(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-03
(54)【発明の名称】眼の血管新生を促進するための組成物および方法
(51)【国際特許分類】
A61K 38/19 20060101AFI20220224BHJP
A61P 27/02 20060101ALI20220224BHJP
A61P 43/00 20060101ALI20220224BHJP
A61P 9/00 20060101ALI20220224BHJP
【FI】
A61K38/19
A61P27/02
A61P43/00 111
A61P9/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021538948
(86)(22)【出願日】2019-12-26
(85)【翻訳文提出日】2021-07-26
(86)【国際出願番号】 US2019068595
(87)【国際公開番号】W WO2020142349
(87)【国際公開日】2020-07-09
(32)【優先日】2019-01-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
(71)【出願人】
【識別番号】508228061
【氏名又は名称】ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】フェラーラ,ナポレオン
(72)【発明者】
【氏名】リ,チン
(72)【発明者】
【氏名】リ,ピン
【テーマコード(参考)】
4C084
【Fターム(参考)】
4C084AA02
4C084AA03
4C084DA01
4C084MA58
4C084NA14
4C084ZA33
(57)【要約】
白血病阻害因子(LIF)またはカルジオトロフィン-1(CT-1)を含むIL-6ファミリータンパク質を有する、眼の血管新生を促進するための組成物および方法が提供される。
【選択図】
図1A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象の眼における不十分な血管形成に関連する状態のための治療の方法であって、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与して、血管新生を促進することを含む、方法。
【請求項2】
前記投与が、網膜微小血管密度を増加させる、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記投与が、脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させる、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記状態が、加齢性黄斑変性症である、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記状態が、未熟児網膜症(ROP)である、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記投与が、硝子体内注射を介する、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記有効量が、血管漏出を誘導しない、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記有効量が、浮腫を誘導しない、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記IL-6ファミリータンパク質が、白血病阻害因子(LIF)である、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記IL-6ファミリータンパク質が、カルジオトロフィン-1(CT-1)である、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
対象の前記眼における血管形成を誘導する方法であって、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与することを含む、方法。
【請求項12】
前記投与が、網膜血管新生を増加させる、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記投与が、脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させる、請求項10に記載の方法。
【請求項14】
前記対象が、加齢性黄斑変性症を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項15】
前記対象が、未熟児網膜症(ROP)を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項16】
前記投与が、硝子体内注射を介する、請求項10に記載の方法。
【請求項17】
前記有効量が、血管漏出を誘導しない、請求項10に記載の方法。
【請求項18】
前記有効量が、浮腫を誘導しない、請求項10に記載の方法。
【請求項19】
前記IL-6ファミリータンパク質が、白血病阻害因子(LIF)である、請求項10に記載の方法。
【請求項20】
前記IL-6ファミリータンパク質が、カルジオトロフィン-1(CT-1)である、請求項10に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2019年1月4日に申請された米国仮出願第62/788,174号の優先権の利益を主張し、これは、参照によって本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、眼の状態を軽減するための血管新生の促進に関する。
【背景技術】
【0003】
血管新生は、胚発生、成人の血管恒常性、および組織修復に必要な生理学的プロセスである(1)。しかし、血管新生は、腫瘍、および湿性加齢性黄斑変性症(AMD)を含むいくつかの眼内障害などのさまざまな病的状態にも寄与する(1)。腫瘍の進行中、新しい血管は、腫瘍組織に栄養素および酸素を提供し、したがって、重要な役割を果たし、眼内障害では、異常な漏出血管の成長が網膜を破壊し、失明につながり得る(1、2)。血管新生の分子基盤を分析し、新生物および他の疾患の療法的標的を特定するための広範な努力の結果、血管の発達および分化を伴う重要なシグナル伝達経路が発見された(1、3)。特に、多くの研究によって、生理学的血管新生におけるVEGF経路の極めて重要な役割が確立され、この経路を標的とする療法は、癌および湿性AMDなどの眼疾患の治療に成功している(4、5)。逆に、血管新生を刺激することは、灌流の改善を通じて、さまざまな虚血性疾患を有する患者の転帰を改善する可能性を秘めている(6)。この仮説は、過去数十年間に一連の臨床試験を導き、冠状動脈または四肢虚血患者において遺伝子療法によってまたは組換えタンパク質として送達されるVEGFまたはbFGFなどの血管新生因子が試験された。残念ながら、前臨床研究が有望であるにもかかわらず、これらの研究はいずれも成功しなかった(7)。したがって、血管新生療法を改善するための新規の戦略を特定する必要がある。
【0004】
神経膠芽腫細胞はさまざまな血管新生因子を分泌し、そのような腫瘍の高度な血管表現型に寄与する(8)。LN-229神経膠芽腫細胞株に由来する異種移植腫瘍は、VEGFの発現が非常に低いにもかかわらず、十分に血管形成される(9、10)。したがって、LN-229セクレトームは、推定上の内皮マイトジェンを特徴付けるのに興味深いものである。
【0005】
サイトカインのIL-6スーパーファミリーには、白血病阻害因子(LIF)が含まれる。それは、胚性幹細胞の多能性を維持する能力があるため、実験的幹細胞生物学で幅広く使用されている。胚着床、造血細胞の発達、炎症応答、腫瘍の進行を含む異なるタイプの細胞および組織におけるLIFのさまざまな役割も観察されている(67)。
【0006】
血管新生におけるLIFの役割には、まだ議論の余地がある。それは、当初はウシ大動脈内皮細胞における抗血管新生因子として特徴付けられ、ウシ副腎皮質毛細血管内皮細胞に対して効果を示さず(35)、LIFが異なるタイプの内皮細胞において明確に機能することを示唆している。その後の研究では、かなりの複雑さが示された。LIFを過剰発現するトランスジェニックマウスは、眼の血管系の低減および網膜血管の発達の抑制を示したが(14)、ホモ接合型LIFノックアウト対立遺伝子を担持するマウスは、網膜の血管密度の増加を有した(16)。出生後早期に子ラットに組換えLIFを注射した結果、網膜の発達において無血管領域がわずかに増加した(22)。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、IL-6スーパーファミリーのメンバー、およびその機能的フラグメントが、加齢性黄斑変性症および未熟児網膜症(ROP)などであるが、これらに限定されない状態を療法的に治療する必要がある対象の眼の血管新生を増加させるために使用され得ることを提供する。実施形態において、対象は、ヒトである。
【0008】
実施形態において、本発明は、対象の眼における不十分な血管形成に関連する状態のための治療の方法を提供し、これは、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与して、血管新生を促進することを含む。実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質が白血病阻害因子(LIF)またはカルジオトロフィン-1(CT-1)であることを提供する。
【0009】
実施形態において、本発明は、投与が網膜微小血管密度を増加させることを提供する。実施形態において、本発明は、投与が脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させることを提供する。
【0010】
実施形態において、本発明は、状態が加齢性黄斑変性症であることを提供する。実施形態において、本発明は、状態が未熟児網膜症(ROP)であることを提供する。
【0011】
実施形態において、本発明は、投与が硝子体内注射を介することを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が血管漏出を誘導しないことを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が浮腫を誘導しないことを提供する。
【0012】
実施形態において、本発明は、対象の眼において血管形成を誘導する方法を提供し、これは、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与することを含む。
【0013】
実施形態において、本発明は、投与が網膜血管新生を増加させることを提供する。実施形態において、本発明は、投与が脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させることを提供する。
【0014】
実施形態において、本発明は、対象が加齢性黄斑変性症を有することを提供する。実施形態において、本発明は、対象が未熟児網膜症(ROP)を有することを提供する。
【0015】
実施形態において、本発明は、投与が硝子体内注射を介することを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が血管漏出を誘導しないことを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が浮腫を誘導しないことを提供する。
【0016】
実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質が白血病阻害因子(LIF)であることを提供する。実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質がカルジオトロフィン-1(CT-1)であることを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1A】LIFがLN-229馴化培地由来の内皮細胞マイトジェンであることを示す。LN-229馴化培地は、ウシ脈絡膜内皮細胞の成長を刺激する、n=3(
図1A)。
【
図1B】VEGF中和抗体は、LN-229 CMによって誘導されるBCE細胞成長を抑制できない、n=3(
図1B)。
【
図1C】LN-229 CMの逆相クロマトグラフィー画分は、BCE細胞成長を誘導する。図に示されるように、BCE細胞を画分(2μl/ウェル)とともにインキュベートした、n=3(
図1C)。
【
図1D】抗LIF中和抗体は、逆相画分によって誘導されるBCE細胞成長を無効にする、n=3(
図1D)。
【
図1E】組換えヒトLIFタンパク質は、用量依存的にBCE細胞の成長を刺激する。BCE細胞を、ビヒクル、VEGF(10ng/ml)、および示された濃度の組換えヒトLIF(rhLIF)の存在下で培養した、n=3(
図1E)。
【
図1F】LIFおよびVEGFは、BCE細胞成長を相乗的に刺激する。アラマーブルーを使用して、6日後に細胞増殖を分析した、n=3。バーおよびエラーバーは、平均±SDを表す。*:p<0.05、**:p<0.01、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない(
図1F)。
【
図2A】LIFがJAK-STAT3経路を介してBCE細胞成長を促進することを示す。JAK阻害剤バリシチニブ(Ba)は、LIFによるSTAT3の活性化をブロックする。BCE細胞をDMSO、バリシチニブ(2μM)、コビメチニブ(Co)(150nM)、またはBEZ235(BE)(5nM)とともに1時間プレインキュベートし、次に、ビヒクルまたはLIF(10ng/ml)で15分間処理した。対照:阻害剤でのプレインキュベーションなし(
図2A)。
【
図2B】バリシチニブは、LIF誘導性BCE細胞成長を抑制する。BCE細胞をDMSO、バリシチニブ、コビメチニブ、またはBEZ235とともに1時間プレインキュベートし、次に、ビヒクル、LIF(10ng/ml)、またはVEGF(10ng/ml)で処理した。6日後に細胞増殖を分析した、n=3(
図2B)。
【
図2C】
図2Cおよび2Dは、BCE細胞におけるSTAT3ノックダウンを示す。BCE細胞を、STAT3を標的とするsiNegativeおよびsiRNAでトランスフェクトした。STAT3 mRNAレベルを調べるためにqRT-PCRを実施した。siNegativeのSTAT3レベルを1に設定した。3つの独立した実験からのデータを平均し、
図2Cに示す。
図2Dでは、siRNAをトランスフェクトした細胞をLIF(10ng/ml)またはビヒクルで15分間処理した。全細胞溶解物を、示された抗体を用いたウエスタンブロッティングに供した。
【
図2D】
図2Cおよび2Dは、BCE細胞におけるSTAT3ノックダウンを示す。BCE細胞を、STAT3を標的とするsiNegativeおよびsiRNAでトランスフェクトした。STAT3 mRNAレベルを調べるためにqRT-PCRを実施した。siNegativeのSTAT3レベルを1に設定した。3つの独立した実験からのデータを平均し、
図2Cに示す。
図2Dでは、siRNAをトランスフェクトした細胞をLIF(10ng/ml)またはビヒクルで15分間処理した。全細胞溶解物を、示された抗体を用いたウエスタンブロッティングに供した。
【
図2E】LIF誘導性BCE細胞成長をSTAT3ノックダウンによって無効にした。STAT3ノックダウンを伴うBCE細胞をLIF(10ng/ml)またはビヒクルで培養した。3日後に細胞増殖を分析した。各ビヒクルグループの590nmでの蛍光読み取り値を1に設定した、n=3。siNegative、陰性対照siRNAは、任意の既知の遺伝子を標的としない。**:p<0.01、***:p<0.001、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない(
図2E)。
【
図3A】LIFがエクスビボおよびインビボモデルにおいて血管新生を促進することを示す。
図3Aおよび3Bは、LIFによるマウス脈絡膜発芽の誘導を示す。播種後6日での一次脈絡膜外植片からの血管増殖が
図3Aの代表的な写真に示される。示されるように、各サンプルにサプリメントを添加した。血管発芽の成長の定量化を、Axiovisionソフトウェアを使用して実施した、n=5。
【
図3B】LIFがエクスビボおよびインビボモデルにおいて血管新生を促進することを示す。
図3Aおよび3Bは、LIFによるマウス脈絡膜発芽の誘導を示す。播種後6日での一次脈絡膜外植片からの血管増殖が
図3Aの代表的な写真に示される。示されるように、各サンプルにサプリメントを添加した。血管発芽の成長の定量化を、Axiovisionソフトウェアを使用して実施した、n=5。
【
図3C】
図3Cおよび3Dは、LIFの硝子体内注射がマウスの眼の血管密度を増加させることを示す。成体マウスに、示された量のVEGFおよびLIFを硝子体内注射した。注射の7日後、PFA固定脈絡膜-強膜複合体および網膜をCD31 IFに供した。CD31陽性血管の代表的な画像を
図3Cに示す。ImageJソフトウェアで決定された血管密度を
図3Dに示す、n=5~8。
【
図3D】
図3Cおよび3Dは、LIFの硝子体内注射がマウスの眼の血管密度を増加させることを示す。成体マウスに、示された量のVEGFおよびLIFを硝子体内注射した。注射の7日後、PFA固定脈絡膜-強膜複合体および網膜をCD31 IFに供した。CD31陽性血管の代表的な画像を
図3Cに示す。ImageJソフトウェアで決定された血管密度を
図3Dに示す、n=5~8。
【
図3E】
図3Eおよび3Fは、LIFで処理されたマウスの網膜のOCTA画像化を示す。成体マウスに1μlのLIF(50ng)またはビヒクル溶液(PBS)を硝子体内注射した。網膜OCTA画像を注射の7日後に得て、代表的なものを
図3Eに示す。血管密度を、ImageJソフトウェアを使用して血管被覆領域/全領域表面の割合で決定し、
図3Fに示す、n=7~8。
【
図3F】
図3Eおよび3Fは、LIFで処理されたマウスの網膜のOCTA画像化を示す。成体マウスに1μlのLIF(50ng)またはビヒクル溶液(PBS)を硝子体内注射した。網膜OCTA画像を注射の7日後に得て、代表的なものを
図3Eに示す。血管密度を、ImageJソフトウェアを使用して血管被覆領域/全領域表面の割合で決定し、
図3Fに示す、n=7~8。
【
図3G】
図3Gおよび3Hは、LIF処理がマウスの網膜の血管密度を増加させることを示す。成体マウスにLIF(10ng)またはビヒクル溶液を硝子体内注射した。注射の7日後、マウスの眼の凍結切片をH&E染色およびCD31 IF染色に供した。代表的な画像を
図3Gに示す。ImageJソフトウェアを使用したCD31陽性の定量化を
図3Hに示す、n=4。
【
図3H】
図3Gおよび3Hは、LIF処理がマウスの網膜の血管密度を増加させることを示す。成体マウスにLIF(10ng)またはビヒクル溶液を硝子体内注射した。注射の7日後、マウスの眼の凍結切片をH&E染色およびCD31 IF染色に供した。代表的な画像を
図3Gに示す。ImageJソフトウェアを使用したCD31陽性の定量化を
図3Hに示す、n=4。
【
図3I】
図3Iおよび3Jでは、5日齢の新生児マウスにLIF(50ng)またはビヒクル溶液(PBS)を硝子体内注射した。3日間の処理後、マウスの網膜を、Dyight-488標識レクチンを用いたIF染色に供した。同様の眼球遺伝子座の代表的な画像を
図3Iに示す。ImageJソフトウェアを使用したレクチン標識領域の定量化を
図3Jに示す、n=4。*:p<0.05、**:p<0.01。
【
図3J】
図3Iおよび3Jでは、5日齢の新生児マウスにLIF(50ng)またはビヒクル溶液(PBS)を硝子体内注射した。3日間の処理後、マウスの網膜を、Dyight-488標識レクチンを用いたIF染色に供した。同様の眼球遺伝子座の代表的な画像を
図3Iに示す。ImageJソフトウェアを使用したレクチン標識領域の定量化を
図3Jに示す、n=4。*:p<0.05、**:p<0.01。
【
図4A】LIFがJAK-STAT3経路を介してBAE細胞成長を阻害することを示す。組換えヒトLIFは、用量依存的にBAE細胞の成長を阻害する。BAE細胞をビヒクルおよび示された濃度の組換えヒトLIF(rhLIF)の存在下で培養した。6日後に細胞増殖を分析した、n=3(
図4A)。
【
図4B】JAK阻害剤バリシチニブは、LIFによるSTAT3の活性化をブロックする。DMSOおよび阻害剤とともに1時間プレインキュベートしたBAE細胞を、ビヒクルおよびLIF(10ng/ml)で15分間処理した。全細胞溶解物を、示された抗体を用いたウエスタンブロッティングに供した。対照:阻害剤でのプレインキュベーションなし、Ba:バリシチニブ(2μM)、Co:コビメチニブ(150nM)、BE:BEZ235(5nM)(
図4B)。
【
図4C】JAK阻害剤であるバリシチニブは、LIF誘導性BAE成長阻害を逆転させる。阻害剤と1時間プレインキュベートしたBAE細胞を、ビヒクル、LIF(10ng/ml)、およびVEGF(10ng/ml)で処理した。アラマーブルーを使用して、6日後に細胞増殖を分析した、n=3(
図4C)。
【
図4D】
図4Dおよび4Eは、BAE細胞におけるSTAT3のノックダウンを示す。BAE細胞にSTAT3を標的とするsiRNAをトランスフェクトした。STAT3 mRNAレベルを調べるためにqRT-PCRを実施した。siNegativeのSTAT3レベルを1に設定した。3つの独立した実験からのデータを平均し、
図4Dに示す。
図4Eでは、siRNAをトランスフェクトした細胞をLIF(10ng/ml)およびビヒクルで15分間処理した。全細胞溶解物を、示された抗体を用いたウエスタンブロッティングに供した。
【
図4E】
図4Dおよび4Eは、BAE細胞におけるSTAT3のノックダウンを示す。BAE細胞にSTAT3を標的とするsiRNAをトランスフェクトした。STAT3 mRNAレベルを調べるためにqRT-PCRを実施した。siNegativeのSTAT3レベルを1に設定した。3つの独立した実験からのデータを平均し、
図4Dに示す。
図4Eでは、siRNAをトランスフェクトした細胞をLIF(10ng/ml)およびビヒクルで15分間処理した。全細胞溶解物を、示された抗体を用いたウエスタンブロッティングに供した。
【
図4F】
図4Fは、STAT3のノックダウンがLIF誘導性BAE細胞成長阻害を無効にすることを示す。STAT3ノックダウンを伴うBAE細胞をLIF(10ng/ml)およびビヒクルとともに培養した。3日後に細胞増殖を分析した。各ビヒクルグループの蛍光読み取り値を1に設定した、n=3。バーおよびエラーバーは、平均±SDを表す。siNegative、陰性対照siRNAは、任意の既知の遺伝子を標的としない。**:p<0.01、***:p<0.001、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない。
【
図5A】LIFがモルモットの皮膚およびマウスの網膜に血管透過性を誘導しないことを示す。
図5Aでは、無毛のオスのモルモット(対照:HA-Hrhr/IAF、450~500g、Charles River Laboratories)に、キシラジン(5mg/kg)およびケタミン(75mg/kg)の腹腔内(ip)投与によって麻酔をかけた。次に、動物は、1mlの1%エバンスブルー染料の静脈内注射(陰茎静脈)を受けた。15分後、PBS中のrhLIFの異なる用量(注射部位あたり1、5、25、100、200ng)の皮内注射(0.05ml/部位あたり)を肩の後ろの体幹の領域に投与した。0.05mlのPBSおよび0.05mlのPBS中の25ngのVEGFを陰性および陽性対照として注射した。皮内注射の30分後、ペントバルビタール(200mg/kg)の腹腔内注射によって動物を安楽死させた。皮膚組織を結合組織から解剖し、写真を撮った、n=2。
【
図5B】
図5Bでは、血管漏出がマウスの網膜に示される。LIF(10ng)またはVEGF(100ng)を硝子体腔に注射した(対照として0.1%BSA/PBS)。TRITC-デキストランを使用して、血管漏出を示した。網膜血管系をFITC-レクチンによって標識した、n=5。
【
図6A】LIFがカテプシンLのアップレギュレーションを介して細胞死を誘導することを示す。
図6Aおよび6Bは、LIF処理がBAE細胞において細胞死を誘導することを示す。LIF(10ng/ml)またはビヒクルで24時間処理すると、BAE細胞をアネキシンV-Cy5で染色した。代表的な画像を
図6Aに示す。
【
図6B】アネキシンV陽性領域対全細胞被覆領域の割合を計算し、
図6Bに示した、n=3。
【
図6C】
図6Cおよび6Dは、BAE細胞におけるLIF誘導カテプシンL発現を示す。LIF(10ng/ml)またはビヒクルで24時間処理した後、qRT-PCRを実施して、BAE細胞のカテプシンL(CTSL)mRNAレベルを調べた。ビヒクルグループのCTSLレベルを1に設定した。各サンプルのCTSL mRNAレベルをビヒクルグループと比較し、
図6Cに倍率変化として示す、n=3。LIF処理したBAE細胞からの総タンパク質をウシカテプシンL ELISAに使用した。ビヒクル処理グループのカテプシンLタンパク質レベルを1に設定した。カテプシンLタンパク質の誘導倍率変化(LIF処理サンプル対ビヒクルグループ)を計算し、3つの独立した実験からの倍率変化を
図6Dに示す。
【
図6D】
図6Cおよび6Dは、BAE細胞におけるLIF誘導カテプシンL発現を示す。LIF(10ng/ml)またはビヒクルで24時間処理した後、qRT-PCRを実施して、BAE細胞のカテプシンL(CTSL)mRNAレベルを調べた。ビヒクルグループのCTSLレベルを1に設定した。各サンプルのCTSL mRNAレベルをビヒクルグループと比較し、
図6Cに倍率変化として示す、n=3。LIF処理したBAE細胞からの総タンパク質をウシカテプシンL ELISAに使用した。ビヒクル処理グループのカテプシンLタンパク質レベルを1に設定した。カテプシンLタンパク質の誘導倍率変化(LIF処理サンプル対ビヒクルグループ)を計算し、3つの独立した実験からの倍率変化を
図6Dに示す。
【
図6E】
図6Eおよび6Fは、カテプシンL阻害剤CA074meおよびCAA0225がLIF誘導性BAE細胞成長阻害を軽減することを示す。示された濃度のCA074meおよびCAA0225とともに1時間プレインキュベートしたBAE細胞を、ビヒクル、LIF(10ng/ml)、およびVEGF(10ng/ml)で処理した。6日後に細胞成長を分析した、n=3。バーおよびエラーバーは、平均±SDを表す。*:p<0.05、**:p<0.01、***:p<0.001、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない。
【
図6F】
図6Eおよび6Fは、カテプシンL阻害剤CA074meおよびCAA0225がLIF誘導性BAE細胞成長阻害を軽減することを示す。示された濃度のCA074meおよびCAA0225とともに1時間プレインキュベートしたBAE細胞を、ビヒクル、LIF(10ng/ml)、およびVEGF(10ng/ml)で処理した。6日後に細胞成長を分析した、n=3。バーおよびエラーバーは、平均±SDを表す。*:p<0.05、**:p<0.01、***:p<0.001、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない。
【
図7A】LIFがBAE細胞の細胞周期停止を誘導することを示す。
図7Aおよび7Bは、LIF処理がBAE細胞へのBrdUの取り込みを低減させることを示す。LIF(10ng/ml)およびビヒクルで48時間処理した後、BAE細胞を10μMのBrdUとともに4時間インキュベートした。Alexa Fluor-488コンジュゲートBrdU抗体で検出されたBrdU取り込みの代表的な画像を
図7Aに示す。
【
図7B】BrdU陽性核対DAPI染色された全核の割合を計算し、
図7Bに示した、n=3。
【
図7C】
図7Cは、BAEのLIFによるサイクリンAおよびBの発現の制止を示す。BAEおよびBCE細胞をLIF(10ng/ml)およびビヒクルで24時間処理した。qRT-PCRを実施して、CTSL1、CCNA2、CCNB1、およびMYCのmRNAレベルを調べた。各遺伝子プローブについて、ビヒクル処理グループレベルを1に設定した。LIF処理サンプル中のmRNAレベルをビヒクルグループに対して正規化した、n=3。バーおよびエラーバーは、平均±SDを表す。*:p<0.05、***:p<0.001、#:p≦0.0001、ns:統計的に有意ではない。
【
図8A】マウスの眼のモデルにおける他のIL-6ファミリータンパク質の効果を示す。組換えLIF(50ng)および1μl中の異なる用量のCT-1およびPBSビヒクル対照をマウスの眼に硝子体内注射した(
図8A)。網膜血管系を、生きているマウスのOCT-A画像化およびCD31免疫蛍光染色の両方で示した、n=5(
図8A)。
【
図8B】網膜フラットマウント染色を、共焦点顕微鏡を使用して画像化した(
図8B)。血管の定量化を、Image Jを使用して実施した。
【
図8C】
図8Cおよび8Dは、ヨウ素酸ナトリウムがマウスの脈絡膜毛細血管損傷を誘導するために使用されたことを示す。ヨウ素酸ナトリウム注射後、示された量のLIF、CT-1、またはOSMを眼に注射した。脈絡膜毛細血管をOCT-Aシステムで画像化した、n=5。脈絡膜の無血管領域を、Image Jを使用して決定および定量化した。
【
図8D】
図8Cおよび8Dは、ヨウ素酸ナトリウムがマウスの脈絡膜毛細血管損傷を誘導するために使用されたことを示す。ヨウ素酸ナトリウム注射後、示された量のLIF、CT-1、またはOSMを眼に注射した。脈絡膜毛細血管をOCT-Aシステムで画像化した、n=5。脈絡膜の無血管領域を、Image Jを使用して決定および定量化した。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願が各々参照によって組み込まれることが具体的かつ個別に示されるかの如く同程度に、参照によって本明細書に組み込まれる。
【0019】
特に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語、ならびに任意の頭字語は、本発明の分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似または同等の任意の方法および材料が本発明の実施に使用され得るが、例示的な方法、装置、および材料が本明細書に記載される。
【0020】
本発明の実施は、特に明記しない限り、分子生物学(組換え技法を含む)、微生物学、細胞生物学、生化学、および免疫学の従来の技法を使用し、これらは当業者の技量の範囲内である。そのような技法は、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,2nd ed.(Sambrook et al.,1989)、Oligonucleotide Synthesis(M.J.Gait,ed.,1984)、Animal Cell Culture(R.I.Freshney,ed.,1987)、Methods in Enzymology(Academic Press,Inc.)、Current Protocols in Molecular Biology(F.M.Ausubel et al.,eds.,1987,and periodic updates)、PCR:The Polymerase Chain Reaction(Mullis et al.,eds.,1994)、Remington,The Science and Practice of Pharmacy,20th ed.,(Lippincott,Williams&Wilkins 2003)、およびRemington,The Science and Practice of Pharmacy,22th ed.,(Pharmaceutical Press and Philadelphia College of Pharmacy at University of the Sciences 2012)などの文献で完全に説明されている。
【0021】
本発明は、IL6スーパーファミリーのメンバー、およびその機能的フラグメントが、加齢性黄斑変性症および未熟児網膜症(ROP)などであるが、これらに限定されない状態を療法的に治療する必要がある対象の眼の血管新生を増加させるために使用され得ることを提供する。実施形態において、対象は、ヒトである。
【0022】
実施形態において、本発明は、対象の眼における不十分な血管形成に関連する状態のための治療の方法を提供し、これは、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与して、血管新生を促進することを含む。実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質が白血病阻害因子(LIF)またはカルジオトロフィン-1(CT-1)であることを提供する。
【0023】
実施形態において、本発明は、投与が網膜微小血管密度を増加させることを提供する。実施形態において、本発明は、投与が脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させることを提供する。実施形態において、本発明は、投与が血管新生を刺激することを提供する。
【0024】
実施形態において、本発明は、状態が加齢性黄斑変性症であることを提供する。実施形態において、本発明は、状態が未熟児網膜症(ROP)であることを提供する。
【0025】
実施形態において、本発明は、投与が硝子体内注射を介することを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が血管漏出を誘導しないことを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が浮腫を誘導しないことを提供する。
【0026】
実施形態において、本発明は、対象の眼において血管形成を誘導する方法を提供し、これは、有効量のIL-6ファミリータンパク質またはその機能的フラグメントを、それを必要とする対象に投与することを含む。
【0027】
実施形態において、本発明は、投与が網膜血管新生を増加させることを提供する。実施形態において、本発明は、投与が脈絡膜内皮細胞の増殖を増加させることを提供する。
【0028】
実施形態において、本発明は、対象が加齢性黄斑変性症を有することを提供する。実施形態において、本発明は、対象が未熟児網膜症(ROP)を有することを提供する。
【0029】
実施形態において、本発明は、投与が硝子体内注射を介することを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が血管漏出を誘導しないことを提供する。実施形態において、本発明は、有効量が浮腫を誘導しないことを提供する。
【0030】
実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質が白血病阻害因子(LIF)であることを提供する。実施形態において、本発明は、IL-6ファミリータンパク質がカルジオトロフィン-1(CT-1)であることを提供する。
【0031】
定義
本発明の理解を容易にするため、本明細書で使用されるいくつかの用語および略語を以下のように定義する。
【0032】
本発明またはその好ましい実施形態の要素を導入するとき、冠詞「a」、「an」、「the」、および「said」は、要素のうちの1つ以上が存在することを意味すると意図される。「含むこと(comprising)」、「含むこと(including)」、および「有する」という用語は、包括的であることを意図し、列挙される要素以外の追加の要素が存在する可能性があることを意味する。
【0033】
2つ以上の項目の列挙において「および/または」という用語が使用される場合、列挙された項目のいずれか1つを単独で使用しても、または列挙された項目のいずれか1つ以上と組み合わせて使用してもよいことを意味する。例えば、「Aおよび/またはB」という表現は、AおよびBの一方または両方、すなわち、Aのみ、Bのみ、またはAとBとの組み合わせを意味することが意図される。「A、Bおよび/またはC」という表現は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBとの組み合わせ、AとCとの組み合わせ、BとCとの組み合わせ、またはAとBとCとの組み合わせを意味することが意図される。
【0034】
本明細書に記載の本発明の態様および実施形態は、態様および実施形態「からなる」および/または「から本質的になる」を含むことが理解される。
【0035】
範囲形式での説明は、便宜上かつ簡潔さのためにすぎず、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、範囲の説明は、考えられる全ての部分範囲とその範囲内の個々の数値が具体的に開示されるとみなされるべきである。例えば、1~6などの範囲の説明は、1~3、1~4、1~5、2~4、2~6、3~6などの部分範囲、ならびにその範囲内の個々の数字、例えば、1、2、3、4、5、および6が具体的に開示されるとみなされるべきである。このことは、範囲の幅に関係なく適用される。また、本明細書では、値または範囲は、「約」、「約」1つの特定の値から、および/または「約」別の特定の値まで、として表され得る。そのような値または範囲が表される場合、開示される他の実施形態は、1つの特定の値から、および/または他の特定の値まで、列挙された特定の値を含む。同様に、先行詞「約」を使用することによって値が近似値として表される場合、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されよう。本明細書で開示される値がいくつかあり、各値が、本明細書では、値自体に加えて、「約」その特定の値としても開示されることがさらに理解されよう。実施形態において、「約」は、例えば、列挙された値の10%以内、列挙された値の5%以内、または列挙された値の2%以内を意味するために使用され得る。
【0036】
本明細書で使用される場合、「患者」または「対象」は、治療されるヒトまたは動物の対象を意味する。
【0037】
本明細書で使用される場合、「医薬組成物」という用語は、薬学的に許容される組成物を指し、組成物は、薬学的に活性な薬剤を含み、いくつかの実施形態において、薬学的に許容される担体をさらに含む。いくつかの実施形態において、医薬組成物は、薬学的に活性な薬剤と担体との組み合わせであってもよい。
【0038】
「組み合わせ」という用語は、1つの投薬単位形態における固定された組み合わせ、または組み合わせ投与のためのパーツキットのいずれかを指し、1つ以上の活性化合物と組み合わせパートナー(例えば、「療法剤」または「補助薬剤」とも称される、以下で説明される別の薬物)とが同時に独立して、または時間間隔内に別々に投与され得る。いくつかの状況では、組み合わせパートナーは協同的効果、例えば、相乗効果を示す。本明細書で利用される場合、「併用投与(co-administration)」または「組み合わせ投与(combined administration)」などの用語は、選択された組み合わせパートナーを、それを必要とする単一の対象(例えば、患者)に投与することが包含されることを意味し、薬剤が必ずしも同じ投与経路または同じ時間で投与されるわけではない治療レジメンが含まれることを意図する。本明細書で使用される場合、「医薬の組み合わせ」という用語は、2つ以上の活性成分の混合または組み合わせによって得られ、活性成分の組み合わせが固定されているものも固定されていないものも含まれる生成物を意味する。「固定された組み合わせ」という用語は、活性成分、例えば、化合物および組み合わせパートナーの両方が単一の実体または用量の形態で同時に患者に投与されることを意味する。「固定されていない組み合わせ」という用語は、活性成分、例えば、化合物および組み合わせパートナーの両方が、特定の時間的制約を設けることなく別々の実体として同時に(simultaneously)、同時に(concurrently)、または連続して患者に投与されることを意味し、ここで、そのような投与によって、2つの化合物が療法上有効な濃度で患者の体内で提供される。後者は、カクテル療法、例えば、3つ以上の活性成分の投与にも適用される。
【0039】
本明細書で使用される場合、「有効な」または「療法上有効な」は、疾患および病態に関連する症状を治療もしくは改善するか、または何らかの様式で低減するのに十分である薬学的に活性な化合物の量を指す。方法に関して使用される場合、その方法は、疾患または状態に関連する症状を治療もしくは改善する、または何らかの様式で低減するのに十分有効である。例えば、加齢性眼疾患に関して有効量は、その発病を阻止もしくは予防するか、あるいは疾患病状が始まっている場合は、その疾患の進行を緩和、改善、安定化、回復、もしくは遅延させるか、またはその疾患の病理学的結果を低減させるのに十分である量である。いずれの場合も、有効量は単回投与で与えても、または分割投与で与えてもよい。
【0040】
本明細書で使用される場合、「治療する」、「治療」、または「治療すること」という用語は、患者における疾患に関連する症状を少なくとも改善することを包含し、その場合、改善は、広い意味で使用され、例えば、治療されている疾患または状態に関連する症状などのパラメータの低度が少なくとも低減することを指す。したがって、「治療」には、疾患、障害、または病的状態、または少なくともそれらに関連する症状が、完全に阻害される(例えば、発生が予防される)かまたは停止され(stopped)(例えば、停止(terminated))、患者がそれ以上その状態、または少なくともその状態を特徴付ける症状に罹患することがないようにする状況が含まれる。
【0041】
本明細書で使用される場合、特に指定しない限り、「予防する」、「予防すること」、および「予防」という用語は、疾患もしくは障害、またはそれらの1つ以上の症状の発病、再発、または蔓延の予防を指す。ある特定の実施形態において、これらの用語は、症状の発病前に、特に本明細書に提供される疾患または障害のリスクのある対象への、1つ以上の他の追加の活性剤を伴うかまたは伴わない、本明細書に提供される化合物または剤形による治療またはそれらの投与を指す。これらの用語は、特定の疾患の症状の阻害または低減を包含する。ある特定の実施形態において、疾患の家族歴を有する対象は、予防レジメンの潜在的な候補である。ある特定の実施形態において、再発する症状の病歴を有する対象もまた、予防の潜在的な候補である。この点に関して、「予防」という用語は、「予防的治療」という用語と互換的に使用され得る。
【0042】
本明細書で使用される場合、特に指定しない限り、化合物の「予防的有効量」は、疾患もしくは障害を予防するか、またはその再発を予防するのに十分な量である。予防的有効量の化合物は、単独で、または1つ以上の他の薬剤と組み合わせて、疾患の予防において予防的利益を提供する療法剤の量を意味する。「予防的有効量」という用語は、全体的な予防を改善するか、または別の予防剤の予防有効性を増強させる量を包含し得る。
【0043】
本明細書で使用される場合、「薬学的に活性な」という用語は、生物、特に人体の細胞および組織に対する物質の有益な生物学的活性を指す。「薬学的に活性な薬剤」または「薬物」は、薬学的に活性である物質であり、「薬学的に活性な成分」(API)は、薬物中の薬学的に活性な物質である。
【0044】
本明細書で使用される場合、「薬学的に許容される」という用語は、動物、より具体的にはヒトおよび/または非ヒト哺乳動物での使用に安全である他の製剤に加えて、連邦政府もしくは州政府の規制当局によって承認されていること、または米国薬局方、一般に認められている他の薬局方に列挙されていることを意味する。本発明は、硝子体内注射を含む、眼科送達用に配合された眼の治療のための組成物を企図する。
【0045】
本明細書で使用される場合、「薬学的に許容される担体」という用語は、脱メチレン化化合物とともに投与される、賦形剤、希釈剤、保存剤、可溶化剤、乳化剤、アジュバント、および/またはビヒクルを指す。そのような担体は、水および油などの無菌液体であってよく、油には、石油、動物、植物、または合成に由来する油、例えば、落花生油、大豆油、鉱油、ゴマ油など、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、または他の合成溶媒が含まれる。ベンジルアルコールまたはメチルパラベンなどの抗菌剤;アスコルビン酸または重亜硫酸ナトリウムなどの抗酸化剤;エチレンジアミン四酢酸などのキレート剤;および塩化ナトリウムまたはデキストロースなどの張度を調整するための薬剤もまた、担体であり得る。担体と組み合わせて組成物を作成する方法は、当業者に既知である。いくつかの実施形態において、「薬学的に許容される担体」という用語は、医薬投与に適合する、ありとあらゆる溶媒、分散媒、コーティング、等張剤、および吸収遅延剤などを含むことを意図する。薬学的に活性な物質のためのそのような媒体および薬剤の使用は、当技術分野で周知である。例えば、Remington,The Science and Practice of Pharmacy,20th ed.,(Lippincott,Williams&Wilkins 2003)を参照されたい。従来の媒体または薬剤が活性化合物と適合しない場合を除き、本組成物におけるそのような使用が企図される。
【0046】
本明細書で使用される場合、「薬学的に許容される塩」という用語は、本開示における多剤コンジュゲートなどの化合物の酸付加塩または塩基付加塩を指す。薬学的に許容される塩は、親剤または化合物の活性を保持し、それが投与される対象に対して、およびそれが投与される状況において、いかなる有害または望ましくない効果も与えない任意の塩である。薬学的に許容される塩は、システインを含むがこれらに限定されないアミノ酸に由来し得る。化合物を塩として生成するための方法は、当業者に既知である(例えば、Stahl et al.,Handbook of Pharmaceutical Salts:Properties,Selection,and Use,Wiley-VCH、Verlag Helvetica Chimica Acta,Zurich,2002、Berge et al.,J Pharm.Sci.66:1,1977)。いくつかの実施形態において、「薬学的に許容される塩」は、非毒性、生物学的に許容可能、またはそうでなければ対象への投与に生物学的に好適である、本明細書に表される薬剤または化合物の遊離酸または塩基の塩を意味することを意図する。一般に、Berge,et al.,J.Pharm.Sci.,1977,66,1-19を参照されたい。好ましい薬学的に許容される塩は、薬理学的に有効であり、過度の毒性、刺激、またはアレルギー応答なしに対象の組織との接触に好適であるものである。本明細書に記載の薬剤または化合物は、十分に酸性の基、十分に塩基性の基、両方のタイプの官能基、または各タイプの2つ以上を有し、したがって、いくつかの無機または有機塩基、ならびに無機および有機酸と反応して、薬学的に許容される塩を形成し得る。
【0047】
薬学的に許容される塩の例には、硫酸塩、ピロ硫酸塩、重硫酸塩、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、リン酸塩、一水素リン酸塩、二水素リン酸塩、メタリン酸塩、ピロリン酸塩、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酢酸塩、プロピオン酸塩、デカン酸塩、カプリル酸塩、アクリル酸塩、ギ酸塩、イソ酪酸塩、カプロン酸塩、ヘプタン酸塩、プロピオル酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、スベリン酸塩、セバシン酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、ブチン-1,4-ジオン酸塩、ヘキシン-1,6-ジオン酸塩、安息香酸塩、クロロ安息香酸塩、メチル安息香酸塩、ジニトロ安息香酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩、メトキシ安息香酸塩、フタル酸塩、スルホン酸塩、メチルスルホン酸塩、プロピルスルホン酸塩、ベシル酸塩、キシレンスルホン酸塩、ナフタレン-1-スルホン酸塩、ナフタレン-2-スルホン酸塩、フェニル酢酸塩、フェニルプロピオン酸塩、フェニルブチル酸塩、クエン酸塩、乳酸塩、[ガンマ]-ヒドロキシブチル酸塩、グリコール酸塩、酒石酸塩、およびマンデル酸塩が含まれる。
【0048】
「アミノ酸」という用語は、天然に存在するおよび合成アミノ酸、ならびに天然に存在するアミノ酸と同様に機能するアミノ酸類似体およびアミノ酸模倣物を指す。天然に存在するアミノ酸は、遺伝暗号によってコードされるもの、ならびに後で修飾されるアミノ酸、例えば、ヒドロキシプロリン、α-カルボキシグルタメート、およびO-ホスホセリンである。アミノ酸類似体は、天然に存在するアミノ酸と同じ基本的な化学構造を有する化合物、すなわち、水素、カルボキシル基、アミノ基、およびR基に結合するα炭素、例えば、ホモセリン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウムを指す。そのような類似体は、修飾されたR基(例えば、ノルロイシン)または修飾されたペプチド骨格を有するが、天然に存在するアミノ酸と同じ基本的な化学構造を保持している。アミノ酸模倣物は、アミノ酸の一般的な化学構造とは異なる構造を有するが、天然に存在するアミノ酸と同様に機能する化学化合物を指す。
【0049】
本発明で使用するためのタンパク質のIL-6ファミリーには、白血病阻害因子(LIF)またはカルジオトロフィン-1(CT-1)が含まれる。本発明で使用するためのタンパク質のIL-6ファミリーにはまた、インターロイキン11(IL-11)、繊毛神経栄養因子(CNTF)、カルジオトロフィン様サイトカイン(CLC)、およびIL-12ファミリーにも分類され得るヘテロ二量体サイトカインであるインターロイキン27(IL-27)などの血管新生を促進する他のIL-6サイトカインも含まれ得る。しかしながら、オンコスタチンM(OSM)は、逆の効果を有する。当業者は、本明細書に記載の本発明の知識を用いて、本発明で使用するための血管新生の促進活性について追加のIL-6ファミリーメンバーを日常的にスクリーニングすることができる。IL-6ファミリータンパク質は、単離された、もしくは部分的に精製された天然に存在するタンパク質、または組換えによって生成されたタンパク質であり得る。
【0050】
そのような天然に存在するIL-6ファミリーメンバーのアミノ酸配列は当技術分野で周知されている。アミノ酸配列に関して、当業者は、コードされた配列における単一のアミノ酸またはアミノ酸のわずかな割合を変更、追加、または削除する、核酸、ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質配列への個々の置換、削除、または追加が、「保存的に修飾された変異体」であり、その変更の結果、アミノ酸が化学的に類似したアミノ酸に置換されることを認識するであろう。機能的に類似したアミノ酸を提供する保存的置換表は、当技術分野で周知されている。そのような保存的に修飾された変異体は、本発明の多型変異体、種間相同体、および対立遺伝子に追加され、それらを除外しない。
【0051】
実施形態において、本発明は、不十分または十分でない血管新生を特徴とする疾患または状態の予防または治療のための血管新生の促進を対象とする。そのような疾患または状態には、未熟児網膜症(ROP)、加齢性黄斑変性症、糖尿病性網膜症、緑内障、糖尿病性足潰瘍、肺高血圧症、虚血、慢性潰瘍、脱毛症または髪の灰色化、皮弁の再生、創傷および火傷の治癒、人工皮膚のインプラント、胚の発達、ならびに移植のための血管の調製が含まれるが、これらに限定されない。
【0052】
本発明は、LIFを一次脈絡膜内皮細胞のマイトジェンとして特定する。本発明以前は、正確なメカニズムはほとんど知られていなかったが、LIFは内皮細胞の成長/血管新生の陰性調節因子として長い間特徴付けられていた。1992年に、LIFがBAE細胞成長の阻害剤であることが初めて報告された(35)。その後の研究では、LIFはbFGFおよびVEGF誘導性内皮細胞増殖の阻害剤としても説明されている(15、41)。唯一の例外は、SV40ラージT抗原を介して生成された不死化内皮細胞株におけるLIFの一部のマイトジェン効果を示す研究であった(42)。
【0053】
本発明は、LIFがインビトロで一次内皮細胞成長を刺激し得ることを初めて実証する。さらに、本発明は、LIF-JAK-STAT3シグナル伝達軸が内皮細胞におけるマイトジェン効果の原因であることを開示する。組換えLIFの硝子体内注射は、成体マウスの網膜の血管密度を著しく増加させ、LIFの血管新生刺激の役割を確認する。興味深いことに、CT-1はまた、網膜の血管新生を誘導し、またNaIO3モデルにおいて保護的である。
【0054】
遺伝子操作されたマウスモデル(GEMM)では、LIFの発現レベルは、網膜血管系の発達と陰性相関がある(14、16)。それでも、LIFは複数の細胞タイプに影響を及ぼし(16、43)、GEMMの網膜の発達を完全に破壊することさえあることが以前に報告されている(44)。特に、LIFは網膜星状細胞の成熟に悪影響を及ぼし、次に未成熟星状細胞によるVEGF発現を促進し、これが血管密度の増加に寄与し得る(16、31、32、45)。したがって、GEMMの網膜血管系の変更は、内皮細胞に対するLIFの直接的な効果ではない可能性がある。別の研究では、腹腔内および硝子体内の両方のLIF注射によって、新生児ラットの眼の血管密度が中程度に減少し(22)、LIFのそのような阻害性の役割はまた、網膜の発達に対するその効果によっても説明されることができる。さらに、硝子体内注射のLIFの用量は、その研究では明確に示されていなかった(22)。本発明に開示されたタイトでベル型の用量応答を考慮すると、本発明を以前の研究と比較することは困難である。実際、文献の不一致の少なくともいくつかは、数ナノグラムから数百ナノグラムの範囲の、異なる研究で用いられた幅広く異なる用量のLIFによって説明される可能性がある(16、22)。
【0055】
未熟児網膜症(ROP)は、未熟児における一般的な失明の原因となる疾患であり、血管系の発達の遅延および既存の血管の退行、それに続く低酸素誘導性網膜新血管新生を特徴とする(46)。眼におけるVEGF発現の劇的なダウンレギュレーションは、ROPの発症および進行に関連しており(47)、外因性VEGFの投与はマウスにおけるROPの重症度を軽減する(47)。しかしながら、VEGFは血管透過性の増加を伴う病理学的新血管新生に寄与するため、療法剤としてVEGFを使用することへの懸念は根強く残っている(48)。本発明において、LIFは、VEGFとは異なり、モルモットの皮膚において血管透過性を誘導しない(
図5A)。さらに、TRITC標識デキストランを使用して、マウスの網膜微小血管漏出を決定した。LIF(10ng)またはVEGF(100ng)を、TRITC-デキストラン注射の15分前に硝子体内注射した。結果は、VEGFとは異なり、LIFは網膜微小血管漏出を誘導しないことを示す(
図5B)。したがって、LIFをROPのいくつかの段階で使用して、血管の退行を予防し得る。
【0056】
以前の報告(35)と一致して、本発明は、LIFがBAE細胞成長阻害をもたらすことを示す。本発明は、これがLIF処理時のアネキシンV染色の増加によって証明されるように、少なくとも部分的に、細胞死に起因することを示す。興味深いことに、リソソームシステインプロテアーゼカテプシンLの2つの阻害剤(すなわち、CA-074meおよびCAA0225)は、カスパーゼ阻害剤ではなく、LIF誘導性細胞死を逆転させ、カスパーゼ非依存性細胞死の関与を示唆している。さらに、カテプシンB特異的阻害剤CA074はBAE細胞死の救済に失敗し、カテプシンBではなくカテプシンLがLIF処理BAE細胞でアップレギュレーションされ、カテプシンLがLIF誘導性リソソーム細胞死の実行者であることを示している。
【0057】
カテプシンBおよびLの誘導は、オートファジーおよび細胞死に関与している(49、50)。本発明は、内皮細胞死の誘導においてLIF-カテプシンL経路を関与させる最初のものである。これは、そのようなシグナル伝達経路が特定の生理学的または病理学的プロセスに関わっているかどうかという疑問を提起する。興味深いことに、LIFおよびカテプシンLの両方が、腹部大動脈瘤およびアテローム性動脈硬化症などの血管疾患の発症および進行に関与している(51~53)。これらのデータは、病理学的設定における血管系の調節におけるLIF-カテプシンL経路の役割をまとめて示唆する。
【0058】
本発明において、LIFはまた、BAE細胞におけるサイクリンA/B発現の減少を伴うBrdU取り込みの低減をもたらし、LIF誘導性細胞周期停止がBAE成長阻害において役割を果たすことを示唆している。サイクリンA1およびサイクリンB1が直接STAT3標的であることが以前に報告された(54)。また、STAT3は特定の設定に応じてサイクリンA/Bのアップレギュレーションおよびダウンレギュレーションの両方に関与しており(55~58)、STAT3によるサイクリンA発現の抑制はその直接の標的PIM1によって媒介されていた(58)。これは、LIFによるPIM1の誘導がBAE細胞でのみ行われるため、LIFがBAE細胞ではサイクリンA/Bの発現を制止するが、BCE細胞では制止しない理由を説明している。
【0059】
本発明は、2つのタイプの内皮細胞において同じシグナル伝達経路によって誘発される反対の応答(増殖対成長阻害)を開示する。活性化されたSTAT3は、これら2つの細胞タイプの固有の遺伝子セットをトランス活性化する。実際、BCEおよびBAE細胞でのLIF処理時に、S相およびG2/Mサイクリン遺伝子CCNA2およびCCNB1のダウンレギュレーション、ならびにBAE細胞ではリソソームシステインプロテアーゼCTSLのアップレギュレーションだが、BCE細胞では増殖遺伝子MYCのみのアップレギュレーションを含むいくつかの遺伝子の発現が異なる。異なるタイプの内皮細胞は、同じ刺激に対する異なる応答を決定する独自の遺伝子発現パターン/エピジェネティックプロファイリングを有する(59~61)。異なる内皮細胞におけるLIFの反対の効果の本発明の開示は、そのような多様性の新規の側面を例示する:同じシグナル伝達経路が、内皮細胞タイプ特異的転写プログラムに応じて、発散効果を媒介する。本発明は、LIFによって誘導されるリソソームプロテアーゼカテプシンLが内皮細胞の細胞死をもたらすことを初めて報告する。
【0060】
本発明は、実施形態において、脈絡膜および網膜内皮細胞におけるLIFの予想外のマイトジェンの役割を開示し、LIFおよびCT-1の両方がインビボで網膜微小血管密度を増加させることを示す。実際、湿性または乾性のAMDを有する患者の脈絡毛細管板層などの眼血管を保護することは、萎縮を予防し得るため有益である(62)。LIFおよびCT-1の両方が、NaIO3モデルにおいて保護効果を有し、これらの薬剤は、網膜色素上皮および脈絡毛細管板を保護するため、AMDにおける萎縮の予防において療法的価値を有することを示唆する。LIFおよびおそらくCT-1の直接的な透過性効果の欠如は、この点で特に有用である。注目すべきことに、OSMは反対の効果を有し、LIFおよびCT-1の効果に特異性があることを示している。
【実施例】
【0061】
材料および方法
試薬
抗体:ヒトPDGF-AA抗体(R&D Systems、CAT#AF-221-NA)、ヒトCCL2/MCP-1(R&D Systems、CAT#AF-279-NA)、ヒトLIF抗体(Sigma、CAT#L9277)、正規のヤギIgGアイソタイプ対照(R&D Systems、CAT#AB-108-C)、およびAlexa Fluor-488コンジュゲートBrdU抗体3D4(Biolegend、CAT#364106)
【0062】
小分子阻害剤:バリシチニブ(Apexbio Technology、CAT#A414150)、コビメチニブ(MedChemExpress、CAT#HY-13064)、BEZ235(Selleckchem、CAT#S1409)、Z-VAD-FMK(R&D Systems、CAT#FMK001)、Z-DEVD-FMK(R&D Systems、CAT#FMK004)、Q-VD(OMe)-OPh(Apexbio Technology、CAT#A8165)、5-AIQ 塩酸塩(Sigma、CAT#A7479)、CA-074me(Calbiochem、CAT#205531)、CA-074(Tocris、CAT#4863)、およびCAA0225(Calbiochem、CAT#219502)
【0063】
組換えタンパク質:ヒトLIF(Sigma、CAT#SRP9001)、ヒトLIF(Biolegend、CAT#593902)、ヒトPDGF-AA(Peprotech、CAT#100-13A)、ヒトペルオキシレドキシン1(Abcam、CAT#ab74172)、ヒトIL-8(Biolegend、CAT#574202)、およびヒトVEGF165(R&D Systems、CAT#293-VE)
【0064】
細胞培養
LN-229ヒト神経膠芽腫細胞を、5%FBSで補充した高グルコースDMEMで維持した。ウシ脈絡膜内皮(BCE)(P5-P9)およびウシ網膜内皮(BRE)(P5-P9)細胞を、フィブロネクチンでコーティングした培養プレート上で、10%ウシ胎児血清(BCS)、2mMのグルタミン、5ng/mlのbFGF、および10ng/mlのVEGFで補充したDMEM-低グルコースで維持した。ウシ大動脈内皮(BAE)細胞(P5-P10)を、10%BCSで補充したDMEM-低グルコースで維持した。ヒト網膜微小血管内皮(HRME)細胞(P4-P9)を、ゼラチンでコーティングした培養プレート上で、抗生物質を有するEGM2培地で維持した。全ての細胞を、5%CO2の加湿雰囲気で37℃に維持した。
【0065】
内皮細胞増殖アッセイ
ウシ内皮増殖アッセイを、以前に記載されているように本質的に実施した(63、64)。BCE(1×103細胞/ウェル)またはBRE(5×102細胞/ウェル)細胞を、培養培地(10%BCS、2mMのグルタミン、および抗生物質で補充したDMEM-低グルコース)およびウェルあたり総体積200μlの試験材料中で96ウェルプレートに播種した。BAE細胞を、培養培地(1%BCSおよび抗生物質で補充したDMEM-低グルコース)およびウェルあたり総体積200μlの試験材料中、2×103細胞の密度で96ウェルプレートにプレーティングした。HRME細胞を、アッセイ培地(20%FBSおよび抗生物質で補充したDMEM-低グルコース)、およびウェルあたり総体積200μlを作製する試験材料中、ゼラチンでコーティングした96ウェルプレートに1×103細胞/ウェルの密度で播種した。抗体または小分子阻害剤を伴うアッセイでは、阻害剤またはビヒクル対照を最初に添加し、次に試験材料を1時間後に添加した。6日後(特に指定しない限り)、細胞をアラマーブルーとともに4時間インキュベートした。蛍光を、530nmの励起波長および590nmの発光波長で測定した。各実験を2回/3回実行し、少なくとも3回繰り返した。
【0066】
LN-229細胞馴化培地
5×106個のLN-229細胞を、35mlの培地(0.5%FBSおよび1%抗生物質を有するDMEM-高グルコース)を有する15cm培養皿に播種し、37℃で72時間インキュベートした。LN-229 CMを遠心分離によって回収し、0.22μmのフィルターでろ過し、後で使用するために-80℃で保存した。
【0067】
LN-229 CMにおける内皮マイトジェンのクロマトグラフィー濃縮
約400mlのLN-229 CMを、クロマトグラフィー精製の連続によって内皮マイトジェンの濃縮に供した。CMを20mMのTris、pH8.0にバッファー交換し、ろ過(0.2μm)し、GE AKTA Explorer System(GE Healthcare)を使用して5mlのHiTrap Q(商標)HPカラム(GE Healthcare,Pittsburgh,PA)に装填した。トリスバッファー中の0.2M、0.5M、1M、および2MのNaClで段階的に溶出した後、溶出画分のアリコートを上記のようにBCE細胞成長アッセイで試験した。次にマイトジェン画分をプールし、0.1%トリフルオロ酢酸/H2O(TFA、ThermoFisher)で希釈し、SynChropak RP C4逆相カラム(4.6x100mm、Eichrom Technologies,Darien,IL)に適用した。画分を、アセトニトリル/0.1%TFAの直線勾配で溶出した。溶出画分を、MiVac DUO濃縮器(Genevac,Ipswich,UK)を使用して蒸発させ、洗浄し、PBSに再懸濁し、上のように試験した。マイトジェン画分および隣接陰性を質量分析に供した。
【0068】
ELISA
LN-229 CMサンプル中のVEGFおよびLIFレベルを、ヒトVEGF ELISAキット(R&D Systems、CAT#DVE00)およびヒトLIF ELISAキット(Biolegend、CAT#443507)によって、それぞれ製造業者の指示に従って決定した。BAE細胞中のカテプシンLレベルを、製造業者の指示に従ってウシカテプシンL ELISAキット(MyBioSource,Inc、CAT#MBS2887609)を使用して測定した。
【0069】
siRNAによるSTAT3ノックダウン
BCEおよびBAE細胞を、1.5×105細胞/ウェルの密度で6ウェル培養プレート上にプレーティングした。BCE細胞を、10%BCS、2mM、5ng/mlのbFGF、10ng/mlのVEGF、および抗生物質で補充した2mlのDMEM-低グルコースで一晩インキュベートし、BAE細胞を、10%BCSおよび抗生物質で補充した2mlのDMEM-低グルコースで一晩培養した。古い培地の代わりに2mlの抗生物質を含まない培地を使用した。siNegative(Ambion、CAT#AM4611)、siSTAT3-915(Invitrogen、CAT#361146C04)、siSTAT3-1492(Invitrogen、CAT#361146C05)、およびsiSTAT3-454(Invitrogen、CAT#384235A10)を含むsiRNAを、製造業者の指示に従って、Opti-MEM(商標)I還元血清培地(Gibco、CAT#31985062)中でLipofectamine RNAiMAX試薬(ThermoFisher Scientific、CAT#13778150)と混合した。簡単に説明すると、25pmolのsiRNA、7.5ulのRNAiMAX試薬、および125ulのOpti-MEM培地を含有する混合物を使用して、各ウェルの細胞をトランスフェクトし、最終的なsiRNA濃度を12.5nMにした。RNAiMAXおよびOpti-MEMの混合物を非siRNA対照として使用した。細胞をsiRNAとともに8時間インキュベートし、次に新鮮な正規の培養培地を使用して、siRNA含有培地を置き換えた。siRNAを用いたトランスフェクションの24時間後、細胞を内皮増殖アッセイおよびRNA/タンパク質抽出に使用した。
【0070】
ウエスタンブロッティング
BCEおよびBAE細胞を成長培地で一晩培養した。成長培地を除去し、次に細胞をPBSで2回洗浄した。組換えヒトLIFを15分間細胞に添加し、続いて次の培地で3時間インキュベートした:10%BCS、2mMのグルタミン、およびBCE細胞用抗生物質で補充したDMEM-低グルコース、ならびに1%BCSおよびBAE細胞用の抗生物質で補充したDMEM-低グルコース。該当する場合、LIF処理の1時間前に、小分子阻害剤(すなわち、バリシチニブ、コビメチニブ、BEZ235、およびビヒクル対照DMSO)を細胞に添加した。次に、細胞をRIPA溶解バッファー(Life Technologies、CAT#89901)、ならびにプロテアーゼおよびホスファターゼ阻害剤カクテル(ThermoFisher Scientific CAT#78440)で溶解した。細胞溶解物中のタンパク質濃度を、BCAアッセイ(ThermoFisher Scientific CAT#23227)で測定した。等量のタンパク質を、NuPAGE4~12%Bis-Trisゲル(ThermoFisher Scientific、CAT#NW04125BOX)の電気泳動に供し、次にPVDF膜に転写した。膜を、室温で1時間、TBST中の5%脱脂乳を用いてブロックし、4℃で一晩、0.5%脱脂乳を含有するTBST中で下記の一次抗体、次に室温で1時間、二次HRPコンジュゲート抗体(1:2000、GE Healthcare)とともにインキュベートした。シグナルは、SuperSignal(商標)West Pico PLUS化学発光基質(ThermoFisher Scientific)を使用して開発された。使用した一次抗体:抗リン酸化-STAT3(Cell Signaling、CAT#9131、1:3000)、抗STAT3(Cell Signaling、CAT#4904、1:3000)、抗リン酸化-ERK(Cell Signaling、CAT#4376)、1:5000)、抗ERK(Cell Signaling、CAT#4695、1:5000)、抗リン酸化-AKT Ser473(Cell Signaling、CAT#4060、1:2000)、抗AKT(Cell Signaling、CAT#4691、1:2000)、およびHRPコンジュゲート抗ベータ-アクチン(Sigma、CAT#AC-15、1;10000)。
【0071】
RNA抽出およびqRT-PCR
示された処理の後、BCEおよびBAE細胞をTrizol試薬(Invitrogen、CAT#15596026)で溶解し、製造業者の指示に従ってRNA抽出に供した。RNA濃度を、Nanodrop2000(ThermoFisher Scientific)で決定し、1μgの全RNAをHigh-Capacity cDNA逆転写キット(Applied Biosystems、CAT#4368814)を使用してcDNAに逆転写した。等量(通常、10ng/反応)のcDNAを、TaqMan Fast Advanced Master Mix(Applied Biosystems、CAT#4444557)およびViiA7リアルタイムPCRシステムを使用してqRT-PCR分析に供した。調べた遺伝子の相対的なmRNAレベルを、内部対照RPLP0(リボソームタンパク質側茎サブユニットP0)に対して正規化し、対照サンプルグループと比較することによって決定し、倍率変化として報告した。TaqMan遺伝子発現アッセイプローブを使用した:ウシRPLP0(Bt03218086_m1)、ウシSTAT3(Bt03259865_m1)、ウシCTSL1(Bt03257307_m1およびBt03257309_m1)、ウシCTSB(Bt03259161_m1)、ウシMYC(Bt03260377_m1)、ウシJunB(Bt03246919_s1)、ウシCCNA2(Bt03240503_g1)、ウシCCNB1(Bt03237853_g1)、およびウシPIM1(Bt03212957_m1)。実験を3回実行し、3回繰り返した。
【0072】
細胞死のためのアネキシンV染色
BAE細胞を、12ウェルプレートに、1mlの培養培地(DMEM-低グルコースおよび10%BCS)とともに2×104細胞/ウェルの密度でプレーティングし、次に37℃で一晩インキュベートした。培養培地を除去した後、細胞を0.5mlのDMEM-低グルコースおよび1%BCSでインキュベートした。LIF(10ng/ml)およびビヒクル対照(PBS中0.1%BSA)を細胞に添加した。24時間のLIF処理後、製造業者の指示に従って、アネキシンV-Cy5アポトーシス染色検出キット(Abcam、CAT#ab14150)を使用して、細胞死マーカーであるアネキシンVについて細胞を調べた。簡単に説明すると、細胞培養培地を除去し、0.5mlのアネキシンV結合溶液を細胞上に置いた。5μlのアネキシンV-Cy5を添加し、続いて細胞を室温で5分間インキュベートした。次に、染色溶液を廃棄し、0.5mlのアネキシンV結合溶液と置き換えた。アネキシンV染色の画像化を、Keyence Microscope BZ-X710(Keyence Corporation,Osaka,Japan)を使用して実施した。4つの確率場を選択し、ImageJソフトウェアを使用して、細胞死の指標としての全細胞被覆領域におけるアネキシンV染色領域の割合を決定した。アネキシンV染色の画像化を、Keyence Microscope BZ-X710(Keyence Corporation,Osaka,Japan)を使用して実施した。実験を3回実行し、3回繰り返した。
【0073】
BrdU取り込みアッセイ
BAE細胞を、各ウェル18mmのポリ-D-リジン処理したカバーガラスを用いて、12ウェルプレート中に、1mlの培養培地(DMEM-低グルコースおよび10%BCS)とともに2×104細胞/ウェルの密度でプレーティングし、37℃で一晩インキュベートした。培養培地を除去した後、細胞を0.5mlのDMEM-低グルコースおよび1%BCSでインキュベートした。LIF(10ng/ml)およびビヒクル対照(PBS中0.1%BSA)を細胞に添加した。48時間のLIF処理後、DMSO中の2.5μlの2mMのBrdUを各ウェルに最終濃度10μMまで添加し、4時間インキュベートすることによって、細胞をBrdU取り込みに供した。次に、細胞を、フルオロアレクサ-488とコンジュゲートしたBrdUに対する抗体(Biolegend、CAT#364106、1:400)を使用してBrdU免疫蛍光染色に供した。簡単に説明すると、BrdU標識培地を培養プレートから除去し、細胞をPBS中の3.7%ホルムアルデヒドで、室温で15分間固定した。細胞DNAを、氷上で1N HClを用いて10分間、室温で2NHClを用いて10分間変性させ、続いてPBS(PBST)中の0.1%Triton X-100で細胞を透過処理した。細胞カバーガラスを、4℃で一晩、5%ヤギ血清-PBST中のフルオロアレクサ-488コンジュゲートBrdU抗体とともにインキュベートした。次に、Fluoroshield Mounting Medium With DAPI(Abcam、CAT#ab104139)を用いて、カバーガラスをスライドガラスに装着した。BrdU染色の画像化を、Keyence Microscope BZ-X710(Keyence Corporation,Osaka,Japan)を使用して実施した。各サンプルに対して4つのフィールドをランダムに選択し、BrdU陽性の核、ならびに全核(DAPI陽性)を手動でカウントし、BrdU陽性細胞の割合を、BrdU陽性核の数を全核の数で割ることによって決定した。実験を2回/3回実行し、3回繰り返した。
【0074】
マウス脈絡膜外植片アッセイ
48ウェルプレートで、60μLの成長因子還元基底膜抽出物(GFR-BME)(Corning、CAT#354230)を各ウェルに添加し、37℃で20分間固化させた。雄のC57BL/6Jマウス(P20歳)から解剖した立方体の末梢脈絡膜-強膜複合体(約1mm×1mm)を、前述のように各ウェルの中央に添加した(23)。60μLのGFR-BMEの最上層を各ウェルに添加し、37℃で30分間インキュベートした。2%FBSおよび抗生物質で補充した500μLの内皮細胞成長基本培地EBM-2(Lonza、CAT#CC3156)を添加すると、脈絡膜外植片の内因性VEGF活性を、5μg/mlの抗VEGF Mab B20-4.1.1によって鈍化した。抗体との90分のインキュベーション後、10ng/mlのLIFまたはPBS対照を試験ウェルに添加した。組織を、5%CO2を有する標準的な細胞培養条件でインキュベートし、新鮮な培地を48時間ごとに交換した。Keyence顕微鏡を使用して、各外植片の位相差Zスタック画像を5日目に撮影した。血管の発芽領域を、ImageJソフトウェアを使用して定量化した。実験を3回繰り返し、毎回条件ごとに5回の繰り返しを分析することによってデータを得た。
【0075】
マウスの眼における組換えタンパク質の硝子体内注射
雄のC57BL/6Jマウス(6~8週およびP5)を、ケタミン/キシラジンカクテルで麻酔した。1μlのPBSおよびPBSビヒクル対照中の示された量の組換えLIF(Sigma、CAT#SRP9001)を、33ゲージのハミルトン注射器で硝子体内注射した。注射の7日後(成体マウスの場合)または3日後(新生児マウスの場合)、動物を安楽死させ、次に眼を除核し、4%パラホルムアルデヒド(PFA)で15分間固定した。脈絡膜-強膜複合体および網膜を分離し、抗CD31免疫蛍光(IF)またはレクチン標識を実施して、網膜および脈絡膜組織の両方のホールマウント染色または網膜のフラットマウントによって血管系を証明した。CD31 IFの場合、ラット抗マウス抗体(BD Biosciences、CAT#550274)を、1:100に希釈し、4℃で一晩インキュベートした。Alexa Fluor-488コンジュゲート抗ラット抗体(Life Technologies、CAT#A11006)とともに4時間インキュベートした後、Keyence Microscope BZ-X710(Keyence Corporation,Osaka,Japan)またはA1R共焦点STORM超解像システム(Nikon)を使用して、488nmチャネルを介してホールマウントを画像化した。レクチン染色の場合、Dylight-488標識レクチン(Vector Laboratories、CAT#DL-1174)を1:200に希釈し、A1R共焦点STORM超解像システム(Nikon)を使用して画像を得た。脈絡膜および網膜の血管密度の定量化をImage Jによって実行した。統計分析には、スチューデントのt検定を使用した。各実験を3回繰り返し、毎回同様の結果が得られ、各処理グループは、全ての実験で4つまたは5つの個別のサンプルで構成されていた。全ての動物実験手順は、University of California San Diegoの施設内動物管理使用委員会(IACUC)によって承認され、動物管理プログラム(ACP)のガイドラインに従って行われた。
【0076】
ヨウ素酸ナトリウムモデル
8週齢のC57BL/6Jマウスをケタミン/キシラジンカクテルで麻酔した。滅菌のNaIO3を、単回静脈内注射(20mg/kg体重)として投与した(28)(29)。対照マウスにPBSを注射した。PBS、LIF(50ng)、CT-1(異なる用量)、またはOSM(10ng)を5匹のマウスグループに硝子体内注射した。注射の5、7、および9日後、脈絡膜毛細血管をOCT-Aシステムによってモニターした。注射の9日後、マウスを殺し、H&Eおよび免疫蛍光染色のために眼を採取した。脈絡膜毛細血管の無血管領域を、ImageJを使用して分析した。
【0077】
網膜の血管漏出の測定
組換えヒトVEGF(100ng)またはLIF(10ng)を硝子体に注射した(ビヒクル対照として0.1%BSA PBS溶液)。次に、TRITC-デキストラン(50mg/ml、100ul)を尾静脈に注射した。10分後、動物を屠殺し、眼を除核した。網膜フラットマウントを顕微鏡下で画像化した(65)。
【0078】
光コヒーレンストモグラフィー血管造影(OCTA)画像化
成体マウスの網膜の光コヒーレンストモグラフィー血管造影(OCTA)画像化を、LIF注射の7日後に、前述された方法論と一致するUniversity of Washington SeattleのR.K.Wang博士のグループによって開発された1300nmの光コヒーレンストモグラフィー(OCT)システムを使用して実施した(66)。簡単に説明すると、1300nmおよび200kHzのAラインレートを中心とする90nmの帯域幅を有する単一経度モードで動作する掃引レーザを使用して、マウスの網膜をスキャンし、1.5×1.5mm2の視野の血管系の画像を生成した。2500のBフレームが500の断面で捕捉され、各断面で5つのBフレームが繰り返された。網膜血管密度を定量化するために、3D構造のOCTスキャンにおける網膜層および脈絡膜層を超反射網膜色素上皮(RPE)によって分離した。次に、正視の最大強度の投影を生成した。次に、ImageJソフトウェアを使用して、全視野領域における血管被覆領域の割合を計算することによって、血管密度を決定した。
【0079】
統計分析
実験を少なくとも3回繰り返し、質量分析を除いて同様の結果が得られた。棒グラフは、平均±標準偏差(sd)を表す。研究の2つのグループのみを比較するために、両側スチューデントのt検定を実施した。3つ以上のデータグループを用いた研究のグループ間の比較のために、多重比較を伴う一元配置分散分析を実施した。2つ以上の変数を用いた研究のグループ間の比較のために、多重比較を伴う二元配置分散分析を実施した。p<0.05を統計的に有意であると見なした。全ての統計分析を、GraphpadPrismソフトウェアパッケージを使用して実施した。
【0080】
結果
脈絡膜内皮細胞のマイトジェンとしてのLIFの特定
LN-229細胞馴化培地(LN-229 CM)は、ウシ脈絡膜内皮(BCE)細胞の成長を刺激することができる(
図1A)。しかしながら、以前の研究(9、10)と一致して、LN-229細胞は、培地にVEGFをほとんど分泌しない。抗VEGF抗体B20-4.1(11)は、LN-229 CMのマイトジェン効果を抑制せず(
図1B)、VEGF非依存性経路の関与を示唆している。LN-229 CMの血管新生因子プロファイルを、特定の抗体アレイを使用して調べた。この分析は、CMに豊富に含まれていたPDGF-AA、CCL2(MCP-1としても既知である)、およびインターロイキン8(IL-8)を除いて、既知の血管新生因子の大部分が検出できないことを明らかにしている。しかしながら、PDGF-AAまたはCCL2を中和する抗体は、LN-229 CMによって誘導されるBCE細胞成長を抑制することができない。さらに、組換えPDGF-AAおよびIL-8はBCE細胞成長を刺激できない(表1)。
【表1】
【0081】
LN-229 CMのマイトジェン因子を特定するために、プロテオミクスアプローチを採用した。BCEマイトジェン活性を、陰イオン交換および逆相クロマトグラフィーの2つの連続したクロマトグラフィーステップによって強化した。各ステップで、4~5個の連続した画分で構成される吸光度の1つのピークのみが、マイトジェン活性を示した。逆相カラムステップの後、ピークマイトジェン画分(R26およびR27)、最小マイトジェン画分(R25およびR28)、および隣接陰性(R24およびR29)画分(
図1C)を質量分析に供した。細胞内タンパク質をスクリーニングすることによって、5つの候補タンパク質の短いリストを生成した(表2)。
【表2】
【0082】
列挙した5つのタンパク質のうち4つは血清成分であり、ペルオキシレドキシン(PRDX)-1、-2、および-6、ならびにアルファ-2-マクログロブリンを含むレドックス酵素として機能し、LIFはサイトカインとして際立っていた。インターロイキン6(IL-6)ファミリータンパク質のメンバーであるLIFは、広く発現し、複数の細胞タイプおよび組織で効果を発揮し、かつ胚性幹細胞の自己複製、胚盤胞着床、星状細胞分化を含むさまざまな重大な生理学的プロセスに関与している(12、13)。このサイトカインは以前に内皮細胞成長阻害剤および抗血管新生剤として特徴付けられていたため、本明細書のLIFの存在は予想外であった(14-16)。しかしながら、LIFに対する抗体は、逆相画分によって誘導されるBCE細胞の成長を完全に抑制した(
図1D)。各画分のLIFレベルはマイトジェン活性と強く相関していた:最も生物活性のある画分、R26およびR27は最高のLIF濃度を示し、R25およびR28は微量のLIFを有していたが、不活性画分R24およびR29はLIFを欠いていた(表3)。
【表3】
【0083】
これらの観察は、LIFがマイトジェン効果の原因である可能性があることを示唆した。実際、組換えLIFはBCE細胞の成長を刺激した(
図1E)が、他の候補であるPRDX1は効果を有せず(表1)、LIFがマイトジェン因子であることをさらに確認した。ウシ網膜内皮(BRE)細胞で試験した場合、LIFはまたマイトジェン活性を発揮した。興味深いことに、VEGFおよびLIFは一緒になって、BCE(
図1F)およびBRE細胞の両方で相加的なマイトジェン効果よりも大きくなり、LIFとVEGFとの間の相乗関係を示唆している。実際、LIFはヒト網膜微小血管内皮細胞で強力なマイトジェン応答を誘発することはなかったが、その添加はVEGF刺激による成長を著しく増強した。
【0084】
内皮細胞成長に対するLIFの効果は、JAK-STAT3経路によって媒介される
IL-6ファミリーの全てのメンバーは、受容体成分gp130を共有しているが、LIFシグナル伝達は、gp130:LIFR受容体二量体を介して伝達され、IL-6はIL6Rα:gp130:gp130:IL6Rαテトラマーを介してその下流シグナルを活性化する(12)。gp130に関連する4つのヤヌスキナーゼ(JAK1、JAK2、JAK3、およびTYK2)の中で、LIFシグナル伝達は、リン酸転移を介してJAK1を選択的に活性化する(12、17、18)。LIFによって活性化されると、JAKは、JAK-STAT、PI3K-AKT-mTOR、およびRAS-MAPKの3つの固有のシグナル伝達カスケードを誘発し、これらは、特定の方法で細胞タイプにおいて異なる機能に寄与する(12、19)。JAK-STAT経路に関して、LIFシグナル伝達は、STAT3を優先的に活性化するが、STAT1およびSTAT5はJAK1によってリン酸化され得る(19、20)。どの経路がBCE細胞のLIF誘導性成長刺激の原因であるかを調べるために、それぞれJAK1/2、MEK1/2(MAPK経路)、およびPI3K/mTORに特異的に反する小分子阻害剤バリシチニブ、コビメチニブ、およびBEZ235のセットを用いた。BCE細胞では、15分間のLIF処理によって、STAT3およびERKのリン酸化が誘発されたが、AKTリン酸化にはほとんど効果を示さなかった(
図2A)。JAK1/2阻害剤バリシチニブとのプレインキュベーションは、STAT3およびERK MAPKのLIF誘導性リン酸化をほぼ完全に抑制し(
図2A)、コビメチニブ前処理は、ERKリン酸化をブロックしたが、STAT3およびAKTリン酸化に対する効果を示さなかった(
図2A)。BEZ235は、LIF処理に関係なく、AKTリン酸化に中程度の効果しか有さなかった(
図2A)。さらに、バリシチニブは、LIF誘導性細胞成長を完全にブロックしたが、コビメチニブは、最小限の効果を示し、PI3K/mTOR阻害剤BEZ235は、LIF刺激性細胞成長に効果を有さなかった(
図2B)。これらの観察は、MAPKおよびPI3K経路がBCE細胞におけるLIF刺激の主要な要因ではない可能性があることを示唆しており、したがって、JAK-STATが関与している。STAT3はLIF誘導性JAK-STATシグナル伝達カスケードの優先媒介物質であり(19、20)、幅広いさまざまな細胞タイプの増殖および生存に関与しているため(21)、siRNAノックダウンによるBCEでのSTAT3の役割をさらに調べた。siRNAは、BCE細胞のRNAレベルおよびタンパク質レベルの両方でSTAT3レベルを正常に抑止した(
図2Cおよび2D)。STAT3のダウンレギュレーションは、インビトロでLIF誘導性BCE細胞成長をブロックした(
図2E)。これらの観察は、JAK-STAT3シグナル伝達軸がBCE細胞におけるLIFのマイトジェン効果を媒介することを示した。
【0085】
LIFは、エクスビボおよびインビボで内皮細胞の成長を促進した
LIFは、インビトロで脈絡膜および網膜内皮細胞の増殖を誘導し得る。しかしながら、以前の報告は、LIFが発達中の眼の血管機能に悪影響を及ぼす可能性があることを示唆していた(14、16、22)。これらの明らかな不一致を解決するために、LIFがエクスビボおよびインビボ、特に眼の内皮細胞で異なって機能するかどうかを調べた。脈絡膜内皮細胞に対するLIFの効果を、以前の報告から修正されたエクスビボ脈絡膜外植片モデルで最初に調べた(23)。LIFに応答して、外植片からマトリゲルへの微小血管の成長は、対照のそれと比較して著しく増強された(
図3Aおよび3B)。次に、インビボでのLIF効果を、6~8週齢のマウスへの硝子体内注射によって調べた。内皮細胞表面マーカーCD31に対する抗体を用いた免疫組織化学(IHC)で評価したところ、1眼あたり10ngの用量でLIFを投与すると、網膜微小血管密度が著しく増加したが、100ngの用量では効果が低く(
図3Cおよび3D)、多くのサイトカインで観察されたベル型の応答と一致している(24)。光コヒーレンストモグラフィー血管造影(OCTA)も、LIF注射後の網膜血管密度の著しい増加を記録した(
図3Eおよび3F)。マウスの眼の断面におけるCD31の免疫蛍光染色も、LIF注射が成体マウスの網膜の血管密度を増加させることを実証した(
図3Gおよび3H)。
【0086】
そのような血管新生刺激効果が、エンドトキシンなどの微量の汚染物質および注射に関連する非特異的な事象ではなく、LIFによって真に誘導されたことを確認するために、組換えLIFを95℃に2時間さらすことで熱不活化したが、これは、エンドトキシンの安定性には影響を及ぼさない(30)。そのような処理は、インビトロでのマイトジェンおよびインビボでの血管新生を促進するLIF能力を無効にした。しかしながら、LIFノックアウトマウスを使用した以前の研究は、LIFの発現が網膜血管密度と陰性関連があることを示唆していた(16)。そのような観察と本発明のデータとの間の違いは、LIFが異なる発達段階で網膜血管新生を調節する際に固有の役割を果たす可能性を高める。重要なことに、LIFはまた、網膜星状細胞の成熟にも重大な役割を果たしており、網膜血管系の発達に二次的に影響を及ぼし得る(31、32)。発達中の網膜血管系に対するLIFの効果を調べ、星状細胞の発達に対する影響を最小限に抑えるために、網膜血管系が発達しているが星状細胞ネットワークがすでに確立され、成熟中の生後5日(P5)のマウスにLIFを硝子体内注射した(33、34)。そのような新生児マウスにおけるLIF処理はまた、注射の3日後に評価したところ、血管密度の著しい増加をもたらし(
図3Iおよび3J)、網膜血管系におけるLIFの血管新生刺激効果を確認した。
【0087】
LIFはインターロイキン-6(IL-6)ファミリーのメンバーであるため(25)、網膜新血管新生に対する他の2つのファミリーメンバーであるカルジオトロフィン-1(CT-1)(26)およびオンコスタチンM(OSM)(27)の効果を試験した。50ngのLIFに匹敵して、20ngおよび100ngのCT-1は、網膜密度においてそれぞれ約30%および50%の増加をもたらした。しかしながら、促進の代わりに、血管密度は、OSM処理マウスの網膜で減少した。網膜血管系に対するLIFおよびCT-1の効果とは異なるOSMによって誘導される効果は、OSMがLIFおよびCT-1が活性化するのと同じシグナル伝達経路を活性化しない可能性があり、OSMは、gp130::LIFRおよびgp130::OSMR受容体複合体の両方に結合できるが、LIFおよびCT-1は、gp130::LIFR複合体のみを利用することを示唆する。
【0088】
NaIO
3マウスモデルは、萎縮性AMDの前臨床モデルとして幅広く使用されている(28)。このモデルでは、RPE層および脈絡膜毛細血管の両方が酷く損傷している(29)。したがって、LIF、CT-1、およびOSMを、このモデルで脈絡膜毛細血管の回復を促進する能力について試験した。NaIO
3の静脈内注射後、LIF、CT-1、またはOSMを硝子体内注射した。網膜血管系に対する効果と一致して、LIFおよびCT-1は、PBSグループと比較して無血管領域を低減した。対照的に、OSMで処理した脈絡膜の無血管領域は、PBSグループよりも大きかった(
図8Cおよび8D)。NaIO
3の治療に対する網膜血管系へのLIFおよびCT-1の保護効果は、網膜内皮細胞における直接的なマイトジェン活性および可能性として酸化ストレス誘導性損傷から網膜RPE細胞を保護する能力の両方に起因し得、次に血管新生刺激因子、例えば、VEGFの分泌を介して網膜血管系の維持をサポートする。
【0089】
LIFは、JAK-STAT3経路を介して成長阻害をもたらした
以前の研究(35)と一致して、LIFは、BAE細胞の成長阻害をもたらし(
図4A)、内皮機能の調節におけるLIFの複雑な役割を示唆している。BAE細胞におけるLIF誘導性シグナル伝達カスケードを調べるために、バリシチニブ、コビメチニブ、およびBEZ235を使用して、LIF-gp130:LIFR下流成分であるJAK1/2、MEK1/2、およびPI3K/mTORを阻害した。BAE細胞では、15分間のLIF処理によって、STAT3、ERK(MAPK)、およびAKTがリン酸化された(
図4B)。バリシチニブ前処理は、STAT3、ERK、およびAKTのLIF誘導性リン酸化を著しく抑制し、コビメチニブおよびBEZ235前処理もまた、それぞれERKおよびAKTのリン酸化を効果的に制止した(
図4B)。興味深いことに、バリシチニブは、BAE細胞においてLIFによって誘導された成長抑制を逆転させた唯一の阻害剤であり(
図4C)、JAK-STAT経路がBAE細胞でのLIFの効果を媒介したことを示唆している。LIFによるBAE細胞の阻害がJAK-STAT3カスケードに起因するかどうかをさらに調べるために、STAT3をBAE細胞の3つの異なるsiRNAで約80%ノックダウンした(
図4Dおよび4E)。興味深いことに、BAE細胞におけるSTAT3のノックダウンは、LIFによる成長阻害を改善した(
図4F)。これらの観察は、LIF-JAK-STAT3シグナル伝達経路が、内皮細胞のタイプに依存していた内皮細胞成長の調節において反対の役割を果たす可能性があることを実証する。
【0090】
LIFは、カテプシンL依存性細胞死および細胞周期停止を介してBAE細胞成長を阻害した
次に、BAE細胞においてLIFによってどの成長阻害効果(例えば、細胞周期停止、細胞老化、またはプログラム細胞死)が誘導されたかを調べた。IL-6-STAT3シグナル伝達は細胞老化と密接に関連していたため(36~38)、LIF-STAT3軸もBAE細胞の老化を誘導すると最初に仮説が立てられた。しかしながら、老化関連β-ガラクトシダーゼアッセイでは、LIFで48時間処理したBAE細胞の老化細胞数の増加は観察されず、老化がBAE細胞のLIFによって誘発される主な効果ではなかったことを示唆している。興味深いことに、細胞死マーカーであるアネキシンVのための染色は、LIFで24時間処理したBAE細胞でアネキシンV陽性の細胞の比率が増加したことを示し(
図6Aおよび6B)、LIF処理が細胞死を誘導したことを示している。驚いたことに、カスパーゼ阻害剤(Q-VD-OPH、Z-VAD-fmk、およびZ-DEVD-fmk)またはポリ(アデノシン5’-二リン酸リボース)ポリメラーゼ(PARP)阻害剤(5-AIQ)との共インキュベーションは、LIFによって誘導された細胞死の表現型を救うことができなかった。これらのデータは、カスパーゼ非依存性経路がBAE細胞のLIF媒介性細胞死に関与し得ることを示唆する。BAEおよびBCE細胞におけるLIFの分化した役割の分子基盤を調査するために、LIFによって誘導/抑制された遺伝子を、LIFとともに6時間インキュベートしたBAEおよびBCE細胞のRNA-seqによって分析した。注目すべきことに、LIF処理は、これら2つの細胞タイプで固有の遺伝子発現パターンをもたらした。特に、少なくともいくつかの状況では、血管新生阻害剤(39)であることが以前に示された分泌タンパク質であるIGFBP3は、BAEでは約8倍アップレギュレーションされたが、BCE細胞ではアップレギュレートされず、これは後にqRT-PCRによって確認された。しかしながら、組換えIGFBP3は、BAE細胞成長に対して効果を有しなかった。さらに、LIFで72時間処理したBAE細胞の馴化培地は、LIF中和抗体の存在下でBAE細胞成長を阻害せず、LIF誘導性BAE成長阻害は、分泌因子によって媒介されるという仮説に反した。STAT3は、リソソームプロテアーゼであるカテプシンBおよびLのアップレギュレーションを介して、カスパーゼ非依存性細胞死を誘導し得ることが以前に報告されている(40)。したがって、LIFがBAE細胞でそのようなシグナル伝達カスケードを誘発する可能性があるかどうかを調べた。興味深いことに、CTSBではなくCTSLは、BAE細胞での24時間の処理によって、mRNAレベルおよびタンパク質レベルの両方でLIFによって劇的にアップレギュレーションされた(
図6Cおよび6D)。カテプシンBおよびLの両方に拮抗する阻害剤であるCA074meとの共インキュベーションは、CA074meの用量依存的にBAE細胞のLIF誘導性成長阻害を軽減した(
図6E)。さらに、別のカテプシンL特異的阻害剤であるCAA0225も、程度は低いものの、BAE細胞におけるLIF誘導性成長阻害を制止した(
図6F)。対照的に、カテプシンB選択的阻害剤であるCA074は、試験した最高用量である50μMでもBAE細胞におけるLIF誘導性効果を抑制することができなかった。興味深いことに、BCE細胞のカテプシンL mRNA(CTSL)レベルは、細胞がビヒクルまたはLIFとともにいつインキュベートされたかに関係なく、qRT-PCRでは検出できなかった。これらのデータは、LIFがBAE細胞でカテプシンLのアップレギュレーションを誘導し、次にカスパーゼ非依存性細胞死をもたらしたことをまとめて示した。さらに、LIFとともに48時間インキュベートした後、BAE細胞は、ビヒクル対照と比較してBrdU取り込みの著しい低減を示し(
図7Aおよび7B)、細胞周期停止がLIFによって誘発されたことを示唆している。この概念は、LIF処理されたBAEではサイクリンA/Bのダウンレギュレーションによってサポートされたが、BCE細胞ではサポートされなかった(
図7C)。
【0091】
実施形態において、本発明は、血管成長、すなわち、血管新生を誘導するための、LIFおよびCT-1などのIL-6サイトカインの新規で予想外の活性を提供する。
【0092】
例えば、本発明は、内皮細胞成長の阻害剤として以前に特徴付けられた分子であるLIFが、インビトロ、エクスビボ、およびインビボ研究によって評価されるように、眼において予想外の血管新生刺激特性を有することを提供する。
【0093】
本発明は、LIFが脈絡膜内皮細胞の増殖を直接刺激することができる一方で、それが大動脈内皮細胞の成長を阻害することを提供し、内皮細胞に対するその効果の特異性および独自性を強調する。LIFはまた、マウスの硝子体に注射されると、脈絡膜外植片からの内皮の発芽および血管新生を促進した。
【0094】
LIFは、よく特徴付けられたサイトカインであり、IL6ファミリーのメンバーである。それは、LIF受容体と相互作用し、次にGP130とヘテロ二量体を形成し、他の効果の中でもとりわけStat3の活性化をもたらす。
【0095】
本発明は、LIFが内皮細胞のサブセットの成長を促進できることを提供し、網膜/脈絡膜、冠状動脈、および心筋疾患における低灌流を含むさまざまな状態における療法的介入の機会を提供する(Reboucas et al.,2016、Simon-Yarza et al.,2012、Wang et al.,2013)。LIFが血管透過性を誘導しないという観察は、この因子の投与がVEGFに関連する望ましくない血管漏出を回避することを示唆する(Niu et al.,2016)。
【0096】
本発明は、LIFおよびCT-1などのIL-6ファミリーメンバーが、酸化ストレスによる損傷を含む損傷からRPEを保護できることを示唆する。これは、RPEの損傷または変性に関連する網膜状態を治療するための新規の療法戦略を表すはずである。
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