Сцилло -инозитол , также называемый сциллитом , кокозитолом или кверцинитом , представляет собой химическое соединение с формулой C6H12O6 , один из девяти инозитов , стереоизомеров циклогексан -1,2,3,4,5,6-гексола . Молекула имеет кольцо из шестиатомов углерода , каждый из которых связан с одним атомом водорода и одной гидроксильной группой (–OH); если кольцо считать горизонтальным, гидроксилы располагаются попеременно выше и ниже соответствующих водородов.
Сцилло -инозитол — это природный углевод , в частности, сахарный спирт . Он встречается в небольших количествах в тканях человека и других животных, [4] некоторых бактерий , [5] и в большем количестве в некоторых растениях. [5] [6]
Около 2000 года сцилло -инозитол привлек внимание как возможное средство для лечения нейродегенеративных расстройств , таких как болезнь Альцгеймера . Для этого использования он получил коды AZD-103 и ELND005 . [7]
Химические и физические свойства
Кристаллическая структура
Безводный сцилло -инозитол существует по крайней мере в двух полиморфах (кристаллических формах). [8] В обеих формах молекулы имеют симметрию и находятся в конформации кресла , [3] которая помещает все гидроксилы в почти экваториальные положения. [9]
Форма «А» легко кристаллизуется из воды. Она имеет более низкую плотность 1,57 г / мл и разлагается при 358 °C . [2] Она кристаллизуется в моноклинной системе с группой is . Параметры ячейки a = 508,9 пм , b = 664,5 пм, c = 1194,8 пм, β = 116,98 ° , Z = 2. Параметр сморщивания кольца Q составляет 58,1 пм. [3]
Форму «B» трудно получить в чистом виде, так как она часто кристаллизуется в смеси с формой «A». Ее плотность составляет 1,66 г/мл [2] , и она разлагается при температуре около 360 °C. Ее кристаллическая система триклинная с группой . Параметры ячейки составляют a = 672,5 пм, b = 679,7 пм, c = 863,5 пм, α = 95,45°, β = 99,49°, γ = 99,19°, Z = 2. Сморщивание Q составляет 56,6 пм. [3]
Плотность формы "A" подобна плотности мио -инозитола, но примерно на 0,05–0,10 г/мл ниже, чем у других стереоизомеров инозитола и формы "B". Температура плавления (разложения) обеих форм самая высокая среди всех инозитолов. Как и все они, кристаллы имеют бесконечные цепи водородных связей . [10]
Синтез
Сциллит и другие стереоизомеры могут быть синтезированы из пара -бензохинона через промежуточный продукт кондуритол . [11] Его также можно получить из мио -инозитола с помощью реакции Мицунобу . [9]
Было обнаружено, что различные животные, растения, насекомые и бактерии преобразуют мио -инозитол в сцилло -инозитол, [5] включая Streptomyces griseus , у которого это преобразование является частью синтеза стрептомицина . [12]
Известно, что сциллит является факультативным промежуточным продуктом в метаболизме мио -инозитола бактерией Bacillus subtilis . [13] В 2011 году был разработан генетически модифицированный штамм этого организма, который прерывал этот путь и преобразовывал часть мио -инозитола в среде в сцилло -инозитол за 48 часов. [14] В конечном итоге этот процесс позволил производить 27,6 г / л сцилло - инозитола в среде из 50 г/л мио -инозитола за 48 часов. [15]
В 2021 году был разработан другой процесс с использованием бактерии Corynebacterium glutamicum , производящей 1,8 г/л сциллита из 20 г/л глюкозы и 4,4 г/л из 20 г/л сахарозы за 72 ч. Превращение включает NAD+ -зависимое окисление мио -инозитола в 2-кето-мио-инозитол (сцилло-инозозу) с последующим NADPH -зависимым восстановлением до сциллита. [16]
Производные
Несколько производных сцилло -инозитола были синтезированы и изучены в лабораторных условиях, такие как фосфаты (варианты фитиновой кислоты ) [9] и ортоформиаты со структурой адамантана . [17]
Биохимия
Естественное явление
Сциллитол широко распространен в природе в рыбе, насекомых, тканях и моче млекопитающих, некоторых бактериях и растениях [5] [14], таких как Calycanthus occidentalis . [5] Он особенно распространен в кокосовом молоке . [6]
Производное сциллита О-метил-сцилло-инозитол является одним из преобладающих растворимых производных углеводов в корневых клубеньках гороха , созданных бактерией Rhizobium leguminosarum , вместе с изомером ононитолом (4-О-метил- мио -инозитолом), которые не встречаются в других частях растения. [18]
Сциллит гексакис дигидрофосфат , сциллоизомер фитиновой кислоты ( но не низшие фосфаты) был обнаружен в пастбищных почвах Англии и Уэльса в концентрациях до 130 мг фосфора на кг почвы, что составляет до 15% органического фосфора почвы. Соотношение сциллоизомера к миоизомеру варьировалось от 0,29 до 0,79. [19] [20]
Концентрация сцилло -инозитола в кокосовом молоке (жидкости внутри плода Cocos nucifera ) составляет 0,5 г/л, что в пять раз больше, чем мио -инозитола. [6]
Физиология
Концентрацию сцилло -инозитола в мозге человека можно измерить с помощью ЯМР ; типичные значения составляют 0,35 мМ для белого вещества , 0,4 мМ для серого вещества и 0,5 мМ для мозжечка [21] Другое исследование сравнивало концентрации мио и сцилло -инозитола в мозге 24 здоровых добровольцев. Средние значения составили около 0,36 мМ для сцилло и 4,31 мМ для мио , с большими отклонениями. Исследование обнаружило значительное увеличение обоих изомеров у 14 пожилых людей (46-71 год) по сравнению с 10 молодыми людьми (26-29 лет), а именно около 40% для сцилло , 20% для мио ; и слабую корреляцию между двумя значениями. [22] Однако концентрация сцилло -инозитола на 300% выше нормы была измерена у здорового добровольца без соответствующего увеличения мио -инозитола; что позволяет предположить, что метаболизм двух изомеров регулируется независимо. [23]
Исследователи из больницы Маклина при Гарвардской медицинской школе обнаружили, что у хронических пользователей анаболических стероидов уровень сцилло -инозитола в мозге ниже, чем у лиц, не принимающих их. [24]
Было обнаружено, что концентрация сцилло -инозитола в мозге примерно на 75% ниже среднего у пациентов с печеночной энцефалопатией , что также снижает уровень мио -инозитола. [25]
Было обнаружено, что предыдущее внутривенное введение мио- или сцилло -инозитола снижает продолжительность и интенсивность химически вызванных судорог у крыс. [27]
С 1940-х годов 5–20% кокосового молока использовалось в качестве агента, стимулирующего рост, в формулах среды для культивирования растительных клеток. Часть его эффективности в этом применении обусловлена содержанием в нем мио- и сцилло -инозитола. [6]
Клиническая оценка
болезнь Альцгеймера
В начале 2000-х годов сообщалось, что сцилло -инозитол проникает через гематоэнцефалический барьер , и при введении его мышам (TgCRND8), которые были генетически модифицированы для проявления симптомов, подобных симптомам болезни Альцгеймера, он подавлял когнитивные нарушения и значительно улучшал патологию заболевания. [28] Было обнаружено, что это соединение снижает количество нерастворимых амилоидных белков Aβ40, Aβ42 и накопление амилоидных бляшек в мозге, не мешая синтезу липидов фосфатидилинозитола из мио -инозитола. [29] [30] Совсем недавно было также обнаружено, что он подавляет связывание олигомеров Aβ с плазматическими мембранами и мешает синаптической функции. [31]
Мотивированная этими и другими результатами, примерно в 2008 году Transition Therapeutics приступила к исследованию сцилло -инозитола в качестве терапии, изменяющей течение болезни Альцгеймера , под обозначением AZD-103. Transition сотрудничала с Elan Corporation для разработки соединения, переименованного в ELND005, и патент на это использование ( патент США 7,521,481 ) был выдан 21 апреля 2009 года. В 2014 году ELND005 вернулся к Transition Therapeutics, которая была приобретена OPKO Health в 2016 году. [32]
Клиническое исследование ELND005 с участием примерно 353 пациентов, которое должно было длиться 18 месяцев, было начато в 2008 году и получило статус ускоренного исследования от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США . [7] Первоначально в исследовании использовались ежедневные дозы 500, 2000 и 4000 мг; однако последние две дозы были прекращены к декабрю 2009 года из-за предполагаемых побочных эффектов, включая 9 смертей. [29] Результаты этого исследования не были положительными, но считались неубедительными. [33] [34] Новое 12-недельное ускоренное исследование с участием 296 пациентов с болезнью Альцгеймера от умеренной до тяжелой степени было начато в ноябре 2012 года для изучения влияния однократной дозы ELND005 на показатели ажитации и агрессии по шкале NPI-C. В июне 2015 года результаты этого исследования были объявлены отрицательными, и компания отказалась от планов дальнейшего расширения исследования. [35]
Биполярное расстройство
В 2012 году Элан начал исследование 2 фазы AZD-103 в качестве дополнительной терапии у 400 пациентов с биполярным расстройством ; эта программа была прекращена в 2014 году. [35]
синдром Дауна
В 2013 году началось четырехнедельное исследование фазы 2, оценивающее 250 и 500 мг AZD-103 в день у 23 молодых людей с синдромом Дауна . Это исследование было завершено в ноябре 2014 года без существенных положительных результатов и было признано неокончательным. [36] [37]
^ abcd Sándor L. Bekö, Edith Alig, Martin U. Schmidt, Jacco van de Streek (2014): "О корреляции между водородными связями и точками плавления в инозитолах". Журнал Международного союза кристаллографии ( IUCrJ ), том 1, часть 1, страницы 61-73. doi :10.1107/S2052252513026511
^ abcd Younghee Yeon (2001): «Кристаллическая и молекулярная структура нео-инозитола и двух форм сцилло-инозитола». Корейский журнал кристаллографии , том 12, выпуск 3, страницы 150-156.
^ Уильям Р. Шерман, Марк А. Стюарт, Мэри М. Куриен, Салли Л. Гудвин (1968): «Измерение мио-инозитола, мио-инозозы-2 и сцилло-инозитола в тканях млекопитающих». Biochimica et Biophysica Acta ( BBA ), том 158, выпуск 2, страницы 197-205 doi : 10.1016/0304-4165(68)90131-1
^ abcde Уильям Х. Хорнер, И. Х. Такер (1968): «Метаболизм сцилло -инозитола в Streptomyces griseus ». Biochimica et Biophysica Acta ( BBA ), том 165, выпуск 2, страницы 306-308 doi : 10.1016/0304-4165(68)90064-0
^ abcd Trevor A Thorpe, C Stasolla, Edward Yeung, Geert-Jan De Klerk, A. Roberts, EF George (2008): "Компоненты сред для культивирования растительных тканей II. Органические добавки, осмотические и pH-эффекты, а также системы поддержки". В Plant Propagation by Tissue Culture , 3-е издание, страницы 115–173. doi :10.1007/978-1-4020-5005-3_4
^ ab Keran Ma, Lynsie AM Thomason, JoAnne McLaurin (2012): " scyllo -инозитол, доклинические и клинические данные по болезни Альцгеймера". Глава Advances in Pharmacology , том 64, страницы 177–212. doi :10.1016/B978-0-12-394816-8.00006-4 PMID 22840748 ISBN 9780123948168
^ Грэм М. Дэй, Жакко ван де Стрик, Арно Бонне, Джонатан К. Берли, Уильям Джонс и У. Д. Сэм Мазервелл (2006): "Полиморфизм сцилло -инозитола: объединение предсказания кристаллической структуры с экспериментом для выяснения структур двух полиморфов". Crystal Growth & Design , том 6, выпуск 10, страницы 2301-2307. doi :10.1021/cg060179a
^ abc Sung-Kee Chung, Yong-Uk Kwon, Young-Tae Chang, Kwang-Hoon Sohn, Jung-Han Shin, Kyu-Hwan Park, Bong-Jin Hong, In-Hee Chung (1999): "Синтез всех возможных региоизомеров сцилло-инозитолфосфата". Bioorganic & Medicinal Chemistry , том 7, выпуск 11, страницы 2577-2589 doi :10.1016/S0968-0896(99)00183-2
^ Александра Симперлер, Стивен В. Уотт, П. Арно Бонне, Уильям Джонс, В. Д. Сэмюэл Мазервелл (2006): «Корреляция температур плавления инозитов с моделями водородных связей». CrystEngComm , том 8, страницы 589-600 doi :10.1039/B606107A
^ Михаэль Подешва, Оливер Плеттенбург, Йохен фон Брокке, Оливер Блок, Стефан Адельт, Ганс-Йозеф Альтенбах (2003): "Стереоселективный синтез мио- , нео- , L- хиро- , D- хиро- , алло- , сцилло- и эпи -инозитольных систем с помощью кондуритолов, полученных из п -бензохинона". Европейский журнал органической химии , том 2003, выпуск 10, страницы 1958-1972. doi :10.1002/ejoc.200200572
^ Джозеф Брутон, Уильям Х. Хорнер, Джеральд А. Расс (1967): "Биосинтез стрептомицина: IV. Дальнейшие исследования биосинтеза стрептидина и N -метил- L -глюкозамина". Журнал биологической химии , том 242, выпуск 5, 10 марта, страницы 813-818 doi :10.1016/S0021-9258(18)96198-3
^ Tetsuro Morinaga, Hitoshi Ashida и Ken-ichi Yoshida (2010): "Идентификация двух сцилло -инозитолдегидрогеназ в Bacillus subtilis ". Микробиология , том 156, выпуск 5, страницы 1538–1546 doi :10.1099/mic.0.037499-0
^ ab Масару Ямаока, Шин Осава, Тетсуро Моринага, Синдзи Такенака, Кен-ити Ёсида (2011): «Клеточная фабрика Bacillus subtilis , спроектированная для простой биоконверсии мио-инозитола в сцилло-инозитол, потенциального терапевтического агента для лечения болезни Альцгеймера. ". Фабрики микробных клеток , том 10, номер статьи 69. doi :10.1186/1475-2859-10-69
^ Косей Танака, Аяне Нацуме, Шу Исикава, Синдзи Такенака, Кен-ичи Ёсида (2017): «Новое поколение клеточной фабрики Bacillus subtilis для дальнейшего увеличения производства цилло -инозитола». Фабрики микробных клеток , том 16, номер статьи 67. doi :10.1186/s12934-017-0682-0,
^ Пол Рэмп, Александр Ленерт, Сусана Матамоурос, Астрид Виртц, Майке Баумгарт, Майкл Ботт (2021): «Метаболическая инженерия Corynebacterium glutamicum для производства сцилло -инозитола, препарата-кандидата против болезни Альцгеймера». Метаболическая инженерия , том 67, страницы 173-185 doi :10.1016/j.ymben.2021.06.011
^ Хё Вон Ли и Ёсито Киши (1985): «Синтез моно- и несимметричных бис-ортоэфиров сцилло -инозитола». Журнал органической химии , том 50, выпуск 22, страницы 4402–4404 doi :10.1021/jo00222a046
^ Лиф Скёт, Хельге Эгсгаард (1984): «Идентификация ононитола и О-метил -сцилло -инозитола в корневых клубеньках гороха». Planta , том 161, страницы 32–36. doi :10.1007/BF00951457
^ Бенджамин Л. Тернер, Алан Э. Ричардсон (2004): "Идентификация фосфатов сцилло -инозитола в почве методом ядерно-магнитной резонансной спектроскопии фосфора-31 в растворе". Журнал Американского общества почвоведов , раздел S-2 Химия почв , том 68, выпуск 3, страницы 802-808. doi :10.2136/sssaj2004.8020
^ Бенджамин Л. Тернер, Натали Махье, Лео М. Кондрон, CR Чен (2005): "Количественная оценка и биодоступность сцилло -инозитолгексакисфосфата в пастбищных почвах". Soil Biology and Biochemistry , том 37, выпуск 11, страницы 2155-2158 doi :10.1016/j.soilbio.2005.03.005
^ Томас Михаэлис, Гюнтер Хелмс, Клаус-Дитмар Мербольдт, Вольфганг Хенике, Харальд Брун, Йенс Фрам (1993): "Идентификация сцилло -инозитола в протонных ЯМР-спектрах человеческого мозга in vivo". ЯМР в биомедицине , том 6, выпуск 1, страницы 105-109. doi :10.1002/nbm.1940060116
^ Лана Г. Кайзер, Норберт Шуфф, Натан Кэшдоллар, Майкл В. Вайнер (2005): " Сцилло -инозитол в нормально стареющем человеческом мозге: исследование с помощью магнитно-резонансной спектроскопии 1 H при 4 Тесла". ЯМР в биомедицине , том 18, выпуск 1, страницы 51-55. doi :10.1002/nbm.927
^ Элизабет Р. Сиквист, Рольф Грюэттер (1998): «Идентификация высокой концентрации сцилло -инозитола в мозге здорового человека с использованием 1 H- и 13 C-ЯМР». Магнитный резонанс в медицине , том 39, выпуск 2, страницы 313-316. doi :10.1002/mrm.1910390220
^ Кауфман, Марк Дж.; Джейнс, Эми К.; Хадсон, Джеймс И.; Бреннан, Брайан П.; Канаяма, Джен; Керриган, Эндрю Р.; Дженсен, Дж. Эрик; Поуп, Харрисон Г. (2015-07-01). «Нарушения мозговой и когнитивной функции у долгосрочных пользователей анаболических андрогенных стероидов». Drug and Alcohol Dependence . 152 : 47–56 . doi :10.1016/j.drugalcdep.2015.04.023. ISSN 1879-0046. PMC 4458166. PMID 25986964 .
^ Ён-Хау Х. Лиен, Томас Михаэлис, Рекс А. Моатс, Брайан Д. Росс (1994): " Истощение сцилло -инозитола при печеночной энцефалопатии". Life Sciences , том 54, выпуск 20, страницы 1507-1512 doi :10.1016/0024-3205(94)90018-3
^ Тарек Ибрагим, Джоанн МакЛорин (2016): "Агрегация, затравка и ингибирование α-синуклеина сцилло -инозитолом". Biochemical and Biophysical Research Communications , том 469, выпуск 3, страницы 529-534. doi :10.1016/j.bbrc.2015.12.043
^ М. Нозадзе, Э. Микаутадзе, Э. Лепсверидзе, Э. Микеладзе, Н. Кучиашвили, Т. Кигурадзе, М. Киквидзе, Р. Соломония (2011): «Противосудорожное действие мио-инозитола и сцилло-инозитола на пентилентетразол, индуцированное судороги». Изъятие , Том 20, Выпуск 2, март, страницы 173-176 doi :10.1016/j.seizure.2010.10.008
^ McLaurin, Joanne; Kierstead, Meredith E.; Brown, Mary E.; Hawkes, Cheryl A.; Lambermon, Mark H L.; Phinney, Amie L.; Darabie, Audrey A.; Cousins, Julian E.; French, Janet E.; Lan, Melissa F.; Chen, Fusheng; Wong, Sydney S N.; Mount, Howard T J.; Fraser, Paul E.; Westaway, David; George-Hyslop, Peter St (июль 2006 г.). «Ингибиторы циклогексангексола агрегации Abeta предотвращают и обращают фенотип болезни Альцгеймера в мышиной модели». Nature Medicine . 12 (7): 801– 8. doi :10.1038/nm1423. PMID 16767098. S2CID 24478093.
^ ab Daniela Fenili, Mary Brown, Rebecca Rappaport, JoAnne McLaurin (2007): "Свойства сцилло -инозитола как терапевтического лечения патологии, подобной болезни Альцгеймера". Журнал молекулярной медицины , том 85, страницы 603–611. doi :10.1007/s00109-007-0156-7
^ Daniela Fenili, Keran Ma, JoAnne McLaurin (2010): " scyllo -инозитол: потенциальное терапевтическое средство для болезни Альцгеймера". Глава 5 Emerging Drugs and Targets for Alzheimer's Disease , Volume 1: Beta-Amyloid, Tau Protein and Glucose Metabolism , страницы 94-116 doi :10.1039/9781849731065-00094
^ Мин Джин, Деннис Дж. Селко (2015): «Систематический анализ зависящих от времени нейронных эффектов растворимых олигомеров амилоида β в культуре и in vivo: профилактика с помощью сцилло -инозитола». Нейробиология заболеваний , том 82, страницы 152-163 doi :10.1016/j.nbd.2015.05.020
^ Elan и Transition Therapeutics получают ключевой патент на лечение болезни Альцгеймера с помощью ELND005. Архивировано 22 января 2013 г. на archive.today.
^ S. Salloway, R. Sperling, R. Keren, AP Porsteinsson, CH van Dyck, PN Tariot, S. Gilman, D. Arnold, S. Abushakra, C. Hernandez, G. Crans, E. Liang, G. Quinn, M. Bairu, A. Pastrak и JM Cedarbaum (2011): "Рандомизированное исследование ELND005, сцилло -инозитола, при легкой и умеренной болезни Альцгеймера" (исследование ELND005-AD201). Neurology , том 77, выпуск 13, страницы 1253-1262. Цитата: "Первичный анализ эффективности на 78 неделе не выявил существенных различий между группами лечения по NTB или ADCS-ADL". doi :10.1212/WNL.0b013e3182309fa5
^ ab Alzforum (2019): "ELND005". Терапевтический раздел веб-сайта Alzforum. Последнее обновление 2019-06-14 архивировано; доступ 2024-06-31.
^ Alzforum (2014): «Новые методы лечения поведенческих симптомов болезни Альцгеймера на Horizon». Раздел «Клинические испытания 2014» [https://www.alzforum.org Сайт Alzforum от 23.12.2014, доступ 30.06.2024.
^ Майкл С. Рафии, Брайан Г. Скотко, Мэри Эллен Макдоноу, Маргарет Пульсифер, Кейси Эванс, Эрик Доран, Габриэль Мураневичи, Патрик Кесслак, Сьюзан Абушакра, Айра Т. Лотт, для исследовательской группы ELND005-DS (2017): "Рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование II фазы перорального применения ELND005 ( сцилло -инозитола) у молодых взрослых с синдромом Дауна без деменции". Журнал болезни Альцгеймера , том 58, выпуск 2, страницы 401-411 doi :10.3233/JAD-160965