WO2022210802A1 - 筋萎縮症治療剤 - Google Patents

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WO2022210802A1
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dll4
muscle
muscular atrophy
atrophy
notch2
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悠介 小野
慎 藤巻
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国立大学法人熊本大学
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Definitions

  • Non-Patent Document 4 There are five known Notch ligands in mammals: Jagged1 (Jag1), Jagged2 (Jag2), Delta-like ligand-1 (Dll1), Delta-like ligand-3 (Dll3), and Delta-like ligand-4 (Dll4). It is known to do (Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5). Among them, Dll1 and Dll4 have similar structures, but have been reported to have different functions (Non-Patent Document 6).
  • the object of the present invention is to provide a new therapeutic agent for muscular atrophy.
  • Prophylactic or therapeutic agents [6] The preventive or therapeutic agent for muscular atrophy according to [1] or [2] above, wherein the Dll4 function inhibitor is a Dll4 expression inhibitor. [7] The prophylactic or therapeutic agent for muscular atrophy according to [6] above, wherein the Dll4 expression inhibitor is siRNA or shRNA that induces RNA interference with Dll4 mRNA. [8] The preventive or therapeutic agent for muscular atrophy according to the above [1] or [2], wherein the Dll4 function inhibitor is a collagen binding inhibitor to Dll4.
  • a Outline of study administering soluble Dll4-Fc recombinant protein to wild-type mouse DB model.
  • a shows an overview of a study in which a neutralizing antibody is administered to a wild-type mouse STZ-induced severe hyperglycemia model.
  • the present invention is a prophylactic or therapeutic agent for muscular atrophy containing a Dll4 function inhibitor as an active ingredient.
  • Dll4 function inhibitor means a substance capable of suppressing muscle atrophy by inhibiting the function of Dll4 that causes muscle atrophy based on the Dll4-Notch2 signal axis.
  • Dll4 function inhibitor means a substance that inhibits the action of Dll4 that induces muscle atrophy via Notch2, but is not limited thereto.
  • Dll4 expression inhibitors Substances that inhibit Dll4 expression (hereinafter referred to as "Dll4 expression inhibitors”, “Dll4 expression inhibitors”, or simply “expression inhibitors” or “expression inhibitors” when clear from the context) , by inhibiting the expression of Dll4, the expression of Dll4, for example, the expression of Dll4 in endothelial cells and the expression of Dll4 in extracellular vesicles, is reduced, suppressing the activation of Notch2 by Dll4, and the muscle atrophy signal. Suppressing induction suppresses muscle atrophy.
  • Dll4 expression in endothelial cells more preferably Dll4 expression in vascular endothelial cells is decreased.
  • Expression inhibitors can include, for example, nucleic acid molecules that specifically inhibit expression of Dll4.
  • Nucleic acid molecules that specifically inhibit expression of Dll4 are typically non-naturally occurring nucleic acids, such as RNAi, antisense nucleic acids, or ribozymes that specifically inhibit expression of Dll4.
  • RNAi is meant any RNA capable of down-regulating the expression of a targeted Dll4 and includes siRNA, dsRNA, ssRNA and shRNA molecules.
  • the Dll4 expression inhibitor is siRNA or shRNA.
  • siRNAs or shRNAs are usually designed against a region 19-50 nucleotides downstream of the translation initiation codon.
  • the RNAi molecule is an siRNA consisting of at least about 10-40 nucleotides, preferably about 15-30 nucleotides in length.
  • siRNAs or shRNAs can include naturally occurring RNAs, synthetic RNAs, or recombinantly produced RNAs, as well as modified RNAs that differ from naturally occurring RNAs by the addition, deletion, substitution, and/or alteration of one or more nucleotides. Such modifications include modifications that render the siRNA resistant to nuclease digestion, and can include addition of non-nucleotide material, such as, for example, to the ends of the molecule or to one or more internal nucleotides of the siRNA.
  • the nucleic acid that is the expression inhibitor of the present invention has the ability to specifically hybridize to a Dll4-encoding gene or transcript.
  • Nucleic acids as expression inhibitors do not require 100% complementarity with the target sequence Dll4 sequence to specifically hybridize, but preferably have at least equal to about 90% complementarity. . More preferably, the complementarity between the nucleic acid as an expression inhibitor in the present invention and the target sequence (Dll4 target sequence) is at least 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or 100%. be.
  • a substance that inhibits collagen binding to Dll4 (hereinafter referred to as "Dll4 binding inhibitor to collagen”, “Dll4 binding inhibitor to collagen”, or simply “binding inhibitor” or “ binding inhibitor”) inhibits the binding of Dll4 secreted from vascular endothelial cells to collagen, inhibits the binding of Dll4 to Notch2, suppresses the activation of Notch2, and suppresses the activation of muscle atrophy signals. Suppressing induction suppresses muscle atrophy. As a result, it can be used as an active ingredient of a preventive or therapeutic agent for muscle atrophy.
  • Binding inhibitors include, but are not limited to, substances that bind to Dll4 and inhibit physical binding of Dll4 to collagen.
  • Dll4 function inhibitors include substances that inhibit cleavage of the intracellular domain of Notch2 (activation of Notch2) even when Dll4 binds to the extracellular domain of Notch2. can.
  • inhibitors include, but are not limited to, inhibitors of the metalloproteases and secretases associated with Notch2 cleavage.
  • a composition containing the Dll4 function inhibitor of the present invention as an active ingredient is used for the prevention or treatment of diseases associated with muscle atrophy.
  • the composition of the present invention is further used to improve muscle atrophy, thereby improving muscle mass loss or muscle weakness.
  • Muscle atrophy refers to the loss of muscle mass, resulting in a decrease in muscle mass.
  • the “muscular atrophy” targeted by the prophylactic or therapeutic agent of the present invention includes both neurogenic and myogenic muscular atrophic diseases.
  • Neurogenic muscular atrophic diseases include, for example, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), myasthenia gravis, progressive muscular atrophy, spinal muscular atrophy, spinobulbar muscular atrophy, Guillain-Barré syndrome, and muscle atrophy due to physical spinal cord injury.
  • ALS amyotrophic lateral sclerosis
  • myasthenia gravis progressive muscular atrophy
  • spinal muscular atrophy spinal muscular atrophy
  • spinobulbar muscular atrophy Guillain-Barré syndrome
  • muscle atrophy due to physical spinal cord injury due to physical spinal cord injury.
  • Myogenic muscular atrophic diseases include, for example, age-related muscular atrophy (sarcopenia), disuse muscular atrophy, muscular dystrophy (e.g., Duchenne muscular dystrophy, Becker muscular dystrophy, distal muscular dystrophy, congenital muscular dystrophy, Emery Dreyfuss muscular dystrophy, facioscapulohumeral muscular dystrophy, myotonic muscular dystrophy type 1 or myotonic muscular dystrophy type 2, limb girdle muscular dystrophy), diabetic muscular atrophy, congenital myopathy, distal myopathy, steroid myopathy , drug-induced myopathy, rhabdomyolysis, spinal muscular atrophy, progressive spinobulbar muscular atrophy, muscle wasting diseases (e.g., age-related sarcopenia, cachexia), Charco-Marie-Tooth disease, Examples include Lambert-Eaton syndrome, muscle atrophy induced by cachexia (eg, cancer cachexia, myocardial infarction, renal failure, COPD,
  • the preventive or therapeutic agent for muscular atrophy of the present invention contains a therapeutically effective amount of a Dll4 function inhibitor.
  • a "therapeutically effective amount” refers to an amount sufficient to produce a therapeutic effect when administered to a mammal in need of treatment. A therapeutically effective amount will vary depending on the subject and the disease symptom to be treated, the subject's weight and age, the severity of the disease symptom, the mode of administration, etc., and can be readily determined by those skilled in the art.
  • Dll4 function inhibitors are small or medium molecules.
  • the Dll4 function inhibitor is an antibody or antigen-binding fragment thereof, which is used in substantially purified form.
  • the subject to whom the prophylactic or therapeutic agent of the present invention is administered is a mammal, preferably a human.
  • the subject is a human suffering from muscular atrophy.
  • the compositions of the present invention can be administered to subjects suffering from mild or moderate muscular atrophy prophylactically to prevent the progression of muscular atrophy.
  • the compositions of the invention may be administered primarily for therapeutic purposes to subjects suffering from moderate or severe muscular atrophy.
  • composition of the present invention contains a DDL4 function inhibitor in a therapeutically effective amount, and further contains a pharmaceutically acceptable carrier.
  • pharmaceutically acceptable carrier means a carrier approved for use by a regulatory agency or listed in a generally accepted pharmacopoeia for use in animals, particularly humans. and any and all solvents, dispersion media, coating agents, antioxidants, chelating agents, preservatives (e.g., antibacterial agents, antifungal agents), surfactants, as known to those skilled in the art.
  • compositions of the invention can be used in the compositions of the invention.
  • the composition of the present invention can be appropriately formulated into a desired dosage form according to an administration method such as oral administration or parenteral administration.
  • the dosage form is not particularly limited, but in the case of oral administration, for example, solid preparations such as powders, granules, tablets, troches, and capsules; liquid preparations such as solutions, syrups, suspensions, emulsions, etc. can be
  • parenteral administration it can be formulated into, for example, suppositories, sprays, inhalants, ointments, patches, injections (including infusions), and the like.
  • the composition of the present invention may be a freeze-dried preparation that is dissolved by adding sterilized water or the like at the time of use.
  • formulation can be suitably implemented by a well-known method according to a dosage form.
  • the dosage of the DDL4 function inhibitor, which is the active ingredient of the present invention is appropriately selected according to the type of the DDL4 function inhibitor.
  • the dosage of the DDL4 function inhibitor, which is the active ingredient of the present invention is appropriately selected depending on the symptoms, age, condition, route of administration, and the like of the subject to be administered.
  • the composition of the present invention can be administered orally or parenterally as a medicament, preferably orally.
  • solid formulations such as tablets, powders, capsules, and granules can be used, and these contain conventional excipients, binders, diluents, lubricants, and other additives. It's okay. They can also be administered as vehicles such as aqueous or oily suspensions, solutions, syrups and elixirs. In the case of parenteral administration, it can be used as an injection or the like.
  • the dosage varies depending on the patient's age, body weight and condition, type and degree of disease, administration method, etc., and cannot be categorically defined, but is usually about 0.1 to about 500 mg/kg per day for an adult.
  • the lower limit is usually about 0.01 mg per kg body weight, although not limited thereto. preferably about 0.05 mg, more preferably about 0.1 mg, while an upper limit of about 100 mg, preferably about 50 mg, more preferably about 20 mg, more preferably about 10 mg is administered in a single dose. .
  • an antigen-binding fragment of the antibody of the present invention it is usual to administer a dose higher than the above dose, for example, but not limited to, about 1.5-fold to about 50-fold, preferably about 1-fold.
  • antibodies, etc. are administered as a starting dose of at least about 1 mg to about 1000 mg.
  • the starting dose is followed by a second or multiple subsequent doses of an antibody or antigen-binding fragment thereof in an amount that is about the same as or less than that of the starting dose, wherein at least 2 weeks; at least 3 weeks; at least 4 weeks; at least 5 weeks; at least 6 weeks; separated by at least 12 weeks.
  • composition of the present invention is prepared in dosage forms prepared in unit doses to suit the intended dosage of the active ingredient.
  • dosage forms containing unit doses include, for example, tablets, pills, capsules, injections (ampoules), suppositories, and the like.
  • the amount of antibody to be included is generally preferably from about 5 to about 1000 mg of antibody or the like per dosage form in a unit dose.
  • Administration and treatment plans are determined by the physician who diagnosed the subject (patient), taking into consideration the symptoms, age, condition, route of administration, etc. of the subject. You can refer to the presented guidelines and decide.
  • the administration route of the pharmaceutical composition of the present invention can be arbitrarily determined in consideration of the symptoms, condition and other conditions of the subject.
  • Routes of administration include, but are not limited to, intradermal, transdermal, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, subcutaneous, intranasal, epidural and oral routes.
  • the pharmaceutical compositions are administered by any convenient route, such as by infusion or bolus injection, or by absorption through epithelial or mucocutaneous linings (eg, oral mucosa, rectal, and intestinal mucosa, etc.), and others. may be administered with a biologically active agent of Administration can be systemic or local.
  • compositions of the present invention can be delivered in a controlled release system. Controlled-release systems place the composition near the target, thus requiring only a small systemic dose.
  • the pharmaceutical composition of the present invention When the pharmaceutical composition of the present invention is an injection, it can be prepared as a ready-to-use injection or as a prefilled syringe.
  • the pharmaceutical compositions of this invention are administered subcutaneously or intravenously with standard needles and syringes.
  • a pen delivery device can also be used for subcutaneous administration. Pen delivery devices are either reusable or disposable.
  • a nucleic acid such as siRNA When a nucleic acid such as siRNA is used as a DDL4 function inhibitor in the composition of the present invention, it may be a single siRNA or a mixture of multiple siRNAs (so-called cocktail).
  • the siRNA can be directly injected into the affected area, or a vector capable of expressing the siRNA can be used.
  • siRNAs directly into the affected area they can be injected complexed with liposomes such as Lipofectamine, Lipofectin, Cellfectin and other positively charged liposomes.
  • an expression vector containing a DNA sequence encoding RNA containing an siRNA sense strand sequence and its complementary antisense strand sequence under the control of a promoter is used. It is preferably used.
  • a viral vector may be used to deliver siRNA to the affected area.
  • Viral vectors that can be used are not particularly limited, and examples thereof include adenoviral vectors, adeno-associated viral vectors, lentiviral vectors, retroviral vectors (such as leukemia virus vectors), and herpes virus vectors.
  • Viral vectors are preferably of the type lacking self-replication ability, for example, so as not to cause disease when used in humans.
  • self-replication-deficient adenoviral vectors lacking E1 and E3 genes can be used.
  • Viral vectors can be constructed according to known methods.
  • an adeno-associated virus vector that has delivery selectivity to skeletal muscle is particularly preferably used.
  • adeno-associated virus vectors types I to XI have been known so far, and these can be used without restriction, but vectors developed in the future can also be used without restriction as long as the object of the present invention is achieved.
  • Preferred vectors are, but are not limited to, AAV1, AAV2, AAV4, AAV6, AAV7, AAV8, or AAV9.
  • Various adeno-associated virus vectors that are suitably used are commercially available.
  • a vector carrying siRNA or shRNA is administered to a patient together with a pharmaceutically acceptable carrier such as physiological saline, buffer solution, and the like.
  • Pharmaceutical compositions may further contain stabilizers, preservatives, tonicity agents, and the like.
  • the administration method of the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited, and can be either local or non-local administration, preferably local administration.
  • the vector can be administered directly by means of a syringe or the like.
  • Non-local administration can be carried out, for example, by intravenous administration.
  • a viral vector or a plasmid-liposome complex is suspended in a pharmaceutically acceptable carrier.
  • mice All animal experimental procedures were approved by the Institutional Animal Care and Usage Committee (IACUC) of Kumamoto University. Animals were housed in a pathogen-free, temperature- and humidity-controlled environment. They were housed under a 12 hour light cycle with free access to food and water. Mice used in the Examples were commercially available mice, and if necessary, mice with specific gene phenotypes were bred to produce mice with desired gene phenotypes.
  • IACUC Institutional Animal Care and Usage Committee
  • STZ-Induced Diabetes Model Mice were injected intraperitoneally with a single dose of STZ (150 mg/kg body weight), which is toxic to insulin-producing pancreatic ⁇ -cells, or treated with an equal volume of vehicle (0.5 mg/kg body weight) as a control. 1M citrate buffer, pH 4.5) was injected. Mice were monitored for hyperglycemia on day 3 using Accu-chek (Roche), and only mice that achieved random blood glucose levels >300 mg/dl were used in the experiment. Mice were sacrificed 14 days after STZ injection. For survival experiments, wild-type mice were given a single intraperitoneal injection of a high dose of STZ (250 mg/kg), which induces severe diabetes.
  • STZ 150 mg/kg body weight
  • vehicle 0.5 mg/kg body weight
  • mice Tenotomy was performed on both legs of mice to induce muscle hypertrophy. In anesthetized mice, an incision was made along the midline of the calf after hair removal. After excision of the tendons belonging to SOL and GAS, the skin was closed using 3 or 4 sutures. 14 days after overload, mice were sacrificed and PLA muscles were harvested.
  • ECs were transfected with 20 nM Dll4-siRNA (SASI_Mm01_00092621, MilliporeSigma) or control-siRNA (MilliporeSigma) using Lipofectamine RNAiMAX.
  • RNA extraction and quantitative reverse transcription PCR Total RNA was extracted from muscle tissue, isolated myofibers, cultured cells, and freshly sorted cells using ISOGEN II and RNeasy Kit (Qiagen) according to the manufacturer's instructions. cDNA was prepared using the ReverTra Ace kit with genomic DNA remover (TOYOBO). Quantitative PCR (qPCR) was performed using THUNDERBIRD SYBR qPCR mix (TOYOBO) and a real-time PCR detection system (CFX96; Bio Rad).
  • TATA box binding protein Tbp
  • Notch1, Notch2, Rbpj Hes1, Dll1, Dll4, Jag1, Jag2, Ccng2, Cdkn1b, Rbl2, Bnip3, MuRF1, Atrogin1.
  • Fbxo31 Fbxo31, and MUSA1.
  • mice were fixed by perfusion through the ascending aorta with 2% PFA and 2.5% glutaraldehyde in 0.1 M phosphate buffer.
  • GAS muscles were trimmed into cubes (1 mm 3 ) and post-fixed in 0.1 M phosphate buffer containing 1% OsO 4 for 1 h on ice before embedding in epoxy resin and 1.5% acetic acid. They were block-stained with uranium, dehydrated in ethanol, infiltrated with propylene oxide, and embedded in araldite. Ultrathin sections (60-70 nm thick) were cut using an ultramicrotome and stained with 1.5% uranium acetate and lead citrate. Images were taken using a TEM (Hitachi H7700).
  • mice were fixed by perfusion through the ascending aorta with 4% PFA and 0.1% glutaraldehyde in 0.1 M phosphate buffer.
  • Serial 70 ⁇ m-thick sections were cut from GAS muscle using a vibrating microtome (Dosaka TTK-3000) and observed with correlated CSLM-EM. Specifically, sections were subjected to rapid freezing and thawing in liquid nitrogen vapor followed by anti-Dll4 antibody (1:200), anti-dystrophin antibody (1:300), anti-CD31 antibody (1:250) for 7 at 4°C.
  • HRP horseradish peroxidase
  • HSA rtTA ;TR Cre and Rosa26 LSL-N2ICD (N2ICD-mTg) mice were generated.
  • N2ICD intracellular domain of Notch2
  • Dox doxycycline
  • Tg and control mice were administered Dox (2 mg/ml in drinking water) for 3 weeks before Notch2 expression, body weight and muscle mass were measured.
  • N2ICD-mTg mice showed no difference in body weight, but a significant decrease in muscle mass compared to controls. The results are shown in FIG. This suggested that forced expression of N2ICD induces muscle atrophy.
  • Example 2 Test using muscle atrophy mouse model
  • Mlc1f Cre Mlc Cre/+ ; N2 f/f , N2 ⁇ / ⁇ .
  • Myosin light chain 1f promoter-driven Cre recombinase-expressing mice were crossed with Notch2 f/f (N2 f/f ) mice to develop muscle fiber-specific Notch2 deficiency (N2 ⁇ / ⁇ ) mice. ) mice were generated.
  • Notch2-deficient mice (N2 -/- ) had decreased Notch2 expression, whereas Notch2-deficient mice grew normally and showed no changes in body weight, muscle mass, or extensor digitorum longus (EDL) muscle fibers. showed no abnormal phenotypes in terms of myonuclei or Pax7 + satellite cell numbers per cell.
  • DB Diabetes
  • STZ streptozotocin
  • Mice were injected intraperitoneally with STZ (150 mg/kg body weight) or vehicle (Veh) and analyzed 14 days later.
  • N2 f/f and N2 ⁇ / ⁇ mice exhibited comparable hyperglycemia after STZ injection, and Notch2 gene expression was upregulated in EDL myofibers of DB and HU mice.
  • Notch2 is required for the loss of muscle mass and function due to mechanical unloading or dysmetabolic induction.
  • Example 5 Genetic analysis in muscle under HU and DB conditions Transcriptomes by RNA sequencing for N2 f/f and N2 ⁇ / ⁇ DB mice under both HU ⁇ and DB ⁇ conditions I did the analysis. As a result, the expression of many genes was significantly changed in the muscles of N2 f/f DB mice, but few of them were statistically significantly changed in N2 ⁇ / ⁇ DB mice. This indicates that Notch2 primarily regulates gene expression dynamics in muscle induced by mechanical unloading and metabolic abnormalities. Under both HU and DB conditions, only eight genes were commonly identified as differentially expressed genes (DEGs) compared to each control.
  • DEGs differentially expressed genes
  • Example 7 Examination of the induction of muscle atrophy via cell-cell contact
  • HEK293 cells were transfected with Dll1 or Dll4 expression plasmid vectors. Either was transfected and co-cultured with isolated myofibers for 48 hours to confirm expression in myofibers.
  • FIG. 12 shows the results of co-culturing EDL myofibers with HEK293 cells transfected with plasmids encoding Dll1-GFP, Dll4-GFP, or GFP (Cont.), respectively. Co-culture with Dll1-expressing HEK293 cells had no change.
  • Example 7 Investigation of ⁇ -secretase inhibitor against Dll4-induced muscle atrophy Notch, which is a transmembrane receptor, has its transmembrane domain cleaved by ⁇ -secretase, and its intracellular region translocates to the nucleus and functions as a transcription factor. . Therefore, DAPT, a ⁇ -secretase inhibitor, was used to confirm the effect of ⁇ -secretase activity on Dll4-induced muscle fiber atrophy. EDL myofibers from N2 f/f mice were cultured on plates pre-coated with recombinant Dll4 protein for 48 hours using media containing the ⁇ -secretase inhibitor DAPT (10 ⁇ M) or PBS.
  • DAPT a ⁇ -secretase inhibitor
  • ⁇ -secretase inhibitors were then tested in wild-type mice with the ⁇ -secretase inhibitor DAPT (10 mg). /kg body weight) or corn oil (Cont) were injected intraperitoneally every other day during the HU period or during the DB induction period and confirmed.
  • FIG. 14 shows the results using the mechanical unloading muscle atrophy (HU) model
  • FIG. 15 shows the results using the metabolic disorder (diabetes)-induced muscle atrophy (DB) model.
  • Treatment with DAPT was found to lead to significant suppression of muscle atrophy in both HU and DB models.
  • Example 8 Identification of the origin of Dll4
  • Dll4 ligand expression was measured in adult muscle tissue-derived CD31 + endothelial cells (endothelial cell marker CD31-positive ECs) and compared to freshly isolated myofibers. . The results are shown in the left diagram of FIG. As a result, the Dll4 gene was highly expressed about 400-fold in CD31 + EC.
  • Notch ligand Dll1, Dll4, Jag1, and Jag2 expression in CD31 + endothelial cells from GAS muscle under both HU and DB conditions using wild-type mice.
  • Dll4 was found to be upregulated in both HU and DB conditions, but the other ligands were not. Immunohistochemical analysis also confirmed upregulation of Dll4. The results are shown in FIG. In addition, immunoelectron microscopic analysis was performed. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 18A, Dll4 was found to be distributed not only on the surface of ECs but also on collagen-like fibers in the interstitial space between ECs and muscle fibers of diabetic muscle tissue. Furthermore, as shown in Figures 18B and C, Dll4 was also enriched on the surface of myofibers. These results suggest that in muscle tissue under DB conditions, ECs upregulate and secrete Dll4 into the interstitial space, and the secreted Dll4 selectively activates Notch2 receptors expressed on the surface of muscle fibers. It was shown that
  • Dll4 in EC was confirmed by immunoblot analysis. EC isolated from muscle tissue were subjected to low glucose conditions (5 mM) similar to healthy blood levels (90 mg/dl) and high glucose mimicking levels of diabetic hyperglycemia in blood (450 mg/dl). Culturing under these conditions (25 mM) and measuring Dll4 in the supernatant showed higher expression levels under high glucose conditions (25 mM) than under low glucose conditions (5 mM).
  • Example 9 Examination of Inhibition of Expression of Dll4 The function of Dll4 secreted from ECs in muscle fiber atrophy was evaluated as follows. A co-culture system of primary ECs isolated from myofibers and myofibers was prepared using Transwell, as shown in FIG. 19A. EC-derived secretions pass through the upper chamber to reach muscle fibers laid on the bottom surface. Primary ECs were transfected with control siRNA (siCont) or siRNA against Dll4 (siDll4) one day before co-culture with myofibers and co-culture was performed. Expression of Dll4 in EC transfected with siCont or siDll4 is shown in FIG. 19B.
  • siCont siRNA against Dll4
  • Example 10 Examination of Dll4 Inhibition Using the same co-culture system as in Example 9, the effect of the anti-Dll4 neutralizing antibody was confirmed. The results are shown in FIG. Treatment with anti-Dll4 neutralizing antibody ( ⁇ Dll4) (500 ng/ml) completely inhibited muscle fiber atrophy in the co-culture system.
  • ⁇ Dll4 neutralizing antibody 500 ng/ml
  • Example 11 Suppression of muscle atrophy using anti-Dll4 antibody (HU model) Using a neutralizing antibody against Dll4 protein, the effect of suppressing muscle atrophy was examined as follows. Muscle atrophy was induced in wild-type mice under HU conditions. Mice were injected intraperitoneally twice with anti-Dll4 antibody ( ⁇ Dll4) (10 mg/kg body weight) or control antibody ( ⁇ Cont) during the 7-day period of HU (days 0 and 4). Seven days after the first dose of antibody, mice were euthanized and analyzed. The results are shown in Figures 21 and 22.
  • Example 12 Suppression of muscle atrophy using anti-Dll4 antibody (DB model) Using a wild-type mouse DB-induced muscle atrophy model, the inhibitory effect of a neutralizing antibody against Dll4 protein on muscle atrophy was examined. After injection of STZ (150 mg/kg body weight; DB) or vehicle (veh; citrate buffer) into mice, ⁇ Dll4 (10 mg/kg body weight) or control antibody ( ⁇ Cont) was administered intraperitoneally three times over 2 weeks. (Days 3, 7, and 11 after STZ administration). Analysis was performed 14 days after STZ administration. The results are shown in FIGS. 23 and 24. FIG. Administration of ⁇ Dll4 showed a strong protective effect against DB-induced muscle atrophy without affecting blood glucose levels. As shown in Figure 24d, the thickness of individual myofibers was greater in ⁇ Dll4 DB.
  • Example 13 Inhibition of Muscle Atrophy Using Soluble Recombinant Anti-Dll4 Proteins Using a wild-type mouse DB-induced muscle atrophy model, soluble recombinant Dll4-Fc proteins that prevent binding of endogenous Dll4 to Notch receptors were tested. The inhibitory effect on muscle atrophy was investigated. After intraperitoneal injection of STZ (150 mg/kg body weight; DB) or vehicle (Veh; citrate buffer) to wild-type mice, soluble Dll4-Fc recombinant protein (rDll4-Fc) (0.5 mg/kg ) was administered four times (days 7, 9, 11, and 13) over a period of 14 days. Analysis was performed 14 days after administration of STZ. PBS was used as a control. The results are shown in FIG. Administration of soluble recombinant Dll4-Fc protein was confirmed to attenuate DB-induced muscle atrophy without affecting blood glucose levels.
  • STZ 150 mg/kg body weight
  • vehicle Vehicle
  • ⁇ Dll4 and ⁇ Con groups exhibited severe hyperglycemia (blood glucose ⁇ 600 mg/dl) after STZ infusion. Death or euthanasia were shown as Kaplan-Meier plots over time. While ⁇ Con-treated mice had a short lifespan (approximately 58 days), ⁇ Dll4-treated mice had a significantly higher survival rate (70% survival rate) and increased muscle strength. This result indicates that attenuation of ⁇ Dll4 activity exerts a protective effect against systemic homeostasis disruption from hyperglycemia.
  • Example 15 Effect of Dll4 Inhibition on Muscle Hypertrophy It was examined whether attenuating the Dll4-Notch2 signal axis promotes muscle hypertrophy due to mechanical overload. Using wild-type mice, muscle hypertrophy was induced by mechanical overloading (OL). PLA muscle hypertrophy was induced by synergistic ablation (tenotomy) of the SOL and GAS muscles of both legs. As a control, synergistic muscle non-absected mice were used. After tenotomy, ⁇ Dll4 (10 mg/kg body weight) or ⁇ Cont was administered intraperitoneally twice over 2 weeks (days 5 and 10 after resection) and analyzed on day 14. The results are shown in FIG.
  • Hypertrophic efficiency as measured by muscle mass and cross-sectional area of PLA muscle, was significantly higher in ⁇ Dll4-treated mice compared to ⁇ Con-treated mice.
  • the thickness of individual muscle fibers was greater in ⁇ Dll4 OL.
  • Example 16 Confirmation of intramuscular Dll4 distribution The intramuscular Dll4 distribution was confirmed by immunoelectron microscopic analysis. Using the STZ-induced DB mouse model, 60-micrometer-thick vibratome sections were made from harvested GAS muscle. Sections were processed overnight for immunohistochemical staining using a primary antibody against Dll4 (1:50) and then incubated overnight with 10 nm-nanogold goat anti-mouse IgG (1:50, CRL). Sections were then post-fixed with 1% OsO 4 aqueous solution, bulk stained with 1.5% uranyl acetate, dehydrated and flat-embedded in epoxy resin.
  • the present invention provides a preventive or therapeutic agent for muscular atrophy based on a new mechanism of action.
  • the composition of the present invention is useful for preventing, treating or improving muscle atrophy or muscle mass loss.

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Abstract

本発明の目的は、新たな筋萎縮症の予防または治療剤を提供することである。本発明により、Dll4機能阻害剤を有効成分として含有する筋萎縮症の予防または治療剤が提供される。Dll4機能阻害剤は、Dll4とNotch2間の結合阻害剤、Dll4の発現阻害剤、または、LL4に対するコラーゲンの結合阻害剤からなる群より選択される。

Description

筋萎縮症治療剤
 本発明は、筋萎縮症治療剤に関する。本発明はより具体的には、Dll4の機能阻害剤を有効成分として含有する新規な筋萎縮治療剤に関する
 筋萎縮とは、筋原線維の減少による筋線維の萎縮であり、運動障害や移動障害などの病的な筋力低下を生じる。筋萎縮を伴う疾患は、その原因から、運動神経の障害に基づく筋萎縮性疾患(神経原性筋萎縮性疾患)と、筋組織自体の障害に基づく筋萎縮性疾患(筋原性筋萎縮性疾患)の2つに大別できる。
 神経原性筋萎縮性疾患として代表的なものに、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、脊髄性筋萎縮症、球脊髄性筋萎縮症、ギラン・バレー症候群等がある。これらの疾患に対する有効な治療法や治療薬が存在しないのが現状であり、有効な治療剤が切望されている。
 また、筋原性筋萎縮性疾患としては、筋ジストロフィーや先天性ミオパチー、遠位性ミオパチー等の遺伝性筋疾患に加えて、加齢性筋萎縮症(サルコペニア)や、病気や寝たきり等の活動低下に起因する廃用性筋萎縮症などといった非遺伝性の筋疾患が存在する。特に、加齢性筋萎縮症や廃用性筋萎縮症は、社会の高齢化に伴い増加の一途をたどっている。これらのさまざまな筋萎縮症に対する有効な予防薬や治療薬は存在しないのが現状であり、有効な予防・治療薬の開発が急務となっている。
 成人の骨格筋は非常に可塑性の高い組織であり、機械的および代謝的刺激に反応してその質量を容易に減少または増加させる。骨格筋のサイズをコントロールする分子として細胞膜貫通タンパク質であるNotchが着目されている。Notchは、1-4のファミリーで構成され、骨格筋ではサテライト細胞(筋衛星細胞)を含む組織幹細胞において増殖や分化などの運命決定を制御することで知られる。
 本発明者らは、サテライト細胞を特異的に死滅させたマウスの骨格筋と正常マウスの骨格筋のNotch2のmRNAおよびタンパク質の発現量を比較し、サテライト細胞のみならず筋線維にもNotch2が発現することを見出した。骨格筋線維特異的に活性型Notch2を恒常的に発現させたトランスジェニックマウス(N2ICD-Tgマウス)を作成し、その表現型解析を行い、N2ICD-Tgマウスでは、速筋において筋萎縮が認められたが、一方、筋線維の細胞核数はN2ICD-Tgマウスとコントロールマウスとで有意な差はなかったこと、そして、筋線維のNotch2シグナルの恒常的な活性化は筋肉量の維持に負の作用をもたらすことを報告している(非特許文献1)。
 本発明者らは、Notch1およびNotch2は、骨格筋の幹細胞であるサテライト細胞の休止期・未分化維持に必須であることを報告している(非特許文献2)。また、本発明者らは、筋線維特異的にNotch1およびNotch2の両者を欠損した(Mlc1fCre/+:Notch1f/f:Notch2f/f)マウスを作出し、尾部懸垂や糖尿病による筋萎縮を誘導したところ、野生型マウスでは筋重量および筋線維横断面積(CSA)が顕著に減少する一方で、Notch1/Notch2欠損マウスでは筋萎縮抵抗性が観察されたことを報告している(非特許文献3)。
 哺乳類には、Jagged1(Jag1)、Jagged2(Jag2)、Delta様リガンド-1(Dll1)、Delta様リガンド-3(Dll3)、Delta様リガンド-4(Dll4)の5種類の既知のNotchリガンドが存在することが知られている(非特許文献4、非特許文献5)。このうち、Dll1とDll4は同じような構造を持っているが、機能が異なることが報告されている(非特許文献6)。
 Dll4は、分化した筋管における発現が報告されている(非特許文献7)。また最近、Dll4は、筋組織の微小血管内皮細胞(EC)や、網膜などの他の組織にも発現していることが報告されている(非特許文献8)、および非特許文献9)。
体力科学、64巻(2015)1号、p.18 Fujimaki et al., Stem Cells 36, 278-285, 2018 体力科学、69巻1号、(2020)p.88 Sjoqvist M.ら、Dev Biol 447, 58-70 (2019) Koovall R.ら、Dev Cell 41, 228-241 (2017) Preusse K.ら、PLos genetics 11, e1005328 (2015) Low S.ら、Stem Cells 36(3), 458-466 (2018) Verma M.ら、Cell Stem Cell 23(4), 530-543 e9 (2018) Miloudi K. ら、Proc Natl Acad Sci USA 116, 4538-4547 (2019) eLife 2018;7:e40045. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.40045 Glycobiology, 2020, 1-11 doi: 10.1093/glycob/cwaa113
 本発明の目的は、新たな筋萎縮症の治療剤を提供することである。
 本発明者らは、Delta-Like Protein 4(Dll4)が筋線維のNotch2を活性化させ、筋萎縮を誘導すること、そして、Dll4によるNotch2の活性化を抑制した結果、筋萎縮が抑制できることを見出し、本発明を完成した。
 本発明は以下のものを含む。
[1]Dll4機能阻害剤(好ましくは、内皮細胞から分泌されるDll4の機能阻害剤、より好ましくは血管の内皮細胞から分泌されるDll4の機能阻害剤)を有効成分として含有する筋萎縮症の予防または治療剤。
[2]前記Dll4機能阻害剤が阻害するDll4は、筋組織中に存在する血管の内皮細胞において発現されるDll4である、上記[1]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[3]前記Dll4機能阻害剤は、Dll4とNotch2間の結合阻害剤である、上記[1]または[2]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[4]前記結合阻害剤は、Notch2に対するDll4の結合を阻害する抗Dll4抗体である上記[3]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[5]前記抗Dll4抗体は、Dll4のアミノ酸配列情報(NP_061947.1)に記載のアミノ酸配列から選ばれる5~10個のアミノ酸を認識する抗体である上記[4]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[6]前記Dll4機能阻害剤は、Dll4の発現阻害剤である、上記[1]または[2]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[7]前記Dll4の発現阻害剤が、Dll4のmRNAに対してRNA干渉を引き起こすsiRNAまたはshRNAである、上記[6]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[8]前記Dll4機能阻害剤は、Dll4に対するコラーゲンの結合阻害剤である上記[1]または[2]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[9]前記筋萎縮症は、神経原性筋萎縮性疾患または筋原性筋萎縮性疾患である、上記[1]~[8]のいずれか一つに記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[10]前記筋萎縮症は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、重症筋無力症、進行性筋萎縮症、脊髄性筋萎縮症、球脊髄性筋萎縮症、ギラン・バレー症候群および物理的な脊髄損傷による筋萎縮からなる群より選ばれる、上記[9]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
[11]前記筋萎縮症は、加齢性筋萎縮症(サルコペニア)、廃用性筋萎縮症、筋ジストロフィー、糖尿病性筋萎縮症、先天性ミオパチー、遠位性ミオパチー、ステロイドミオパチー、薬剤性ミオパチー、横紋筋融解症、脊髄性筋萎縮症、進行性球脊髄性筋萎縮症、筋消耗性疾患、シャルコ・マリー・ツース病、ランバート・イートン症候群、悪液質(例えば、がん悪液質、心筋梗塞、腎不全、COPD、敗血症、HIV感染)により誘導される筋萎縮、および熱傷等にともなう筋萎縮からなる群より選ばれる、上記[9]に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
 本発明により、新たな作用機序に基づく筋萎縮症の予防または治療剤が提供される。
マウスのEDL筋から単離したサテライト細胞の培養条件を示した図である。 左図は、Notch2の遺伝子発現量を、中央図は体重を、右図は筋肉量を測定した結果である(n=3(Cont)、n=5(N2-mTg))。データは平均値±SEMを表し、ポイントは個々のマウスを示す(特に断らない限り、以下の図面においても同様である)。*は、P<0.05、**は、P<0.01、***は、P<0.001、n.s.は有意差なし、を示す(特に断らない限り、以下の図面においても同様である)。 Notch2flox/flox(N2f/f)マウスおよびMlc1fCre/+;Notch2-/-(N2-/-)マウスのEDL筋から分離した個々の筋線維におけるNotch2遺伝子の発現をqPCRで解析した結果である(n=5)。 aは、後肢免荷(HU)試験の概要を示している。bは、浅趾屈筋(Plantaris:PLA)から単離した筋線維におけるNotch2発現(n=5)を解析した結果である。cは、N2f/fおよびN2-/-マウス(n=5)におけるヒラメ筋(Soleus:SOL)、PLA、腓腹筋(Gastrocnemius:GAS)のHU誘発性筋肉重量減少を確認した結果である。それぞれの左バーはN2f/fマウスの結果を、右バーはN2-/-マウス結果を示す。dは、HU後のPLA筋の組織断面上のラミニン免疫染色の代表的な画像である(スケールバー=100μm)。eは、PLA筋の筋線維横断面積(CSA)を示している(n=5)。 aは、糖尿病誘発筋萎縮モデル試験の概要を示している。bは、STZ注射14日後の血糖値(n=5~8)を示している。cは、EDLから単離した筋線維におけるNotch2発現を確認した結果である(n=6)。dは、STZ注射14日後の前脛骨筋(Tibialis Anterior:TA)、PLA、GASにおける筋肉重量減少を確認した結果である(n=8)。それぞれの左バーはN2f/fマウスの結果を、右バーはN2-/-マウス結果を示す。eは、糖尿病誘発N2f/fおよびN2-/-マウスのTA筋断面のラミニン免疫染色の代表的な画像である(スケールバー=100μm)。fは、TA筋線維の筋線維横断面積(CSA)を示している(n=5)。 N2f/f;AkitaマウスまたはN2-/-;Akitaマウスの相対的筋肉重量減少を測定した結果である(n=3)。それぞれの左バーはN2f/fマウスの結果を、右バーはN2-/-マウス結果を示す。 DB条件下で、N2f/f AkitaマウスとN2-/- AkitaマウスのTA筋においてテタヌス刺激により発生した筋力を測定した結果である(n=4)。代表的な強縮力記録(100Hz)(左図)と定量化した最大筋力(右図)を示す。 DB条件下での縦GAS筋切片の代表的な透過型電子顕微鏡(TEM)画像を示す。右側の四角で囲まれた拡大画像は、それぞれT細管(上図)と筋節構造(下図)を表す。矢印は異常なミトコンドリア(スケール棒=1μm)を示す。 上図は、N2f/f マウスとN2-/- マウスのGAS筋肉(倍率変化が>2.0、q<0.05、およびTPM>500の遺伝子数)において、HUおよびDB条件の両方に共通の有意にアップレギュレートされた遺伝子の数を示す。下図は、N2f/f マウスにおけるHUとDB条件間の共通アップレギュレート遺伝子(361遺伝子)のKEGG経路解析からの上位5経路を示している。 左図は、各タンパク質で刺激した筋線維の代表的な画像を示す(スケールバー=50μm)。右図は、筋線維直径の定量データである(1条件あたりn=5マウス、個々のマウスについて>15筋線維を計測した)。 Dll4組換えタンパク質をコートしたプレートで24時間培養後の遺伝子発現解析の結果を示す(n=5)。それぞれの左バーはContの結果を、右バーはrDll4の結果を示す。 上図は、共培養条件の模式図である。下左図は、共培養後の代表的な画像である(スケールバー=50μm)。下右図は、筋線維直径の定量データである(1条件あたりn=4マウス、個々のマウスについて>15筋線維を計測した)。 左図は、N2f/f マウスおよびN2-/- マウス由来のEDL筋線維を、組換えDll4タンパク質を予めコーティングしたプレート上で培養した結果である。右図は、N2f/f マウス由来のEDL筋線維を、組換えDll4タンパク質を予めコーティングしたプレート上でDAPTを添加して培養した結果である。上図は、筋線維の代表的な画像である(スケールバー=50μm)。下図は、筋線維直径の定量データである(1条件あたりn=4マウス、個々のマウスについて>15筋線維を計測した)。それぞれの左側はContの結果を、右側はrDll4の結果を示す。 左図は試験の概要を示す。右図は、SOL、PLA、およびGASの筋肉量を測定した結果である。それぞれの左バーはContの結果を、右バーはDAPTの結果を示す。 左図は試験の概要を示す。中央図は血中グルコース濃度、右図はSOL、PLAおよびGASの筋肉量を測定した結果である。それぞれの左バーはContの結果を、右バーはDAPTの結果を示す。 左図は、新鮮単離筋線維および筋肉組織由来のCD31+ 内皮細胞におけるDll4の発現を示す(n=4)。右図は、HUおよびDB条件の野生型GAS筋肉由来CD31+ 内皮細胞におけるNotchリガンドの発現を示す(各条件n=4~6マウス)。 HUおよびDB条件下での野生型マウス由来のTA筋縦断をCD31およびDll4で免疫組織化学染色した代表的画像を示す(スケールバー=20μm)。 DBマウスのGAS筋組織中のECにおけるDll4タンパク質分布を示す代表的な共焦点顕微鏡画像(A)および免疫電子顕微鏡画像(B)である。共焦点顕微鏡画像(スケールバー=20μm)は、Dll4とCD31を可視化しており、それぞれが、Dll4CD31ECとDll4CD31ECに対応する(白矢印(p)と矢頭(q)は、それぞれDll4陽性CD31EC(図B)とDll4陰性CD31EC(図C)の免疫電子顕微鏡画像(スケールバー=5μm)に対応する)。図Bは、免疫電子顕微鏡で可視化したDll4タンパク質のDAB染色の画像であり(図B右図は、拡大画像である)、筋線維表面に蓄積したDll4タンパク質(赤矢印)が示されている。拡大画像では、Dll4シグナルがコラーゲン様線維(緑の矢尻)中で検出された。図Cは、Dll4陰性EC(スケールバー=5μm)のDAB染色画像である(陰性のコントロール)。 Aは、本実施例で用いたトランスウェルカルチャーシステムの概念図である。Bは、siContおよびsiDll4でトランスフェクトしたECにおけるDll4発現を測定した結果である。Cは、筋線維の代表的な画像である(スケールバー=50μm)。Dは、筋線維直径の定量データである(1条件あたりn=4マウス、個々のマウスについて>20筋線維を計測した)。 左図は、ECをコントロール抗体(αCont)および抗Dll4中和抗体と共培養した場合の筋線維の代表的な画像である(スケールバー=50μm)。右図は、筋線維直径の定量データである(1条件あたりn=4マウス、個々のマウスについて>15筋線維を計測した)。 aは、野生型マウスHUモデルに対して中和抗体を投与する試験の概要を示す。bは、抗体投与マウスの7日目におけるEDL筋線維あたりのサテライト細胞数を示す(n=4)。cは、SOL、PLA、GAS筋の筋肉重量の減少を示す(n=7)。それぞれ左バーはαCont、右バーはαDll4を示す。 dは、PLA筋断面のラミニン免疫組織化学染色の代表的画像を示す。eは、筋線維CSAの定量データを示す(n=6)。fは、GAS筋肉におけるFoxO標的遺伝子と筋萎縮原因遺伝子の発現を示している(n=6)。4つのバーにおいて、一番左のバーはαCont-GCを、2番目のバーはαCont-HUを、3番目のバーはαDll4-GCを、一番右のバーはαDll4-HUを示す。 aは、野生型マウスDBモデルに対して中和抗体を投与する試験の概要を示す。bは、STZ注射14日後の血糖を示す(n=5~7)。cは、DBが誘発するTA、PLA、GAS筋の筋肉重量の減少を示す(n=5~6)。それぞれ左バーはαContを、右バーはαDll4を示す。 dは、TA筋断面のラミニン免疫組織化学染色の代表画像を示す。eは、筋線維CSAの定量データを示す(n=5)。fは、GAS筋肉におけるFoxO標的遺伝子と筋萎縮原因遺伝子の発現を示している(n=5)。4つのバーにおいて、一番左のバーはαCont-Vehを、2番目のバーはαCont-DBを、3番目のバーはαDll4-Vehを、一番右のバーはαDll4-DBを示す。 aは、野生型マウスDBモデルに対して可溶型Dll4‐Fc組換タンパク質を投与する試験の概要を示す。bは、STZ注射14日後の血糖を示す(n=5)。cは、DBが誘発するTA、PLA、GASの筋肉重量の減少を示す(n=5)。それぞれ左バーはPBSを、右バーはrDll4-Fcを示す。 aは、野生型マウスSTZ誘発重症高血糖症モデルに対して中和抗体を投与する試験の概要を示す。bは、STZ注射7日目(左)または14日目(右)における握力を示す(n=9~10)。cは、生存曲線を示す(n=10)。生存実験のP値はLog-rank検定を用いて求めた。 aは、野生型マウス機械的負荷誘発筋肥大モデルに対して中和抗体を投与する試験の概要を示す。bは、過負荷により誘導されたPLA筋の重量増加(PLA筋肉重量/体重:OL処置群(OL)対未処置群(sedentary control:Sed))を示す(n=6)。cは、過負荷PLA筋断面のラミニン免疫組織化学染色の代表画像を示す。dは、筋線維CSAの定量データを示す(n=6)。 aは、N2f/f およびN2-/- マウスに対し、機械的負荷(OL)を行い、筋肥大を誘発させる試験の概要を示す。協働筋切除(tenotomy)後14日目に分析した。bおよびcは、過負荷により誘導されたPLA筋の重量および重量増加(PLA筋肉重量/体重:OL処置群(OL)対未処置群(sedentary control:Sed))を示す(n=6~8)。 aは、野生型マウス機械的負荷(OL)誘発筋肥大モデルにおいてDAPTを投与した試験の概要を示す。協働筋切除(tenotomy)後に、DAPT(10mg/kg)を腹腔内投与し、14日目に分析した。bおよびcは、過負荷により誘導されたPLA筋の重量および重量増加(PLA筋肉重量/体重:OL処置群(OL)対未処置群(sedentary control:Sed))を示す(n=6)。 糖尿病マウスから分離されたGAS筋肉におけるDll4のイムノゴールドラベルの代表的なTEM画像である。金粒子は、ECと筋線維の間の間質空間の筋線維(a)、コラーゲン様線維(b)、または細胞外小胞(c)の近くに局在していた。スケールバー=200nm。
 以下、本発明を、例示的な実施態様を例として、本発明の実施において使用することができる好ましい方法および材料とともに説明するが、本発明は以下に記載の態様に限定されるものではない。なお、文中で特に断らない限り、本明細書で用いるすべての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味をもつ。また、本明細書に記載されたものと同等または同様の任意の材料および方法は、本発明の実施において同様に使用することができる。また、本発明に関連して本明細書中で引用されるすべての刊行物および特許は、例えば、本発明で使用できる方法や材料その他を示すものとして、本明細書中に引用されそして本明細書の一部を構成するものである。
 本明細書において、数値範囲を示す「A~B」の記載は、端点であるAおよびBを含む数値範囲を意味する。また、「AないしB」についても同様である。また本明細書において、「約」とは、±10%を許容する意味で用いる。
 本明細書において、本発明のDll4機能阻害剤を有効成分として含有する筋萎縮症の予防または治療剤を、「本発明の予防または治療剤」、「本発明の医薬組成物」、または「本発明の組成物」という場合がある。本明細書において、本発明の予防または治療剤に用いることができる有効成分を、「本発明の予防または治療剤の有効成分」、「本発明の医薬組成物の有効成分」、「本発明の組成物の有効成分」、または「本発明の有効成分」という場合があり、前後の文脈より明らかな場合は、単に「有効成分」という場合がある。本明細書において、「Dll4機能阻害剤」の記載は、前後の文脈よりいずれを示しているか明らかな場合を除き、Dll4のNotch2への結合阻害剤、Dll4の発現阻害剤、およびDll4に対するコラーゲンの結合阻害剤のいずれも含む意味で用いられる。本明細書において、Dll4とDll4タンパク質は、文脈より別の意味を示していると明らかな場合を除いて、物質(タンパク質)としてのDll4を意味し、相互に置換可能な言葉として用いられる。本明細書において、Notch2とNotch2タンパク質は、文脈より別の意味を示していると明らかな場合を除いて、物質(タンパク質)としてのNotch2を意味し、相互に置換可能な言葉として用いられる。
 本発明は、Dll4機能阻害剤を有効成分として含有する筋萎縮症の予防または治療剤である。本発明において「Dll4機能阻害剤」とは、Dll4-Notch2シグナル軸に基づいて筋萎縮を引き起こすDll4の機能を阻害することにより、筋萎縮を抑制できる物質を意味する。本発明者らは、筋組織中の微小血管内皮は、Notch2のリガンドであるDll4をアップレギュレートして分泌し、そして、血管内皮細胞から分泌されたDll4は、直接的な細胞間接触なしに筋線維表面に存在するNotch2に結合することにより、Notch2を選択的に活性化し、その結果、筋萎縮シグナルが誘導され、筋萎縮が起こることを見いだした。また本発明者らは、リガンドである内皮細胞から分泌されたDll4は、受容体であるNotch2に結合するためには、コラーゲンと結合することが重要であることを見いだした。本発明者らはさらに、Dll4は内皮細胞が分泌する細胞外小胞の膜に発現しており、Dll4によるNotch2の活性化による筋萎縮は細胞外小胞を介して起こることを見いだした。また、内皮細胞から分泌されるDll4には本来想定されるDll4の分子量より小さいcleaved型があり、このcleaved型Dll4がNotch2への結合・活性化に重要であることも見出した。従って、本発明において「Dll4機能阻害剤」とは、Notch2を経由した筋萎縮を誘導するDll4の作用を阻害する物質を意味し、これに限定されないが、例えば、Dll4とNotch2間の結合を阻害する物質(好ましくは、血管から分泌されたDll4と筋線維のNotch2との結合を阻害する物質)、Dll4の発現を阻害する物質(例えば、内皮細胞におけるDll4の発現阻害剤、細胞外小胞におけるDll発現阻害剤を含む)、Dll4に対するコラーゲンの結合を阻害することによりDll4とNotch2の結合を阻害する物質のいずれも含む意味で用いられる。
 Dll4とNotch2間の結合を阻害する物質は(以下、「Dll4とNotch2との結合阻害物質」、「Dll4とNotch2との結合阻害剤」、あるいは文脈より明らかな場合は、単に「結合阻害物質」または「結合阻害剤」という。)は、Dll4とNotch2との結合を阻害することにより、Notch2の活性化を抑止し、筋萎縮シグナルの誘導を抑制することにより、筋萎縮を抑制する。その結果、筋萎縮の予防または治療剤の有効成分として用いることができる。結合阻害物質は、たとえば、これに限定されないが、Dll4に結合して、Dll4が物理的にNotch2に結合することを阻害する物質を挙げることができる。具体的には、Dll4のNotch2に結合する部位(以下、「Dll4のNotch2への結合部位」、「Notch2結合部位」、「受容体結合部位」という場合がある)に結合する、低分子、中分子、抗体等を挙げることができる。好ましくは、Dll4のNotch2への結合部位を認識する抗体を挙げることができる。また、結合阻害物質は、たとえば、これに限定されないが、Notch2に結合して、Notch2が物理的にDll4に結合することを阻害する物質を挙げることができる。具体的には、Notch2のDll4に結合する部位(以下、「Notch2のDll4への結合部位」、「Dll4結合部位」、「リガンド結合部位」という場合がある)に結合する、低分子、中分子、抗体等を挙げることができる。好ましくは、Notch2のDll4への結合部位を認識する抗体を挙げることができる。
 血管から分泌されたDll4は筋線維のNotch2に結合する。よって上記結合阻害物質は、好ましくは、血管から分泌されたDll4と筋線維のNotch2との結合を阻害する物質をあげることができる。また、Dll4とNotch2間の結合を阻害する物質は、例えば、Notch2の細胞外ドメインの糖鎖修飾等、Dll4のタンパク質修飾等を標的とした結合阻害剤も含む。
 低分子または中分子である化合物は、常法に従い、Dll4との結合活性、Notch2との結合活性、あるいは、Dll4とNotch2との結合を阻害する活性を指標にスクリーニングすることにより探索できる。例えばこれに限定されないが、Dll4とNotch2を試験物質の存在下または非存在下で結合させ、その後、Dll4-Notch2結合体を、抗Dll4抗体と抗Notch2抗体を用いてELISA法により検出することにより、Dll4とNotch2の結合を阻害する物質をスクリーニングできる。抗Dll4抗体および抗Notch2抗体は、常法に従い作製することもできるが、市販されているものを用いてもよい。
 または、Dll4分子がNotch2分子と結合した場合に蛍光を発するように化学修飾したDll4を用い、単離した筋線維を接着培養し、筋線維に発現しているNotch2へのDll4の結合を蛍光により検出する系を用いることができる。あるいは、ルシフェラーゼレポーターアッセイを用いて、Dll4分子とNotch2分子の結合を検出する系を用いることもできる。さらには、単離した筋線維の代わりに、Notch2が過剰に細胞表面に発現するようにした細胞を用いて同様にして行うこともできる。
 Dll4のNotch2への結合部位を認識する抗体、またはNotch2のDll4への結合部位を認識する抗体は、Dll4タンパク質またはNotch2タンパク質を用いて常法により作製することができる。あるいは、Dll4のアミノ酸配列情報またはNotch2のアミノ酸配列情報を参考に、遺伝子工学的手法を用いて、常法により作成することができる。Dll4およびNothc2の核酸配列およびアミノ酸配列は、それぞれ、公知のデータベースより入手可能である。ヒトのDll4については、核酸配列(NM_019074.4)およびアミノ酸配列(NP_061947.1)として、ヒトNotch2については、核酸配列(NM_024408.4)およびアミノ酸配列(NP_077719.2)として登録されている。例えば、Dll4とNotch2の結合部位に関する報告(例えば、非特許文献10、非特許文献11)を参考にして、結合部位を含むと考えられるアミノ酸配列に対する抗体を作成することができる。また、例えばこれに限定されないが、抗Notch2抗体としては、Notch2の細胞外ドメインのEGFリピート11-13の領域にDll4が結合すると示唆されているので、Notch2のEGFリピート11-13の領域に結合する抗Notch2抗体をあげることができる。抗体としては、全長(例えば、IgG1、IgG2またはIgG4)であってもよく、またはその抗原結合部位を含み、機能性を改善するようにまたは必須でないエフェクター機能を除去するように修飾されたものであってもよい。例えば、ジスルフィドFv、dAbフラグメント、相補性決定領域(CDR)を含むフラグメント、単離されたCDR断片などの単一ドメイン、限定されたFR3-CDR3-FR4ペプチド、一本鎖抗体(scFv)、ミニボディ、ナノボディ(例えば、1価のナノボディ、2価のナノボディなど)、ダイアボディ(diabody)、ドメインが欠損した抗体、キメラ抗体、CDRが移植された抗体、二重特異性抗体、多重特異性抗体(例えば、三重特異性抗体、四重特異性抗体)、特異的な抗原結合能を有する抗体の少なくとも一部を含むポリペプチド、および小モジュラー免疫薬のような他の操作された分子を挙げることができる。あるいは、抗体の抗原結合断片であってもよい。抗体の抗原結合断片は、任意の天然に生じるまたは合成された、酵素的若しくは生化学的手法を用いて得られた、または遺伝子操作により得られた、抗原であるDll4のNotch2結合部位に特異的に結合して複合体を形成するポリペプチドまたは糖タンパク質を含む。上記の内容は、抗原としてNotch2を用いる場合も同様である。
 抗体の抗原結合断片は、例えば、タンパク質消化、または抗体の可変および(場合により)定常ドメインをコードするDNAの操作および発現を伴う組換え遺伝子操作技術のような任意の適切な標準的技術を用いて、完全抗体分子またはそのアミノ酸若しくは遺伝子情報から得ることができる。DNAは、配列決定され、化学的または分子生物学的技術を用いることにより、例えば、1つもしくはそれ以上の可変および/または定常ドメインを適切な位置に配置させる、あるいは、例えば、任意のコドンを導入して、システイン残基を作製するまたはアミノ酸を修飾・付加・欠損される、等の操作により、任意の抗原結合断片を作製できる。
 抗体の抗原結合断片は、典型的には、少なくとも1つの可変ドメインを含む。可変ドメインは、任意のサイズまたはアミノ酸組成であり、少なくとも1つのCDRを一般的に含み、それは1つまたはそれ以上のフレームワーク配列に隣接されるかあるいはインフレームに配置される。VLドメインと繋がったVHドメインを有する抗原結合断片において、VHおよびVLドメインは、任意の適切な配置で相対的に位置する。抗体の抗原結合断片は、例えば、二量体である可変領域、VH-VH、VH-VLまたはVL-VL二量体を含む。あるいは、抗体の抗原結合断片は、単量体VHまたはVLドメインを含む。
 ある実施形態において、抗体の抗原結合断片は、少なくとも1つの定常ドメインに共有結合した少なくとも1つの可変ドメインを含有する。抗体の抗原結合断片内の可変および定常ドメインの典型的配置は、これに限定されないが、(i)VH-CH1;(ii)VH-CH2;(iii)VH-CH3;(iv)VH-CH1-CH2;(v)VH-CH1-CH2-CH3;(vi)VH-CH2-CH3;(vii)VH-CL;(viii)VL-CH1;(ix)VL-CH2;(x)VL-CH3;(xi)VL-CH1-CH2;(xii)VL-CH1-CH2-CH3;(xiii)VL-CH2-CH3;および(xiv)VL-CLを含む。上記の典型的な配置のいずれかを含む、可変および定常ドメインの任意の配置において、可変および定常ドメインは、互いに直接的に結合されるか若しくはリンカー領域により結合されるかのいずれかである。リンカー領域は、少なくとも2個(例えば、5個、10個、15個、20個、40個、60個もしくはそれ以上)のアミノ酸からなり、隣接する可変および/または定常ドメイン間を結合する。さらに、抗体の抗原結合断片は、1つの若しくはそれ以上の単量体VH若しくはVLドメインが非共有結合的に会合した、上記の可変および定常ドメイン配置のいずれかのホモ-二量体またはヘテロ-二量体(あるいは他の多量体)を含む。
 完全抗体分子と同様に、抗原結合断片は、単特異性または多特異性(例えば、二重特異性)であり得る。抗体の多特異性抗原結合断片は、典型的には、少なくとも2つの異なる可変ドメインを含み、それぞれの可変ドメインは、別々の抗原または同一抗原上の異なるエピトープに特異的に結合する能力を有する。本明細書における二重特異性抗体を含む、任意の多特異性抗体は、当該技術分野において利用可能な慣例的技術を用いて作製でき、本発明の目的において抗体の抗原結合断片として使用することができる。
 Dll4の発現を阻害する物質(以下、「Dll4の発現阻害物質」、「Dll4の発現阻害剤」、あるいは文脈より明らかな場合は、単に「発現阻害物質」または「発現阻害剤」という。)は、Dll4の発現を阻害することにより、Dll4の発現、例えば、内皮細胞におけるDll4の発現や細胞外小胞におけるDll4の発現を減少させて、Dll4によるNotch2の活性化を抑止し、筋萎縮シグナルの誘導を抑制することにより、筋萎縮を抑制する。好ましくは内皮細胞におけるDll4の発現、より好ましくは血管内皮細胞におけるDll4の発現を減少させる。その結果、筋萎縮の予防または治療剤の有効成分として用いることができる。発現阻害物質は、たとえば、Dll4の発現を特異的に阻害する核酸分子を挙げることができる。Dll4の発現を特異的に阻害する核酸分子は、通常非天然の核酸であり、たとえば、Dll4の発現を特異的に妨害するRNAi、アンチセンス核酸、又はリボザイムである。「RNAi」とは、標的対象となるDll4の発現を下方制御する能力を有するあらゆるRNAを意味し、siRNA、dsRNA、ssRNA、およびshRNA分子が含まれる。好ましくは、Dll4発現阻害剤は、siRNA又はshRNAである。
 siRNAまたはshRNAは、翻訳開始コドンの下流19~50ヌクレオチドの領域に対して通常設計される。好ましい実施形態では、RNAi分子は、長さが少なくとも約10~40塩基のヌクレオチド、好ましくは約15~30塩基のヌクレオチドからなるsiRNAである。siRNAまたはshRNAは、天然RNA、合成RNA、または組換え生成型RNA、並びに1つ若しくは複数のヌクレオチドの付加、欠損、置換、および/または改変により、天然のRNAと異なる改変型RNAを含みうる。かかる改変は、siRNAがヌクレアーゼ消化に抵抗性となるような修飾を含め、例えば分子の末端部又はsiRNAの1つ若しくは複数の内部ヌクレオチド等への非ヌクレオチド物質の付加を含みうる。
 本発明の発現阻害剤である核酸は、Dll4をコードする遺伝子又は転写物に特異的にハイブリダイズする能力を有する。発現阻害剤としての核酸は、特異的にハイブリダイズするのに、標的配列であるDll4の配列と100%の相補性を必要とはしないが、少なくとも約90%に等しい相補性を有することが好ましい。より好ましくは、本発明における発現阻害物質としての核酸と標的配列(Dll4の標的配列)との間の相補性は、少なくとも95%、96%、97%、98%、99%、又は100%である。
 Dll4に対するコラーゲンの結合を阻害する物質(以下、「Dll4のコラーゲンへの結合阻害物質」、「Dll4のコラーゲンへの結合阻害剤」、あるいは文脈より明らかな場合は、単に「結合阻害物質」または「結合阻害剤」という。)は、血管内皮細胞から分泌されたDll4のコラーゲンへの結合を阻害することにより、Dll4のNotch2への結合を阻害してNotch2の活性化を抑止し、筋萎縮シグナルの誘導を抑制することにより、筋萎縮を抑制する。その結果、筋萎縮の予防または治療剤の有効成分として用いることができる。結合阻害物質は、たとえば、これに限定されないが、Dll4に結合して、Dll4が物理的にコラーゲンに結合することを阻害する物質を挙げることができる。具体的には、Dll4のコラーゲンに結合する部位(以下、「Dll4のコラーゲン結合部位」、「コラーゲン結合部位」という場合がある)に結合する、低分子、中分子、抗体等を挙げることができる。好ましくは、Dll4のコラーゲンへの結合部位を認識する抗体を挙げることができる。また、結合阻害物質は、たとえば、これに限定されないが、コラーゲンに結合して、コラーゲンが物理的にDll4に結合することを阻害する物質を挙げることができる。抗体を用いる場合は、Dll4とNotch2との結合を阻害する抗体と同様に、種々の抗体を用いることができる。
 他のDll4機能阻害剤としては、例えば、Dll4がNotch2の細胞外ドメインに結合してもNotch2の細胞内ドメインが切断されること(Notch2が活性化されること)を阻害する物質をあげることができる。これに限定されないが、このような阻害物質は、Notch2切断に関連するメタロプロテアーゼやセクレターゼの阻害物質を含む。
 本発明のDll4の機能阻害剤を有効成分として含む組成物は、筋萎縮を伴う疾患の予防または治療に用いられる。本発明の組成物は、さらには、筋萎縮の改善、ひいては筋肉量低下の改善または筋力低下の改善に用いられる。例えば、加齢などによって衰える筋肉の維持、尿漏れ改善などが挙げられる。筋萎縮とは、筋肉が痩せることをいい、その結果として筋肉量が低下する。本発明の予防または治療剤が対象とする「筋萎縮症」とは、神経原性筋萎縮性疾患および筋原性筋萎縮性疾患の両者を含む。
 神経原性筋萎縮性疾患としては、例えば、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、重症筋無力症、進行性筋萎縮症、脊髄性筋萎縮症、球脊髄性筋萎縮症、ギラン・バレー症候群、および物理的な脊髄損傷による筋萎縮などを挙げることができる。
 筋原性筋萎縮性疾患としては、例えば、加齢性筋萎縮症(サルコペニア)、廃用性筋萎縮症、筋ジストロフィー(例えば、デュシェンヌ型筋ジストロフィー、ベッカー型筋ジストロフィー、遠位筋ジストロフィー、先天性筋ジストロフィー、エメリー・ドレフュス型筋ジストロフィー、顔面肩甲上腕型筋ジストロフィー、筋強直性筋ジストロフィー1型、もしくは筋強直性筋ジストロフィー2型、肢帯型筋ジストロフィー)、糖尿病性筋萎縮症、先天性ミオパチー、遠位性ミオパチー、ステロイドミオパチー、薬剤性ミオパチー、横紋筋融解症、脊髄性筋萎縮症、進行性球脊髄性筋萎縮症、筋消耗性疾患(例えば、加齢関連サルコペニア、悪液質)、シャルコ・マリー・ツース病、ランバート・イートン症候群、悪液質(例えば、がん悪液質、心筋梗塞、腎不全、COPD、敗血症、HIV感染)により誘導される筋萎縮、熱傷等にともなう筋萎縮などを挙げることができる。
 本発明の筋萎縮症の予防または治療剤は、治療有効量のDll4機能阻害剤を含む。「治療有効量」とは、治療を必要とするほ乳類に投与される場合、治療効果を生じさせるのに十分な量をいう。治療有効量は、対象および治療する疾患症状、対象の体重および年齢、疾患症状の重症度、投与方法などに依存して異なり、当該技術分野における当業者により容易に決定されることができる。ある実施形態において、Dll4機能阻害剤は、低分子または中分子である。ある実施形態において、Dll4機能阻害剤は、抗体またはその抗原結合断片であり、それらは実質的に精製されたものが用いられる。ある実施形態において、Dll4機能阻害剤は、核酸、好ましくはsiRNAまたはshRNAである。ある実施形態において、本発明のDll4機能阻害剤は、筋萎縮を起こしている対象に、予防的に投与される。ある実施形態において、本発明のDll4機能阻害剤は、筋萎縮を起こしている対象に、治療目的で投与される。
 本発明の予防または治療剤が投与される対象は、哺乳類であり、好ましくはヒトである。より特定の実施形態において、対象は、筋萎縮症を発症しているヒトである。本発明の組成物は、軽度または中度の筋萎縮症を発症している対象に対しては、治療目的に加え、筋萎縮症の進行を防ぐために予防的にも投与されうる。本発明の組成物は、中度または重度の筋萎縮症を発症している対象に対しては、主として治療目的で投与されうる。
 本発明の組成物は、DDL4機能阻害剤を治療有効量で含み、さらに、薬学的に許容できる担体を含む。本明細書において「薬学的に許容できる担体」は、動物、特にはヒトで使用するため、規制機関によって使用が認可されている、または一般に使用が認められている薬局方に収載されている担体を意味し、当業者に知られているように、任意およびすべての、溶媒、分散媒体、コーティング剤、酸化防止剤、キレート剤、保存剤(例えば、抗菌剤、抗真菌剤)、界面活性剤、緩衝剤、浸透圧調節剤、吸収遅延剤、塩、薬物安定剤、賦形剤、希釈剤、結合剤、崩壊剤、甘味剤、芳香剤、潤沢剤、染料など、及びそれらの組合せを含む。何れかの担体が本発明の活性成分と不適合である場合以外は、本発明の組成物において使用することができる。
 本発明の組成物は、経口投与や非経口投与などの投与方法に応じて、適宜所望の剤形に製剤化することができる。その剤形は特に限定されないが、経口投与の場合、例えば、散剤、顆粒剤、錠剤、トローチ剤、カプセル剤等の固形製剤;溶液剤、シロップ剤、懸濁剤、乳剤等の液剤等に製剤化することができる。非経口投与の場合、例えば、座剤、噴霧剤、吸入剤、軟膏剤、貼付剤、注射剤(輸液剤を含む)等に製剤化することができる。本発明の組成物は、使用時に滅菌水等を加えて溶解する凍結乾燥製剤であってもよい。なお、製剤化は、剤形に応じて適宜公知の方法により実施できる。
 本発明は一つの実施形態において、対象に、Dll4機能阻害剤を治療有効量で投与することにより、対象を予防または治療する方法である。DDL4機能阻害剤の治療有効量や投与方法その他については、予防剤および治療剤について上記した通りである。
 本発明の有効成分であるDDL4機能阻害剤の投与量は、DDL4機能阻害剤の種類に応じて適宜選択される。また、本発明の有効成分であるDDL4機能阻害剤の投与量は、投与対象の症状、年齢、状態、投与経路等により適宜選択される。
 本発明の有効成分であるDDL4機能阻害剤として低分子または中分子が用いられる場合、本発明の組成物は、医薬として経口的または非経口的に投与出来るが、好ましくは経口投与である。経口投与の場合は、例えば錠剤、散剤、カプセル剤、顆粒剤等の固形剤として使用することが出来、これらは慣用の賦形剤、結合剤、希釈剤、滑沢剤等の添加剤を含んでもよい。また、水性または油性の懸濁剤、溶液、シロップ剤、エリキシル剤等の溶剤としても投与可能である。また、非経口投与の場合は、注射剤等として使用出来る。投与量は、患者の年齢、体重および状態または疾患の種類、程度もしくは投与方法等により異なり一概に規定出来ないが、通常、成人1日当り、約0.1~約500mg/kgである。
 本発明の有効成分であるDDL4機能阻害剤として抗体が用いられる場合は、成人患者における疾患の予防または治療のために、これに限定されないが、通常、体重1kg当たり、下限として、約0.01mg、好ましくは約0.05mg、より好ましくは約0.1mg、一方、上限としては、約100mg、好ましくは約50mg、より好ましくは約20mg、さらに好ましくは約10mgの単回用量にて投与される。本発明の抗体の抗原結合断片を用いる場合は、前記用量より多くの用量を投与するのが通常であり、これに限定されないが、例えば、約1.5倍~約50倍、好ましくは約1.5倍~約20倍、より好ましくは約1.5倍~約10倍の量が投与される。状態の重症度に依存して、投与の頻度および投与間隔は調節される。ある実施形態において、抗体等は、少なくとも約1mg~約1000mgの開始用量として投与される。ある実施形態において、開始用量に続き、開始用量のものとおよそ同一であるか、またはそれ未満である量における第2または多数の続く用量の抗体またはその抗原結合断片が投与され、ここで、続く用量は、少なくとも2~5日;少なくとも1週;少なくとも2週;少なくとも3週;少なくとも4週;少なくとも5週;少なくとも6週;少なくとも7週;少なくとも8週;少なくとも9週;少なくとも10週;または少なくとも12週により隔てられる。
 本発明の組成物は、経口または非経口のいずれにおいても、有効成分の目的用量に適合するように単位用量に調製された投薬剤形にて調製される。単位用量を含む投薬剤形は、例えば、錠剤、ピル、カプセル剤、注射(アンプル剤)、坐剤などを含む。含有される抗体の量は、一般に、単位用量において、一つの投薬形態当たり約5~約1000mg、の抗体等が含有されることが好ましい。
 投与用量および投与スケジュールを含む投与治療計画は、投与対象の症状、年齢、状態、投与経路等を考慮し、対象(患者)を診断した医師が適宜判断して、必要に応じ、様々な機関から提示されたガイドラインを参照して、決めることができる。
 本発明の医薬組成物の投与経路は、対象の症状、状態その他の条件を考慮して任意に定めることができる。投与経路は、皮内、経皮、筋肉内、腹腔内、静脈内、皮下、鼻腔内、硬膜外および経口経路を含むが、これらに限定されない。医薬組成物は、任意の好都合な経路により、例えば、注入若しくはボーラス注射により、または上皮若しくは皮膚粘膜裏層(例えば、経口粘膜、直腸、および腸粘膜など)を通じた吸収により投与され、また、他の生物学的に活性な薬剤と一緒に投与してもよい。投与は全身または局所であり得る。
 医薬有効成分の投与においては、種々のデリバリーシステムが公知であり、これらを用いて、本発明の医薬組成物を投与できる。例えば、リポソームにおけるカプセル封入、微粒子、ナノ粒子、マイクロカプセを挙げることができる。また、ある実施形態において、医薬組成物は、制御放出システムにおいてデリバリーすることもできる。制御放出システムは、組成物が標的の近くに置かれ、従って、少量の全身性用量のみが必要とされる。
 本発明の医薬組成物を注射で投与する場合、注射可能な調製物は、静脈内、皮下、皮内、腹腔内および筋内注射用形態、または点滴注入用形態などを含む。これらの注射可能な調製物は、公知の方法を参照して調製できる。注射可能な調製物は、例えば、注射のため通常用いられる無菌の水性媒体もしくは油性媒体に、本発明の抗体等またはその塩を溶解、懸濁、または乳化することにより、調製できる。注射用水性媒体として、例えば、生理食塩水、グルコースを含有する等調溶液、および他の補助剤などを挙げることができ、アルコール(例えば、エタノール)、多価アルコール(例えば、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール)、非イオン性界面活性剤[例えば、ポリソルベート80、HCO-50(硬化ヒマシ油のポリオキシエチレン(50mol)付加物)]などの適切な溶解剤と併用で用いることもできる。油性媒体として、例えば、ゴマ油、大豆油などが利用され、安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールなどのような溶解剤と併用して用いることができる。また、調製される注射は、好ましくは適切なアンプルに充填される。
 本発明の医薬組成物が注射剤である場合、用時調製注射剤としてまたはプレフィルシリンジ剤として調製できる。本発明の医薬組成物は、標準的な針およびシリンジで皮下または静脈内に投与される。また、皮下投与のためにペンデリバリー装置を用いることもできる。ペンデリバリー装置は、再利用可能であるか、または使い捨てである。
 本発明の組成物においてDDL4機能阻害剤として核酸、例えばsiRNAを用いる場合は、単一のsiRNAであってもよく、また、複数のsiRNAの混合物(いわゆる、カクテル)であってもよい。
 本発明のsiRNAを生体内で使用するときには、siRNAを直接患部に注入するか、又はsiRNAの発現が可能なベクターを使用することができる。
 siRNAを直接患部に注入する場合には、それらをリポソーム、たとえばリポフェクタミン、リポフェクチン、セルフェクチン及びその他の正電荷リポソームと複合体形成して注入することができる。
 siRNAの発現が可能なベクターを使用する場合は、例えば、siRNAのセンス鎖配列とその相補的配列であるアンチセンス鎖配列とを含むRNAをコードするDNA配列をプロモーターの調節下に含む発現ベクターが好ましく用いられる。
 siRNAを得るために、shRNAを用いるまたはshRNAを細胞内で発現させることもできる。本発明で使用可能なshRNAは、前記センス鎖配列、前記アンチセンス鎖配列、及び前記センス鎖配列と前記アンチセンス鎖配列との間を共有結合によって結合する一本鎖ループ配列を含むものであり、細胞内RNaseであるDicerによってプロセシングされてsiRNAが形成されるRNAである。
 shRNAは、単一のshRNAであってもよく、また、複数のshRNAの混合物(いわゆる、カクテル)であってもよい。
 siRNAを患部にデリバリーするためにウイルスベクターを用いてもよい。用いることができるウイルスベクターは、特に制限はないが、例えば、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、レンチウイルスベクター、レトロウイルスベクター(白血病ウイルスベクターなど)、ヘルペスウイルスベクターなどをあげることができる。ウイルスベクターは、ヒトに使用する際に疾病を引き起こさないように例えば自己複製能を欠損したタイプのものが好ましい。例えば、アデノウイルスベクターの場合には、E1遺伝子及びE3遺伝子を欠失した自己複製能欠損型アデノウイルスベクターを使用することができる。ウイルスベクターの構築方法は、公知の方法に従い行うことができる。
 本発明においては、骨格筋でDDL4遺伝子の発現を抑制することを目的としているので、骨格筋へのデリバリー選択性があるアデノ随伴ウイルスベクターが特に好ましく用いられる。アデノ随伴ウイルスベクターとしては、現在まで、I型からXI型まで知られており、これらを制限なく用いることができるが、今後開発されるベクターも本発明の目的を達するかぎり制限なく用いることができる。好ましいベクターは、これに限定されないが、AAV1、AAV2、AAV4、AAV6、AAV7、AAV8、又はAAV9である。好適に用いられる各種アデノ随伴ウイルスベクターは市販されている。
 ウイルスベクターを用いる場合は、患部にベクターを直接注入し細胞に感染させることによって細胞内に遺伝子導入することができる。特にアデノウイルスベクターは種々の細胞種に非常に高い効率で遺伝子導入可能であることが確認されており、また遺伝子治療のために実際に臨床応用されている。このベクターはまた、ゲノム中に組み込まれることがないため、その効果は一過的であり安全性も他のウイルスベクターと比べて高いと考えられる。
 siRNA又はshRNAを直接投与する場合の投与量は、特に制限されず、タンパク質レベルでのDDL4の減少を引き起こす効果を生じる量が選択される。投与量は、治療有効量であり、また一定の時間的間隔で複数回投与することもできる。実際に用いる際は、患者の状態、年齢、性別、重篤度などに応じて専門医の判断により投与量が決定される。
 siRNAまたはshRNAを搭載したベクターは、医薬上許容可能な担体、例えば、生理食塩水、緩衝液などとともに患者に投与される。医薬組成物にはさらに、安定化剤、保存剤、等張化剤などを含有させることができる。本発明の医薬組成物の投与方法については、特に制限はないが、局所投与又は非局所投与のいずれでも実施できるが、好ましくは局所投与である。局所投与の場合、注射器等の手段で直接ベクターを投与することができる。非局所投与の場合、たとえば静脈内投与で行うことができる。投与形態としては、たとえばウイルスベクター、又はプラスミドとリポソームの複合体、を医薬上許容可能な担体に懸濁させた形態で投与される。
 以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
 本発明の実施例において用いた方法を以下に説明する。
(1)抗体と試薬
 実施例で用いた各種抗体および試薬は、市販のものを購入して用いた。
(2)動物
 すべての動物実験手順は、熊本大学の実験動物委員会(Institutional Animal Care and Usage Committee:IACUC)の承認を受けて行った。動物は病原体を含まない、温度および湿度を制御した環境で飼育した。食物および水を自由に摂取できる状態で、12時間の光サイクル下で飼育した。実施例で用いたマウスは、市販のマウスを購入して用いた他、必要に応じて、特定の遺伝子表現型を有するマウスを交配させて目的の遺伝子表現型を有するマウスを作製した。
(3)Notchシグナル伝達のインビトロ阻害試験
 野生型マウスを用い、インビトロでの筋肉に対するNotchシグナル伝達経路の阻害の効果を調べた。Ultra-LEAFTM抗マウスDll4抗体(Dll4遮断抗体)またはUltra-LEAFTM American hamster IgG対照抗体(対照抗体)を、各実験において4日ごとに腹腔内投与(10mg/kg体重)した。組換えDll4‐Fcキメラ蛋白質(rDll4)をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に溶解し、2日毎に投与(0.5mg/kg体重)した。10%エタノールとトウモロコシ油に溶解したγ‐セクレターゼ阻害剤、DAPTを2日毎に投与した(10mg/kg体重)。対照マウスには、rDll4またはDAPT実験において等量のビヒクル(vehicle)を腹腔内注射した。
(4)尾部懸垂による後肢の免荷モデル
 マウスは、一端を尾部に、もう一端を特注のケージ蓋部に結びつけたひもによって、各ケージ毎に尾部からマウスを個別に懸垂した。ひもの長さは、マウスが前肢を自由に動かし、自由に飲食物を摂取できるように調整した。同腹仔で同年齢の地上(懸垂されていない)マウスを対照として用いた。7日間の懸垂後、マウスを頸部脱臼により殺し、ヒラメ筋(SOL)、浅趾屈筋(PLA)、および腓腹筋(GAS)を採取した。
(5)STZ誘発糖尿病モデル
 マウスに、インスリンを産生する膵β細胞に対して毒性を示すレベルのSTZ(150mg/kg体重)を単回腹腔内注射するか、対照として等量の溶媒(0.1Mクエン酸緩衝液、pH4.5)を注射した。Accu-chek(ロシュ社)を用いて3日目にマウスの高血糖をモニタリングし、随時血糖値が>300mg/dlに達したマウスのみを実験に用いた。マウスはSTZ注射の14日後に屠殺した。
 生存実験のために、野生型マウスに重度の糖尿病を引き起こす高用量のSTZ(250mg/kg)を単回腹腔内注射した。その後、これらのマウスにDll4中和抗体または対照抗体(10mg/kg体重)のいずれかを4日ごとに投与した。糖尿病マウスの外観を毎日モニターし、体重と血糖値を毎週測定した。いずれかの群のすべてのマウスが死亡するか安楽死させられた時点で、実験は中止した。
(6)テノトミー
 筋肥大を誘発するために、マウスの両脚に対して腱切開手術を行った。麻酔下のマウスでは、被毛除去後、ふくらはぎの正中線に沿って切開を行った。SOLおよびGASに属する腱を切除した後、3本または4本の縫合糸を用いて皮膚を閉鎖した。過負荷の14日後に、マウスを殺し、PLA筋肉を採取した。
(7)握力とテタヌス筋力の測定
 全肢握力は、ネズミ用握力計を用いて測定した。マウスが握力を解放した時のピーク張力(N)を記録した。連続10回の測定で決定した最大強度をデータ解析に用いた。
 テタヌス筋力は全動物筋力検査システムを用いて前脛骨筋(TA)で測定した。簡単に言うと、マウスをイソフルランで麻酔し、処置を通して37℃の加温プレート上に置いた。右足はサーボモーターと連結したフットプレートに固定し、右膝は膝クランプで固定した。TA筋は5mAで2本の針電極により皮下刺激した。テタヌス収縮は100Hzの周波数で350ms刺激により誘発した。各収縮に続いて2分以上の間隔を設け、連続3回の測定で求めた最大筋力をデータ解析に用いた。
(8)筋線維の単離と衛星細胞培養
 本発明者の既報(小野ら、Cell Report 10, 1135-1148 (2015))に若干の修正を加えて、I型コラゲナーゼを用いた酵素分解により、長指伸筋(EDL)または浅趾屈筋(PLA)から筋線維を単離した。遺伝子発現解析のため、単離した筋線維を、液体窒素を用い直ちに凍結した。サテライト細胞はEDL筋から単離した筋線維から得た。サテライト細胞を、37℃、5% COを含む雰囲気中で、GM(30%ウシ胎児血清(FBS)、1%ニワトリ胚抽出物、10ng/ml塩基性FGF、1%ペニシリン-ストレプトマイシンを添加したDMEM)中で培養した。培地をDM(2%ウマ血清と1%ペニシリン‐ストレプトマイシンを添加したDMEM)に置換することにより筋原性分化を誘導した。4OH TMX(1μM)を用いて、分化した筋管におけるCreリコンビナーゼの発現を誘導した。
(9)EC単離培養
 Muramatsuらの報告(Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology 40, 2425-2439 (2020))に軽微な変更を加えて、ダイナビーズを用いて野生型マウスの筋組織から一次内皮細胞(Endotherial Cells:EC)を単離した。麻酔したマウスをPBSで潅流し、後肢筋肉組織を採取した。筋肉組織を、0.2%II型コラゲナーゼを用いて消化し、続いて赤血球を溶解した。細胞を抗CD31抗体と結合したダイナビーズとともにインキュベートし、磁気分離システムを用いて内皮および非内皮画分に分離した。第1選択後、細胞をDMEM(20% FBS、非必須アミノ酸、ピルビン酸ナトリウム、25mM HEPES、0.1mg/mlヘパリン、0.1mg/ml内皮細胞増殖サプリメント、および1%ペニシリン-ストレプトマイシンを添加)中で7日間培養した。第2選択のために、増殖した細胞を回収し、抗CD102抗体と結合させたダイナビーズとともにインキュベートし、ECの純度を増加させた。精製した初代ECを、筋線維との共培養のためにコンフルエントになるまで培養した。Dll4の発現を減少させるために、ECを、リポフェクタミンRNAiMAXを用いて20 nMのDll4-siRNA(SASI_Mm01_00092621、MilliporeSigma社)または対照-siRNA(MilliporeSigma社)でトランスフェクトした。
(10)プラスミドトランスフェクション
 マウスDll1 cDNAおよびマウスDll4 cDNAをpcDNA3.1+P2A-eGFPプラスミドベクター(GenScript)にクローン化し、pcDNA3.1+Dll1-P2A-eGFP (Dll1-GFP)およびpcDNA3.1+Dll4-P2A-eGFP (Dll4-GFP)を作製した。HEK293細胞を、Dll1-GFPプラスミド、Dll4-GFPプラスミド、またはpcDNA3.1+P2A-eGFP対照プラスミドのいずれかでトランスフェクトし、Lipofectamine LTXを、製造業者の指示に従ってPlus試薬とともに用いた。GFPシグナルは蛍光顕微鏡を用いて捕獲した。
(11)筋線維培養と直径測定
 Sakaiらの報告(Sakaiら、PLoS One 12, e0177516 (2017))に従い、培養皿をNotchリガンドの組換え蛋白質でコーティングした。培養皿は、まず室温で1時間、10μg/mlの抗Fc抗体で被覆し、その後20分間マトリゲル(Corning)で被覆した。Fc抗体コーティング皿を、各Notchリガンド(Dll1、Dll4、Jag1、およびJag2)のFc融合蛋白質5ng/μlと室温で1時間インキュベートした。EDL筋から単離した個々の筋線維を無血清DMEMに入れ、COインキュベーター中で48時間培養した。筋線維におけるγ‐セクレターゼ活性の阻害にはDAPT(10μM)を用いた。
 筋線維とHEK293細胞との共培養の実験は以下のようにして行った。単離した筋線維を、GFP、Dll1‐GFP、およびDll4‐GFPをコードする各々のプラスミドをトランスフェクトしたHEK293細胞とともに、無血清DMEM中で48時間、COインキュベーター中で培養した。
 筋線維と筋組織から単離した初代ECとの共培養には、Transwell Permeable Supports (8μm孔のtranswell membrane;Corning)を用いた。個々の筋線維とECをそれぞれプレートウェル(下部ウェル)とトランスウェルインサート(上部ウェル)に入れ、COインキュベーター中、無血清DMEM中で48時間培養した。ECから分泌されるDll4蛋白質をブロックするために、抗Dll4中和抗体(500ng/ml)を培養培地に加え、対照として対照抗体(500ng/ml)を用いた。
 蛍光顕微鏡を用いて培養筋線維を捕獲し、ImageJ(NIH)を用いて少なくとも15個の個々の筋線維から直径を定量した。
(12)細胞の選別
 筋肉組織に属する内皮細胞を細胞選別によって新たに取得し、それらの遺伝子発現を評価した。マウスのGAS筋肉をミンチし、0.2%II型コラゲナーゼを用いて消化し、続いて赤血球を溶解した。単核細胞をPE結合CD31抗体と4℃で30分間インキュベートした。CD31細胞は、S3eセルソーター(Bio Rad)を用いて選別した。破片と死細胞は前方散乱と側方散乱により除外した。ソートされた細胞は、ISOGEN II (Nippon Gene)を用いてマイクロチューブに採取した。
(13)RNA抽出および定量的逆転写PCR
 筋肉組織、単離筋線維、培養細胞、および新たに選別した細胞から、製造業者の指示に従って、ISOGEN IIおよびRNeasy Kit (Qiagen)を用いて全RNAを抽出した。cDNAは、ReverTra Ace kit with genomic DNA remover(TOYOBO)を用いて調製した。定量PCR(qPCR)はTHUNDERBIRD SYBR qPCR mix(TOYOBO)とリアルタイムPCR検出システム(CFX96;Bio Rad)を用いて行った。プライマー配列は、以下を用いた:標準としてTATA box binding protein(Tbp)、および、Pax7、Notch1、Notch2、Rbpj、Hes1、Dll1、Dll4、Jag1、Jag2、Ccng2、Cdkn1b、Rbl2、Bnip3、MuRF1、Atrogin1、Fbxo31、およびMUSA1。
(14)RNAの塩基配列決定
 全RNAは、ISOGEN IIとRNeasyキットを用いてGAS筋肉から得た。ライブラリー作製とRNA配列決定はNovogene (北京)に依頼し行った。
(15)免疫蛍光法
 分離したPLA筋またはTA筋肉を液体窒素冷却した2‐メチルブタン中で直ちに凍結し、分析まで-80℃で保存した。凍結組織を、クリオスタットを用いて10μm厚にスライスし、凍結切片を免疫組織化学的分析した。サテライト細胞および単離した筋線維の免疫細胞化学的分析を、本発明者の既報(小野ら、Cell Report 10, 1135-1148 (2015))に従って実施した。試料を1次抗体と共に、一晩4℃でインキュベートした。次いで、4%パラホルムアルデヒド(PFA)/PBS溶液で固定し、0.3% TritonX-100および5%正常ヤギ血清を含むPBSで、室温にて30分間、浸透/ブロッキングを行った。Alexa Fluor共役二次抗体を用いて免疫染色標本を可視化し、蛍光顕微鏡を用いて観察した。Image-J(NIH)を用いて少なくとも500個の筋線維から筋線維CSAを定量し、少なくとも15個の筋線維から筋線維あたりの衛星細胞数を計測した。
 血管染色のために筋組織のホールマウント染色を行った。麻酔したマウスを4% PFA/PBS溶液で潅流し、GAS筋肉を注意深く採取した。切除した組織を鋭利なカミソリを用いて厚さ1mmまでスライスし、1%ウシ血清アルブミン/0.1%PBSTブロッキング溶液にて、4℃で一晩浸漬した。ブロックした組織を、一次抗体として抗CD31抗体および抗Dll4抗体とともに4℃で一夜インキュベートした。組織をPBSTで3回洗浄し、適切な種特異的二次抗体およびDAPI(核染色)にて、4℃で一晩染色した。再度PBSTで筋肉を5回洗浄し、共焦点蛍光顕微鏡を用いて分析した。
(16)透過型電子顕微鏡(TEM)
 イソフルランの吸入による深麻酔下で、マウスを0.1Mリン酸緩衝液中の2% PFAと2.5%グルタールアルデヒドで上行大動脈を通る潅流によって固定した。GAS筋を立方体(1mm)にトリミングし、氷上で、1時間、1%OsO含有0.1Mリン酸緩衝液中で後固定した後、エポキシレジン中に包埋し、1.5%酢酸ウランでブロック染色し、エタノール中で脱水し、プロピレンオキサイドで浸潤し、アラルダイト中に包埋した。超薄切片(厚さ60~70nm)を、超ミクロトームを用いて切断し、1.5%酢酸ウランとクエン酸鉛で染色した。画像はTEM(日立H7700)を用いて撮影した。
(17)相関共焦点走査レーザ顕微鏡(CSLM)‐電子顕微鏡(EM)
 イソフルランの吸入による深麻酔下で、マウスを0.1Mリン酸緩衝液中で4% PFAと0.1%グルタールアルデヒドで上行大動脈を通る潅流によって固定した。GAS筋肉から振動ミクロトーム(Dosaka TTK-3000)を用いて連続70μm厚切片を切断し、相関CSLM‐EMでの観察を行った。具体的には、切片を、液体窒素の蒸気中で急速凍結融解後、抗Dll4抗体(1:200)、抗ジストロフィン抗体(1:300)、抗CD31抗体(1:250)と4℃で7日間インキュベートした後、ビオチン化ロバ抗ラットIgG(1:250)と一晩インキュベートした。次いで、Alexa 488結合抗マウスIgG(1:200)、ローダミンレッド結合ロバ抗ウサギIgG(1:250)、Alexa 647結合ストレプトアビジン(1:500)と一晩インキュベートした。一次および二次抗体との長いインキュベーション期間は、厚さ70μmの切片のより深い部分への抗体の透過を改善するために行った。共焦点レーザ走査型光学顕微鏡を用いて高分解能画像を取得した後、Dll4の蛍光シグナルを、マウスペルオキシダーゼ‐抗ペルオキシダーゼ複合体(1:500)と一夜インキュベートすることによりジアミノベンジジンテトラヒドロクロリド(DAB)シグナルに変換し、続いてDAB反応と1%Oおよび1.5%酢酸ウランによる後固定を行った。切片を脱水し、エポキシ樹脂に平板面包埋した。超薄切片を、超ミクロトームを用いて切断した後、酢酸ウランとクエン酸鉛で染色した。画像はTEM(日立H7700)を用いて撮影した。
(18)タンパク質抽出と免疫ブロット法
 RIPA緩衝液(FUJIFILM-Wako)に曝露後、培養サテライト細胞またはサテライト細胞由来筋管から総タンパク質溶解物を得た。Pierce BCA Protein Assay Kit (ThermoFisher)を用いて各試料中のタンパク質濃度を定量した。EC培養中の培地への蛋白質分泌を定量するために、培養培地をAmicon Ultra(Merck)を用いて濃縮した。一次抗体をCanGetSignal solution A(TOYOBO)で希釈し、電気泳動で移動したタンパク質バンドを含む膜と4℃で一晩インキュベートした。次に膜を洗浄し、CanGetSignal solution B(TOYOBO)で希釈した西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)結合二次抗体と室温で1時間インキュベートし、化学発光法を用いて可視化した。
(19)統計
 すべての統計解析はGraphPad Prism 8を用いて行った。2条件の統計学的比較には、Studentの両側対応のないt検定を用いた。2群以上の比較については、一元配置ANOVAに続いてDunnettの多重比較事後検定、または二元配置ANOVAに続いてTukeyまたはSidakの多重比較事後検定によりデータを解析した。<0.05(*)、<0.01(**)、<0.001(***)のP値を統計学的に有意とみなした。すべてのデータは平均値±標準誤差(SEM)を表した。n.s.は、結果は統計的に有意でなかったことを示している。
(実施例1)Notch2による筋萎縮の誘導
 本発明者らにより、サテライト細胞(骨格筋幹細胞)がNotch1とNotch2を発現し、それが成体マウスにおいてサテライト細胞の静止状態と未分化状態を協調的に維持することが報告されている(非特許文献2)。そこで、Notch2が未分化単核サテライト細胞だけでなく、最終分化多核筋線維(筋線維)でも発現していることを確認した。具体的には、図1に示す方法に従い、Pax7CreERT2/+;Rosa26LSL-DTA/+マウスのEDL筋からサテライト細胞を単離し、筋芽細胞増殖培地(GM)で培養した後、培地を筋芽細胞分化培地(DM)に切り替え、4OH MTXで処理して未分化サテライト細胞を枯渇させた。その後、PCR解析およびウエスタンブロティングにより、Notch2の発現を確認した。
 次に、生体内での筋線維に対するNotch2の活性型の恒常的発現の影響を調べるために、HSArtTA ;TRCreとRosa26LSL-N2ICD(N2ICD‐mTg)マウスを作製した。このマウスでは、Notch2の細胞内ドメイン(N2ICD)がドキシサイクリン(Dox)により筋線維特異的に誘導される。Tgマウスおよびコントロールマウスに、Dox(飲水中2mg/ml)を3週間投与した後、Notch2の発現、体重および筋肉量を測定した。N2ICD-mTgマウスでは、コントロールに比べ、体重は差がなかったが、筋肉量の有意な減少が認められた。結果を図2に示す。このことは、N2ICDの強制発現が筋萎縮を誘発することを示唆していた。
(実施例2)筋萎縮マウスモデル用いた試験
 筋線維におけるNotch2の役割を調べるために、Notch2の発現がMlc1fCre (Mlc Cre/+;N2 f/f,N2 -/-)によって遺伝的に除かれている、ミオシン軽鎖1fプロモーター駆動Creリコンビナーゼ発現(Mlc Cre/+)マウスと、Notch2f/f(N2 f/f)マウスを交配させて、筋線維特異的なNotch2欠損(N2 -/-)マウスを作製した。図3に示すように、Notch2欠損マウス(N2 -/-)ではNotch2発現が減少していたが、Notch2欠損マウスは正常に成長し、体重、筋肉重量、または体長指伸筋(EDL)筋線維あたりの筋核またはPax7+サテライト細胞数に関して異常な表現型を示さなかった。
 機械的負荷軽減(廃用)筋萎縮および代謝異常(糖尿病)誘発筋萎縮の2つの異なる筋萎縮モデルを用い、Notch2不活性化の影響を試験した。Notch2の発現が正常なマウス(N2f/f)およびNotch2欠損マウス(N2-/-)を用いた。図4に示すように、後肢免荷(Hindlimb unloading:HU)は、機械的免荷を7日間行い、解析した。N2f/fマウスでは、地上負荷対照(Ground loading control:GC)に比べて、HUにより足底(PLA)筋線維でNotch2遺伝子の発現が増加した。HUは、N2f/fマウスのヒラメ筋(SOL)、PLA、腓腹筋(GAS)の筋肉量を減少させるのに対し、N2-/-マウスの筋肉量はほとんど影響を受けないことを見出した。免疫組織化学的分析では、HU状態ではPLA筋の断面積(CSA)は変化しないことが確認された。また、dに示すように、個々の筋線維の太さは、N2-/- HUが大きかった。このことは、筋線維によって発現されるNotch2は、機械的除荷誘発性筋萎縮を引き起こすために必要であることを示している。
 糖尿病(DB)は遷延性高血糖を含む多数の代謝異常を引き起こし、筋力低下のハイリスクファクターとなっている。膵β細胞を除去することによって高血糖を誘発するストレプトゾトシン(STZ)誘発DBマウスモデルを用いた。マウスにSTZ(150mg/kg体重)またはビヒクル(Veh)を腹腔内注射し、14日後に分析した。N2f/fとN2-/-マウスはSTZ注入後に同程度の高血糖を示し、Notch2遺伝子の発現はDBマウスとHUマウスのEDL筋線維でアップレギュレートされた。TA、PLA、GAS筋の筋肉量とTA筋のCSAはN2f/f DBマウスでは著明に減少したが、N2-/- DBマウスでは減少しなかった。また、個々の筋線維の太さは、N2-/- DBが大きかった(図5e)。結果を図5に示す。
(実施例3)I型糖尿病マウスモデル(Akita mouseモデル)による試験
 Notch2欠失を導入した、I型糖尿病マウスモデル(Akita mouseモデル)を用いて、筋萎縮に対するNotch2の影響を確認した。その結果、Akita mouseモデルでも前脛骨筋(TA)、PLA、およびGASにおいて、筋萎縮が軽減されることを確認した。結果を図6に示す。
(実施例4)N2f/f DBマウスとN2-/- DBマウスとの比較
 前脛骨筋(TA)における筋力を比較したところ、N2f/f DBマウスでは、図7に示すように、TAの力の発生は著しく減少したが、N2-/- DBマウスでは減少しなかった。
それぞれのマウスについて、透過型電顕(TEM)解析の結果、図8に示すように、N2f/f DBマウスの筋には異常なトライアド(triads)とミトコンドリアの膨化が認められたが、N2-/- DBマウスではこれらは認められなかった。
 以上の結果は、機械的負荷軽減または代謝異常誘発による、筋肉量および機能の喪失にNotch2が必要であることを示している。
(実施例5)HUおよびDB条件下での筋肉における遺伝子解析
 HU-とDB-条件の両方で、N2f/f DBマウスとN2-/- DBマウスのそれぞれについて、RNAシークエンシングによるトランスクリプトーム解析を行った。その結果、N2f/f DBマウスの筋肉では多数の遺伝子の発現が有意に変化しているが、N2-/- DBマウスでは統計学的に有意に変化しているものは少なかった。このことは、Notch2が、機械的負荷軽減と代謝異常によって誘導される筋肉における遺伝子発現動態を主に調節していることを示している。HUとDBの両方の条件下で、各々の対照と比較して、8つの遺伝子のみが共通に差次的発現遺伝子(DEG)として同定された。
 次いで、N2f/f マウスを用いて、HUおよびDB状態における一般的なDEGを用いて、京都遺伝子・ゲノム百科事典(KEGG)経路解析を行った結果、図9に示すように、FoxOシグナル伝達経路が上位DEGと関連していることを見出した。FoxO標的遺伝子および筋アトロゲネスを誘導するアトロゲネス遺伝子の発現を解析した結果、HUおよびDB条件下のN2f/f マウスの筋において、筋アトロゲネスを誘導するアトロゲネスとして知られているMuRF1、Atrogin1、Fbxo31およびMUSA1のようなユビキチン配位子と同様に、Ccng2、Cdkn1b、Rbl2およびBnip318などのFoxO標的遺伝子の発現がアップレギュレートしていた。逆に、これらの遺伝子は、N2-/- マウスの筋では変化していなかった。
 しかしながら、筋線維特異的RBP-J欠損マウスやHes1欠損マウスの場合、HUおよびDB誘発筋萎縮に抵抗性を示さなかった。また、RBP-Jをアブレーションし、筋線維にN2ICDを過剰発現させると、筋肉量が減少したことから、Notch2を強制的に活性化することで、RBP-Jとは無関係に筋萎縮を引き起こす可能性が示された。これにより、標準的なNotch-RBP-J-Hes/Hey経路により調節されるサテライト細胞とは異なり、標準的なNotch-RBP-Jシグナル伝達経路はNotch2仲介筋萎縮に関与しないことが判った。これらのことから、Notch2が、RBP‐J非依存的に萎縮性転写活性を支配するために、機械的および代謝的に異常な状態の両方で、筋萎縮の重要なメディエーターとして作用することが示された。
(実施例6)Notch2仲介筋萎縮を制御する分子の検討
 5種類の既知のNotchリガンドのどのリガンドが、筋線維においてNotch2を活性化するかを検討した。成体筋肉組織における各リガンドの発現を確認したところ、Dll3を除く4つのリガンド(Jag1、Jag2、Dll1およびDll4)の遺伝子発現が成体筋肉組織で検出できることを確認した。
 続いて、筋線維に対するJag1、Jag2、Dll1、およびDll4の作用を評価した。これらの4つの組換えタンパク質を底面にコーティングした組織培養プレートを用い、マウスのEDL筋から新たに単離した筋線維を、無血清DMEM中で、それぞれのタンパク質で48時間刺激した。結果を図10に示す。筋線維萎縮はDll4処理のみで誘発されたが、他のリガンドでは誘発されなかった。また、Dll4組換えタンパク質をコートしたプレートで24時間培養後の遺伝子発現を解析したところ、図11に示すように、Dll4刺激筋線維は、FoxO標的遺伝子とアトロジェンをアップレギュレートしていた。これらの結果は、in vivoの萎縮モデルと一致した。
(実施例7)細胞間接触を介した筋萎縮の誘導の検討
 細胞間接触を介したNotchリガンドが筋線維の萎縮を誘導できるかどうかを調べるために、HEK293細胞にDll1またはDll4発現プラスミドベクターのいずれかをトランスフェクトし、単離した筋線維と48時間共培養し、筋線維における発現を確認した。Dll1-GFP、Dll4-GFP、またはGFP(Cont.)をコードするプラスミドをトランスフェクトしたHEK293細胞のそれぞれと、EDL筋線維を共培養した結果を図12に示す。Dll1発現HEK293細胞との共培養では変化がなかった。また、Dll1発現HEK293細胞との共培養に比べ、Dll4発現HEK293細胞との共培養により筋線維のサイズが顕著に減少したが、このことより、筋線維萎縮を誘発する特異的リガンドがDll4であることがより明らかになった。
(実施例7)Dll4誘発筋萎縮に対するγセクレターゼ阻害剤の検討
 膜貫通型受容体であるNotchは、γセクレターゼによって膜貫通ドメインが切断され、細胞内領域が核へと移行し転写因子として機能する。そこで、γセクレターゼ阻害剤であるDAPTを用いて、Dll4誘発筋線維萎縮におけるγセクレターゼ活性の影響を確認した。γ‐セクレターゼ阻害剤DAPT(10μM)またはPBSを含有する培地を用い、組換えDll4タンパク質を予めコーティングしたプレート上で48時間、N2f/f マウス由来のEDL筋線維を培養した。結果を図13に示す。N2-/- 筋線維もγセクレターゼ阻害剤(DAPT)処理筋線維もDll4刺激に対して抵抗性であった。このことにより、Dll4誘発筋萎縮が、Notch2およびγセクレターゼ活性により仲介されていることが確認された。
 次いで、機械的負荷軽減筋萎縮(HU)および代謝異常(糖尿病)誘発筋萎縮(DB)の2つの筋萎縮モデルにおけるγセクレターゼ阻害剤の効果を、野生型マウスにγ‐セクレターゼ阻害剤DAPT(10mg/kg体重)またはトウモロコシ油(Cont)を、HU期間中あるいはDB誘導期間中、隔日で腹腔内注射し、確認した。機械的負荷軽減筋萎縮(HU)モデルを用いた結果を図14に、代謝異常(糖尿病)誘発筋萎縮(DB)モデルを用いた結果を図15に示す。DAPTによる処置は、HUおよびDBのいずれのモデルにおいても、筋萎縮の有意な抑制につながることが判った。これらの結果は、Dll4-Notch2シグナル軸は、γセクレターゼ活性を介して筋萎縮を誘発することを示している。
(実施例8)Dll4の起源の同定
 次いで、Dll4リガンドの起源の同定を行った。Dll4リガンドが発現している部位を確認するために、成体筋肉組織由来のCD31+ 内皮細胞(内皮細胞マーカーCD31陽性EC)におけるDll4リガンドの発現を測定し、新たに単離した筋線維と比較した。結果を図16左図に示す。その結果、CD31+ ECでは、Dll4遺伝子が約400倍高発現していた。また、野生型マウスを用い、HUおよびDBの両条件下で、GAS筋肉由来のCD31+ 内皮細胞における、Notchリガンド(Dll1、Dll4、Jag1、およびJag2)発現を測定した。結果を図16右図に示す。HUおよびDBのいずれの条件でも、Dll4はアップレギュレートされているが、他のリガンドはアップレギュレートされていないことがわかった。また、免疫組織化学的分析を行った結果、Dll4はアップレギュレートが確認された。結果を図17に示す。また、免疫電子顕微鏡解析を行った。結果を図18に示す。図18Aに示されるように、Dll4は、ECの表面だけでなく、糖尿病筋組織のECと筋線維の間の間質腔のコラーゲン様線維にも分布していることが明らかになった。さらに、図18BおよびCに示されるように、Dll4は筋線維の表面にも濃縮されていた。
 これらの結果より、DB条件下の筋肉組織において、ECはDll4をアップレギュレートして間隙に分泌し、分泌されたDll4は、筋線維の表面に発現するNotch2受容体を選択的に活性化するであろうことが示された。
 ECにおけるDll4の発現を、イムノブロット解析により確認した。筋肉組織から単離したECを、健康な血中レベル(90mg/dl)と同様の低グルコース条件下(5mM)、および血中の糖尿病性高血糖のレベル(450mg/dl)を模倣した高グルコース条件下(25mM)で培養し、上清中のDll4を測定したところ、低グルコース条件下(5mM)よりも高グルコース条件下(25mM)で、より高い発現レベルを示した。
(実施例9)Dll4の発現阻害の検討
 筋線維萎縮におけるECから分泌されるDll4の機能を以下のようにして評価した。図19Aに示す、トランスウエルを用いた、筋線維から単離した初代ECと筋線維との共培養システムを作成した。EC由来の分泌物は、アッパーチャンバーを通過して、底面上に置かれた筋線維に到達する。初代ECを、筋線維との共培養の1日前に、対照siRNA(siCont)またはDll4に対するsiRNA(siDll4)でトランスフェクトし、共培養を行った。siContまたはsiDll4でトランスフェクトしたECにおけるDll4の発現を図19Bに示す。図19CおよびDに示すように、この系では、ECとの共培養で筋線維のサイズが顕著に減少したが、この筋線維萎縮はECにおけるDll4のsiRNA媒介ノックダウンによって完全に救済できることがわかった。
(実施例10)Dll4の阻害の検討
 実施例9と同様の共培養系を用いて、抗Dll4中和抗体の効果を確認した。結果を図20に示す。抗Dll4中和抗体(αDll4)(500ng/ml)で処理すると、共培養系における筋線維萎縮が完全に抑制された。
 以上の結果は、EC由来Dll4が、直接的な細胞間接触なしに、筋線維のNotch2を活性化でき、筋萎縮を誘発することを示している。
(実施例11)抗Dll4抗体を用いた筋萎縮の抑制(HUモデル)
 Dll4タンパク質に対する中和抗体を用いて、筋萎縮の抑制効果を以下のようにして検討した。野生型マウスをHU条件で筋萎縮を誘導した。マウスに抗Dll4抗体(αDll4)(10mg/kg体重)または対照抗体(αCont)を、HUの7日間の期間中、2回腹腔内注射した(0日および4日目)。抗体を最初に投与してから7日後に、マウスを安楽死させ、解析を行った。結果を図21および図22に示す。αDll4で処理すると、筋線維あたりの衛星細胞数には影響しないものの、HUによって誘導されるSOL、PLA、GAS筋の筋肉量とCSAの減少が劇的に減少することが確認された。これにより、抗Dll4抗体を用いて筋萎縮を抑制できることが確認された。dに示すように、個々の筋線維の太さは、αDll4 HUが大きかった。また、遺伝子解析に結果より、FoxO標的遺伝子およびAtrogin1を除く筋萎縮原因遺伝子(atrogenes)の発現量もαDll4により抑制された。
(実施例12)抗Dll4抗体を用いた筋萎縮の抑制(DBモデル)
 野生型マウスDB誘発筋萎縮モデルを用いて、Dll4タンパク質に対する中和抗体による筋萎縮の抑制効果を検討した。マウスにSTZ(150mg/kg体重;DB)または溶媒(veh;クエン酸緩衝液)を注入後に、αDll4(10mg/kg体重)または対照抗体(αCont)を、2週間にわたり、3回腹腔内投与した(STZ投与後、3日目、7日目、および11日目)。STZ投与の14日後に分析を行った。結果を図23および図24に示す。αDll4に投与は、血糖値に影響を及ぼすことなく、DB誘発筋萎縮に対して強力な予防効果を示した。図24dに示すように、個々の筋線維の太さは、αDll4 DBが大きかった。
(実施例13)可溶性組換え抗Dll4タンパク質を用いた筋萎縮の抑制
 野生型マウスDB誘発筋萎縮モデルを用いて、Notch受容体への内在性Dll4の結合を妨げる可溶性組換えDll4-Fcタンパク質による筋萎縮の抑制効果を検討した。野生型マウスにSTZ(150mg/kg体重;DB)または溶媒(Veh;クエン酸緩衝液)を腹腔内に注入後、可溶型Dll4‐Fc組換タンパク質(rDll4‐Fc)(0.5mg/kg)を14日間かけて4回(7、9、11、および13日目)投与した。STZの投与14日後に分析を行った。対照としてPBSを用いた。結果を図25に示す。可溶性組換えDll4-Fcタンパク質の投与は、血糖値に影響を及ぼすことなくDB誘発筋萎縮を減弱することを確認した。
 これらの結果より。Dll4蛋白質を標的とする予防・治療薬が、廃用および糖尿病状態による筋力低下のための予防・治療剤となることが確認された。ただし、内皮細胞特異的Dll4ノックアウトマウスを作製し、分析したところ、筋肉量がわずかに減少し、HU誘発性の筋萎縮に対する予防効果は認められなかったことから、内皮細胞におけるDll4の適切な濃度が組織恒常性の維持に必須であることが示唆される。
(実施例14)重症高血糖症に対する抗Dll4抗体の効果の確認
 マウスのSTZ誘発重症高血糖症における死亡率に対する抗Dll4抗体(αDll4)の効果を評価した。野生型マウスに非常に高用量のSTZ(250mg/kg)を投与し、重症高血糖症を誘発した。STZを注入した20匹の野生型マウスをαDll4またはαContのいずれかで処置した2群に分けた(それぞれ、10mg/kg体重で投与)。抗体を4日ごとに腹腔内投与し、マウスが衰弱するか死亡するまで(最長58日間)、投与を継続した。結果を図26に示す。αDll4群およびαCon群はいずれも、STZ注入後に重度の高血糖を示した(血糖値<600mg/dl)。死亡または安楽死は、経時的なKaplan-Meierプロットとして示した。αCon投与マウスは寿命が短かった(約58日)が、αDll4を処置したマウスは、生存率が著しく高く(生存率70%)、また筋力も高かった。この結果は、αDll4活性の減弱は、高血糖からの全身ホメオスタシス崩壊に対する保護効果を発揮することを示している。
(実施例15)Dll4阻害による筋肥大効果
 Dll4‐Notch2シグナル軸を減衰させることで、機械的過負荷による筋肥大を促進するかを検討した。野生型マウスを用い、機械的過負荷(overloading:OL)をかけることにより筋肥大を誘発させた。PLAの筋肥大は、両脚のSOLとGAS筋の協働筋切除(synergistic ablation:tenotomy)によって誘発した。対照として協働筋非切除マウスを用いた。協働筋切除(tenotomy)後、2週間にわたり2回(切除後、5日目および10日目)、αDll4(10mg/kg体重)またはαContを腹腔内投与し、14日目に分析した。結果を図27に示す。PLA筋肉の筋肉量と断面積によって測定した肥大効率は、αCon処理マウスと比較してαDll4処理マウスで顕著に高かった。また、cに示すように、個々の筋線維の太さは、αDll4 OLが大きかった。
 機械的過負荷誘導筋肥大モデルを用いて、N2-/- マウス、DAPT処理マウスで試験した。結果を図28および図29に示す。いずれの場合も、対照マウスと比較して、より容易に筋肥大を示した。
 以上の結果より、内皮Dll4-筋線維Notch2 axisは、筋萎縮を誘発するだけでなく、筋肥大を抑制するためにも重要であることが示された。
(実施例16)筋肉内のDll4の分布の確認
 免疫電子顕微鏡解析により、筋肉内のDll4の分布を確認した。STZ誘発DBマウスモデルを用い、採取したGAS筋肉から60マイクロメートルの厚さのビブラトーム切片を作製した。切片を、Dll4に対する一次抗体(1:50)を使用して免疫組織化学染色用に一晩処理した後、10nm-ナノゴールドヤギ抗マウスIgG(1:50、CRL)と一晩インキュベートした。その後、切片を1%OsO水溶液で後固定し、1.5%酢酸ウラニルで一括染色し、脱水し、エポキシ樹脂に平らに埋め込んだ。超薄切片を酢酸ウラニルとクエン酸鉛で染色し、透過型電子顕微鏡(H-7700、日立)で検査した。結果を図30に示す。Dll4は、ECと筋線維の間の間質腔(特にコラーゲン様線維と細胞外小胞に関連する)、およびECと筋線維の表面に分布していることが確認された。したがって、DB条件下の筋肉組織において、ECがDll4を抑制し、間質空間に分泌し、筋線維の表面に発現するNotch2受容体を選択的に活性化していることが示唆された。
 上記の詳細な記載は、本発明の目的及び対象を単に説明するものであり、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。添付の特許請求の範囲から離れることなしに、記載された実施態様に対しての、種々の変更及び置換は、本明細書に記載された教示より当業者にとって明らかである。
 本発明により、新たな作用機序に基づく筋萎縮症の予防または治療剤が提供された。本発明の組成物は、筋萎縮または筋肉量低下の予防または治療または改善に有用である。
 本出願は、日本で出願された特願2021-56481(出願日:2021年3月30日)を基礎としており、その内容はすべて本明細書に包含されるものとする。

Claims (11)

  1.  Dll4機能阻害剤を有効成分として含有する筋萎縮症の予防または治療剤。
  2.  前記Dll4機能阻害剤が阻害するDll4は、筋組織中に存在する血管の内皮細胞において発現されるDll4である、請求項1に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  3.  前記Dll4機能阻害剤は、Dll4とNotch2間の結合阻害剤である、請求項1または2に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  4.  前記結合阻害剤は、Notch2に対するDll4の結合を阻害する抗Dll4抗体である請求項3に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  5.  前記抗Dll4抗体は、Dll4のアミノ酸配列情報(NP_061947.1)に記載のアミノ酸配列から選ばれる5~10個のアミノ酸を認識する抗体である請求項4に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  6.  前記Dll4機能阻害剤は、Dll4の発現阻害剤である、請求項1または2に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  7.  前記Dll4の発現阻害剤が、Dll4のmRNAに対してRNA干渉を引き起こすsiRNAまたはshRNAである、請求項6に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  8.  前記Dll4機能阻害剤は、Dll4に対するコラーゲンの結合阻害剤である請求項1または2に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  9.  前記筋萎縮症は、神経原性筋萎縮性疾患または筋原性筋萎縮性疾患である、請求項1~8のいずれか一つに記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  10.  前記筋萎縮症は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、重症筋無力症、進行性筋萎縮症、脊髄性筋萎縮症、球脊髄性筋萎縮症、ギラン・バレー症候群、および物理的な脊髄損傷による筋萎縮からなる群より選ばれる、請求項9に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
  11.  前記筋萎縮症は、加齢性筋萎縮症(サルコペニア)、廃用性筋萎縮症、筋ジストロフィー、糖尿病性筋萎縮症、先天性ミオパチー、遠位性ミオパチー、ステロイドミオパチー、薬剤性ミオパチー、横紋筋融解症、重症筋無力症、筋萎縮性側索硬化症、脊髄性筋萎縮症、進行性球脊髄性筋萎縮症、筋消耗性疾患、シャルコ・マリー・ツース病、ランバート・イートン症候群、悪液質により誘導される筋萎縮、および熱傷等にともなう筋萎縮からなる群より選ばれる、請求項9に記載の筋萎縮症の予防または治療剤。
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