Композиции и способы для лечения митохондриальных заболеваний

Композиции и способы для лечения митохондриальных заболеваний

Реферат

Область изобретения

Данное изобретение относится в общем к соединениям и способам для лечения и предупреждения заболеваний, задержек развития и симптомов, связанных с митохондриальной дисфункцией. Предшественники пиримидиннуклеотидов вводят млекопитающему, в том числе человеку, с целью компенсации митохондриальной дисфункции и для улучшения митохондриальных функций.

Предпосылки изобретения

Митохондрии представляют собой клеточные органеллы, присутствующие в большинстве эукариотических клеток. Одной из их первичных функций является окислительное фосфорилирование, процесс, посредством которого энергия, производимая при метаболизме «топлива», такого как глюкоза или жирные кислоты, превращается в АТФ, который затем используется для запуска различных требующих энергии биосинтетических реакций и других метаболических процессов. Митохондрии имеют свои собственные геномы, отдельные от ядерной ДНК, содержащие кольца ДНК с приблизительно 16000 п.н. в клетках человека. Каждая митохондрия может иметь многочисленные копии ее генома, а индивидуальные клетки могут иметь сотни митохондрий.

Митохондриальная дисфункция вносит вклад в многочисленные патологические состояния. Некоторые митохондриальные заболевания обусловлены мутациями или делециями в митохондриальном геноме. Митохондрии делятся и пролиферируют с более высокой скоростью оборота, чем их клетки-хозяева, и их репликация находится под контролем ядерного генома. Если пороговая доля митохондрий в клетке является дефектной и если пороговая доля таких клеток в ткани имеет дефектные митохондрии, могут возникать симптомы дисфункции ткани или органа. Практически любая ткань может быть поврежденной, и может иметь место большое разнообразие симптомов, в зависимости от степени, с которой вовлечены различные ткани.

Оплодотворенная яйцеклетка может содержать как нормальные, так и генетически дефектные митохондрии. Сегрегация дефектных митохондрий в различных тканях во время деления этой яйцеклетки является стохастическим процессом, как и отношение дефектных митохондрий к нормальным митохондриям в конкретных ткани или клетке (хотя может происходить положительный или отрицательный отбор в отношении дефектных митохондриальных геномов во время оборота митохондрий в клетках). Таким образом, множество различных патологических фенотипов могут возникать из конкретной точковой мутации в митохондриальной ДНК. Наоборот, одинаковые фенотипы могут возникать из мутаций или делеций, воздействующих на различные гены в митохондриальной ДНК. Клинические симптомы в случае врожденных митохондриальных заболеваний часто проявляются в постмитотических тканях с высокими потребностями в энергии, таких как ткани головного мозга, мышц, зрительного нерва и миокарда, но вовлекаются также и другие ткани, в том числе эндокринные железы, печень, желудочно-кишечный тракт, почки и гемопоэтическая ткань, опять-таки в зависимости отчасти от сегрегации митохондрий во время развития и от динамики митохондриального оборота во времени.

Кроме врожденных нарушений, в которых участвуют наследственные, дефектные митохондрии, приобретенная митохондриальная дисфункция вносит вклад в заболевания, в частности, нейродегенеративные расстройства, связанные со старением, такие как болезни Паркинсона, Альцгеймера, Хантингтона. Частота соматических мутаций в митохондриальной ДНК растет экспоненциально с возрастом; уменьшенная активность дыхательной цепи обнаруживается повсеместно у стареющих людей. Митохондриальная дисфункция участвует также в экситотоксическом нейронном повреждении, таком как повреждение, ассоциированное с эпилептическими припадками или ишемией.

Лечение заболеваний, включающих в себя митохондриальную дисфункцию, до сих пор предусматривало введение витаминов и кофакторов, используемых конкретными элементами митохондриальной дыхательной цепи. Кофермент Q (убихинон), никотинамид, рибофлавин, карнитин, биотин и липоевую кислоту использовали для пациентов с митохондриальным заболеванием, достигая иногда успех, в частности, при нарушениях, непосредственно происходящих из первичной недостаточности одного из этих факторов. Однако, хотя эти факторы были полезны в отдельных случаях, ни для одного из таких метаболических кофакторов или витаминов не было показано, что они имеют общую применимость в клинической практике при лечении митохондриальных заболеваний. Подобным образом, дихлоруксусная кислота (ДХУ, DCA) была использована для лечения митохондриальных цитопатий, таких как MELAS; ДХУ ингибирует образование лактата и в основном применима в случаях митохондриальных заболеваний, в которых само избыточное накопление лактата является одним из симптомов. Однако ДХУ не действует на симптомы, связанные с самой митохондриальной недостаточностью, и может быть токсичной для некоторых пациентов, в зависимости от лежащих в основе заболевания молекулярных дефектов.

Митохондриальные заболевания включают в себя нарушения, вызываемые огромным разнообразием молекулярных повреждений или дефектов, причем фенотипическое проявление заболевания дополнительно усложняется стохастическими распределениями митохондрий в различных тканях.

В патенте Соединенных Штатов 5583117 описаны ацилированные производные цитидина и уридина. В заявке PCT/US 96/10067 описано применение ацилированных пиримидиннуклеозидов для уменьшения токсичности химиотерапевтических и антивирусных аналогов пиримидиннуклеозидов.

Цели изобретения

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения нарушений или патофизиологических последствий, связанных с митохондриальной дисфункцией или дисфункцией митохондриальной дыхательной цепи у млекопитающего, в том числе у человека.

Целью данного изобретения является обеспечение соединений и композиций, которые улучшают тканевую резистентность к митохондриальной дисфункции in vivo.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения митохондриальных заболеваний.

Целью данного изобретения является обеспечение агентов, которые широко компенсируют митохондриальные нарушения, включающие в себя большое разнообразие молекулярных патологий, так как, во многих случаях, точная диагностика молекулярных повреждений в митохондриальных нарушениях является затруднительной.

Целью данного изобретения является обеспечение практического способа лечения митохондриальных заболеваний, который является выгодным в случае нарушений митохондриальной цепи переноса электронов независимо от конкретных молекулярных дефектов.

Целью данного изобретения является обеспечение лечения не только относительно редких врожденных заболеваний, связанных с дефектами митохондриальной ДНК, но также существенных нервно-мышечных нарушений и нарушений центральной нервной системы, связанных с развитием, которые появляются в детстве, и обычных связанных с возрастом дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения и предупреждения нейродегенеративных и нервно-мышечных нарушений.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения и предупреждения экситотоксического повреждения нервной ткани.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения и предупреждения эпилепсии.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения и предупреждения мигрени.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов предотвращения некроза или дисфункции постмитотических клеток у млекопитающего, в том числе человека.

Целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения нарушений, связанных с задержкой развития нервной системы.

Следующей целью данного изобретения является обеспечение композиции лечения или предупреждения повреждения ткани, вызываемого гипоксией или ишемией.

Следующей целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов лечения или предупреждения дисфункции яичников, менопаузы или вторичных последствий менопаузы.

Следующей целью данного изобретения является обеспечение композиций и способов уменьшения побочных эффектов химиотерапии рака, обусловленных индуцируемым химиотерапией повреждением митохондрий.

Следующей целью данного изобретения является обеспечение способа диагностики митохондриального заболевания и митохондриальной дисфункции.

Сущность изобретения

Данное изобретение обеспечивает способ лечения патофизиологических последствий дефекта митохондриальной дыхательной цепи у млекопитающего, предусматривающий введение такому млекопитающему, нуждающемуся в подобном лечении, количества предшественника пиримидиннуклеотида, эффективного в уменьшении указанных патофизиологических последствий. Кроме того, данное изобретение обеспечивает способ предупреждения патофизиологических последствий дефекта митохондриальной дыхательной цепи, предусматривающий введение млекопитающему количества предшественника пиримидиннуклеотида, эффективного в предупреждении этих патофизиологических последствий.

При митохондриальном заболевании соединения и композиции данного изобретения являются полезными для аттенуирования клинических осложнений, происходящих от дефектов дыхательной цепи. Дефекты дыхательной цепи, лежащие в основе митохондриального заболевания, вызываются различными факторами, в том числе врожденными или наследственными мутациями и делециями в митохондриальной ДНК, дефектами ядерно-кодируемых белков, действующими на активность дыхательной цепи, а также соматическими мутациями, повышенным содержанием внутриклеточного кальция, эксцитотоксичностью, окисью азота, гипоксией и дефектами аксонного переноса.

Данное изобретение относится также к лечению нарушений и состояний, которые описаны здесь как состояния, которым способствуют митохондриальные дефекты и которые, следовательно, являются целевыми объектами для лечения соединениями и композициями данного изобретения. Они включают в себя побочные эффекты раковой химиотерапии, такие как периферические невропатии, нефропатии, усталость и ранняя менопауза, а также нарушения овуляции и самой нормальной менопаузы.

Данное изобретение, а также его другие цели, признаки и преимущества будут более понятными и полными из следующего подробного описания при чтении его со ссылкой на сопутствующие результаты экспериментов, обсуждаемые в приведенных ниже примерах.

Подробное описание изобретения

Данное изобретение относится к соединениям, композициям и способам лечения или предупреждения множества клинических нарушений, являющихся вторичными относительно митохондриальной дисфункции, в частности, дефицитов в активности компонентов митохондриальной дыхательной цепи. Такие нарушения включают в себя врожденные митохондриальные цитопатии, задержки развития нервной системы, связанные с возрастом нейродегенеративные заболевания, а также конкретные заболевания, поражающие сердце, периферические и относящиеся к вегетативной системе нервы, скелетную мышцу, поджелудочную железу и другие ткани и органы.

А. Определения

Термин «митохондриальное заболевание» относится к нарушениям, при которых дефициты в активности митохондриальной дыхательной цепи способствуют развитию патофизиологии таких нарушений у млекопитающего. Эта категория включает в себя 1) врожденные генетические дефициты активности одного или нескольких компонентов митохондриальной дыхательной цепи; 2) приобретенные дефициты активности одного или нескольких компонентов митохондриальной дыхательной цепи, причем такие дефициты обусловлены, inter alia, а) окислительным повреждением во время старения; b) повышенным содержанием внутриклеточного кальция; с) экспонированием пораженных клеток оксидом азота; d) гипоксией или ишемией; е) ассоциированными с микротрубочками дефицитами аксонного переноса митохондрий или f) экспрессией митохондриальных разобщающих белков.

Митохондриальная дыхательная цепь (так же известная как цепь переноса электронов) содержит 5 основных комплексов:

Комплекс I NADH:убихинонредуктаза

Комплекс II сукцинат:убихинонредуктаза

Комплекс III убихинол:цитохром-с редуктаза

Комплекс IV цитохром-с оксидаза

Комплекс V АТФ-синтаза

Комплексы I и II выполняют перенос электронов от метаболических молекул «топлива», таких как продукты гликолиза и жирные кислоты, к убихинону (Коферменту Q), превращая его в убихинол. Убихинол превращается обратно в убихинон переносом электронов к цитохрому-с в Комплексе III. Цитохром-с повторно окисляется в Комплексе IV переносом электронов к молекулярному кислороду с образованием воды. Комплекс V использует потенциальную энергию из градиента протонов, продуцируемого поперек митохондриальной мембраны этими переносами электронов, превращая АДФ в АТФ, которая затем обеспечивает энергию для метаболических реакций в клетке.

Дигидрооротатдегидрогенаэа (ДГОДГ, DHODH) представляет собой фермент, участвующий в de novo синтезе уридиннуклеотидов. ДГОДГ-активность сопряжена с дыхательной цепью через перенос электронов от дигидрооротата к убихинону; эти электроны затем передаются на цитохром-с и кислород через Комплексы III и IV, соответственно. Только Комплексы III и IV непосредственно участвуют в биосинтезе пиримидинов. Оротат, продуцируемый действием ДГОДГ, превращается в уридинмонофосфат фосфорибозилированием и декарбоксилированием.

«Предшественники пиримидиннуклеотидов» в контексте данного изобретения являются промежуточными продуктами (интермедиатами) на пути либо de novo, либо «утилизованного» синтеза пирмидиннуклеотидов, которые либо вступают в синтез пиримидинов дистально по отношению к ДГОДГ (например, оротат), либо не требуют ДГОДГ-активности для превращения в пиримидиннуклеотиды (например, цитидин, уридин или ацилпроизводные цитидина или уридина). В объем данного изобретения включены также пиримидиннуклеозидфосфаты (например, нуклеотиды, цитидиндифосфохолин, уридиндифосфоглюкоза); эти соединения расщепляются до уровня уридина или цитидина перед вхождением в клетки и анаболизмом. Ацилпроизводные цитидина и уридина имеют лучшую пероральную доступность, чем исходные нуклеозиды или нуклеотиды. Оротовая кислота и ее сложные эфиры превращаются в уридиннуклеотиды и также применимы для выполнения задач данного изобретения.

В. Соединения данного изобретения

Первым признаком данного изобретения является неожиданное открытие того, что введение предшественников пиримидиннуклеотидов является эффективным в лечении большого разнообразия симптомов и патологических состояний, связанных с митохондриальной дисфункцией.

Тканевые уровни пиримидиннуклеотидов увеличиваются введением любого из нескольких предшественников. Уридин и цитидин включаются в клеточные пулы нуклеотидов фосфорилированием в положении 5'; цитидин- и уридиннуклеотиды являются взаимопревращаемыми через ферментативные реакции аминирования и деаминирования. Оротовая кислота является ключевым промежуточным продуктом в de novo биосинтезе пиримидиннуклеотидов. Включение оротовой кислоты в пул нуклеотидов требует клеточного фосфорибозилпирофосфата (ФРПФ, PRPP). Альтернативно (или в дополнение к обеспечению экзогенных предшественников нуклеотидов), доступность уридина для тканей увеличивается введением соединений, которые ингибируют уридинфосфорилазу, первый фермент на пути деградации уридина. Соединения данного изобретения, применимые в лечении митохондриальных заболеваний и родственных нарушений, включают в себя уридин, цитидин, оротат, перорально биодоступные ацилпроизводные или сложные эфиры данных предшественников пиримидиннуклеотидов и ингибиторы фермента уридинфосфорилазы.

Следующие определения относятся к ацилпроизводным цитидина и уридина.

Термин «ацилпроизводное» в применении здесь обозначает производное пиримидиннуклеозида, в котором по существу нетоксичный органический ацильный суб-заместитель, производный от карбоновой кислоты, присоединен к одной или нескольким свободным гидроксильным группам рибозной части оксипуриннуклеозида сложно-эфирной связью, и/или в котором такой заместитель присоединен к аминному заместителю на пуриновом кольце цитидина амидной связью. Такие ацильные заместители получают из карбоновых кислот, которые включают, но не ограничиваются ими, соединения, выбранные из группы, состоящей из жирной кислоты, аминокислоты, никотиновой кислоты, дикарбоновых кислот, молочной кислоты, п-аминобензойной кислоты и оротовой кислоты. Предпочтительными ацильными заместителями являются соединения, которые обычно присутствуют в теле, либо в качестве пищевых компонентов, либо в качестве промежуточных метаболитов.

Термин «фармацевтически приемлемые соли» в применении здесь обозначает аддитивные соли данных производных и фармацевтически приемлемых кислот или оснований, которые включают, но не ограничиваются ими, соли серной, хлористоводородной или фосфорной кислот или, в случае оротата, соли с гидроксидами натрия или кальция, и соли с катионными аминокислотами, в частности, лизином.

Термин "аминокислоты" в применении здесь включает, но не ограничивается ими, глицин, L-формы аланина, валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, тирозина, пролина, гидроксипролина, серина, треонина, цистеина, цистина, метионина, триптофана, аспарагиновой кислоты, аргинина, лизина, гистидина, орнитина, гидроксилизина, карнитина и другие, встречающиеся в природе аминокислоты.

Термин "жирные кислоты" в применении здесь обозначает алифатические карбоновые кислоты, имеющие 2-22 атома углерода. Такие жирные кислоты могут быть насыщенными, частично насыщенными или полиненасыщенными.

Термин "дикарбоновые кислоты" в применении здесь обозначает жирные кислоты со вторым заместителем карбоновой кислоты.

Соединения данного изобретения имеют следующие структуры:

Во всех случаях, кроме указанных, буквы и буквы с подстрочными символами, символизирующие различные заместители в химических структурах соединений данного изобретения, применимы только к структуре, непосредственно предшествующей описанию данного символа.

(1) Ацилпроизводное уридина, имеющее формулу:

где R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными и каждый обозначает водород или ацильный радикал метаболита, при условии, что, по меньшей мере, один из указанных заместителей R не является водородом, или

его фармацевтически приемлемая соль.

(2) Ацилпроизводное цитидина, имеющее формулу:

где R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными и каждый обозначает водород или ацильный радикал метаболита, при условии, что по меньшей мере один из указанных заместителей R не является водородом, или

его фармацевтически приемлемая соль.

Соединения данного изобретения, применимые в лечении митохондриальных заболеваний, включают в себя:

(3) Ацилпроизводное уридина, имеющее формулу:

где R₁, R₂ и R₃ являются одинаковыми или различными и каждый обозначает водород или ацильный радикал

а. неразветвленной жирной кислоты с 2-22 атомами углерода,

b. аминокислоты, выбранной из группы, состоящей из глицина, L-форм аланина, валина, лейцина, изолейцина, тирозина, пролина, гидроксипролина, серина, треонина, цистина, цистеина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, аргинина, лизина, гистидина, карнитина и орнитина,

с. дикарбоновой кислоты, имеющей 3-22 атома углерода,

d. карбоновой кислоты, выбранной из группы, состоящей из гликолевой кислоты, пировиноградной кислоты, молочной кислоты, енолпировиноградной кислоты, липоевой кислоты, пантотеновой кислоты, ацетоуксусной кислоты, п-аминобензойной кислоты, бета-гидроксимасляной кислоты, оротовой кислоты и креатина.

(4) Ацилпроизводные цитидина, имеющие формулу:

где R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными, и каждый обозначает водород или ацильный радикал;

а. неразветвленной жирной кислоты с 2-22 атомами углерода,

b. аминокислоты, выбранной из группы, состоящей из глицина, L-форм фенилаланина, аланина, валина, лейцина, изолейцина, тирозина, пролина, гидроксипролина, серина, треонина, цистина, цистеина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, аргинина, лизина, гистидина, карнитина и орнитина,

с. дикарбоновой кислоты, имеющей 3-22 атома углерода,

d. карбоновой кислоты, выбранной из группы, состоящей из гликолевой кислоты, пировиноградной кислоты, молочной кислоты, енолпировиноградной кислоты, липоевой кислоты, пантотеновой кислоты, ацетоуксусной кислоты, п-аминобензойной кислоты, бета-гидроксимасляной кислоты, оротовой кислоты и креатина.

(5) Ацилпроизводное уридина, имеющее формулу:

где, по меньшей мере, один из R₁, R₂ или R₃ обозначает гидрокарбилоксикарбонильную часть, содержащую 2-26 атомов углерода, а остальные заместители R обозначают независимо гидрокарбилоксикарбонильную или гидрокарбилкарбонильную часть или Н, или фосфат.

(6) Ацилпроизводное цитидина, имеющее формулу:

где, по меньшей мере, один из R₁, R₂, R₃ или R₄ обозначает гидрокарбилоксикарбонильную часть, содержащую 2-26 атомов углерода, а остальные заместители R обозначают независимо гидрокарбилоксикарбонильную или гидрокарбилкарбонильную часть или Н, или фосфат.

(7) Оротовая кислота или ее соли:

Фармацевтически приемлемые соли оротовой кислоты включают в себя соли, в которых катионным компонентом соли является натрий, кальций, основная аминокислота, такая как аргинин или лизин, метилглюкамин, холин или любой другой по существу нетоксичный водорастворимый катион, с молекулярным весом менее чем приблизительно 1000 дальтон.

8) Спиртозамещенные производные оротата:

где R₁ обозначает радикал спирта, содержащего 1-20 атомов углерода, присоединенный к оротату через сложно-эфирную связь.

В изобретение включены также фармацевтически приемлемые соли вышеуказанных соединений.

Предпочтительными соединениями данного изобретения являются сложные эфиры короткоцепочечных (2-6 атомов углерода) жирных кислот и уридина или цитидина. Особенно предпочтительными соединениями являются триацетилуридин или триацетилцитидин. Такие соединения имеют лучшую пероральную биодоступность, чем исходные нуклеозиды, и быстро дезацетилируются вслед за абсорбцией после перорального введения.

Пировиноградная кислота применима для лечения клеток с дефектной митохондриальной функцией. Клетки с уменьшенной способностью митохондриальното окислительного фосфорилирования должны полагаться на гликолиз для генерированимя АТФ. Гликолиз регулируется окислительно-восстановительным состоянием клеток. Конкретно, для оптимального притока глюкозы требуется NAD⁺, продуцирующий NADH в данном процессе. Для максимизации получения энергии из гликолиза NADH должен быть повторно окислен до NAD⁺. Экзогенный пируват может повторно окислять NADH, частично посредством фермента плазматической мембраны, NADH-оксидазы.

Уридинтрипируват (2',3',5'-три-O-пирувилуридин) обеспечивает пользу как пиримидинов, так и пирувата, доставляя оба эти компонента в единой химической молекулярной частице и позволяя избежать нагрузки натрия, кальция или других катионов в соответствующих солях пировиноградной кислоты.

Ингибиторы уридинфосфорилазы

Альтернативной или дополняющей стратегией для лечения митохондриальных заболеваний является ингибирование катаболизма уридина ингибитором фермента уридинфосфорилазы.

Примеры ингибиторов уридинфосфорилазы, которые применимы для лечения митохондриального заболевания, включают в себя, но не ограничиваются ими, производные 5-бензилбарбитурата или 5-бензилиденбарбитурата, в том числе 5-бензилбарбитурат, 5-бензилоксибензилбарбитурат, 5-бензилоксибензил-1-[(1-гидрокси-2-этокси)метил]барбитурат, 5-бензилоксибензилацетил-1-[(1-гидрокси-2-этокси)метил] барбитурат и 5-метоксибензилацетилациклобарбитурат, 2,2'-ангидро-5-этилуридин, 5-этил-2-дезоксиуридин и соединения ациклоуридина, в частности, 5-бензилзамещенные соединения группы ациклоуридина, включающей, но не ограниченной ими, бензилациклоуридин, бензилоксибензилациклоуридин, аминометилбензилациклоуридин, аминометил-бензилоксибензилациклоуридин, гидроксиметилбензилациклоуридин и гидроксиметилбензилоксибензилациклоуридин. См. также WO 89/09603 и WO 91/16315, включенные здесь в качестве ссылки.

С. Композиции данного изобретения

В одном варианте данного изобретения, новые фармацевтические композиции содержат в качестве активного агента один или несколько предшественников пиримидиннуклеотидов, выбранных из группы, состоящей из уридина, цитидина, оротовой кислоты или ее солей, или эфиров, и ацилпроизводных указанных предшественников пиримидиннуклеотидов вместе с фармацевтически приемлемым носителем.

Композиции, в зависимости от предполагаемого использования и пути введения, готовят в форме жидкости, суспензии, опрыскиваний, микрокапсул, таблетки, капсулы, драже, инъекционного раствора или суппозитория (см. обсуждение композиции ниже).

В другом варианте данного изобретения, композиция содержит по меньшей мере один предшественник пиримидиннуклеотида и агент, который ингибирует деградацию уридина, такой как ингибитор фермента уридинфосфорилазы. Примеры ингибиторов уридинфосфорилазы включают в себя, но не ограничиваются ими, производные 5-бензилбарбитурата или 5-бензилиденбарбитурата, в том числе 5-бензилбарбитурат, 5-бензилоксибензилбарбитурат, 5-бензилоксибензил-1-[(1-гидрокси-2-этокси)метил]барбитурат, 5-бензилоксибензилацетил-1-[(1-гидрокси-2-этокси)метил]барбитурат и 5-метоксибензилацетилациклобарбитурат, 2,2'-ангидро-5-этилуридин и соединения ациклоуридина, в частности, 5-бензилзамещенные соединения группы ациклоуридина, включающей, но не ограниченной ими, бензилациклоуридин, бензилоксибензил-ациклоуридин, аминометилбензилациклоуридин, аминометил-бензилоксибензилациклоуридин, гидроксиметилбензилациклоуридин и гидроксиметилбензилоксибензилациклоуридин. Кроме того, в объем данного изобретения включено использование в качестве ингибитора только уридинфосфорилазы, без совместного введения предшественника пиримидиннуклеотида, с целью лечения митохондриальных заболеваний или патофизиологических состояний, связанных с дисфункцией митохондриальной дыхательной цепи.

Следующие варианты изобретения включают в себя предшественник пиримидиннуклеотида, объединенный с одним или несколькими другими агентами с защитной или поддерживающей активностью в отношении митохондриальной структуры и функции. Такие агенты, представленные с рекомендуемыми суточными дозами для митохондриальных заболеваний, включают, но не ограничиваются ими, пируват (1-10 г/сутки), Кофермент Q (1-4 мг/кг/сутки), аланин (1-10 г/сутки), липоевую кислоту (1-10 мг/кг/сутки), карнитин (10-100 мг/кг/сутки), рибофлавин (20-100 мг/сутки), биотин (1-10 мг/сутки), никотинамид (20-100 мг/сутки), ниацин (20-100 мг/сутки), Витамин С (100-1000 мг/кг сутки), Витамин Е (200-400 мг/сутки) и дихлоруксусную кислоту или ее соли. В случае пирувата, этот активный агент может быть введен в виде пировиноградной кислоты, ее фармацевтически приемлемых солей или эфиров пировиноградной кислоты, имеющих спиртовой остаток, содержащий 2-10 атомов углерода.

D. Терапевтические применения соединений и композиций данного изобретения

Заболевания, связанные с дисфункцией митохондриальной дыхательной цепи, могут быть разделены на несколько категорий на основе происхождения митохондриальных дефектов.

Врожденные митохондриальные заболевания представляют собой заболевания, связанные с наследственными мутациями, делециями или другими дефектами в митохондриальной ДНК или в ядерных генах, регулирующих целостность митохондриальной ДНК, или в ядерных генах, кодирующих белки, которые являются критическими для функции митохондриальной дыхательной цепи.

Приобретенные митохондриальные дефекты включают в себя прежде всего 1) повреждение митохондриальной ДНК, обусловленное окислительными процессами или старением; 2) митохондриальную дисфункцию, обусловленную избыточным накоплением внутриклеточного и внутримитохондриального кальция; 3) ингибирование комплексов дыхательной цепи эндогенными или экзогенными ингибиторами дыхательной цепи; 4) острую или хроническую кислородную недостаточность и 5) нарушенные ядерно-митохондриальные взаимодействия, например, нарушенное челночное перемещение митохондрий в длинных аксонах вследствие дефектов микротрубочек и 6) экспрессию митохондриальных разобщающих белков в ответ на липиды, окислительное повреждение или воспаление.

Наиболее фундаментальные механизмы, вовлеченные в приобретенные митохондриальные дефекты и лежащие в основе патогенеза различных форм дисфункции органов и тканей, включают в себя:

Накопление кальция: Основной механизм клеточного повреждения, особенно в возбуждаемых тканях, включает в себя избыточное проникновение кальция в клетки как результат просачивания через плазматическую мембрану, или дефекты в механизмах манипулирования внутриклеточным кальцием. Митохондрии являются основными местами секвестрации кальция и предпочтительно они используют энергию из дыхательной цепи для поглощения кальция, а не для синтеза АТФ, что приводит к возрастающей недостаточности митохондрий, так как поглощение кальция в митохондрии приводит к пониженным способностям трансдукции (передачи) энергии.

Экситотоксичность: Избыточная стимуляция нейронов возбуждающими аминокислотами является обычным механизмом некроза или повреждения клеток в центральной нервной системе. Активация глутаматных рецепторов, в частности, подтипа, называемого NMDA-рецепторами, приводит к митохондриальной дисфункции, отчасти посредством повышения уровня внутриклеточного кальция во время экситотоксической стимуляции. Напротив, недостаточности в митохондриальном дыхании и окислительном фосфорилировании сенсибилизирует клетки (делает их более чувствительными) к экситотоксическим стимулам, приводя к некрозу или повреждению клеток во время экспонирования до уровней экситотоксических нейротрансмиттеров или токсинов, что было бы безвредным для нормальных клеток.

Экспонирование оксидом азота: Оксид азота (˜1 микромолярный) ингибирует цитохромоксидазу (Комплекс IV) и тем самым ингибирует митохондриальное дыхание (Brown GC, Mol. Cell. Biochem. 174:189-192, 1997); кроме того, продолжительное экспонирование NO необратимо уменьшает активность Комплекса I. Физиологические или патофизиологические концентрации NO ингибируют тем самым биосинтез пиримидинов. Оксид азота участвует во многих нейродегенеративных нарушениях, в том числе воспалительных и аутоиммунных заболеваниях центральной нервной системы, и участвует в медиировании экситотоксического и постгипоксического повреждения нейронов.

Гипоксия: Кислород является терминальным акцептором электронов в дыхательной цепи. Недостаток кислорода нарушает активность цепи переноса электронов, приводя к пониженному синтезу пиримидинов, а также пониженному синтезу АТФ через окислительное фосфорилирование. Клетки человека пролиферируют и сохраняют жизнеспособность при фактически анаэробных условиях, если они обеспечены уридином и пируватом (или подобным эффективным агентом для окисления NADH для оптимизации гликолитического образования АТФ).

Ядерно-митохондриальные взаимодействия: Транскрипция митохондриальной ДНК, кодирующей компоненты дыхательной цепи, требует ядерных факторов. В аксонах нервных клеток митохондрии должны перемещаться туда и обратно к ядру для поддержания активности дыхательной цепи. Если аксонный перенос нарушен гипоксией или лекарственными средствами, такими как таксол, которые влияют на стабильность микротрубочек, митохондрии, отдаленные от ядра, подвергаются потере цитохромоксидазной активности.

Митохондриальные разобщающие белки: Митохондрии являются первичным источником свободных радикалов и реакционноспособных (активных) молекул кислорода вследствие спилловера из митохондриальной дыхательной цепи, в частности, когда дефекты в одном или нескольких компонентах дыхательной цепи нарушают правильный перенос электронов от метаболических промежуточных продуктов к молекулярному кислороду. Для уменьшения окислительного повреждения, клетки могут произвести компенсацию путем экспрессии митохондриальных разобщающих белков (UCP), среди которых некоторые были идентифицированы. UCP-2 транскрибируется в ответ на окислительное повреждение, воспалительные цитокины или избыточные липидные нагрузки, например, при жировой инфильтрации печени и стеатогепатите. UCP уменьшает спилловер реакционноспособных молекул кислорода из митохондрий путем разгрузки протонных градиентов через внутреннюю мембрану митохондрий, фактически расходуя энергию, продуцируемую метаболизмом, и делая клетки чувствительными к энергетическому стрессу, в качестве компромисса за уменьшенное окислительное повреждение.

В нервной системе, в частности, дефекты митохондриальной дыхательной цепи имеют два обобщенных последствия: 1) замедленное или аберрантное (отклоняющееся от нормы) развитие рефлекторных дуг (маршрутов нервного возбуждения при реализации рефлекторного акта) в нервной системе и 2) ускоренную дегенерацию нейронов и рефлекторных дуг либо в виде острого проявления, либо на протяжении периода нескольких лет, в зависимости от тяжести митохондриальных дефектов и других воздействующих факторов. Аналогичные картины нарушенного развития и ускоренной дегенерации относятся также к не-нейронным тканям и системам.

Митохондриальная дисфункция и биосинтез пиримидинов

Клетки с серьезно поврежденными митохондриями (в том числе с тотальной делецией митохондриальной ДНК, с последующим выключением активности дыхательной цепи) могут выживать в культуре при обеспечении их двумя агентами, которые компенсируют критические митохондриальные функции: уридином и пируватом. Уридин является необходимым in vitro, так как лимитирующий фермент для de novo синтеза уридиннуклеотидов, дигидрооротатдегидрогеназа (ДГОДГ), сопряжен с митохондриальной дыхательной цепью через убихинон как проксимальный акцептор электронов, цитохром-с как промежуточный продукт и кислород как терминальный акцептор электронов (Loffler et al., Mol. Cell. Biochem. 174:125-129, 1997). ДГОДГ необходима для синтеза оротата, который затем фосфорибозилируется и декарбоксилируется с образованием уридинмонофосфата (УМФ). Все остальные пиримидины в клетках образуются из УМФ. Клетки из пациентов с митохондриальным заболеванием, обусловленным дефектами в митохондриальной ДНК, требуют экзогенного уридина для выживания вне среды тела, причем пиримидины, полученные из других клеток или пищи и транспортируемые через кровоток, являются, на первый взгляд, достаточными для поддержания их жизнеспособности Bourgeron, et al., Neuromusc. Disord. 3:605-608, 1993). Важно, что преднамеренное ингибирование ДГОДГ лекарственными средствами, такими как Бреквинар или Лефлуномид, приводит к ограничивающему дозу цитотоксическому повреждению гемопоэтической системы и слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, в противоположность преобладающему вовлечению постмитотических тканей, таких как нервная система и мышцы, в клиническом митохондриальном заболевании.

Патофизиологические последствия дисфункции дыхательной цепи

Митохондрии являются критическими для выживания и правильно