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JP6472808B2 - Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその製造方法 - Google Patents

Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、医薬品の技術分野に属し、具体的には、重量平均分子量が4.5〜9kDのFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその薬学的に許容可能な塩、該Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン又はその薬学的に許容可能な塩を含んでなる薬物組成物、該Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びそれを含んでなる薬物組成物の製造方法、及び該薬物組成物を用いて得られる血栓症の治療薬及び/又は予防薬に関する。
フコシル化グリコサミノグリカン(Fucosylated Glycosaminoglycan、以下、「FGAG」と称する場合がある)は、棘皮動物の体壁から得られ、硫酸化フコースによって側鎖が置換されているグリコサミノグリカンの誘導体である。異なる棘皮動物又は異なる方法で得られたFGAGは、化学組成において共通点があると共に相違点もある。
由来が異なるFGAGは、共通点として、主に単糖構成がD−2−アセタミド−2−デオキシガラクトース(D−GalNAc)、D−グルクロン酸(D−GlcUA)、L−フコース(L−Fuc)、及びこれらの硫酸エステルを含むことが挙げられる。そのうち、D−GlcUAとD−GalNAcは、β−(1−3)及びβ−(1−4)グリコシド結合が交互に連結してグリコサミノグリカンの主鎖を形成し、L−Fucが側鎖の形で主鎖に連結する構成になっている(Ricardo P.et al.,JBC,1988,263(34):18176。 Kenichiro Y.et al.,Tetrahedron Lett,1992,33(34):4959)。
由来が異なるFGAGは、構造上の相違点として、主にL−Fucの硫酸化度と位置が異なり、並びに主鎖の硫酸化度と位置が異なるといったことが挙げられる。現在、硫酸基を用いてFGAGのフコース側鎖を置換することが報告されているが、その多くは比較的、複雑な構成になっている。例えば、マナマコ(Stichopus japonicas)に由来のFGAGは、主に3種類のL−Fucを含み、すなわち、2,4−ジ硫酸エステル(Fuc2S4S)、4−ジ硫酸エステル(Fuc4S)及び3,4−ジ硫酸エステル(Fuc3S4S)を含み,且つFuc2S4SがL−Fuc総量の約60%を占め、また、主鎖におけるD−GalNAcも主に4,6−ジ硫酸エステルである(GalNAc4S6S)(Kenichiro Y,et al.Tetrahedron Lett.,1992,33:4959)。また、ニセクロナマコ(Holothuria leucospilota)に由来のFGAGについては、L−Fucの種類が不明であるが、主鎖におけるD−GalNAcが4−硫酸エステル基を含む(GalNAc4S)(樊絵曾ら,薬学学報,1983,18(3):203)。また、ブラジルナマコ(Ludwigothurea grisea)に由来のFGAGは、L−FucにおけるFuc4Sの含有量が最も高く(〜49%)、それ以外、Fuc2S4S(〜20%)、−3S4S(〜17%)及び硫酸エステル基非置換のL−Fuc(Fuc0S)を含み、更に、D−GalNAc主鎖の種類としては、GalNAc6S(〜53%)、−4S6S(〜12%)和−4S(31%)(LuborB.etal.J.Biol.Chem.2007,282:14984)である。また、バイカナマコ(Thelenata ananas)に由来のFGAGは、L−Fucの種類としてFuc2S4S(〜53%)、−4S(〜22%)、−3S(〜25%)を含み、構成要素としてのD−GalNAcが主にGalNAc4S6S(〜95%)及び−6S(〜5%)(WuM.,et al.Carbohydr.Polym.,2012,87(1):862)である。そして、メキシコナマコ(Isostichopus badionatus)に由来のFGAGは、L−Fucが主にFuc−2S4S(〜96%)であり、クロナマコ(Holothuria vagabunda)に由来のFGAGは、L−Fucの種類としてブラジルナマコに似ており、ノルウェーマナマコ(Stichopus tremulus)に由来のFGAGは、Fuc3S4S(〜53%)、−2S4S(〜22%)及び−4S(〜25%)を含む(Chen SG,et al.Carbohydr.Polym.,2011,83(2):688)。
ナマコから得られるFGAGは、何れも高い抗凝固活性を示し(張佩文,中国薬理学と毒理学雑誌,1988,2(2):98;Paulo AS.etal.,J.Biol.Chem.1996,271:23973)、天然由来のFGAGも血小板凝集に対する誘導活性(Jiazeng L.et al,Thromb Haemos,1988,54(3):435;単春文,薬理と臨床,1989,5(3):33)及び第XII因子を活性化する接触活性を示すことが知られている(Roberto J.et al.Thromb Haemost.,2010,103:994)。また、マナマコ由来のFGAGを解重合することにより得られたDHGは、血小板凝集を弱める効果がある(Hideki N.etal.,Blood,1995,85(6):1527)。
ナマコ由来のFGAGの抗凝固活性について検討を行った結果、FGAGが薬理作用機序においてヘパリン、デルマタン硫酸と異なり、例えば、FGAGが第X因子活性化複合体に対して強い阻害活性を示すと共に、内因系第X因子活性化複合体による第X因子の活性化を阻害することができ、更に、ATIIIとHCIIに依存する抗トロンビン活性、第IIa因子を介する第XIII因子の活性化フィードバックを阻害する活性(Hideki N.,1995)、第XII因子の活性化を促進する活性(Roberto J.2010)を示すことが実証されている。通常、薬理作用機序に特異性がないと、抗凝固薬物は副作用として出血傾向を示す場合があるため(Bauer,Hematology,2006,(1):450)、薬理学標的に対するFGAGの選択性を高めるのが出血傾向の低減に有利である。
薬理学標的に対する天然由来のFGAGの選択性を高めるに当たって、その化学構造を変えることが1つの有効な手段であり、例えば、過酸化処理による天然FGAGの解重合(欧州特許公開EP0408770号,Kenichiro Y,1992)、脱硫酸化やカルボキシ基の還元(Paulo AS etal.,Thrombosis Research,2001,102:167)、酸処理による部分的加水分解(Yutaka Kariya,Biochem.J.,2002,132:335。Paulo AS etal.,Thrombosis Research,2001,102:167)等が挙げられる。現在、天然FGAGの分子量を下げることにより、例えば、血小板凝集に対する促進活性、ATIII及びHC−IIに依存の抗トロンビン活性を弱化する等、その薬理特性を変えるのが一般に行われている(樊絵曾ら,生化学雑誌,1993,9(2):146; 馬西,中華血液学雑誌,1990,11(5):241。Paulo AS etal.,J.Biol.Chem.1996,271,23973; Hideki Nagase etal.,Blood,1995,85(6):1527)。しかし、単に解重合することで抗凝固特性と標的特異性を両立させた抗凝固産物を得ることは困難である。例えば、マナマコに由来のFGAGの重量平均分子量(Mw)を約9kDとした場合、血小板凝集に対する促進活性を弱めることができるが(樊絵曾ら,生化学雑誌,1993,9(2):146)、適宜な抗凝固活性を示す解重合産物のMwは約12〜15kDaの範囲である(Nagase et al.,Thromb Haemost,1997,77(2):399; Kazuhisa M et al.,Kidney Int.,2003,63:1548; Sheehan et al.,Blood,2006,107(10):3876; 趙金華ら,CN101724086A)。側鎖フコースの加水分解及び部分的脱硫酸化は、何れもFGAGの抗凝固活性を大きく低下させ、若しくは失活させることができる。一方、カルボキシ基の還元は抗凝固活性に目立った影響を与えないが、出血傾向が目立ち、且つ血小板活性に一定程度の影響を与える可能性がある(Paulo AS et al.,Br J.Haematol.,1998,101:647; Paulo AS et al.,ThrombRes.2001,102:167)。
本発明者は、ナマコに由来のFGAGの抗凝固活性において構造活性相関関係に注目しつつ、FGAGの解重合方法について鋭意検討を行い、例えば、遷移金属イオンを触媒として過酸化処理による解重合法、β−脱離処理による解重合方法、脱アセチル化・脱アミノ化による解重合方法等を確立した(趙金華ら、CN101735336B; CN103145868A; CN103214591A)。そのうち、過酸化処理による解重合法は、解重合反応の効率と反応進行に対する制御性を高めることができ、β−脱離処理による解重合方法や脱アセチル化・脱アミノ化による解重合方法は、特殊な還元性又は非還元性を有する末端糖残基を得ることができると同時に、産物の品質制御性を著しく高めることができる。更に、本発明者は、FGAGの構成断片及び化学置換基(例えば、D−β−GlcUAに含まれるカルボキシ基、D−β−GalNAcに含まれるアセチルアミノ基等)の構造変性法、並びに、関連構造変性体の構造活性相関関係についても鋭意検討を行った結果(劉吉開ら,CN102558389A; 趙金華ら、CN102247401A; Zhao L.et al.CarbohydrPolym.2013,(98):1514; Lian W.et al.BBA,2013,1830:4681)、非特異的な脱硫酸エステル基以外、これらの構造変性法が何れもFGAGの主鎖及び側鎖の硫酸エステル化度と位置を変えることではできず、つまり、FGAGの主鎖及び側鎖の硫酸化パターンが専らその天然由来によって決められることを実証した。
以上で述べたように、由来の異なるFGAGの主鎖及び側鎖の硫酸化パターンに比較的大きな差異がある。本発明者が実験検証を行ったところ、バイカナマコに由来のFGAGの特徴として血小板促進活性が弱く(趙金華ら、CN101724086A; Wuet al.Food Chem.2010(122)716)、一方、L−Fuc側鎖における硫酸エステル基の置換パターンが比較的に複雑であるため(Mingyi W.,2010; Zhao L.,2013; Lian W.,2013)、解重合産物の構造確定、化学構造の均一性分析等の質量分析が困難であることが分かった。I.badionatusに由来のFGAGのL−Fuc側鎖が主にFuc2S4Sであることが知られ(〜96%,Chen SG,2011)、これはFGAG類化合物の構造研究に有益であるが、Fuc2S4Sの構造とFGAGの第XII因子促進活性が関連性を示すため(Roberto J.2010)、側鎖が主にFuc2S4SであるFGAGの実用化に制限がある。
ハネジナマコ(Holothuria scabra)の多糖体については既に研究報告があるが、総多糖体の製造方法と活性の初期検討(瀋鳴ら,中国海洋薬物,2003,91(1):1)、酸性ムコ多糖の初期的な理化学特性分析(陳健ら,食品与発酵工業,2006,32(10):123)及び抽出方法の検討(鄭艾初ら,現代食品科学技術,2007,23(5):65)に限られる。本発明者は、一連のナマコに由来のFGAGについて研究検討を行い、ハネジナマコの多糖体がFGAGに限らず、更に、構造と重合度が異なる幾つかの酸性フコイダン(Fucan sulfate)、及びグリコーゲン類似構造を有する中性多糖を含むことを実証した。酸性フコイダン及び中性多糖は、FGAGに近似する分子量を有するため、既に開示されている多糖類成分がハネジナマコ由来のFGAGに限らないことが考えられる。
多糖類の化学構造解析は技術面から言って一定の難度があるため、本発明者は、糖質化学分析、酵素学分析、特殊な誘導体の製造技術及びそのスペクトル分析技術を統合的に利用してハネジナマコ由来のFGAGの化学構造を分析し、ハネジナマコ由来のFGAGが非常に特別な化学構造特徴を有し、すなわち、そのL−Fuc側鎖が主にα−L−Fuc3S4Sである(全側鎖置換基の75%以上を占める)ことを見出した。NMRスペクトル及び微細構造の解析から、ハネジナマコ由来のFGAGの繰り返し構造単位が、例えば、上述のマナマコ、ブラジルナマコ(L.grisea)、バイカナマコ等といった数種のナマコに由来のFGAGの繰り返し構造単位に比べて規則性があるのが確認でき、このような化学構造の規則性はその実用化に有利であると認められる。
一方、ポリリン酸、RNA断片、エンドトキシン、過硫酸化コンドロイチン硫酸等といった様々なポリアニオン性物質は、第XII因子の活性化(接触活性化)を促進することができる(Mackman et al.,J Thromb Haemost.2010,8(5):865)。フコース側鎖の硫酸エステル化度の比較的高いFuc2S4S構造がFGAGの第XII因子促進活性に寄与すると報告があることから(Roberto J.,2010)、L−Fuc側鎖における硫酸エステル基の負電荷量がFGAGと第XII因子活性化の相互関係において極めて重要な構造特徴であると注目されつつある。しかしながら、驚くべきことに、本発明者による比較試験から、ハネジナマコ由来のFGAG主側鎖が何れも比較的大きい負電荷量を帯びているが(その主鎖におけるβ−D−GalNAcが主に4,6−ジ硫酸エステル基によって置換され、α−L−Fuc側鎖にしても75%以上が3,4−ジ硫酸エステル基によって置換されている)、プロトタイプと解重合産物の第XII因子促進活性が既知のナマコに由来のFGAGにおいて最も弱いという現象を確認した。
本発明者は、自ら開発した技術を用いて(趙金華ら、CN101735336A; CN103145868A; CN103214591A)ハネジナマコ由来のFGAGの解重合誘導体を製造し、更に実験検討を行ったところ、他の数種のナマコに由来のFGAG解重合産物に比べ、ハネジナマコ由来のFGAGの解重合産物が、例えば、Mwが約5〜8kDである場合に第X因子活性化複合体に対する阻害活性が最も強く、Mwが約5kDである場合に最も強いHCIIに依存の抗トロンビン活性を示す等、より低い分子量で(Mwが約4.5〜9kD)強い抗凝固活性を示すという驚きの研究結果を得た。そして、本発明者は、グリーフェーナマコ(P.graeffei)から側鎖が主にL−Fuc3S4Sであり且つ構造が類似するFGAG類化合物を抽出精製し、前記本発明者が確立した技術を用いて解重合産物を得た後、その解重合産物がハネジナマコ由来のFGAGの解重合産物に近似した抗凝固活性、並びに、第XII因子と血小板にさほど影響のない特性を示すことを見出した。
単に電荷量でなく、L−Fuc側鎖の硫酸エステル化パターンによってFGAG及びその誘導体の薬理特性が影響されることが既に知られている。側鎖が主にL−Fuc3S4SであるFGAGの解重合産物がより規則性のある繰り返し構造単位を有し、しかも抗凝固においてもより特異的な薬理特性を示している。
血栓症は人々とって1つの致死性病因であり、抗凝固薬物による治療が血栓症の予防と臨床治療において重要な役割を果たしている。現在、血栓症の臨床治療においてヘパリン類薬物が主に使われているが、出血リスクが高いといった欠陥を抱えている。ヘパリン類薬物による出血リスクは、広範囲に亘って凝固因子に対する影響及び血液凝固カスケードの共通経路に対する阻害作用が起因となり、第X因子活性化複合体とHCIIに依存の抗第IIa因子活性作用が抗凝固成分の出血リスクの低下に有効であると考えるようになっている。
ハネジナマコ、グリーフェーナマコ等のナマコに由来し、且つ側鎖が主にL−Fuc3S4Sである低分子グリコサミノグリカンは、強い抗凝固活性を示し、その抗凝固機構として第X因子活性化複合体とHCIIに依存の第IIa因子活性化に対する阻害作用が挙げられる。一方、側鎖が主にL−Fuc3S4Sである低分子グリコサミノグリカンは、繰り返し構造単位がより規則的であり且つ抗凝固においてもより特異的な薬理特性を示すため、血栓症の予防と臨床治療への実用化が期待されつつである。
本発明は、重量平均分子量(Mw)が4.5〜9kDであるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその薬学的に許容可能な塩、前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン又はその薬学的に許容可能な塩を含む薬物組成物、Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその薬物組成物の製造方法、並びに、前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン及びその薬物組成物を用いて得られる血栓症の治療薬及び/又は予防薬を提供することをその目的とする。
本発明の第1の目的は、Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩を提供し、前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物は、下記式(I)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカン混合物である。
[式(I)中、環Aは、β−D−グルクロン酸基又はそのカルボキシ基を還元して得られるβ−D−グルコシル基(β−D−GlcUA又はβ−D−Glc)である。そのうち、Rが−COO、−CHOH、−COR10であり、R10が各自独立して直鎖状又は分岐状の置換又は非置換のC1〜C6アルキル基、C7〜C12のアラルキル基である。
環Bは、置換のβ−D−2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基(β−D−GalNAc)である。そのうち、Rが−COCH又は−Hであり、R及びRが各自独立して−H又は−SO である。
環Cは、硫酸エステル化されるα−L−フコシル基(α−L−Fuc)である。そのうち、R、R及びRが各自独立して−H又は−SO であり、モル比でRが−H、R及びRが−SO であるα−L−フコシル基(α−L−Fuc3S4S)が全α−L−フコシル基において75%以上を占める。
は、下記式(II)又は式(III)に示す構造を有する置換基である。
式(II)及び式(III)中、環Aは、β−D−グルクロン酸基又はそのカルボキシ基を還元して得られるβ−D−グルコシル基(β−D−GlcUA又はβ−D−Glc)であり、環A’は、夫々4−デオキシ−スレオ−ヘキサ−4−エンピラノシルウロン酸基(ΔUA)であり、式中のRは、上記と同じである。
環Cは、α−L−フコシル基(α−L−Fuc)であり、そのうち、R、R及びRは、上記と同じである。
は、下記式(IV)、式(V)又は式(VI)に示す構造を有する置換基である。
式(IV)、(V)及び(VI)中、Bは、置換基を有するD−2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基(α/β−D−GalNAc)であり、B’は、置換基を有するD−2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトース−3−イルのアルデヒド基還元物であり、その糖アルコール、グリコシルアミン又はN−置換のグリコシルアミン誘導体であり、B”は、置換基を有する2,5−脱水タロース残基(anTal)又はその糖アルコール、グリコシルアミン又はN−置換のグリコシルアミン誘導体である。
そのうち、R及びRは、上記と同じであり、R11は、ヒドロキシ基、アミノ基、C1〜C6のアルキルアミノ基、C7〜C12のアリールアミノ基であり、R12は、カルボニル基、ジヒドロキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、C1〜C6のアルキルアミノ基、C7〜C12のアリールアミノ基である。
が式(III)に示す構造である場合、Rは、式(IV)又は式(V)に示す構造を有し、Rが式(VI)に示す構造である場合、Rは、式(II)に示す構造を有する。
nは、2〜20の整数であり、且つモル比でnが4〜9である化合物が全化合物において75%以上を占める。]
上記式(I)で表される化合物において、モル比でα−L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S置換基がL−フコシル基全体において75%以上を占める。
前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲であり、且つ多分散指数(polydispersity index、以下、「PDI」とも称する)の値が1.6以下である。
本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物において、好ましくは、重量平均分子量(Mw)が約4.5〜9kDの範囲であり、PDIが約1〜1.6の範囲である。当業者からすれば、本発明に係る混合物が一連の重合度の異なる上記式(I)に示す化合物で構成されることを容易に理解できる。上記式(I)に示す構造から分かるように、本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物は、上記式(I)の構造式において括弧で囲まれる部分、すなわち、−{−3)−D−GalNAc4S6S−(β1−4)−[L−Fuc−(α1−3)]−D−GlcUA−(β1−}−が特徴的な繰り返し構造単位を構成している。
構造断片を精製して検討を行った結果、n≧2の場合、式(I)の化合物がHCIIに依存の抗トロンビン活性を示し、nが約20以上である場合、式(I)の化合物が血小板活性を示す可能性があると確認できたため、本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物を製造する際、重合度nが<2、又は重合度nが>20の化合物を全部除外することとなる。好適な一実施形態において、重合度nが<3、又は重合度nが>15の化合物を可能な限り全部除外してもよい。
構造断片を精製してその活性について検討を行った結果、nが約4〜9の整数である場合、式(I)で表される化合物が抗凝固作用において比較的良い薬理特性を示すと確認できる。通常であれば、本発明で言う低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量及びPDI範囲において、前記混合物中のnが4〜9の化合物が全化合物において75%以上を占める。該比率は、通常、前記混合物を高効ゲル浸透クロマトグラフィー(HPGPC)にかけて得られるクロマトグラムの積分及び同族化合物の構造単位分子量に基づいて算出することができる。
本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩は、通常、ナマコに由来し且つFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを化学的に解重合することで製造される。そのうち、前記ナマコに由来のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、以下の特徴を有するものである。
1)前記グリコサミノグリカンは、特定のナマコから抽出したものであり、化学特徴として側鎖がフコース置換基によって置換されたグリコサミノグリカン誘導体(すなわち、フコシル化グリコサミノグリカンであり、本明細書において「FGAG」と称する場合がある)。
2)前記グリコサミノグリカンにおいて、単糖構成としてモル比が1:(1±0.3):(1±0.3)範囲のD−グルクロン酸、D−アセチルガラクトサミン及びL−フコースを含む。また、L−フコシル基において、3,4−ジ硫酸エステル基−L−フコシル基(Fuc3S4S)がモル比で75%以上を占める。
3)前記グリコサミノグリカンの単糖構成としてD−グルクロン酸とD−アセチルアミノガラクトースは、それぞれβ(1−4)グリコシド結合とβ(1−3)グリコシド結合を介して交互に連結されることにより主鎖を構成し、L−フコシル基は、側鎖としてα(1−3)グリコシド結合を介して主鎖のD−グルクロン酸に連結される。
異なるナマコ品種に由来のフコシル化グリコサミノグリカン(FGAG)は、基本化学構造において一定の近似性を有するが、主鎖と側鎖の糖残基における硫酸エステル化のパターンが若干異なる可能性がある。本発明に係るFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、その特徴的構造として、フコース側鎖の硫酸エステル化パターンが主に3、4位の置換である。本発明者は、このような構造特性を有するFGAGが新鮮又は乾燥のハネジナマコ(Holothuria scabra)やグリーフェーナマコ(Pearsonothuriagraeffei)の体壁及び/又は内臓に存在することを発見した。各地から獲られるナマコの品種が数千種に達し、現在に至るまでただそのうちの一部のナマコ品種についてそのグリコサミノグリカンをシステム的に研究検討が行われていることから、本発明で言うFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む他のナマコ品種が存在することを否定はできない。そこで、これらのナマコ品種から抽出したFGAGも当然ながら本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物製造に適用可能である。
以下に示されるように、ナマコに由来のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを用いて本発明の低分子グリコサミノグリカン混合物を製造する際、解重合法として、通常、β−脱離法、脱アミノ化による解重合法、及び過酸化による解重合法等を利用することができ、異なる解重合法及び解重合後に更に修飾することにより得られる産物は、末端構造が異なる場合がある。したがって、本発明は、更に下記式(VII)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物を提供する。
[式(VII)中、構造断片A、A’、B、B’、Cは、上記と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R11も上記と同じである。nは、3〜15の整数であり、nが4〜9である化合物がモル比で全化合物において75%以上を占める。]
式(VII)で表される化合物において、α−L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がL−フコシル基全体において75%以上を占め、且つ、
前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲である。
本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物は、下記式(VIII)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物であってもよい。
[式(VIII)中、構造断片A、B、B”、Cは上記と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R12も上記と同じである。nは、3〜15の整数であり、nが4〜9である化合物がモル比で全化合物において75%以上を占める。]
上記式(VIII)で表される化合物において、α−L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がモル比でL−フコシル基全体において75%以上を占め、且つ、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲である。
本発明者は、上記式(VIII)で表される化合物の還元性末端B”が2,5−脱水タロース(AnTal)である場合、前記AnTalのC1位置におけるカルボニル基が1分子の水を結合してジオール(AnTal−diol)式の水和物になり易いことを発見し、このような水和物又はジオール式の化合物も当然のことながら本発明の範囲内に含まれる。
本発明によって提供されるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物は、更に下記式(IX)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物であってよい。
[式(IX)中、構造断片A、B、B’、Cは上記と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R11も上記と同じである。nは3〜15の整数であり、nが4〜9である化合物がモル比で全化合物において75%以上を占める。]
上記式(IX)で表される化合物において、α−L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がモル比でL−フコシル基全体において75%以上を占め、且つ、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9.0kDの範囲である。
本発明に係る薬学的に許容可能な塩として、好ましくは、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属塩である。本発明におけるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物は、ナトリウム塩、カリウム塩又はカルシウム塩であることが好ましい。
本発明は、更に、本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩の製造方法を提供し、前記製造方法は、以下の工程を含む。
工程1:新鮮又は乾燥のハネジナマコ(Holothuria scabra)又はグリーフェーナマコ(Pearsonothuria graeffei)等の体壁及び/又は内臓からFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を抽出、精製する。ここで、ナマコ品種としてハネジナマコ又はグリーフェーナマコを使っているが、これらに制限されず、本発明の目的を達成できる前提で他の品種を使っても構わない。
本発明で言う抽出工程において、ナマコを細く切り砕き、更に粉砕又は均一にした後、水を抽出溶媒として用い、プロテアーゼ及び/又は無機塩基で処理することによりFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む抽出液を得る。また、前記精製工程において、エタノール及び/又はアセトン沈降法を採用し、更にイオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、透析法及び/又は限外濾過法を利用して完全精製及び/又は不完全精製のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を得る。
本発明において、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分とは、通常、1)前記多糖成分におけるグリコサミノグリカン部分が均一した分子量を有し、つまり、ゲル濾過カラムにおいて唯一の多糖ピークを示し、且つ多分散指数が1〜1.5の範囲であり、2)該多糖成分におけるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの含有率が約80%以上であることを意味する。そのうち、前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンとは、i)ナマコに由来のグリコサミノグリカン類多糖体であり、単糖構成としてモル比が1:(1±0.3):(1±0.3)の範囲であるD−グルクロン酸、D−アセチルアミノガラクトース及びL−フコースを含み、ii)L−フコシル基全体において、3,4−ジ硫酸エステル基−L−フコシル基がモル比で75%以上を占めることを意味する。
本発明で言うFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、現在、原料がハネジナマコ及びグリーフェーナマコの体壁及び内臓に限られているが、約1200種類に渡るナマコ(張春云ら、海洋水産物研究、2004,25(3):89)品種のうち、FGAGの分離と精製が行われたのは数品種だけであることから、本発明で言うFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの製造材料となるナマコ品種が上述のハネジナマコとグリーフェーナマコ両者に限らないのは明らかでもある。そこで、当業者であれば、本発明で言うFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンが他のナマコ品種から得られたとしても、本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩の製造に適用可能であると容易に理解できる。
工程2:工程1で得られた多糖成分におけるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを、重量平均分子量(Mw)が約4.5kD〜9kDとなるように解重合し、低分子グリコサミノグリカン混合物を得る。前記解重合法は、β−脱離解重合法(方法1)、脱アセチル化・脱アミノ化による解重合法(方法2)又は過酸化による解重合法(方法3)の何れかであってもよい。
方法1(β−脱離解重合法):前記「工程1」によって多糖成分を得た後、多糖成分中のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンに含まれるヘキスロン酸における遊離カルボキシ基の一部を、第4級アンモニウム塩化とエステル化反応によってカルボン酸エステル基に変え、カルボン酸エステル化度が約10%〜50%の前記多糖のカルボン酸エステル化物を得ると共に、該処理を利用して多糖成分に含まれる非酸性多糖類の不純物成分を除去する。そして、非水溶媒、アルカリ性試薬の存在下において、得られたカルボン酸エステル化物をβ−脱離処理して目的分子量範囲の解重合産物を得た後、分子量分画によって多糖成分に残存するフコイジン類不純物を除去する。
本発明者が提出した特許出願(出願番号:CN201310099800.9)において、β−脱離法を利用することによりFGAGを解重合する際の一般的な処理方法が開示されている。本発明の「方法1」において、「工程1」で多糖成分を得た後に、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンに含まれるヘキスロン酸の遊離カルボキシ基の一部をカルボン酸エステル基に変換するに先だって、前記多糖成分を第4級アンモニウム塩に変換することができる。通常、該処理は、「工程1」で得られた前記多糖成分の水溶液に塩化ベンゼトニウム等の第4級アンモニウム塩基を加えた後、遠心して4級アンモニウム塩の形で酸性多糖の沈降物を得ることにより遂行される。
ナマコから得られる多糖成分は、FGAGの他、更にフコイダン硫酸エステル(Fucan sulfate、以下において「FS」とも称する)及びグリコーゲンに類似の中性多糖類(neutral polysaccharide、以下において「NP」とも称する)を含む。一部のFSとNPがFGAGに近似する分子量範囲を示すため、ナマコ由来のFGAGを抽出精製する際、分画沈降法によって抽出物に含まれるFSとNPを完全に除去することが困難である。本発明によれば、「工程1」で得られた多糖成分を4級アンモニウム塩にする際、第4級アンモニウム塩によって中性多糖類成分を沈降できないことから、第4級アンモニウム塩の沈降物を遠心し、更に純水で洗い流すことにより、残存可能であり且つ分子量の分布が前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンに近似する中性多糖類を効率よく除去することができる。
前記酸性多糖類の4級アンモニウム塩沈降物を洗浄、乾燥した後、ジメチルホルムアミド(N,N−Dimethylformamide、以下において「DMF」とも称する)等の非プロトン性溶媒に溶解して化学量論量のハロゲン化炭化水素と反応させることにより、FGAG第4級アンモニウム塩のカルボン酸エステル誘導体を得ることができる。前記ハロゲン化炭化水素における炭化水素基として、C1〜C6の直鎖状又は分岐状、飽和及び/又は不飽和、置換又は非置換の脂肪族炭化水素基、置換又は非置換のC7〜C12芳香族炭化水素基等が挙げられ、特に制限されない。本発明において、好適なハロゲン化炭化水素として、臭化ベンジルと塩化ベンジルである。
好ましくは、本発明の目的産物の重量平均分子量が4.5〜9.0kDの範囲であり、β−脱離反応の実際反応效率を考慮すると、前記FGAGカルボン酸エステル誘導体のエステル化度が10%〜50%の範囲である。前記カルボン酸エステル誘導体のエステル化度は、H―NMRスペクトルから算出することができる。
FGAGカルボン酸エステル誘導体がアルカリ性の水と水含有溶媒において特に加水分解し易いため、本発明に係るFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンをβ−脱離により解重合する場合、アルカリ性試薬を含有する非水溶媒において前記カルボン酸エステル誘導体を解重合して目的産物を得る。本発明において、好適な非水溶媒としてエタノールが挙げられ、アルカリ性試薬としてナトリウムエトキシドが好ましい。
アルカリ性試薬の存在下において、FGAGカルボン酸エステル誘導体はβ−脱離反応によって解重合されるが、FSを含まないヘキスロン酸は解重合されない。その結果、多糖成分における分子量が近似するFGAGとFSは、β−脱離された後に分子量の範囲において大きな差異を示すこととなる。そして、ゲル濾過、限外濾過及び/又は透析処理を施すことにより解重合産物に残存するFS類成分を容易に除去することができる。そのため、β−脱離反応によって目的分子量の範囲で本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物を得るだけではなく、更に、多糖成分に残留するFS類多糖成分を効果的に除去し、本発明の目的産物の純度を高めることができる。
上述の方法で処理して得られるβ−脱離解重合反応の産物を精製し、本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物とすることがきる。これらのグリコサミノグリカン混合物において、一部のグルクロン酸はカルボン酸エステルを形成し、前記カルボン酸エステルのエステル基部分は、C1〜C6アルキル基、C7〜C12アラルキル基になっている。このようなカルボン酸エステル基含有の低分子グリコサミノグリカン混合物は、アルカリ性の水と水含有溶媒の何れかにおいてエステル基を加水分解することにより、カルボン酸エステルを含まない低分子グリコサミノグリカンを得ることができる。
更に、低分子グリコサミノグリカンに含まれるグルクロン酸基のカルボキシ基を、例えば、カルボジイミド類化合物の存在下において、水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤を用いて相応のヘキソシル基、すなわち、D−グルコシル基に還元することができる。
得られた低分子グリコサミノグリカンは、更に、還元性末端について還元処理を施してもよく、還元性末端のD−2−アセチルアミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換することができる。多糖体及び/又はオリゴ糖の還元性末端の糖残基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換するに当たって、当業者が熟知の方法を利用することができ、例えば、アルカリ性の条件、水素化ホウ素ナトリウム又はシアノ水素化ホウ素ナトリウムを用いて容易に還元性糖残基を糖アルコールに還元することができる。また、炭酸水素アンモニウムとシアノ水素化ホウ素ナトリウムを用いて還元性末端の糖残基を相応のグリコシルアミンに還元することができる。また、有機アミンの存在下において還元性末端を還元アミノ化することでき、該反応は、有機アミンと末端糖残基のC1位のアルデヒド基を反応させてシッフ塩基を形成し、更に、後者を還元剤の存在下で第2級アミンに還元してN置換のグリコシルアミンを得ることにより遂行される。
本発明の「工程2」のβ−脱離解重合法を用いて必要とされる低分子グリコサミノグリカン混合物を得るときの反応の流れをよりよく理解できるように、以下纏めて示す。
Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分(ナマコ多糖の抽出物)
↓(第4級アンモニウム塩に変換し、同時に中性多糖類を除去する)
Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの第4級アンモニウム塩を含む多糖成分
↓(カルボキシ基エステル化反応:非プロトン溶媒においてハロゲン化炭化水素と反応させる)
カルボン酸の一部がエステル化されたFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの第4級アンモニウム塩を含む多糖成分
↓β−脱離反応(非水溶媒において強塩基で処理する)
↓精製(ゲルクロマトグラフィー、限外濾過及び/又は透析)
カルボン酸の一部がエステル化されたFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン
(オプション)↓カルボン酸エステルの加水分解(水含有溶媒において塩基で処理する)
Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン
(オプション)↓カルボキシ基の還元(水含有溶媒において、カルボジイミド/還元剤で処理する)
カルボキシ基が還元された低分子グリコサミノグリカン
(オプション)↓末端の還元(水含有溶媒、アルカリ性の条件下において還元剤で処理する)
↓又は末端の還元アミノ化(炭酸水素アンモニウム/有機アミン及び還元剤で処理する)
末端基が相応のアミノヘキシトール又はグリコシルアミン及び置換グリコシルアミンの低分子グリコサミノグリカン
方法2(脱アセチル化・脱アミノ化による解重合法):前記脱アセチル化・脱アミノ化による解重合法(以下、「脱アセチル化・脱アミノ化解重合法」とも称する)は、硫酸ヒドラジンの存在下又は非存在下において、ヒドラジンを用いて「工程1」で得られた多糖成分を処理し、グリコサミノグリカン化合物中の約10〜35%のD−アセチルアミノガラクトシル基を脱アセチル化させ、部分的脱アセチル化物を得た後、亜硝酸で部分的脱アセチル化物を処理することにより脱アミノ化させて解重合し、還元性末端が2,5−脱水タロース残基である低分子グリコサミノグリカン混合物を得ることを含む。
本発明者が提出した別の特許出願(出願番号:CN201310127447.0)において、脱アセチル化・脱アミノ化解重合法を用いてFGAGを解重合する際の一般的な処理方法が開示されている。一般的に、「方法2」における部分的脱アセチル化反応は、「工程1」で得られるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を無水又は水含有ヒドラジンに溶かし、該多糖成分のヒドラジン溶液に更に少量の硫酸ヒドラジン又は塩酸ヒドラジンを加えて反応触媒としてもよく、若しくは直接に少量の硫酸又は塩酸を加えて反応触媒としてもよく、その後、加熱(例えば、60℃〜110℃)と攪拌しながら反応させ、多糖成分中のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの脱アセチル化度が約10%〜35%に達するようにする。前記脱アセチル化反応は、窒素ガス雰囲気において行われるのが好ましい。前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの脱アセチル化度は、H―NMRスペクトルから検出、確認することができる。
脱アセチル化産物の脱アミノ化解重合反応は、氷浴〜室温の条件下で行われ、つまり、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの脱アセチル化産物を含む多糖成分を水に溶解した後、亜硝酸溶液を加えて溶液のpHを約2〜5となるようにし、若しくはFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの脱アセチル化産物を含む多糖成分を直接にpH約2〜5の亜硝酸溶液に溶解する。通常、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの脱アセチル化産物を脱アミノ化することで速やかに且つ徹底に解重合することができ、5〜60分間の反応時間で反応が完全に行われる。酸性環境におけるフコース側鎖の脱落を回避するため、通常、該反応が終了した直後に炭酸ナトリウム等のアルカリ性溶液を加えてpHを約8〜9に調整し、反応を中止させる。
以上で述べたように、ハネジナマコ及びグリーフェーナマコ由来の多糖体に、FGAG以外、更にFS及びNP類多糖成分を含むのが一般的である。一部のFS及びNPがFGAGに近似する分子量範囲を有するため、ナマコ由来のFGAGを抽出精製する際、分画沈降法によって抽出物に含まれるFS及びNPを完全に除去するのは困難である。脱アセチル化・脱アミノ化解重合法を用いてFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を解重合する場合、FS及びNPが何れもヘキソサミンを含まないため、「方法2」の処理時に解重合反応が殆ど起こらず、方法2に従って処理した後、「工程1」で得られる多糖成分において、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンと近似した分子量分布を有するFS及びNPの分子量が余り変わらず、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの分子量のみが顕著に低下することになる。そこで、分子量分布に顕著な差異があることから、ゲルクロマトグラフィー、限外濾過及び/又は透析法を利用して多糖成分におけるFS及びNP類多糖成分容易に除去することができる。
同様に、低分子グリコサミノグリカンに対してカルボキシ基の還元処理を施してもよく、よって、D−グルクロン酸基をD−グルコシル基に還元することができる。また、還元性末端についても還元処理を施すことができ、還元性末端の2,5−脱水タロース残基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換することができる。低分子グリコサミノグリカンのカルボキシ基及び還元性末端の糖残基を還元する方法は、上記方法1のとおりである。
本発明の「工程2」の脱アセチル化・脱アミノ化解重合法を用いて必要とされる低分子グリコサミノグリカン混合物を製造するときの反応の流れを、以下に纏めて示す。
Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むナマコ多糖体の抽出物
↓ヒドラジン分解(硫酸ヒドラジン又は塩酸ヒドラジンの何れかをヒドラジン触媒とする)
部分的脱アセチル化したFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分
↓脱アミノ化解重合(水含有溶媒において、亜硝酸で処理する)
↓精製(ゲルクロマトグラフィー、限外濾過及び/又は透析)
Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン
(オプション)↓末端の還元化(水含有溶媒、アルカリ性の条件下において還元剤で処理する)
↓又は末端の還元アミノ化(炭酸水素アンモニウム/有機アミン及び還元剤で処理する)
末端基がアミノヘキシトール又は相応のグリコシルアミン、置換グリコシルアミンである低分子グリコサミノグリカン
方法3(過酸化処理による解重合法):該方法は、Cu2+の存在下、終濃度が3%〜10%のHを用いて「工程1」で得られた精製済みのグリコサミノグリカン混合物の水溶液を処理することにより、期待の分子量範囲を有する低分子グリコサミノグリカン混合物を得ることを含む。
過酸化処理による解重合法(以下、「過酸化解重合法」とも称する)の詳細は、本発明者の発明特許(特許公告番号:CN101735336B)に開示されている。「工程1」で得られるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分に、FGAG以外、近似した分子量分布を有するFS及びNP類多糖成分を含んでおり、前記β−脱離解重合法及び脱アセチル化・脱アミノ化解重合法がグリコシド結合に対して選択性を示すため、ヘキスロン酸とヘキソサミンを含むFGAGを解重合することができるが、FSとNP類多糖を解重合することができない。一方、過酸化処理によるFGAG、FS及びNPの解重合效率に差異が存在するが、何れに対しても一定の程度で解重合することができるため、解重合産物の分子量の差異によってFSとNP類多糖成分を除去しようとする場合には一定の難度がある。そこで、産物の精製には更に陰イオン交換クロマトグラフィー等による精製が必要である。
上記と同様に、低分子グリコサミノグリカンに対してカルボキシ基の還元処理を施してもよく、よって、D−グルクロン酸基をD−グルコシル基に還元することができる。また、還元性末端についても還元処理を施すことができ、還元性末端のD−2−アセチルアミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換することができる。低分子グリコサミノグリカンのカルボキシ基及び還元性末端糖残基を還元する方法は、上記方法1のとおりである。
本発明において、上記方法1〜方法3の何れかを用いて製造した解重合産物及び末端還元処理が施された解重合産物は、エタノール及び/又はアセトン沈降法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、透析法及び/又は限外濾過法等の当分野で熟知の方法を用いて精製することができ、更に、減圧乾燥及び/又は凍結乾燥してFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物の固形体を得ることができる。
また、「工程2」の方法における「方法1」は、式(VII)で表される低分子グリコサミノグリカン混合物の製造に、「方法2」は、式(VIII)で表される低分子グリコサミノグリカン混合物の製造に、「方法3」は、式(IX)で表される低分子グリコサミノグリカン混合物の製造に夫々好適である。前記式(VII)、式(VIII)及び式(IX)で表されるグリコサミノグリカン類化合物は、何れも本発明の式(I)で表されるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物の範囲内に含まれる。本発明の好適な一実施形態において、「工程2」における「方法1」又は「方法2」を用いて本発明のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物を製造する。
したがって、本発明は、更に、上記式(VII)で表されるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩の製造方法を提供する。該製造方法において、「工程2」の「方法1」に記載のβ−脱離法を用い、「工程1」で得られるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を解重合する。また、「方法1」におけるエステル化反応は、工程1で得られる多糖成分中のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを第4級アンモニウム塩に変換した後、非プロトン性の溶媒系においてハロゲン化炭化水素又は芳香族ハロゲン化合物と反応させてエステル化度が約10%〜50%のグリコサミノグリカンカルボン酸エステル化物を得ることである。β−脱離反応において、非水溶媒は、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、CHCl、CHCl、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる1種以上であり、アルカリ性試薬は、NaOH、KOH、C1〜C4のナトリウムアルコキシド、エチルジアミン、トリ−n−ブチルアミン、4−ジメチルアミノピリジン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる1種以上である。「方法1」により製造された解重合産物については、カルボン酸エステルの加水分解、カルボキシ基の還元処理を施してもよく、更に、末端還元処理を施すことができ、還元性末端のD−2−アセチルアミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換することができる。前記解重合産物及び末端還元処理が施された解重合産物は、エタノール及び/又はアセトン沈降法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、透析法及び/又は限外濾過法を用いて精製した後、減圧乾燥及び/又は凍結乾燥してFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物の固形体にすることができる。
また、本発明は、更に、式(VIII)で表されるFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩の製造方法を提供する。該製造方法において、前記「工程2」の「方法2」に記載の脱アセチル化・脱アミノ化法を用い、「工程1」で得られるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を解重合する。また、「方法2」におけるヒドラジン処理は、前記グリコサミノグリカンの混合物を無水ヒドラジン又はヒドラジン水和物の溶液に溶解し、硫酸ヒドラジンの存在下又は非存在下において反応させることにより遂行される。「方法2」における亜硝酸処理は、氷浴〜室温の条件下において部分的脱アセチル化物をpH2〜5の亜硝酸溶液に溶解し、5分間〜60分間反応させた後、溶液をアルカリ性に調整して反応を中止することにより遂行される。「方法2」によって製造された解重合産物は、カルボキシ基を還元することでグルクロン酸基をグルコシル基に変換することができる。更に、末端還元処理により還元性末端の2,5−脱水タロース残基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換することができる。前記解重合産物及び末端還元処理が施された解重合産物については、エタノール及び/又はアセトン沈降法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、透析法及び/又は限外濾過法を用いて精製した後、減圧乾燥及び/又は凍結乾燥してFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物の固形体にすることができる。
本発明者は、品種の異なる一連のナマコに由来のFGAGを対比しながら検討を行い、構造上の差異によっては各品種に由来のFGAGが第XII因子及び血小板に対して異なる活性を示し、そのうち、ハネジナマコに由来のFGAGが比較的弱い活性又は最も低い活性を示すと同時に、比較的に強い抗凝固活性示すことを確認した。本発明において、各品種のナマコに由来のFGAGの抗凝固・凝固促進活性における差異が多糖体の硫酸エステル基の含有量と直接に関係せず、ハネジナマコに由来のFGAGが特殊な硫酸エステル基の置換パターンを示し、特に、Fuc3S4Sを特徴とする側鎖の硫酸エステル基の置換パターンを有するため、特異的な抗凝固活性を示すことを確認した。
バイカナマコに由来のFGAG解重合産物の抗凝固活性が重量平均分子量(Mw)に影響されることが既に知られている(趙金華ら、CN101724086A)。しかし、本発明者は、ナマコに由来の一連の分子量を有するFGAG解重合産物の活性について比較研究を行い、その結果、重量平均分子量がハネジナマコに由来FGAG解重合産物の抗凝固活性に対して上記とは異なる影響を与えるという驚きの現象を発見した。
つまり、分子量が約65kD〜約6.5kDの範囲において、分子量が約10kD以下である場合、バイカナマコFGAG解重合産物による第X因子活性化複合体(f.Xase)の阻害活性が分子量の低下につれて顕著に低下し、また、分子量が約65〜6.5kDの範囲において、そのヘパリンコファクターII(HCII)に依存の抗トロンビン(第IIa因子)活性がほぼ一定のレベルを維持し、分子量が約10〜12kDである場合に少し高くなり、それ以上の分子量では逆に低下する。
また、分子量が約65kD〜約3.5kDの範囲において、ハネジナマコに由来のFGAGの解重合産物は、分子量が約5〜8kDであっても第X因子活性化複合体に対して強い阻害活性を示し、一方、そのHCIIに依存の抗第IIa因子活性が分子量の減少につれて増強し、約5kDの分子量で最も強い活性を示す。
バイカナマコに由来のFGAGの解重合産物と同様に、ハネジナマコに由来のFGAGの解重合産物は、人コントロール血漿の活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)を倍増するときの活性が分子量の減少につれて低下するが、分子量が約10kD未満であると、バイカナマコに由来のFGAGの解重合産物を用いてAPTTを倍増するときの薬物濃度が6μg/mL以上を満足する必要があり、分子量が約6kDになると、ハネジナマコに由来のFGAGの解重合産物を用いてAPTTを倍増するときの薬物濃度が6μg/mL以下となる。
以上のことから、バイカナマコ等のナマコに由来のFGAGの解重合産物に比べ、ハネジナマコに由来のFGAGの解重合産物がより優れた抗凝固特性を示し、つまり、ナマコに由来し且つフコース側鎖が主にFuc3S4Sで構成されるFGAGの解重合産物がより優れた抗凝固特性を有することが分かる。主鎖構造が似ており、すなわち、バイカナマコ及びハネジナマコに由来のFGAGは、主鎖のヘキソサミンが何れもβ−D−GlcNAc4S6Sであるため、解重合産物の薬理特性がその特異的なフコース側鎖の置換パターンによって決められると考えられる。一方、グリーフェーナマコに由来のFGAGの解重合産物は、ハネジナマコに由来FGAGに近似する構造を有するが、フコース側鎖の置換基が主にFuc3S4Sで構成され、ハネジナマコに由来のFGAGの解重合産物と類似した抗凝固活性を示すことから、Fuc3S4S側鎖のフコシル基の構造特性がFGAG解重合産物の抗凝固活性に直接に関連すると認められる。
血栓症は人々の健康と生活の質を大いに脅かす1つの主な致死性病因であり、抗凝固薬物を用いる治療が血栓症の予防と臨床治療において重要な役割を果たしている。現在、血栓症の臨床治療においてヘパリン類薬物が主に使われているが、出血リスクが高いという欠陥を抱えている。ヘパリン及び低分子ヘパリン系薬物は、抗トロンビンIII(ATIII)に依存して第IIa因子と第X因子(f.Xa)を阻害する活性によってその薬理効果を発揮する。既知のこととして、第X因子活性化複合体及びHCIIに依存の抗第IIa因子活性が、抗凝固薬物の出血リスク低下に有利である。したがって、血栓症の予防と臨床治療において、ハネジナマコ等のナマコに由来し且つ側鎖が主にFuc3S4Sで構成されるFGAGの解重合産物が極めて重要な役割を果たすと期待されつつである。
したがって、本発明は、更に前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物又はその薬学的に許容可能な塩を含む薬物組成物を提供し、該薬物組成物は、抗凝固効果を示す有効量で前記低分子グリコサミノグリカン混合物又はその薬学的に許容可能な塩、及び賦形剤を含んでなる。
本発明に係る薬物組成物は、低分子糖類化合物を有効成分とし、経口投与で生体利用度に限界があるため、非経口投与製剤にするのが好ましく、例えば、静脈内投与、筋肉内投与、皮下注射等の方式で投与することができる。
全身投与に適した製剤として、注射用水溶液、使用直前で水溶液に調製可能な凍結乾燥粉体等を含む。したがって、本発明に係る薬物組成物として、好ましくは、注射用水溶液又は注射用凍結乾燥粉体の形態である。
本発明に係る低分子グリコサミノグリカン混合物は、良好な水溶性を示すため、水溶液を調製する際に補助溶媒及び/又は界面活性剤を添加する必要がない。溶液の浸透圧及び/又はpH値を調整するために、薬用添加剤として塩化ナトリウム等の無機塩、リン酸塩等の緩衝塩を添加することができる。
使用直前で水溶液に調製可能な凍結乾燥粉体として、浸透圧及び/又はpH値を調整するために薬学的に許容可能な無機塩及び/又は緩衝塩を添加する以外、更に、マンノース等の製剤成形に有利な薬用賦形剤を添加することができる。
本発明の薬物組成物において、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の有効量とは、1回及び/又は数回連続して投与した後に被投与者の内因系凝固活性を顕著に且つ適宜に抑制することのできる量を指すものであり、一般的には、被投与者の血漿APTT時間を約0.5〜1.5倍に延長することのできる量である。そのため、投与回数が1回に限る場合、製剤1単位当たりに本発明の低分子グリコサミノグリカン混合物を約20mg〜約100mgの範囲で含むことができ、点滴静脈注射等の場合には実状況に合わせて適宜調整することも可能である。
本発明に係るFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物が抗凝固・抗血栓活性を示し、血栓症の予防と臨床治療に有望である。そのため、本発明は、更に、前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン誘導体又はその薬学的に許容可能な塩の、血栓症治療薬及び/又は予防薬の製造における用途を提供し、前記血栓症は、静脈血栓塞栓、動脈血栓塞栓、虚血性心疾患又は虚血性脳血管障害を含み、特に制限されない。
本発明は、更に、前記Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカンを含む薬物組成物を用いて得られる、血栓症治療薬及び/又は予防薬を提供し、前記血栓症は、静脈血栓塞栓、動脈血栓塞栓、虚血性心疾患又は虚血性脳血管障害を含み、特に制限されない。
Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分のHPGPCクロマトグラムである。 Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物dHSG−1のH/13C NMRスペクトルである。 dHSG−1のH−H COSY、ROESY及びTOCSYスペクトル(局部)の重ね合わせ図である。 Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物dHSG−3のH/13C NMRスペクトルである。 dHSG−3のH−H COSY、ROESY及びTOCSYスペクトル(局部)の重ね合わせ図である。 異なるナマコに由来の解重合物dFGAGのH−NMRスペクトルである。 異なる品種から得られるFGAG及びdFGAGの第XII因子活性に対する影響を示す図である。 一連の分子量を有するHSG及びdHSGの第X因子活性化複合体活性に対する影響を示す図である。
以下、図面を参酌しつつ、具体的な実施例を挙げて本発明を詳述する。以下の実施例は、本発明を例示したに過ぎず、本発明の範囲がこれらによって制限されない。
実施例1:Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分(HSG−1、HSG−1、HSG−3)の抽出と精製
1.1 材料
原料として、ハネジナマコ(Holothuria scabra)乾燥品は、市販のものであった。試薬として、パパインは、8×10U/gであり、広西南寧厖博バイオテック社製であった。NaOH、KCOCH、H、エタノール等は、何れも市販の分析用試薬であった。
1.2 抽出と精製
抽出:ハネジナマコ乾燥品1000gを細かく切り砕き、丸底フラスコに入れた後、純水10Lを加えて一夜浸した。そして、温度を50℃に上げた後、パパイン5gを加えて均一になるまで攪拌し、50℃で攪拌しながら6時間かけて分解消化した。そして、水酸化ナトリウム固体を加えて濃度が約0.5Mとなるようにし、60℃で2時間処理した後、6Nの塩酸を用いてpH値を6〜7に調整し、室温に冷却させてから4000rpm×15分間遠心した。沈降物を捨て、得られる上澄み液にエタノールを加えて終濃度が70%(体積比)となるようにし、4℃で静置し、遠心して沈降物(すなわち、ハネジナマコ多糖体の粗品)を回収した。
精製:得られたハネジナマコ多糖体の粗品を純水2Lに再溶解し、4000rpm×15分間遠心して不溶物を除き、上澄み液を2NのNaOHでpH値が約9.5となるように調整し、Hを加えて終濃度が約3%(体積比)となるようにした後、50℃で攪拌しながら2時間反応することにより脱色させた。脱色反応液に終濃度が約0.5Mになるように酢酸カリウムを加えた後、エタノールを加えて溶液のアルコール濃度が約40%(体積比)となるようにし、室温で4時間静置し、4000rpm×15分間遠心して沈降物を得た。得られた沈降物を純水1Lに再溶解し、更に酢酸カリウムを加えて終濃度が約0.5Mになるようにし、エタノールを加えて溶液のアルコール濃度が約40%(体積比)となるようにし、室温で4時間静置し、4000rpm×15分間遠心して沈降物を得た。得られた沈降物を200mLの80%エタノール(体積比)2回洗浄し、減圧乾燥してFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分1(HSG−1)約13.26gを得た。
ハネジナマコ多糖成分1(HSG−1)約6.0gを純水500mLに溶かし、Minipole限外濾過装置において100kDの限外濾過カセットを用いて濾過することにより濾液を得た後、濾液を更に同じ装置において30kDの限外濾過カセットを用いて濾過し、得られた捕獲液を凍結乾燥してFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分2(HSG−2)約5.33gを得た。
更に、ハネジナマコ多糖成分1(HSG−1)約4.0gを純水50mLに溶かした後、DEAE−セルロースカラム(Φ:5cm、カラム用量:400mL)に注入し、水400mLで(流速:4ml/分間)洗い流し、濃度勾配が0.5M〜2MのNaCl水溶液で溶出し、自動回収装置を利用して10mL/画分で溶出液を回収した。アゾール溶液を用いる異調染色法により酸性ムコ多糖を含む画分を検出し、酸性ムコ多糖を含む画分を回収してから30kDの透析膜を用いて透析し、凍結乾燥してFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分3(HSG−3)約3.25gを得た。
1.3 検出と分析
1)HPGPC分析:純水を用い、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分HSG−1、HSG−2及びHSG−3を5mg/mLの試料溶液に調製した。HPGPC分析の条件として、Agilent 1200高速液体クロマトグラフ、Shodex SB−804HQ(8.0mm ID×300mm)カラムを用い、カラム温度が35℃であり、試料注入量が20μLであった。また、移動相として0.1MのNaCl溶液を用い、流速が0.5ml/分間であり、RID検出器及びDAD検出器を用いて検出を行った。
ハネジナマコ多糖成分HSG−1、HSG−2及びHSG−3のHPGPC分析結果を図1に示す。図1に示すように、HSG−2は、保持時間(RT)が約19分間の多糖成分(主にFGAGである)のみで、HSG−1は、主ピーク以外、更に保持時間(RT)が約14分間のピーク(主にFSである)、RTが約22分間のピーク(主にペプチド類成分である)を示した。また、主ピーク以外、HSG−3は、RTが約14分間のピークとRTが約22分間のピークが何れもHSG−1に比べて弱めになっていた。
2)分子量の測定:純水を用いてHSG−1、HSG−2、HSG−3、及び一連の分子量を有するFGAG標準品(中科院昆明植物研究所製、HPLC−LALLS法により定量化したものである)を10mg/mLの試料溶液に調製し、各HPGPCクロマトグラムを利用して分子量を測定した。
HPGPC分析時の条件として、Agilent 1200高速液体クロマトグラフ、Shodex SB−804HQ(8.0mm ID×300mm)カラムを用い、カラム温度が35℃であった。試料注入量が20μL、移動相が0.1MのNaCl溶液、流速が0.5mL/分間であり、RID検出器及びDAD検出器を用いて検出を行った。
HPGPC分析結果から、HSG−1、HSG−2及びHSG−3夫々のFGAGを含む主ピークで反映される多糖成分の重量平均分子量(Mw)が約63.2kD、63.5kD及び64.2kDであり、数平均分子量(Mn)が約56.5kD、59.7kD及び58.9kDであり、多分散指数(PDI)が夫々約1.12、1.06及び1.09であるのが確認できた。この結果から、更に、HSG−1、HSG−2及びHSG−3の多糖成分におけるFGAG画分(主ピーク)が良好な均質性を有することが確認できた。
3)単糖構成の分析:HSG−1、HSG−2及びHSG−3の単糖構成の分析において、夫々Elson−Morgon法、m−ヒドロキシジフェニル法及びシステインフェノール法(張惟傑,糖複合体の生化学研究技術(第2版)、浙江大学出版社、1999)を用いて前記多糖成分におけるアセチルガラクトサミン、グルクロン酸及びフコースの含有量を測定した。HSG−1、HSG−2及びHSG−3の単糖構成の分析結果を下記表1に示す。分析結果から、3種類の単糖成分に含まれるヘキスロン酸、ヘキソサミン及びフコースのモル比が何れも1:(1±0.3):(1±0.5)の範囲であるのが確認できた。比較的に、FS類多糖成分(RTが〜14分間である)の残留に起因してHSG−1においてフコースのモル比が比較的高くなり、一方、HSG−2及びHSG−3においてヘキスロン酸、ヘキソサミンの含有量が比較的高く、精製による影響も大きいと認められる。
図1に示されるように、HSG−2は、保持時間が〜14分間のピークを殆ど含まず、Fucの量がGlcUA及びGalNAcを上回り、FucとGlcUAのモル比もHSG−3より高くなっているのが確認でき、後述のように、これらの多糖成分に分子量分布がFGAGに近似するFSが含まれているからである。
実施例2:過酸化解重合法によるハネジナマコ多糖成分の解重合、及びFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−1)の製造
2.1 材料
HSG−2として、実施例1においてハネジナマコ(Holothuria scabra)乾燥品から抽出、精製したFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を用い、Mwが〜63.5kD、PDIが〜1.06であった。試薬としてNaCl、CHCOONa、NaOH、H、Cu(CHCOO)等は、何れも市販の分析用クラスであった。
2.2 製造
実施例1で得られたHSG−2を100.3mg取って10mLの反応チューブに入れ、水3mLで溶かした後に87.2mgのNaCl加えて濃度を0.5Mにし、204.1mg合酢酸ナトリウム・3水和物使酢酸ナトリウム204.1mgを加えて濃度を0.5Mにし、そして、酢酸銅2.4mgを加えて濃度を4.01nMにしてから10%のHを0.4mL加えた。その後、0.1MのNaOHを用いて反応液を約pH7.5に調整し、35℃で解重合した。40分間置きにサンプル10μLを取ってアルコールで沈降させ、水で再溶解してHPGPCを用いて反応終点を確定し、解重合反応が3時間経過した時点で反応を中止した。反応液にエチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム10mgを加え、更に無水エタノール7.5mLを加えて静置し、3000rpm×15分間遠心し、得られた上澄みを捨て、得られた沈降物を水3mLで再び溶解した後、OH型のDEAE陰イオン交換カラムとH型の陽イオン交換カラムで精製し、酸性ムコ多糖を含む画分を回収した。該画分を0.1MのNaOH溶液を用いて中性に調整し、1kDの透析バッグに入れて48時間透析し、捕獲液を凍結乾燥してFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン産物1(dHSG−1)75mgを得た。
2.3 検出
方法:HPGPC法を用いて分子量及び分子量分布を測定した。Elson−Morgon法を用いてアセチルガラクトサミン(D−GalNAc)の含有量を測定し、カルバゾール法を用いてグルクロン酸(D−GlcUA)の含有量を測定し、H―NMRスペクトルに基づき、メチルピークの面積を積分することによりD−GalNAc/L−Fucのモル比を算出した。NMRスペクトルの測定に、スイスBruker社のAVANCE AV 500超伝導核磁気共鳴装置(500MHz)を用いた。
HSG−2及びその過酸化解重合産物dHSG−1の理化学特性、及び単糖構成の分析結果を下記表2に示す。表2に示されるように、HSG−2に比べ、dHSG−1の分子量が7倍以上低下した。単糖構成の分析結果から、HSG−2及びdHSG−1のヘキソサミン、ヘキスロン酸の構成比がほぼ一定であり、デオキシヘキソース(Fuc)の構成比が若干低下するのが確認でき、FS類不純物量の低下によるものであると考えられる。
図2〜3に、dHSG−1の核磁気共鳴スペクトル(局部)を示す。図2AのH―NMRスペクトルにおいて、5.0〜5.7ppmの範囲で5.32ppmに現れた信号ピークはα−L−Fuc末端基によるものであった。また、H−H COSYスペクトルから、そのC2、C3及びC4位置におけるプロトン信号は、夫々約3.96、4.53、4.96ppmに位置するのが確認できた。一方、C6位置のメチル信号は、約1.2〜1.4ppmに現れ、C5位置のプロトン信号は、約4.88ppmに現れた。未置換Fucの関連プロトン信号に比べ、プロトン信号が低磁場側に0.6ppm以上もシフトしたため、そのC3、C4位置が硫酸エステル基に置換されたと判断でき、つまり、dHSG−1に含まれるFucが主にα−L−Fuc3S4Sであるのが分かった。図2〜3から、更に、dHSG−1に少量のα−L−Fuc4Sと−2S4Sを含むのが確認できた。H―NMRスペクトルにおけるα−L−Fuc末端基の水素信号を積分することにより、dHSG−1に含まれるフコース側鎖において、Fuc3S4S、Fuc4S、Fuc2S4Sが夫々約82%、12%及び6%を占めるのが確認できた。
13C―NMRスペクトル(図2B)から、α−L−Fuc3S4Sの末端基信号が約102ppm、メチル信号が約18.6ppmに位置するのが確認でき、糖環における他の炭素信号については、H−13C HSQCスペクトルに基づいて確定することができる。そのうち、未置換Fucの同一位置の炭素信号に比べ、C3及びC4位置の炭素信号ピークが低磁場側にシフトし、これらの位置が硫酸エステル基により置換されているのが確認できた。
β−D−GlcUA末端基の炭素信号が約105.6ppmに現れ(図2B)、HSQCスペクトルからその末端基の水素信号が約4.48ppmに位置し、H−H COSYスペクトルからそのC2〜C5位置のプロトン信号が夫々約3.62、3.66、3.94及び3.70ppmに位置するのが確認できた。未置換α−D−GlcUAの同一位置のプロトン信号に比べ、C3、C2位置のプロトン信号が低磁場側に約0.3〜0.5ppmシフトし、また、H−H ROESYスペクトル(図3)から、HSGに含まれるα−L−Fuc3S4Sがα1−3グリコシド結合を介してβ−D−GlcUAに連結されているのが確認できた。
β−D−GlcUAのC6信号とβ−D−GalNAcのC7信号が重なり、糖環における他の13C信号は、H−13CHSQCスペクトルに基づいて確定することができる。そのC3信号は約82ppmに現れ、非置換のC3信号に比べて低磁場側に約3〜4ppmシフトしていることから、該位置がフコース側鎖によって置換されているのが更に実証された。
β−D−GalNAcの末端基13C信号(約102ppm、図2B)及びH−13C HSQCスペクトルに基づき、末端基のプロトン信号が約4.58ppmに位置し、また、H−H COSYスペクトルに基づき、そのC2〜C5位置のプロトン信号が夫々約4.05、3.92、4.79及び4.01ppmに位置し、C6位置のプロトン信号が約4.23及び4.31ppmに位置するのが確定できた。未置換β−D−GalNAcの同一位置のプロトン信号に比べ、そのC4、C6位置におけるプロトン信号が低磁場側へ約0.5〜0.7ppmシフトしていることから、dHSG−1に含まれるヘキソサミンが主にβ−D−GalNAc4S6Sであると確定できた。β−D−GalNAcのアセチル基における特徴的なメチルプロトン信号は、約2.04ppmに現れた。
13C―NMR及びDEPT135スペクトルにより、C6位置のメチレン基ピークが約69.6ppmに位置し、未置換β−D−GlcUAのC6ピークに比べて低磁場側へ約6ppmシフトしているのが確認でき、そのC6が硫酸エステル基により置換されているのが実証できた。β−D−GalNAcの特徴的なC2及びC8信号は、約54ppm及び約25ppmに位置し、アセチルガラクトサミンの構造特性と一致した結果となっているのが確認できた。C3〜C5位置の13C信号は、H−13C HSQCスペクトルに基づき夫々確定でき、表3に示された通りである。一方、C7信号がβ−D−GlcUAのC6信号と重なるのが確認できた。
化学構造の解析から、dHSG−1は、側鎖が主にα−L−Fuc3S4Sによって置換された(約82%)グリコサミノグリカン誘導体であり、以下の構造単位を有することが確認できた。
{−4)−[L−Fuc3S4S−(α1−]−3)−D−GlcUA−(β1−3)−D−GalNAc4S6S−(β−}
化学構造の解析から、既知のFGAG類成分に比べ、dHSG−1は、1)側鎖のフコシル基が主にα−L−Fuc3S4Sであり、2)主鎖のGalNAcに、4,6−ジ硫酸置換が存在することが特徴であると確認できた。また、文献に開示されているマナマコ、バイカナマコ、巴西ナマコに由来のFGAGに比べ、dHSG−1側鎖の置換基が余り変わらず(主にα−L−Fuc3S4Sである)、主鎖ヘキソサミンのC6位置が全て硫酸エステル基によって置換されているため(主にβ−D−GalNAc4S6Sである)、化学構造において良好な均一性を有すると認められる。
実施例3:脱アセチル化・脱アミノ化解重合法によるハネジナマコ多糖成分の解重合、及びFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−2)の製造
3.1 材料
HSG−3として、実施例1においてハネジナマコ(Holothuria scabra)乾燥品から抽出、精製したFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を用い、分子量が〜64.2kD、PDIが〜1.09であった。試薬として、ヒドラジン水和物、硫酸ヒドラジン、無水エタノール、水素化ホウ素ナトリウム等は、市販の分析用クラスであった。
3.2 製造
1)部分的脱アセチル化物の製造:実施例1で得られるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含むハネジナマコ多糖成分HSG−3 60mgを反応チューブに入れ、触媒として硫酸ヒドラジン14.5mgを加えた後、ヒドラジン水和物1.45mLを加え、窒素ガス雰囲気、回転速度250rpmで攪拌しながら70℃温度で12時間加熱反応させた。反応終了後、反応液にエタノールを加えてエタノール終濃度が80%(体積比)となるようにし、3000rpm×15分間遠心して沈降物を得た。得られた沈降物を5mLの80%(体積比)エタノール水溶液で3回洗浄し、脱イオン水で溶解してから3.5kDの透析バッグで純水に対して3日間透析を行い、捕獲液を凍結乾燥してHSG−3の部分的脱アセチル化物53.0mgを得た。H―NMR分析により、産物の脱アセチル化度が約12%であると確認できた。
2)脱アミノ化解重合産物dHSG−2の製造:上記工程1)で得られたHSG−3の部分的脱アセチル化物40mgを反応フラスクに仕込み、水2mLを加えて溶解した後、氷浴の条件下において5.5Mの亜硝酸溶液(pH4)4mLを加え、氷浴の条件下において10分間反応させて解重合した。そして、0.5MのNaOH溶液でpH9〜10に調整して反応を中止した。
3)末端基還元と産物の精製:上記工程2)で得られた反応液に、0.5mol/L水素化ホウ素ナトリウムを含む0.1mol/L水酸化ナトリウム溶液2mLを加え、50℃で40分間加熱して亜硝酸を用いて解重合して得られる産物のアルデヒド基を還元した。反応終了後、室温に戻し、0.5MのHSOを滴下して過剰量の水素化ホウ素ナトリウムを除去し、最後に0.5MのNaOH溶液を用いて反応液を中和した。その後、1.0kDaの透析バッグを用いて純水に対して24時間透析した後、捕獲液をG50ゲル浸透カラムに注入し、異調染色法により検出を行い、酸性ムコ多糖を含む溶出液を回収し、凍結乾燥して脱アミノ化解重合産物dHSG−2を約38.5mg得た。
3.3 検出
検出方法は、実施例2と同様であった。HPGPC分析の結果、脱アセチル化・脱アミノ化解重合した後、産物に少量の分子量が約60kDの多糖成分(FSと中性グルカンを含む)が残留することが確認でき、該高分子量の画分は、G50ゲル浸透クロマトグラフィーで除去することができる。G50ゲル浸透クロマトグラフィーで精製したHSG−3の脱アミノ化解重合産物dHSG−2は、分子量が約7.83kDであり、多分散指数(PDI)が約1.38であった。
dHSG−2の単糖構成として、GlcUA、GalNAc及びFucを含み、3種類の単糖の構成比がモル比で約1.00:0.89:1.02であった。比較的に、dHSG−2産物におけるGalNAcの含有量がdHSG−1の場合に比べて若干低下し、H―NMRスペクトルにおいて約2.02ppmに位置するGalNAcアセチル基のメチル信号ピークと、約1.23〜1.36ppmに位置するFucメチル信号ピークとの積分面積比とはほぼ一致し、また、部分的脱アセチル化処理時の脱アセチル化度ともほぼ一致した。
H―NMR、13C―NMR及び2D相関スペクトルから、dHSG−2の主H、13C信号ピーク及び2D相関スペクトルにおける主関連ピークが何れも同じであり、或いはdHSG−1に似ているのが確認できた。しかし、dHSG−1とは異なり、dHSG−2は、2,5−脱水タリトール基(以下、「AnTol」とも称する)に帰属の炭素、水素信号を示した。
H−H COSYスペクトルのスピンカップリング系を利用してAnTolに帰属する糖環水素を容易に確定でき、そのC1における2つの水素信号がそれぞれ約3.68(H1)及び3.80ppm(H1’)に位置し、C2〜C5における水素信号がそれぞれ約4.13(H2)、4.54(H3)、5.04(H4)及び4.51ppm(H5)に位置し、また、C6における2つの水素信号がそれぞれ約4.35(H6)及び4.18ppm(H6’)に位置するのが確認できた。H−13C HSQCスペクトルの異種核相関信号から、AnTolに帰属の炭素信号を容易に確定でき、そのC1〜C6における信号がそれぞれ約63.8、83.9、78.9、80.4、80.3及び約71.0ppmに位置するのが確認できた。
非置換のAnTolの同一位置にある炭素、水素信号に比べ、dHSG−2の末端AnTolのC4及びC6信号が何れも低磁場側へシフトし、4,6−ジ硫酸エステル基による置換が存在することが考えられ、つまり、前記末端AnTolがAnTol4S6Sであり、これはdHSG−1の主鎖にβ−D−GalNAc4S6S構造が含まれていることと一致し、同時に、脱アセチル化・脱アミノ化反応において硫酸エステル基がさほど影響を受けないことを実証するものであった。
H―NMRスペクトルにおけるα−L−Fuc末端基の水素積分比から、dHSG−2のフコース側鎖がFuc3S4S、Fuc4S、Fuc2S4Sを含み、そのうち、Fuc3S4Sが約83%であることが確認できた。
更に、本発明で製造した末端2,5−脱水タロース(以下、「末端AnTal」とも称する)が未還元の脱アセチル化・脱アミノ化解重合産物のNMRスペクトルから、末端AnTalのC1位置におけるカルボニル基が1分子の水を結合してジオール(−diol)式の水和物構造になりやすいということが確認できた。
実施例4:β−脱離解重合法によるハネジナマコ多糖成分の解重合、及びFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−3)の製造
4.1 材料
HSG−1として、実施例1においてハネジナマコ(Holothuria scabra)乾燥品から抽出、精製したFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を用い、分子量が〜63.2kDであり、PDIが1.09であった。試薬として、塩化ベンゼトニウム、塩化ベンジル、無水エタノール、硫酸、水酸化ナトリウム、金属ナトリウム等は、何れも市販の分析用クラスであった。
4.2 製造
1)HSG第4級アンモニウム塩の製造:HSG−1のサンプルを200.4mg取って脱イオン水8mLに溶かし、別途で塩化ベンゼトニウム500mgを脱イオン水8mLに溶かし、塩化ベンゼトニウム溶液をHSG−1溶液に1滴ずつ滴下し、その際に振とうし続けて溶液に白色の沈降物が現れることを待ち、4000rpm×20分間遠心して沈降物を回収した。沈降物を水100mLで3回洗浄し、得られた沈降物を真空オーブンに入れ、常温において24時間減圧乾燥することによりHSG−1第4級アンモニウム塩490mgを得た。
2)HSG−1第4級アンモニウム塩のカルボキシ基部分のベンジルエステル化産物の製造:上記工程1)で得られるHSG−1第4級アンモニウム塩490mgを50mL丸底フラスコに仕込み、ジメチルホルムアミド(DMF)13.2mLを加えて溶かした後、塩化ベンジル6.6mLを加え、35℃、500rpm/分間の回転速度で攪拌しながら密閉環境において2時間反応させた。反応終了後、飽和塩化ナトリウム20mL、無水エタノール160mLを加え、更に反応液を4000rpm×15分間遠心した。沈降物を飽和塩化ナトリウムの80%エタノールで3回洗浄した。そして、得られた沈降物を脱イオン水10mLに溶かし、分画分子量が3.5kDの透析バッグを用いて水道水に対して12時間、脱イオン水に対して36時間透析した。捕獲液を5mLに減圧濃縮した後、その一部を取って凍結乾燥し、H―NMR解析を行った。H―NMRスペクトルの分析結果から、カルボキシ基のエステル化度が26.9%であることが確認できた。残りの透析液は、陽イオン交換樹脂(H型、カラム規格:45cm×5cm)を用いて水素型に変え、酸性ムコ多糖を含む溶出画分を回収した。導電率計を用いて計測しつつ、0.4Mのテトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いて溶出液をpH8に調整し、その後、凍結乾燥してHSG−1の部分的ベンジルエステル化産物のTBA型第4級アンモニウム塩245.5mgを得た。
3)β−脱離解重合:上記工程2)で得られるカルボキシ基ベンジルエステル化産物のTBA型第4級アンモニウム塩245.5mgを50mL丸底フラスコに仕込み、DMF4.9mL及び使用直前で調製した0.04MのEtONa/EtOH 4.9mLを加え、温度25℃、窒素ガス雰囲気、回転速度500rpm/分間の条件下で4時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、順に反応液に飽和NaCl溶液9.8mL、無水エタノール100mLを加え、その後に4000rpm×15分間遠心し、沈降物として部分的ベンジルエステル化のHSG−1のβ消除解重合産物(dHSG−3−0)を回収した。
4)ベンジル基の除去:上記工程3)得られた沈降物dHSG−3−0に0.1MのNaOHを10mL加えて完全に溶解し、35℃、1時間の条件下でアルカリ処理を施した後、1MのHClを用いて溶液pHを中性に調整した。アルコール濃度が約80%(体積比)になるように無水エタノールを加え、4000rpm×15分間遠心して沈降物を回収し、得られた沈降物を純水に溶かした。限外濾過は、ハネジナマコのプロトタイプFGAGと分子量分布が近似し、或いは分子量分布が重なるフコイダンFS及び中性多糖NP等、β−脱離解重合が不十分である多糖類成分を除去するのに有効であるため、分画分子量が30kDaの限外濾過遠心チューブを用いて濾過した。そして、分子量が30kDa未満の濾液を1kDの透析バッグに入れ、脱イオン水を用いて36時間透析した。捕獲液を凍結乾燥し、Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−3)約114mgを得た。
4.3 検出
実施例2と同様に、dHSG−3の理化学特性及びスペクトルの分析を行った。
表4に、HSG−1及びその解重合産物dHSG−3の理化学特性及び単糖構成の分析結果を示す。分析結果から、HSG−1に比べ、dHSG−3の分子量が大きく低下することが確認できた。単糖構成の分析結果から、HSG−1に比べ、GlcUAに対してモル比でGalNAc構成比が高くなり、Fucの構成比が低下することが確認でき、前者は一部のGlcUAがβ−脱離を起こし、後者はHSG−1多糖成分におけるFS不純物が精製過程において更に除去されたためであると考えられる。dHSG−3の単糖構成において、GalNAcとFucのモル比は、H―NMRスベクトルにおいて2つの糖基に含まれるメチル信号ピークの積分比とほぼ一致する結果となった。
UV分光光度計を用いて190nm〜400nmの波長範囲を測定した結果、dHSG−3の最大吸収波長λmaxが232nmであることが確認でき、ΔUA不飽和結合が存在する事実と一致した。
NMRスペクトルの分析から、dHSG−1化合物のNMRスペクトルに比べ、dHSG−3のH―NMRスペクトルにおいて約5.76及び5.82ppmに新たな信号ピークが現れているのが確認でき、H―NMR相関スペクトルに基づき、これらの信号がβ−D−GlcUAのβ−脱離産物である4−デオキシ−スレオ−ヘキサ−4−エンピラノシルウロン酸−1−イル(以下、「ΔUA」とも称する)の4位水素に由来する特徴的信号であることが確認できた(表5、図4)。
dHSG−3のH−HCOSYスペクトル及びTOCSYスペクトルから、ΔUAのH4、H3、H2及びH1プロトン信号同士がカップリングして相関性を示すことが確認できた(図5)。ROESYスペクトルから、L−Fuc側鎖がα(1−3)グリコシド結合を介してβ−D−GlcUA又はΔUAに結合していることが確認できた(図5)。また、β−D−GlcUAに結合するL−Fucの末端基水素信号に比べ、ΔUAに結合する同類Fucの末端基信号が低磁場側に現れた(図4)。
13C−NMRスペクトルにおいて、β−D−GlcUA及びβ−D−GalNAcのC1ピークが約97〜104ppmに現れ、ΔUAのC1ピークが約103.5ppmに現れ,C4の化学シフトが106.8ppmであり、C5の化学シフトが約148.5ppmであった(図4)。
水素スペクトル、炭素スペクトル及びその相関スペクトルから、dHSG−3の主要構成単糖として、D−GlcUAとD−GalNAcがβ(1→3)とβ(1→4)グリコシド結合を介して互いに連結して多糖主鎖を構成し、主鎖の二糖構造単位を構成することが確認できた。GlcUAのH2、H3化学シフトに基づき、更にH−H ROESY、H−13C HMBCを合わせて解析することにより、L−Fucがα(1→3)グリコシド結合を介してβ−D−GlcUAに結合し、且つL−Fuc側鎖が主にL−Fuc3S4Sであることが確認できた。このことから、dHSG−3において、非還元末端に位置するヘキスロン酸が主にΔUAであることが実証された。
H―NMRスペクトルに示されるα−L−Fucの末端基水素の積分比に基づき、dHSG−3のフコース側鎖としてα−L−Fuc3S4S、α−L−Fuc4S、α−L−Fuc2S4S等の構造を含み、しかも主にα−L−Fuc3S4Sで構成されているのが確認できた。α−L−Fuc3S4Sは、全フコシル基においてモル比で約82%を占めた。
実施例5:Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−3)のカルボキシ基の還元、及び還元性カルボニル末端基の還元アミノ化
5.1 材料
dHSG−3として、実施例4で得られたFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物を用い、試薬として1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)、1−フェニル−3−メチル−5−ピラゾロン(PMP)、チラミン塩酸塩、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、HCl、NaCl等は、何れも市販の分析用クラスであった。
5.2 製造
1)カルボキシ基の還元誘導体の製造:30mgのdHSG−3を取って純水5mLに溶かし、0.1NのHClでpH4.75に調整した。5分間以内に90mgのEDCを加えた後、0.1NのHClを用いてpH4.75に調整した。ゆっくり攪拌しながら360mgのNaBHを加え、反応液を50℃の水浴において2時間保持した。少量の酢酸を滴下して余分のNaBHを除去し、脱イオン水において3.5kDの透析バッグを用いて透析した。捕獲液を凍結乾燥し、カルボキシ基が還元されたFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−3a)約24.6mgを得た(収率:78.3%)。
2)末端還元アミノ化誘導体の製造:30mgのdHSG−3を0.2mMのリン酸緩衝液(PBS、pH8.0)2.5mLに溶かし、攪拌しながら順にチラミン塩酸塩24mg、シアノ水素化ホウ素ナトリウム9mgを加えた。そして、35℃の定温水浴に5日間置いた後、95%のエタノール7.5mLを加えて3000rpm×15分間遠心し、沈降物を95%のエタノール3mLで2回洗浄し、エタノールを減圧留去した。その後、沈降物を0.1%の塩化ナトリウム溶液2mLに再び溶かした後、3000rpm×15分間遠心して不溶物を除去し、上澄み液を3.5kDの透析バッグに入れ、脱イオン水を用いて36時間透析した(100mL×3回)。捕獲液を凍結乾燥し、末端が還元アミノ化されたFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物(dHSG−3b)約20.5mgを得た(収率:68%)。
5.3 検出
1)dHSG−3aの検出:文献(Carbohydr.Res.,1978,63:13−27)を参考しつつ、液体プール検出法を利用してdHSG−3aのIR吸収スペクトルを測定した。−OSO /−COOモル比は、電気伝導測定法(張惟傑、糖複合体の生化学研究技術(第2版)、浙江大学出版社、1999、p409−410)を利用して測定した。測定結果から、dHSG−3aのIR吸収スペクトルにβ−D−GlcUAのカルボニル基信号が現れず、β−D−GlcUAが既にβ−D−Glcに還元されているのが確認できた。電気伝導測定法を用いて測定した結果から、電気伝導率の滴定曲線に反曲点が1点に止まり、該反曲点が硫酸エステル基によるものであり、カルボキシ基による電気伝導率の反曲点が存在しないことから、dHSG−3のβ−D−GlcUAにおけるカルボキシ基が既に還元されているのが確認できた。
2)dHSG−3bの検出:実施例1と同様に、dHSG−3bの単糖構成及びNMRスペクトルを測定した。測定結果から、dHSG−3bの単糖構成においてD−GalNAc:D−GlcUA:L−Fucがモル比で約1.00:1.02:1.11であり、これはdHSG−3b構造単位の理論計算結果とほぼ一致した。H―NMR(DO,δ[ppm])は、7.25(2’,6’H);6.91(3’,5’H);5.74(ΔUA,4H),5.32,5.25(L−Fucα1H);3.38(8’H);2.82(7’H);2.02(D−GalNAc,CH);1.26〜1.36(L−Fuc,CH)であった。L−Fucメチル基の水素とベンゼン環の水素との積分比が約11であり、産物の還元性末端が全て還元アミノ化されたと確認できた。
実施例6:Fuc側鎖の硫酸エステル化パターンが異なる天然FGAG及びその解重合産物の抗凝固活性
6.1 材料
1)FGAGの測定用サンプルとしてAJG、TAG、IBG、LGG、HSG及びPGGを用い、実施例1で述べたHSG−2の製造方法に基づき、市販のマナマコ(Apostichopus japonicus)、バイカナマコ(Thelenota ananas)、南アメリカ産のナマコ(Isostichopus badionotus)、ブラジルナマコ(Ludwigothurea grisea)、ハネジナマコ(Holothuria scabra)及びグリーフェーナマコ(Pearsonothuriagraeffei)乾燥品から抽出することにより製造したものであった。
2)dFGAGの測定用サンプルとしてdAJG、dTAG、dIBG、dLGG、dHSG及びdPGGを用い、実施例2で述べたdHSG−1の製造方法に基づき,AJG、TAG、IBG、LGG、HSG及びPGGを出発原料とし、過酸化解重合法を用いて解重合し、更に精製することにより製造したものであった。
3)試薬として、人コントロール血漿、活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)測定キット及びプロトロンビン時間(PT)測定キットは、ドイツTECO社製であり、また、低分子量ヘパリン(LMWH、エノキサパリンナトリウム注射液)は、サノフィ・アベンティス社製であり、プレカリクレイン(PK)、カリクレイン基質、コアグラーゼ(IIa)100NIHU/mg、コアグラーゼ発色基質(CS−0138)25mg/バイアル、ヘパリン補因子II(HC−II)100μg/バイアル、及び第VIII因子測定キットは、フランスHYPHEN BioMed社製であり、第VIII因子(f.VIII)200IU/バイアルは、中国上海RAAS社製の製品を使用し、また、デルマタン硫酸(DS)はSigma社製であり過硫酸化コンドロイチン硫酸(OSCS)は、ドイツServa Electro−phoresis GmbH社の製品を使用した。測定装置として、米国BioTek社のChronolog−700型血小板凝集測定装置を使用した。
6.2 方法
1)抗凝固活性の測定:上記FGAG、dFGAG試料及び標準品用生理食塩水を用いて一連の濃度を有する測定用試料に調製し、コントロール血漿、測定キット及びMC−4000型凝固計を用い、測定キットのマニュアルに従って人コントロール血漿のAPTT、PT時間に対する試料溶液の影響を測定した。
2)内因系第X因子活性化複合体(f.Xase)阻害活性の測定:一連の濃度を有するFGAG及びdFGAG溶液30μLと、第VIII因子(2IU/mL)30μLとを混合した後、第VIII因子測定キットのマニュアルに従って順に第IXa因子、第Xa因子及び第Xa因子の基質(SXa−11)を加えてOD405nmを測定し、文献(Blood,2006,107:3876−3882)に記載の方法に従って第X因子活性化複合体に対する各試料のEC50値を算出した。
3)HCIIに依存の抗トロンビン(第IIa因子)活性の測定:一連の濃度を有する試料溶液を96ウェルプレートに入れ、順に30μLのHC−II(1μM)、第IIa因子(10U/mL)及びCS−0138(4.5mM、発色基質)を加えた後、37℃で2分間保持し、OD405nmを測定することにより第IIa因子に対する各試料のEC50値を算出した。
4)第XII因子促進活性の測定:一連の濃度を有する試料溶液及び標準品溶液30μLを夫々96ウェルプレートに入れ、順に30μLの第XII因子(25μg/mL)、30μLのPK(620nM)及び30μLの発色基質を加えた後、37℃で1分間保持してからOD405nmを測定した。
5)血小板促進活性の測定:健康受験者から採集した血漿を用いて多血小板血漿(PRP)和少血小板血漿(PPP)を調製し、Chronolog−700型血小板凝集計を用いて比濁法により、生理食塩水で調製した上記FGAG、dFGAG試料溶液の血小板凝集能を測定した。
6.3 結果
1)抗凝固活性:上記FGAG、dFGAG及び標準品の抗凝固活性を表6に纏めて示す。
異なる品種に由来のFGAG及びdFGAGについて、フコース側鎖の硫酸エステル化パターン及びその構成比は、dFGAGのH―NMRスペクトル積分値に基づいて算出した(図6)。表6に示されるように、プロトタイプFGAGによって人コントロール血漿のAPTTを倍増するときの薬物濃度が約2.2〜3.3μg/mLであり、異なる品種に由来のFGAGはAPTT倍増活性において顕著な差を示さなかった。解重合したdFGAGは、夫々活性差異を示し、そのうち、Fuc2S4S側鎖を含むdIBGの活性が最も高く、dHSGがdIBGに似ており、dLGGの活性が最も弱かった。
FGAGの第X因子活性化複合体に対するIC50値が約12.2〜19.4ng/mLの範囲であり、各品種に由来のFGAGを比較する場合、活性強度に明らかな差はなかった。解重合した後、dAJG及びdLGGがプロトタイプに比べて弱い活性を示し、他のdFGAGは、プロトタイプに比べて何れ高い活性を示した。また、これらのdFGAGは、第X因子活性化複合体に対して異なる阻害活性を示し、そのうち、dIBGの活性が最も高く、dIBGの次にdHSGの活性が比較的高く、dLGGの活性が最も弱かった。
FGAGにして見れば、そのHCIIに依存の抗第IIa因子活性のIC50値が約300〜400ng/mLの範囲であった。解重合したdFGAGは、プロトタイプに比べて高くなり、IC50値が約130〜250ng/mLの範囲であった。そのうち、HSG及びdHSGの活性が最も高く、IBG及びdIBGの活性最も弱かった。
また、L−Fucの硫酸エステル化パターンにして見れば、PGG/dPGGとHSG/dHSGがほぼ同様であった。また、PGG/dPGGとHSG/dHSGの抗凝固活性及び凝固因子に対する阻害活性もほぼ同様であった。
2)第XII因子促進活性の測定:異なる品種に由来のFGAG及びその解重合産物dFGAGの第XII因子促進活性を図7に示す。他のFGAGに比べ、フコース側鎖が主にFuc3S4SであるHSGとPGGは、第XII因子に対する促進活性が弱く、これらの解重合産物も類似した特性を示した。一方、HSGの主鎖及び側鎖における硫酸エステル基の含有量が何れもLGGに比べて高くなり、TAGに比べても少し高くなり、AJGとは同じ程度であり、IBGに比べると若干低下した。また、第XII因子促進活性は何れも顕著に低下し、FGAG成分による第XII因子の促進作用が単にその負電荷量に依存せず、側鎖の硫酸エステル化パターンによっても影響されているのが確認できた。
3)血小板促進活性の測定:血小板活性に対するFGAG及びdFGAGの影響を表7に纏めて示す。
表7に示されるように、フコース側鎖が主にFuc3S4SであるHSG与PGGは、健康受験者の血小板促進活性が顕著に低下し、これらの解重合産物も似たような特性を示した。他のdFGAGに比べ、dIBGの血小板促進活性が最も高く、負電荷量が少ないdLGGの場合には一定程度の血小板促進活性を示した。これらの結果から、FGAG及びdFGAGの血小板促進活性がフコース側鎖の硫酸エステル化パターンに影響されるのが確認できた。
本実施例の測定結果から、フコース側鎖が主にFuc3S4Sで構成されるFGAG類成分は、抗凝固・抗血栓活性が高く、第X因子活性化複合体に対して強い阻害活性を示すと同時に、HCIIに依存の抗第IIa因子活性を示すことで強い抗凝固活性を示すが、第XII因子及び血小板に対しては促進活性を示さず、或いは促進活性が比較的に弱いのが確認できた。
実施例7:異なる解重合法により得られるdHSG産物の抗凝固活性
7.1 材料
Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物試料として、HSG−2(Mw: 63.5kD、PDI:1.06、実施例2で製造したものである)、dHSG−4(Mw:10.9kD、PDI:1.35、過酸化解重合法により製造したものである)、dHSG−5(Mw:7.5kD、PDI:1.28、脱アミノ化解重合法により製造し且つ末端が還元されたものである)、及びdHSG−6(Mw:8.4kD、PDI:1.33、β−脱離解重合法により製造し且つ末端が還元アミノ化されたものである)を用いた。試薬及び測定装置は、実施例6と同じであった。
7.2 方法
実施例6と同様にして測定を行った。
7.3 結果
dHSG−4〜dHSG−6の抗凝固活性を表8に纏めて示す。
表7の結果から、HSGを異なる方法で解重合して得られる産物は何れも高い抗凝固活性、第X因子活性化複合体阻害活性及びHCIIに依存の抗トロンビン活性を示すのが分かる。そのうち、抗凝固活性は、主に内因系凝固機構を抑制することであり(例えば、APTTを顕著に延長する)、外因系凝固機構に対しては殆ど影響がなかった(例えば、PTを延長することができない)。プロトタイプHSG−2は、凝固系の共通経路に対して影響が大きく(例えば、TTを延長することができ、HSG−2は、ATIIIに依存の抗トロンビン活性を示す)、一方、解重合試料は、TTに対して余り影響がなかった。
実施例8:異なる分子量のdHSGの抗凝固活性
8.1 材料
試料としてHSG−aは、重量平均分子量が63.6kDであり、実施例1でHSG−2を製造する際の方法を利用して市販のハネジナマコ乾燥品から抽出、精製し、更にイオン交換交カラムで精製した後にNa塩の形態に変換した。dHSG−1aは、重量平均分子量が49.0kDであり、dHSG−2aは、重量平均分子量が27.8kDであり、dHSG−3aは、重量平均分子量が14.9kDであり、dHSG−4aは、重量平均分子量が8.24kDであり、dHSG−5aは、重量平均分子量が5.30kDであり、dHSG−6aは、重量平均分子量が3.12kDであった。上記dHSG−1a〜dHSG−−6aは、何れもHSG−aの解重合産物であり、解重合方法として実施例1のβ−脱離解重合法を利用し、還元性末端が何れも糖アルコール基に還元された。試薬及び測定装置は、実施例6と同じであった。
8.2 方法
実施例6と同様にして測定を行った。
8.3 結果
dHSG−1a〜dHSG−6aの抗凝固活性を表9及び図8に示す。
表9から、HSG及びその解重合産物は、分子量が60kD〜3kDの範囲であり、質量濃度からすれば、その解重合産物の第X因子活性化複合体に対する阻害活性とHCIIに依存の抗トロンビン活性が何れも分子量低下につれて徐々に増加した後に一転して徐々に低下する傾向を示し、また、第X因子活性化複合体に対する阻害活性は、分子量が約8kDである時に最も高くなり、HCIIに依存の抗トロンビン活性は、分子量が約5kDである時に最も高かった。
TAG解重合産物の抗凝固活性と分子量との関連性については既に研究報告がなされている。TAG解重合産物は、分子量が約10〜12kD以下の場合に第X因子活性化複合体に対する阻害活性が次第に低下し、分子量が約8kDになるまでHCIIに依存の抗トロンビン活性がほぼ一定であり、それ以下になると次第に低下する結果を示した。したがって、分子量と抗凝固活性の関連性に注目する場合、HSG解重合産物は低分子量でより優れた抗凝固活性を示すのが分かる。
多糖類化合物の理化学特性、薬理学活性及び安全性の観点から、HSG、並びに構造が類似し且つ側鎖のフコシル基が主にFuc3S4SであるFGAG解重合産物は、重量平均分子量が約3kD〜10kDの範囲であることが好ましく、重量平均分子量が約4.5kD〜9kDの範囲であることがより好ましいと認められる。
実施例9:低分子量フコシル化グリコサミノグリカンの注射用凍結乾燥品の製造
9.1 材料
dHSGは、実施例4及び実施例5でdHSG−3aを製造する場合と同様にして製造し、重量平均分子量が〜5.5kDaであり、PDIが〜1.20であった。
9.2 配合
下記表10に示される割合で配合した。
9.3 製造方法
配合量に従って低分子量フコシル化グリコサミノグリカンナトリウム塩を秤量し、注射用水を全量で添加した後、攪拌して完全に溶解させ、バッチ式の加熱加圧法で滅菌処理を施した。0.6%の薬用活性炭を加えて20分間攪拌した後、ブフナー漏斗及び3.0μm精密濾過膜を用いて濾過して活性炭を取り除き、熱源物質を除去した。中間体の含有量を測定し、合格となったものを0.22μmの精密濾過膜で濾過した。0.5mLずつ管状バイアルに分注し、開口にゴム栓を半分程度に押し付けた後、凍結乾燥機に入れ、指定の凍結乾燥曲線に従って凍結乾燥した。そして、ゴム栓を全部押し付けて凍結乾燥機から取り出した。アルミ製キャップで堅固に密封し、目視で合格したか否かを判断し、合格したもののみを包装して最終製品とした。
凍結乾燥は、以下の手順に従って行った。すなわち、試料を凍結乾燥機に投入し、内部温度を−40℃に下げて3時間保持した。冷却トラップ内を−50℃までに下げ、300μbarとなるまで真空引きした。昇華が始まると、1時間かけて定速で−30℃に昇温し、2時間保持した。そして、2時間かけて定速で−20℃に昇温した後、200〜300μbarの真空度で8時間保持した。更に、2時間かけて−5℃に昇温し、150〜200μbarの真空度で2時間保持することにより乾燥処理を施した。0.5時間かけて10℃に昇温し、80〜100μbarの真空度で2時間保持した。最後に、0.5時間かけて40℃に昇温し、最低真空度で4時間保持した。

Claims (14)

  1. Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩であって、
    前記Fuc3S4Sは、3,4−ジ硫酸エステル基−L−フコース−1−イルであり、
    前記置換の低分子グリコサミノグリカン混合物は、下記式(I)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカン混合物である、Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。

    [式(I)中、環Aは、β−D−グルクロン酸基又はβ−D−グルコシル基であり、そのうち、Rが−COO、−CHOH、−COR10であり、R10が各自独立して直鎖状又は分岐状の置換又は非置換のC1〜C6アルキル基、C7〜C12アラルキル基である。
    環Bは、β−D−2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基であり、そのうち、Rが−COCH又は−Hであり、R及びRが各自独立して−H又は−SO である。
    環Cは、α−L−フコシル基であり、そのうち、R、R及びRが各自独立して−H又は−SO であり、モル比でRが−H、R及びRが−SO であるα−L−フコシル基、すなわち、3,4−ジ硫酸エステル基−L−フコース−1−イルが全α−L−フコシル基において75%以上を占める。
    は、下記式(II)又は式(III)に示す構造を有する置換基である。


    式(II)及び式(III)中、環Aは、β−D−グルクロン酸基又はβ−D−グルコシル基であり、環A’は、4−デオキシ−スレオ−ヘキサ−4−エンピラノシルウロン酸基であり、式中のRは、上記と同じである。
    環Cは、α−L−フコシル基であり、そのうち、R、R及びRは、上記と同じである。
    は、下記式(IV)、式(V)又は式(VI)に示す構造を有する置換基である。



    式(IV)、(V)及び(VI)中、環Bは、置換基を有するα−又はβ−D−2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基であり、B’は、置換基を有する2−アミノ−2−デオキシ−ガラクトース−3−イルのアルデヒド基還元物、すなわち、その糖アルコール、グリコシルアミン又はN−置換のグリコシルアミン誘導体であり、B”は、置換基を有する2,5−脱水タロース残基又はその糖アルコール、グリコシルアミン又はN−置換のグリコシルアミン誘導体であり、そのうち、R及びRは、上記と同じであり、R11は、ヒドロキシ基、アミノ基、C1〜C6のアルキルアミノ基、C7〜C12のアリールアミノ基であり、R12は、カルボニル基、ジヒドロキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、C1〜C6のアルキルアミノ基、C7〜C12のアリールアミノ基である。
    が式(III)に示す構造である場合、Rは、式(IV)又は式(V)に示す構造を有し、Rが式(VI)に示す構造である場合、Rは、式(II)に示す構造を有する。
    nは、2〜20の整数であり、且つモル比でnが4〜9である化合物が全化合物において75%以上を占める。
    前記低分子グリコサミノグリカン混合物は、重量平均分子量(Mw)が4.5〜9kDの範囲であり、多分散指数(PDI)の値が1.6以下である。]
  2. 前記混合物は、下記式(VII)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物である、請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。

    [式(VII)中、構造断片A、A’、B、B’、Cは、請求項1と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R11も請求項1と同じである。
    nは、3〜15の整数であり、且つモル比でnが4〜9である化合物が全化合物において75%以上を占める。
    式(VII)で表される化合物において、L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がモル比で全α−L−フコシル基において75%以上を占め、
    且つ、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲である。]
  3. 前記混合物は、下記式(VIII)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物である、請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。

    [式(VIII)中、構造断片A、B、B”、Cは、請求項1と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R12も請求項1と同じである。
    nは、3〜15の整数であり、且つモル比でnが4〜9である化合物が全化合物において75%以上を占める
    式(VIII)で表される化合物において、L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がモル比で全α−L−フコシル基において75%以上を占め、
    且つ、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲である。]
  4. 前記混合物は、下記式(IX)に示す構造を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物である、請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。

    [式(IX)中、構造断片A、B、B’、Cは、請求項1と同じであり、R、R、R、R、R、R、R、R11も請求項1と同じである。
    nは3〜15の整数であり、且つモル比でnが4〜9である化合物が全化合物において75%以上を占める。
    式(XI)で表される化合物において、L−フコース−3,4−ジ硫酸エステル基、すなわち、α−L−Fuc3S4S基がモル比で全α−L−フコシル基において75%以上を占め、
    且つ、前記低分子グリコサミノグリカン混合物の重量平均分子量(Mw)は、4.5〜9kDの範囲である。]
  5. 前記低分子グリコサミノグリカン混合物は、ナマコに由来のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを解重合することにより製造され、
    前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、単糖構成としてモル比が1:(1±0.3):(1±0.3)の範囲であるD−グルクロン酸、D−アセチルガラクトサミン及びL−フコースを含み、
    α−L−フコシル基において、3,4−ジ硫酸エステル基−α−L−フコシル基がモル比で75%以上を占める、請求項1〜4の何れか1項に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。
  6. 前記ナマコに由来のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、新鮮又は乾燥のハネジナマコ(Holothuria scabra)又はグリーフェーナマコ(Pearsonothuriagraeffei)の体壁及び/又は内臓から抽出、精製したものである、請求項5に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。
  7. 前記薬学的に許容可能な塩は、Fuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物のナトリウム塩、カリウム塩又はカルシウム塩である、請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩。
  8. 請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物及びその薬学的に許容可能な塩の製造方法であって、以下の工程1〜工程2を含み、
    工程1:新鮮又は乾燥のハネジナマコ(Holothuria scabra)又はグリーフェーナマコ(Pearsonothuria graeffei)からFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を抽出、精製し、
    前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分は、均一した分子量を有し、つまり、ゲル濾過カラムで分析する際に唯一の多糖ピークを示し、多分散指数が1〜1.5の範囲であり、且つ、該多糖成分におけるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンの含有率が約80%以上であり、
    前記Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカンは、フコシル化グリコサミノグリカンであり、単糖構成としてモル比が1:(1±0.3):(1±0.3)のD−グルクロン酸、D−アセチルアミノガラクトース及びL−フコースを含み、
    また、α−L−フコシル基全体において、3,4−ジ硫酸エステル基−α−L−フコシル基がモル比で75%以上を占め、
    工程2:工程1で得られた多糖成分におけるFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを、重量平均分子量(Mw)が約4.5kD〜9kDの低分子グリコサミノグリカン混合物に解重合し、前記解重合法は、下記方法1〜3の何れかであり、
    方法1(β−脱離解重合法):前記工程1で多糖成分を得た後、グリコサミノグリカン中の10%〜50%のヘキスロン酸を、第4級アンモニウム塩化とエステル化反応によってヘキスロン酸カルボン酸エステルに変換し、そして、非水溶媒、アルカリ性試薬の存在下において、得られたグリコサミノグリカンのカルボン酸エステル化物をβ−脱離処理することにより、目的の分子量範囲を有し、且つ非還元性末端が4−デオキシ−スレオ−ヘキサ−4−エンピラノシルウロン酸基である解重合産物を取得し、
    方法2(脱アセチル化・脱アミノ化解重合法):硫酸ヒドラジンの存在下又は非存在下において、ヒドラジンを用いて前記工程1で得られた多糖成分を処理し、Fuc3S4S置換のグリコサミノグリカン中の10〜35%のD−アセチルアミノガラクトシル基を脱アセチル化させ、部分的脱アセチル化物を得た後、亜硝酸で処理することにより脱アミノ化して解重合することにより、目的の分子量範囲を有し、且つ還元性末端が2,5−脱水タロース残基である低分子グリコサミノグリカンの混合物を取得し、
    方法3(過酸化処理解重合法):銅イオンの存在下、終濃度が3%〜10%のHを用いて前記工程1で得られた多糖成分を処理し、目的の分子量範囲を有する低分子グリコサミノグリカンの混合物を取得し、
    上記方法1〜3の何れかで製造した解重合産物に対して、随意にカルボキシ基の還元処理及び/又は末端基の還元処理を施すことにより、ヘキスロン酸を相応のヘキソースに変換し、及び/又は還元性末端のD−2−アセチルアミノ−2−デオキシ−ガラクトシル基及び/又は2,5−脱水タロース残基を相応の糖アルコール、グリコシルアミン又はN置換のグリコシルアミンに変換し、
    前記解重合産物、及びカルボキシ基及び/又は末端基が還元された解重合産物を、随意に沈降法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、透析法及び/又は限外濾過法を用いて処理し、更に減圧乾燥及び/又は凍結乾燥してFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物の固形体を取得することを特徴とする、製造方法。
  9. 前記工程1で得られたFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を、前記工程2におけるβ−脱離解重合法を用いて解重合し、
    前記エステル化反応により、前記工程1で得られた多糖成分中のFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを第4級アンモニウム塩に変えた後、非プロトン性の溶媒系において、ハロゲン化炭化水素又は芳香族ハロゲン化合物と反応させてエステル化度が約10%〜50%のグリコサミノグリカンのカルボン酸エステル化物を取得し、
    そのうち、β−脱離反応で使用する非水溶媒は、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、CHCl、CHCl、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる1種以上であり、β−脱離反応で使用するアルカリ性試薬は、NaOH、KOH、C1〜C4のナトリウムアルコキシド、エチルジアミン、トリ−n−ブチルアミン、4−ジメチルアミノピリジン、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項8に記載の製造方法。
  10. 前記工程1で得られたFuc3S4S置換のグリコサミノグリカンを含む多糖成分を、前記工程2における脱アセチル化・脱アミノ化解重合法を用いて解重合し、
    前記方法2におけるヒドラジン処理は、前記グリコサミノグリカン混合物を無水ヒドラジン又はヒドラジン水和物の溶液に溶解し、硫酸ヒドラジンの存在下又は非存在下において反応することにより遂行され、
    前記方法2における亜硝酸処理は、氷浴〜室温の条件下において、部分的脱アセチル化物をpH2〜5の亜硝酸溶液に溶解して5分間〜60分間反応させた後、溶液をアルカリ性に調整して反応を中止することにより遂行されることを特徴とする、請求項8に記載の製造方法。
  11. 請求項1に記載のFuc3S4S置換の低分子グリコサミノグリカン混合物又はその薬学的に許容可能な塩を含む薬物組成物であって、
    抗凝固効果を示す有効量で前記低分子グリコサミノグリカン混合物又はその薬学的に許容可能な塩と、賦形剤及び/又は薬用添加剤とを含んでなることを特徴とする、薬物組成物。
  12. 前記薬物組成物は、注射用水溶液又は注射用凍結乾燥粉体の形態である、請求項11に記載の薬物組成物。
  13. 前記薬用添加剤は、薬学的に許容可能な塩化ナトリウム、リン酸緩衝塩である、請求項11に記載の薬物組成物。
  14. 請求項11に記載の薬物組成物を用いて得られる、血栓症の治療及び/又は予防
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