Композиции биохимических соединений, участвующих в биоэнергетическом метаболизме клетки, и способ их применения - RU2301665C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается композиций биохимических соединений, участвующих в биоэнергетическом метаболизме живых клеток, и способа применения в профилактике и лечении болезней и заболеваний у человека и животных.

Уровень техники

Хорошо установлен тот факт, что многие болезни человека возникают на уровне клетки. «Клеточная патология» [1854] Рудольфа Вирхова стала ведущим принципом патологии. Хотя локализация исходной точки этих заболеваний - клетка - была тем самым определена, многие механизмы, вызывающие нарушения функции клеток, остаются недостаточно изученными.

Жизнь невозможна без достаточной биоэнергии, которая вырабатывается на клеточном уровне. В целом ряде метаболических путей белки, углеводы и жиры превращаются в аденозинтрифосфат (АТФ). Оптимальный уровень клеточной энергии является главным условием здоровья. В нормальных условиях, скажем, у молодых и здоровых лиц, клетки организма вырабатывают оптимальное количество клеточной энергии для поддержания разнообразных функций организма.

С наступлением старости и в патологических условиях клетки организма часто не способны обеспечить достаточное количество энергии для поддержания физиологических функций организма, несмотря на оптимальное питание. Кроме того, известно несколько наследственных заболеваний, в которых участвуют ферменты клеточного метаболизма энергии, что ведет к неврологическим заболеваниям и другим клиническим проявлениям. Одним из этих патологических механизмов, которые остаются неясными, является дефицит или нехватка биоэнергии в клетке. В физиологических условиях биоэнергетика клетки обеспечивается катаболизмом сахаров, белков и жиров в клетке. Общим путем катаболизма пищевых веществ и генерации энергии в виде АТФ служит цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) и последующий энергетический путь в клетке - дыхательная цепь, а также тесно связанный с ними цикл мочевины.

Основные компоненты этих биохимических путей установлены и они изложены на фиг.1-3. Хотя биохимическая структура этих соединений известна, в настоящее время они не применяются в медицине как средства профилактики и лечения. Я не обнаружил никаких учебников по медицине, где бы пациентам рекомендовалось профилактическое и/или терапевтическое применение этих соединений.

Вероятность дефицита одного или нескольких соединений цикла Кребса, дыхательной цепи и цикла мочевины сильно повышается тем, что эти биохимические пути включают множество ферментативных стадий. Совсем недавно была установлена первая молекулярная болезнь вследствие недостаточности фермента цикла Кребса. Генетические нарушения по одному или нескольким из этих ферментов и/или одному или нескольким из их коферментов неизбежно ведут к дефициту одного или нескольких биохимических соединений в этих путях.

В последнее время некоторые коферменты (тиамин, никотиновая кислота, аскорбиновая кислота, рибофлавин, Mg⁺⁺) цикла Кребса успешно применялись в профилактике и вспомогательном лечении некоторых заболеваний. Однако сами биохимические соединения цикла Кребса, дыхательной цепи и тесно связанного с ними цикла мочевины не применялись.

Было обнаружено (Stumpf et al., Friedreich attaxia: III. Mitochondrial Malic Enzym Deficiency, Neurology 1982; 32: 221-7), что в основе многих нейромышечных заболеваний могут лежать дефекты митохондриального метаболизма вследствие снижения активности митохондриального фермента яблочной кислоты. Также было обнаружено (Walker et al., Journal of Inherited Metabolism Disorder 12 (1989), 331-332; Gellera et al., Neurology 1990, 40 (3 Pt 1): 495-9; Bourgeron et al. Mutation of the fumerase deficiency, Journal of Clinical Investigations 1994 June; 93 (6): 2514-8; Narajanan et al. Congenital fumerase deficiency presenting with hypothonia and areflexia. Journal of Children Neurologie 1996, May; 11 (3): 252-55; Coughlin et al. Molecular analysis and prenatal diagnosis of human fumerase deficiency, Mol. Genet. Meta. 1998 April; 254-62; Zinn et al. Abnormalities in succinal purins in fumerase deficiency), что недостаточность фумаразы вызывает тяжелые нейрологические нарушения, что недостаточность фумаразы - это аутосомальная рецессивная энцефалопатия, затрагивающая как митохондриальные, так и цитозольные ферменты.

Также сообщалось, что недостаточность аконитазы, 2-кетоглутаратдегидрогеназы и сукцинатдегидрогеназы могут вызывать нейродегенеративные заболевания (Drugge J.Med. Genet. 1995 May; 32 (5); 344-7 Hereditary myopathy with legtic archdiocese, succinate dehydrogenase and aconitase deficiency; Dunkelman et al., Neuropediatric 2000 Febriary; 31 (1): 35-8; 2 Ketoglutarate dehydrogenase deficiency with intermittents to ketoglutaric aceturia). Высказывалось предположение, что энцефаломиопатия, кардиомиопатия и другие неврологические заболевания могут возникать из-за врожденных или приобретенных мутаций ДНК, кодирующих ферменты, катализирующие промежуточные стадии биоэнергетического метаболизма, особенно цикла Кребса, дыхательной цепи и цикла мочевины. Многие из этих неврологических заболеваний оказываются летальными.

Ясно, что описанные выше дефекты не ограничиваются неврологическими нарушениями, а отражают важность биоэнергетического метаболизма клеток и дефектов в таких метаболических путях, как цикл Кребса, дыхательная цепь и цикл мочевины. Их недостаточность приводит к дефициту биоэнергии, что вызывает не только неврологические эффекты, но и всевозможные болезни человека, включая сердечную недостаточность. Наиболее распространенная форма, идиопатическая кардиомиопатия, возникает вследствие нарушения функции миллионов сердечных клеток-миоцитов. Наиболее частой причиной этого нарушения является недостаточное поступление клеточной энергии, что лишает миоциты основной энергии для насосной функции сердца.

Следовательно, существует потребность в методах и композициях профилактики и лечения нарушений биоэнергетического метаболизма клеток.

Поскольку открыты генетические дефекты, затрагивающие цикл Кребса и другие метаболические энергетические циклы в клетках, то кажется очевидным найти средства и способы репарации врожденных и приобретенных мутаций генов, кодирующих ферменты, необходимые для компенсации дефектов цикла Кребса и других метаболических энергетических циклов. Однако, хотя генная технология становится все более и более продвинутой, она пока остается, в основном, теоретической, плохо работает и, вероятно, вызывает еще неизвестные побочные эффекты.

С другой стороны, кажется очевидным компенсировать такие дефекты биоэнергетического метаболизма введением таких недостающих компонентов в организм. Однако, поскольку пути биоэнергетического метаболизма, особенно цикла Кребса, были открыты весьма давно, метаболизм энергии - это очень сложный процесс, который происходит, главным образом, в замкнутых системах. В скелетных мышцах основная роль цикла трикарбоновых кислот заключается в поставке восстановительных эквивалентов в цепь транспорта электронов для синтеза АТФ и он функционирует как замкнутый цикл с практически полным окислением до двуокиси углерода и поступлением в углеродный остов. В печени цикл трикарбоновых кислот функционирует как открытый цикл, при этом углеродные остовы поступают в цикл и выходят из него по разные стороны, поставляя субстраты для процессов биосинтеза в митохондриях и цитозоле (Zinn et al., Fumerase Deficiency: The new cause of mitochondrial enzephalomyopathy, the New England Journal of Medicine, Volume 315, August 21, 1986).

Итак, недостаточность настоящих биохимических компонентов цикла Кребса, цикла мочевины и/или дыхательной цепи не считаются причинными или дополнительными факторами патологии заболеваний. Более того, сейчас не имеется профилактических или терапевтических рецептур, содержащих комбинации биохимические соединений из этих путей. Хотя такие дефекты были открыты много лет назад, по-видимому, существует предубеждение против введения соединений для компенсации таких дефектов вследствие того, что описанные циклы являются замкнутыми или позволяют поступление лишь ограниченных химических композиций типа углеродных остовов.

Неожиданно автор обнаружил, что определенные композиции соединений, компенсирующих недостаточность ферментов в метаболических циклах, способны восполнить врожденные или приобретенные дефекты, хотя пока неизвестно, каким образом действуют такие соединения - поступают ли в эти пути или действуют другим образом. Автор также обнаружил, что нет необходимости выяснять, на какой из промежуточных стадий этих циклов имеется дефект, поэтому композиции соединений могут применяться при недостаточности ферментов независимо от того, в каком месте находятся такие дефекты. Поскольку автор применяет такие композиции, которые не имеют известных побочных эффектов, то соединения, которые не нужны для компенсации, выводятся из организма без какого-либо ущерба.

Таким образом, целью настоящего изобретения являются поиски композиций и методов преодоления этих дефектов.

Настоящее изобретение предусматривает композицию биохимических соединений, участвующих в биоэнергетическом метаболизме живых клеток, и метод применения ее для профилактики и лечения заболеваний и болезненных состояний у человека и животных.

Поскольку дефицит энергии в клетке является важным патологическим механизмом, существует потребность в обеспечении композиции биохимическихсоединений, участвующих в цикле Кребса, дыхательном пути и/или цикле мочевины.

Такая композиция биохимических соединений из этих биохимических путей может обеспечить основные биоэнергетические молекулы, способные поддерживать оптимальный уровень энергетического метаболизма в клетках и тем самым способствовать профилактике и лечению недостаточности органов и заболеваний.

Автор не обнаружил в предшествующем уровне техники таких композиций биохимических соединений или их терапевтического применения.

Подробности одного или нескольких воплощений изобретения изложены в прилагаемых чертежах и нижеследующем описании. Другие характеристики, цели и преимущества изобретения станут понятными из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлена схема метаболического пути цикла Кребса, также известного как цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты.

На фиг.2 представлена схема метаболического пути дыхательной цепи, также известного как окислительное фосфорилирование.

На фиг.3 представлена схема метаболического пути цикла мочевины.

Настоящее изобретение касается профилактического и терапевтического применения биохимических интермедиатов цикла Кребса и/или дыхательной цепи и/или цикла мочевины, по отдельности или в сочетании с биохимическими кофакторами.

a) Цикл Кребса

Биохимические интермедиаты цикла Кребса - это цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, оксалосукцинат, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат, а также биохимические соединения, являющиеся непосредственными предшественниками для цикла Кребса - ацетил-КоА и пируват.

Вследствие различной важности этих соединений для энергетического метаболизма их разделили на две категории в целях настоящего изобретения:

А. Категория А (табл.1): сукцинат, фумарат, L-малат, α-кетоглутарат.

В. Категория В (табл.2): цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, оксалосукцинат, сукцинил-КоА, оксалоацетат, а также ацетил-КоА и пируват.

b) Дыхательная цепь

Биохимические соединения дыхательной цепи (табл. 3) - это кофермент Q-10 (убихинон), убигидрохинон (убихинол), другие соединения семейства убихинона/убихинола, гем а (составная часть цитохрома а), гем b (составная часть цитохрома b) и гем с (составная часть цитохрома с).

c) Цикл мочевины

Биохимические соединения дыхательной цепи (табл.3) - это цитруллин, аргининосукцинат, аргинин, орнитин и аспартат.

d) Кофакторы энергетического метаболизма клетки

Биохимические кофакторы энергетического метаболизма клетки (табл.5) - это липоевая кислота, липоамид, ацетиллипоамид, лизин, карнитин, аскорбат, тиамин, рибофлавин, никотиновая кислота, ниацинамид, пантотенат, никотинамидадениндинуклеотид (NAD), восстановленный никотинамидадениндинуклеотид (NADH), никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP), восстановленный NADP (NADPH), хинолинат (предшественник NAD/NADP), флавинадениндинуклеотид (FAD), восстановленный флавинадениндинуклеотид (FADH), флавинмононуклеотид (FMN), восстановленный флавинмононуклеотид (FMNH₂), аденозиндифосфат (ADP), аденозинтрифосфат (АТР), гуанозиндифосфат (GDP), гуанозинтрифосфат (GTP), магний (Mg⁺⁺), кальций (Ca⁺⁺), марганец (Mn⁺⁺), медь, сульфат железа, молибден.

Заявленные в настоящем изобретении соединения имеют широкое применение в медицине. Они могут применяться для поддержания и восстановления клеточной энергии практически в каждой клеточной системе организма. Так, заявленные соединения могут применяться для профилактики и лечения широкого спектра заболеваний у человека, а также у животных.

В первом воплощении композиций заявлены химические вещества, участвующие в биоэнергетическом метаболизме клеток: цикле Кребса, дыхательной цепи и цикле мочевины, которые все тесно связаны и включают интермедиаты этих циклов, их предшественники и кофакторы, на тот случай, если не установлено, на какой промежуточной стадии этих циклов существует недостаточность фермента.

В следующем воплощении заявлены биохимические вещества цикла Кребса, как показано в табл.1, категория А.

В следующем воплощении заявлены биохимические вещества других промежуточных стадий цикла Кребса.

В следующем воплощении заявлены биохимические соединения дыхательной цепи (табл.3), включая коферменты.

В следующем воплощении заявлены биохимические соединения цикла мочевины.

В следующем воплощении заявлены кофакторы, которые усиливают ферментативные реакции метаболизма, а также их предшественники, витамины и простетические группы и активаторы ферментов.

Описан ряд воплощений изобретения. Тем не менее, предусматривается, что могут производиться различные модификации, не выходящие за рамки изобретения. Соответственно, другие воплощения входят в область действия формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к биохимии и медицине и касается композиции из биохимических соединений, участвующих в биоэнергетическом метаболизме клеток и содержащих компоненты цикла Кребса, цикла мочевины и/или дыхательной цепи, и способа применения в профилактике и лечении заболеваний, характеризующихся недостаточностью ферментов в метаболических циклах. Изобретение позволяет использовать композиции, которые не имеют известных побочных эффектов. 4 н. и 3 з.п ф-лы, 5 табл., 3 ил.

Формула