专利名称：具有抗吗啡依赖和镇痛作用的芋螺毒素类似物Glu-Con-G的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多肽化合物，作为药物的应用，属于生物领域。
背景技术：
芋螺属于软体动物门，腹足纲，芋螺科(Conidae)，多数栖息在热带海洋的浅海水域，因外形呈圆锥形或芋头状而得名，表面常有各色花纹，壳口窄长。芋螺是比较年轻的生物，化石记录证明芋螺属最早出现于始新世(Eocene)，中生代(mesozoic)时期海洋捕食性软体动物菊石的消失客观促进了芋螺的第一次大规模的物种形成。芋螺的第二次大规模的辐射始于中新世(Miocene)，基本上持续到现在(Terlau and Olivera，2004)。芋螺具有强大的自然进化能力，全球有约700种芋螺，芋螺是海洋无脊椎动物中进化最成功的生物之一。芋螺虽然种类很多，但它们都是食肉动物，靠毒液来捕食。芋螺毒液是芋螺捕食与防御的主要武器，它是由许多单一毒肽组成的鸡尾酒样的混合毒素，称为芋螺毒素(Conotoxin)。芋螺毒素通常是由7 41个氨基酸残基组成的小分子多肽，大多富含半胱氨酸，具有高度保守的二硫键骨架。与蜘蛛、蝎、蛇、海葵等许多动物的毒素比较 (40 80个氨基酸左右)，芋螺毒素的肽链短的多，富含二硫键，分子结构更为紧密，生物活性更高。大多数芋螺毒素均有单一的mRNA编码，原始的翻译产物是一种特定的多肽前体， 约为70 100个氨基酸残基，经蛋白酶水解后得到成熟肽。这些成熟肽分别选择性地作用于钙、钠、钾离子通道，或者乙酰胆碱、NMDA、5-羟色胺等受体，许多已经成为神经生理学研究的工具药。二十世纪八十年代初，美国犹他大学(University of Utah)的Olivera实验室最早开展了芋螺毒素全面系统研究工作。芋螺毒素按照其结构特点(前体肽中N端高度保守的信号肽区和C端的二硫键骨架)可分为不同的超家族。至今已分离得到的芋螺毒素有近千种。数十种芋螺毒素已申请美国专利。他们在某些疾病诊断和受体研究中具有广泛的应用价值，有的已用于临床研究或被FDA正式批准为治疗新药，用作特异通道或受体鉴定诊断试剂和镇痛药。在神经药理学领域得到了广泛的应用。芋螺睡眠肽(Conantokin，Con)是一类较特殊的芋螺毒素，是芋螺毒素超家族中的一个成员家族。该家族迄今已经发现多个成员，但对芋螺睡眠肽-G(Con-G)、芋螺睡眠肽-T(Con-T)、芋螺睡眠肽-R(Con-R)、芋螺睡眠肽-L(Con-L)研究的较多。这四个毒素肽序列上显示了高度同源性，除了 Con-R有一个二硫键外，其他三个肽均不含二硫键，而芋螺毒素超家族中其他成员一般均含有二硫键。这四个肽序列中都含有Y-羧基谷氨酸(Gla)， 能够结合二价金属离子。与金属离子结合时，他们的空间构象均呈现高比例的-螺旋结构。 这四种毒素都是选择性的NMDA受体非竞争性抑制剂，在实验幼鼠身上可引起睡眠样症状。 研究发现人的NMDA受体参与一系列神经系统的病理过程，如阿尔茨海默症、癫痫、中风等， 动物试验中发现芋螺睡眠肽对治疗上述病症有较好的疗效。芋螺睡眠肽-G(Con-G)是1984年美国犹他大学(University of Utah)的Olivera 小组从芋螺Conus geographus中分离得到的第一个Conantokins家族成员，它最初以前体肽的形式出现，即Con-G原始肽，其氨基酸序列为MHLYTYLYLLVPLVTFHLILGTGTLDDGGAL TERRSADATALKAEPVLLQKSAARSTDDNGKDRLTQMKRILKQRGNKARGEγ Y LQ Y NQ γ LIR γ KSNGKR(如序列表SEQ NO :1所示)，N端的信号肽和插入区域为80个氨基酸，序列保守，C端为成熟肽，前体肽通过翻译后加工成为成熟肽，即Con-G成熟肽，Con-G成熟肽的氨基酸序列为 GEy γ LQ γ NQ γ IJR γ KSN(如序列表SEQ NO :2所示)(1)在蛋白酶的作用下前体肽的 Arg80与Gly81之间发生裂解，Gly81成为成熟肽的Gly1残基；(2)在维生素K的作用下前体肽的大部分Glu残基羰基化为Gla。Con-G由17个氨基酸组成，其最保守的氨基酸残基包括N末端的Gly-Gla序列、Glaltl-Glaw以及最后一个Gla前的Arg残基。Con-G为亲水肽， 呈酸性，与Con-T、Con-R相比，Con-G酸性最高。在未结合金属离子时，Con-G呈现一种无规则的结构，但当结合Ca2+、Mg2+等金属离子后，Con-G的空间构想变成从N端到C端的-螺旋结构，其比例可高达85% (25°C )，这主要是由于Con-G的四个带负电残基Gla3-Gla7-Glaici-Gla14位于分子的同一面，相互之间的静电斥力使之几乎无法形成-螺旋结构，金属离子与Gla的螫合正好起到电力中和作用，使原来排斥的负电残基Gla空间上相互靠近，从而能转变成稳定的-螺旋结构。用肽C端逐个截去氨基酸的方法发现Con-G最短有生物活性序列长度是 Con-G[1-13]，其氨基酸序列为=GEy Y LQ γ NQ γ LIR(如序列表SEQ Ν0:3所示)，表明对生物活性有影响的残基位于这些序列内。N端的四个保守残基即Gly1、Glu2, Gla3、Gla4被认为对芋螺睡眠肽的生物活性起非常重要的作用，第五位残基对芋螺睡眠肽的抑制活性和亚基选择性非常重要，Gln9对Con-G的抑制活性是必不可少的，Gla7, Gla10, Gla14是金属离子的结合位点，但和抑制活性无关，第12位残基被认为参与了和NMDA受体的相互作用。研究已知，在脑动脉阻塞的小鼠梗塞模型中，Con-G能有效缩小梗塞范围，有效抑制缺血性脑损伤引起的受损脑细胞中c-f0S、bax、bcl-2基因的大量表达，具有较强的神经保护作用。文献报道，芋螺睡眠肽可用于癫痫的治疗，以减轻癫痫的发作频率和程度，且对神经受损引起的痛觉超敏有很强的抑制作用。芋螺睡眠肽还可用于药物依赖的治疗，本实验室已初步证明Con-G可以抑制吗啡诱导的精神依赖和躯体依赖。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种较Con-G合成方便、成本小的芋螺毒素类似物 Glu-Con-G,其氨基酸序列从N端到C端为GEEELQENQELIREKSN，见序列表SEQ NO 4所示， 分子量为2044. 14。所述Glu-Con-G的C端可以是被酰胺化的C端，其氨基酸序列从N端到C端为 Geeelqenqelireksnx，x 表示酰胺化。由于采用本发明的上述技术方案，本发明用天然氨基酸Glu将Con-G的Gla3、 Gla4、Gla7、Gla1。、Gla14 替换，得到 Glu-Con-G 的氨基酸序列 GEEELQENQELIREKSN(如序列表SEQ NO 4所示)，其在一定程度上改善了 Gla残基的难以获得的缺陷，本发明所提供的 Glu-Con-G保持原有活性，即仍对吗啡精神依赖和躯体依赖有一定的干预作用，但更易于人工合成，分子量为2044. 14，节省了合成成本。本发明另一个所要解决的技术问题是提供芋螺毒素类似物GlU-Con-G[l-13]在制备对吗啡精神依赖和躯体依赖有干预作用的药物中的用途，以及在制备对镇痛有一定疗效的药物中的用途。本发明所提供的螺毒素类似物Glu-Con-G具有抑制吗啡诱导小鼠条件性位置偏爱(Conditioned Place Preference, CPP)的作用，其最佳镇痛率为吗啡的433 倍。因此，本发明所述的此种类似物Glu-Con-G可作为抗吗啡成瘾药以及高效镇痛药物。
图ICon G、Glu-Con G抑制吗啡诱导小鼠CPP表达的结果图。*P<0.01表示与生理盐水组相比存在差异，其数据表示为均数士标准差。M-C表示Con-G组，M-G表示 Glu-Con-G 组。图2为Glu-Con-G与生理盐水组、吗啡组、ConG组躯体依赖试验结果比较图。与生理盐水组比较，* P < 0. 05，< 0. 01，…ρ < 0. 001 ；与吗啡组相比较，#p < 0. 05， ##p < 0. 01 ；与 ConG 组相比较，腳ρ < 0. 001，；Δρ < 0. 05，ΔΔρ < 0. 01，ΔΔΔρ < 0. 001。图3为Glu-Con-G与生理盐水组、吗啡组、ConG组福尔马林实验结果比较图。与生理盐水组比较，*P < 0. 05，**ρ < 0. 01，***ρ < 0. 001 ；与吗啡组相比较，#ρ < 0. 05,ρ < 0. 01，腳ρ < 0. 001 ；与 ConG 组相比较，Δρ < 0. 05，ΔΔρ < 0. 01，ΔΔΔρ < 0. 001。图4为0. 5h、lh、l. 5h、2h、2. 5h时刻Glu-Con-G与生理盐水组、吗啡组、ConG组热板实验结果的比较图。
具体实施例方式以下实施例将有助于本领域的普通技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。实施例一芋螺毒素类似物Glu-Con-G的固相合成和分离纯化用Fmoc (9 —芴基甲氧羰基)保护氨基酸在433A多肽合成仪(ABIJoster city, CA)上合成，合成的带有侧链保护基的肽树脂用裂解液(组成为88%三氟乙酸(TFA)、5% H 0、2%三异丙基硅烷、5%二巯基苏糖醇(fli T))裂解，脱去保护基，然后加入冷乙醚使其沉淀，粗肽用反相高效液相色谱纯化(分离柱为cl8半制备柱，Zorabx 300SB, C IOm, qb9. 4mmX 250mm)，用水及乙腈(均含0. 1% TFA)梯度洗脱，收集目标峰，冻于后即得纯品。 用质谱鉴定分子量。实施例二 芋螺毒素类似物Glu-Con-G对CPP干预实验1.材料与方法1. 1实验动物CPP的建立1. 1. 1实验动物的筛选动物在实验室适应(自由摄食饮水，自然光照，室温(22士2) °C，湿度 50% -70% ) 2周后用饱和苦味酸-酒精溶液在动物体表不同部位标记。24h后开始实验。 d-2、d-1、dO进行天然偏爱测试，穿梭盒中间采用通道型隔板，将动物从黑盒上方放置于两盒交界通道处，头部朝向白盒，让其在两盒内自由活动15分钟，摄录活动情况，分析其天然偏爱情况。三次测试中两次达到如下标准者入选黑盒停留时间> 500s，穿梭次数> 30次或运动距离> 50m。根据天然偏爱测试结果将动物随机分组。1.1.2视频录制双击VirtualDub图标打开视频采集软件FiIe下拉菜单选择Capture AVI打开视频采集界面，同时点击set capture file设置文件保存路径；Device下拉菜单选择对应的视频卡；Video下拉菜单单击compression，选择压缩类型microsoftMPEG-4VKI codec VI, 单击configue打开对话框，可以设置录制时间(VKIsetting)为900s，其余参数默认，点击 OK确定，同时点击set custom video format设置视频大小为640*480 ；Audio下拉菜单去掉enable audio capture前的对勾(不采集音频以减小视频文件大小)；Capture下拉菜单选择Capture video开始采集视频，选择stop capture停止采集视频。1. 1.3软件分析采集的视频文件用改进后的Rat/Mice Tracking软件进行分析。打开视频文件后， 沿活动隔板边缘新建跟踪区域，选择修改跟踪区域进行调整；打开参数设置面板，选择中心圆面积与方格面积比(1/2，1/4，1/8)，视情况调整黑区修正值(一般70-80)，灰度值(黑 45左右；白210左右)，调整结束后开始分析，结束后保存参数和结果，最后生成excel文件。11.4CPP 训练程序用隔板将穿梭盒分隔成两个独立的盒子。4只动物于dl、d3、d5、d7腹腔注射吗啡 (5mg/kg)后同时放入白盒内，IOmin后开始计时，训练50min，摄录视频图像。d2、d4、d6、d8 给予生理盐水后同时放入黑盒训练，操作顺序同上。d9将中间隔板换成通道型，动物不作任何处理，统一将动物从黑盒上方放置于两盒交界通道处，头部朝向白盒，适应IOmin后，让其在两盒内自由活动15min，摄录其活动情况。小鼠给药容量均为10ml/kg。1. 1.5芋螺毒素给药处理以生理盐水做溶剂。在吗啡诱导CPP表达测试(d9)前半小时，侧脑室注射芋螺毒素或者生理盐水，给药容量均为2 μ 1/只。同吗啡对照组相比，Glu-Con-G(30、60、120pmol) 干预组小鼠的白盒停留时间呈剂量-效应依赖性减少(30pmol，P < 0.01 ；60pmol, P < 0. 01 ； 120pmol ；P < 0. 01)(见图 1)。1. 2吗啡躯体依赖实验根据吗啡6天给药方案，每日sc2次，连续6天，第一天sc吗啡20mg/kg，以后每日递增20mg/kg，剂量增至100mg/kg时不再增加。对照组给予同样容量的生理盐水。于末次注射吗啡后2h，ip纳络酮ang/kg，立即将小鼠放入高35cm、直径30cm的圆筒内，观察注射纳络酮后15min内的跳跃动物数及跳跃次数。此外，观察注射纳络酮后Ih的小鼠体重减轻程度。Glu-Con-G在注射纳络酮之前0. 注射。结果(见图2)显示，就小鼠跳跃状况而言，与盐酸吗啡组相比，Glu-Con-G(150、300、600pmol)干预组均能显著抑制吗啡依赖小鼠的跳跃症状(P < 0. 001)。Glu-Con-G(150pmol、300pmol、600pmol)。就小鼠戒断时体重减轻状况而言，与盐酸吗啡组相比，Glu-Con-G(150、300、600pmol)干预组能显著抑制吗啡依赖小鼠戒断时体重的减轻。且Glu-Con-G对吗啡依赖小鼠戒断时跳跃次数和体重减轻的抑制作用呈剂量依赖性。1.3小鼠镇痛福尔马林实验用微量注射器向动物足底皮下注射 5%的福尔马林溶液，每只小鼠20 30μ1/只，立即置入一悬挂在铁架台上的平底大玻璃容器内，容器下方置一倾斜30°左右的大镜子，从镜面观察动物足部反应。小鼠皮下注射福尔马林引起的反应可分为两个时相 0 IOmin出现者为I相(早期相)，10 60min出现者为II相(迟发相)。记录不同时相舔、抖被注射足时间为疼痛指标。结果(如图3)所示。实验表明，Glu-Con-G能显著抑制I相与II相反应，且其对I相、II相反应的抑制作用均呈剂量依赖性1. 4小鼠镇痛热板法实验将小鼠放在恒温水浴箱内预热至50 55°C的烧杯中，恒温(变化在士0. 5°C内)， 以小鼠跳跃反应的潜伏期为痛阈指标。实验前先筛选动物，将反映潜伏期小于^或大于 30s的动物剔除，为防止足部烫伤，设立停止时间(为60s或基础痛阈的2倍)，基础痛阈亦间隔5min，测2 3次取其均值计算。结果显示，在热板实验中，以最佳镇痛率计算，Glu-Con G的镇痛效率与吗啡比较，为吗啡的433倍。(见图4)
权利要求
1.芋螺毒素类似物Glu-Con-G，其氨基酸序列从N端到C端如序列表SEQNO 1所示，分子量为2044. 14。
2.权利要求1中所述的芋螺毒素类似物Glu-Con-G，其特征为其C端被酰胺化，氨基酸序列从N端到C端为GEEELQENQELIREKSNX，x表示酰胺化。
3.权利要求1或2所述的芋螺毒素类似物Glu-Con-G在制备对吗啡精神依赖和躯体依赖有干预作用的药物中的用途。
4.权利要求1或2所述的芋螺毒素类似物Glu-Con-G在制备对镇痛有一定疗效的药物中的用途。
全文摘要
本发明提供了一种基于芋螺睡眠肽-G(Con-G)的芋螺毒素类似物Glu-Con-G。该类似物是一种多肽，由Con-G经第3、4、7、10和14位的Gla替换为Glu得到，因此命名为Glu-Con-G，其序列由C端到N端为GEEELQENQELIREKSN。Glu-Con-G由于不存在非天然氨基酸Gla，易于通过化学合成的方法获得，且该多肽对吗啡精神依赖和躯体依赖有干预作用，与吗啡相比，其镇痛作用更强。
文档编号C07K7/08GK102167729SQ20111003339
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月29日 优先权日2011年1月29日
发明者任展宏, 周晚玲, 徐艳兰, 朱永平, 王 华, 许洁琼, 谌程, 钱玲玲, 陈翔 申请人:浙江大学