がアトロプ異性体αααα、αααβ、ααββおよびαβαβの混合物である化合物。
【請求項１５】
請求項１に記載の化合物であって、前記化合物がαααβおよびααααのアトロプ異性体の混合物である化合物。
【請求項１６】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の保護量と細胞とを接触することを具備する細胞を酸化剤で誘導される毒性から保護する方法；
【化２】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、前記細胞が哺乳動物細胞である方法。
【請求項１９】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する酸化剤で誘導される毒性から生じる患者の病態を治療する方法；
【化３】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項２１】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する、ＮＯ・またはその生物学的活性形態の分解から生じる患者の病態を治療する方法；
【化４】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項２３】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する前記患者の炎症性肺疾患を治療する方法：
【化５】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記化合物が、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属と複合している方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記金属がマンガンである方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法であって、前記炎症性肺疾患が過反応性気道疾患である方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の方法であって、前記炎症性肺疾患が喘息である方法。
【請求項１】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩；
【化１】
［ここで、各Rは独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各々のPは独立して電子離脱基または水素であり、
ここで、各Ｒはメチルであり、且つＰが水素であるとき、前記化合物は、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属との複合体である］。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒが独立してＣ1−Ｃ4アルキル基である化合物。
【請求項３】
請求項２に記載の化合物であって、各Ｒが独立してメチル、エチルまたはイソプロピル基である化合物。
【請求項４】
請求項３に記載の化合物であって、各Ｒが独立してメチルまたはエチル基である化合物。
【請求項５】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｐが独立して水素、または−ＮＯ2、ハロゲン、ニトリル、ビニル基およびホルミル基からなる群より選択たれた電子離脱基である化合物。
【請求項６】
請求項１に記載の化合物であって、少なくとも１つのＰはハロゲンである化合物。
【請求項７】
請求項１に記載の化合物であって、１または２のＰはホルミル基であり、残りのＰは水素である化合物。
【請求項８】
請求項１に記載の化合物であって、１つのＰがホルミル基であり、残りのＰのは水素である化合物。
【請求項９】
請求項１に記載の化合物であって、１または２のＰは−ＮＯ2であり、残りのＰは水素である化合物。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載の化合物であって、前記化合物が、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している化合物。
【請求項１１】
請求項１０に記載の化合物であって、前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１２】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒがメチルまたはエチル基であり、各Ｐが水素であり、および前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１３】
請求項１に記載の化合物であって、各Ｒがメチルまたはエチル基であり、少なくとも１のＰがＢｒであり、および残りのＰが水素であり、並びに、前記化合物がマンガンと複合している化合物。
【請求項１４】
請求項１に記載の化合物であって、前記化合物がアトロプ異性体αααα、αααβ、ααββおよびαβαβの混合物である化合物。
【請求項１５】
請求項１に記載の化合物であって、前記化合物がαααβおよびααααのアトロプ異性体の混合物である化合物。
【請求項１６】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の保護量と細胞とを接触することを具備する細胞を酸化剤で誘導される毒性から保護する方法；
【化２】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、前記細胞が哺乳動物細胞である方法。
【請求項１９】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する酸化剤で誘導される毒性から生じる患者の病態を治療する方法；
【化３】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項２１】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する、ＮＯ・またはその生物学的活性形態の分解から生じる患者の病態を治療する方法；
【化４】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記化合物がマンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択される金属と複合している方法。
【請求項２３】
式Ｉ若しくはＩＩの化合物またはその薬学的に許容される塩の有効量を患者に投与することを具備する前記患者の炎症性肺疾患を治療する方法：
【化５】
［ここで、各Ｒは、独立してＣ1−Ｃ8アルキル基であり、および
各Ｐは、独立して電子離脱基または水素である］。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記化合物が、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケルまたは亜鉛からなる群より選択された金属と複合している方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記金属がマンガンである方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法であって、前記炎症性肺疾患が過反応性気道疾患である方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の方法であって、前記炎症性肺疾患が喘息である方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２２９１４５（Ｐ２０１０−２２９１４５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１３１８４５（Ｐ２０１０−１３１８４５）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【分割の表示】特願２０００−５１８９６７（Ｐ２０００−５１８９６７）の分割
【原出願日】平成１０年１１月３日（１９９８．１１．３）
【出願人】（５０７１８９６６６）デューク ユニバーシティ (25)
【出願人】（５０１２９２８５４）ナショナル ジュウィッシュ ヘルス (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１８４５（Ｐ２０１０−１３１８４５）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【分割の表示】特願２０００−５１８９６７（Ｐ２０００−５１８９６７）の分割
【原出願日】平成１０年１１月３日（１９９８．１１．３）
【出願人】（５０７１８９６６６）デューク ユニバーシティ (25)
【出願人】（５０１２９２８５４）ナショナル ジュウィッシュ ヘルス (5)
【Ｆターム（参考）】
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