TM5275 and TM5441, novel inhibitors of plasminogen activator inhibitor-1, prevent renal injury in streptozotocin-induced diabetic mice

Abstract

당뇨병성 신증은 말기 신부전증을 유발하는 가장 흔한 원인질환으로 현재 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 효과적인 치료 전략이 필요한 실정이다. 당뇨병성 신증은 신장내 세포외 기질(extracellular matrix: ECM)의 과다한 축적을 특징으로 하며, ECM의 축적은 그 생산과 분해의 균형에 의하여 조절되고 사구체 혈관간질의 확장과 경화 및 세뇨관 간질의 섬유화를 유발한다. Plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1)은 plasmin의 생산을 억제하고 MMP의 활성화도 억제함으로써 당뇨병성 신증을 포함한 만성 신질환에서의 ECM 축적에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 streptozotocin (STZ)으로 유발한 당뇨병성 신증에서 PAI-1 억제제의 신보호 효과를 확인하고자 하였다. 연구에 사용된 TM5275와 TM5441은 virtual screening과 structure activity relationship study를 통해 개발된 약동학적 특성을 개선한 효과적인 PAI-1 억제제이다. C57BL/6 생쥐에 STZ 150 mg/kg을 복강내로 단회 투여하여 당뇨를 유발하였으며, 10과 50 mg/kg의 TM5275 또는 2와 10 mg/kg의 TM5441을 당뇨유발 후 16주간 매일 경구로 투여하였다. TM5275와 TM5441을 투여하지 않은 군에는 같은 부피의 0.5% carboxymethyl cellulose를 투여하였다. STZ를 투여하고 16주 후, 당뇨 생쥐에서 혈당, 혈장 크레아티닌, 신장/체중비, 사구체 용적, 혈관간질 분획 그리고 뇨중 알부민 배설이 비당뇨 대조군에 비해 유의성있게 증가하였다. 또한 신장 내 fibronectin, collagenⅠ, α-SMA 그리고 PAI-1의 발현 역시 증가하였다. TM5275와 TM5441을 투여한 당뇨군에서 이러한 변화들이 효과적으로 억제된 것이 관찰되었다. 이상의 결과로 볼 때, PAI-1은 당뇨병성 신증의 발생과 진행에 있어 중요한 역할을 하며, 새로운 PAI-1 억제제인 TM5275와 TM5441은 당뇨병성 신증을 예방하는데 있어서 효과적인 전략이 될 수 있음을 시사하였다.;Diabetic nephropathy remains the leading cause of end-stage renal disease worldwide, and despite of extensive study, an effective therapeutic strategy is still an unmet need. Since plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) is increasingly recognized as an important factor favoring ECM accumulation in chronic kidney disease including diabetic nephropathy, the present study aimed to determine the protective effect of PAI-1 inhibitors on renal injury in streptozotocin-induced diabetic mice. TM5275 and TM5441 have been developed as the effective PAI-1 inhibitors through virtual screening and structure relationship activity study to improve oral pharmacokinetic properties. TM5275 (10 and 50 mg/kg/day) and TM5441 (2 and 10 mg/kg/day) were administered orally for 16 weeks to STZ-induced diabetic mice and age-matched control mice. The same volume of 0.5% carboxymethyl cellulose was administered to vehicle controlled diabetic and control mice. At 16 weeks after the injection of STZ, diabetic mice showed significantly increased plasma glucose and creatinine, kidney to body weight, glomerular volume, fractional mesangial area, and urinary albumin excretion compared to age-matched control. Renal fibronectin, collagen I, α-SMA, and PAI-1 expression were also upregulated in diabetic mice kidneys. Treatment with TM5275 and TM5441 effectively inhibited all alterations in diabetic kidneys. These data confirm that PAI-1 plays an important role in the development and progression of diabetic nephropathy and suggest that the administration of TM5275 and TM5441, novel inhibitors of PAI-1, would become an effective therapeutic modality for the prevention of diabetic renal injury.