CN101801401A - 激酶蛋白质结合抑制剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蛋白质结合抑制剂化合物及其鉴别方法和用途。本发明还涉及治疗细胞增殖病症特别是癌症的药物组合物及方法。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年3月16日提交的美国临时专利申请No.60/918,615以及于2008年3月12日提交的美国专利临时申请No._____(“KinaseProtein Binding Inhibitors”,代理人档案号67850P2(49163),快件号EM006537897US)的优先权,这两篇专利的全部内容引入本文作为参考。
对在联邦政府资助下完成的发明的权利声明
本工作的一部分得到了美国国家卫生研究院(National Institutes ofHealth)/NCI Grant的支持,资助号2-R01-CA65910-09-13。政府对本发明可能享有一定的权利。
发明背景
粘着斑激酶(FAK)是一种重要的生存分子(survival molecule),结构域其增量调节种类繁多的实体瘤并且在正常组织中表达非常低,这产生了治疗窗(therapeutic window)并且使该蛋白质成为引起高度关注的治疗癌症的靶点,正如发明人所在实验室[1]以及在此领域中的其他主要作者最近所提出的[2,3]。同样可以参见WO 2005/049852,该专利内容引入本文作为参考。发明人已经鉴定出FAK的关键结合配偶体和来自结合位点的肽,它们引起了肿瘤的凋亡(apoptosis),但并不会引起正常细胞的凋亡。基于这些发现以及相关的结构和功能数据,发明人认为阻断FAK-蛋白质相互作用会导致凋亡及肿瘤细胞的死亡。发明人具有充分的证据证明靶向FAK相互作用对于细胞存活是重要的,并且发明人已经使用特定结合位点的原子级解析度的结构数据鉴定了小分子先导化合物(lead compound)。发明人已经筛选出小分子库并且得到了一些先导化合物,这些先导化合物干扰FAK与关键信号分子的结合并诱导乳腺、结肠、胰腺、肺及黑色素瘤中的癌细胞系凋亡。这些化合物中的一些在低至纳摩尔的浓度下引起凋亡。发明人也展示了先导化合物增加了癌细胞对标准化疗药物的敏感度。
发明人的数据表明肽和FAK的小分子抑制剂能够被确定为先导化合物,从而为靶向新的癌症治疗剂提供了基础。这些化合物将有效地减少涉及生存信号的两种分子的活化,并将导致癌细胞死亡及产生对化疗的敏感度。发明人预期其方法(靶向FAK蛋白质-蛋白质相互作用),与通过靶向酪氨酸激酶的ATP结合位点而靶向激酶活性的常规方法相比,将会在药物研发中取得更大的成功。由于与其他重要的酪氨酸激酶的交叉反应性,一些大型制药公司没有成功研制出靶向激酶活性的FAK特异性抑制剂,这些经验表明在寻找靶向激酶活性的FAK的特异性抑制剂是非常困难的。
市场广泛需要新的针对乳腺癌、结肠癌、胰腺癌和甲状腺癌的治疗药物。根据美国癌症协会(American Cancer Society)的报道,估计今年仅在美国将新增425000人被诊断为患有这些癌症。癌症的药物治疗是一些制药公司现有的主要产品系列,靶向FAK药物的开发自然会是对这些现有产品的补充。
在许多癌症类型中,FAK相对于其他激酶靶向而言是过度表达的。靶向FAK的化合物可以用作治疗包括乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、甲状腺癌、肺癌和黑色素瘤的许多癌症类型的药物。
一些研究小组正在探索靶向FAK作为潜在的癌症治疗剂。靶向FAK通常目前通常以FAK的激酶结构域为目标。该方法已被证明是不成功的,这是因为对激酶结构域的干扰不会特异性地干扰FAK下游的信号传导,并且其他相关的酪氨酸激酶已经收到了药物的影响。本文所说明的是一种研究蛋白质-蛋白质相互作用的新方法,该相互作用对FAK下游的信号传导是非常特异的。另外,靶向不同的FAK结合配偶体可能与不同的肿瘤类型有关。
发明人实验室在1993年首先克隆了人粘着斑激酶,并证明了其在不同的人类肿瘤中的增量调节作用[4,5]。基于对FAK在正常细胞和肿瘤细胞中的生物学认知,申请人识别出FAK的蛋白质-蛋白质相互作用为基于小分子的肿瘤治疗的靶向。噬菌体展示分析揭示了许多可能的FAK结合配偶体,发明人已经通过不同的方法发现了其中的一些(例如p53)[6],并且基于噬菌体展示数据表征了一些(例如VEGFR3)[7]。许多选定的肽会引起癌的存活力降低和凋亡,但是不会引起体外正常细胞的存活力的降低和凋亡。这些结果表明这个现象可能是通过模拟FAK关键配偶体的结合位点而发生的。发明人目前正在集中研究FAK的三种重要的结构相互作用与特异的结合位点。发明人的方法的优点是双重的:发明人有清晰的数据证明靶向FAK相互作用对于细胞存活是重要的,并且发明人使用了特异的结合位点的原子级解析度的结构数据来鉴别小分子先导化合物[8-10]。发明人正在利用这些数据对FAK与这些小分子的结合做结构分析。发明人还开发了一种新的可广泛应用于生物医学相关的靶向蛋白质的计算技术[1],[2]。该方法被称为NCIDOCK,其利用了作为大规模分子对接试验的基础的靶向蛋白质的原子坐标,在对接试验中,大约140000个小分子被定位于具体的结构特征中。对每个化合物与靶的预计结合能量进行评分,然后对其排序而生成一列候选先导化合物。然后发明人要求对评分最高的小分子进行功能测试。
针对FAK关键配偶体的三个选定结合位点中的每一个,发明人都采用具有240000个这种化合物的化合物库进行了初筛,发现了一些小分子并已评价了这些小分子对FAK功能的抑制作用,然后应用发明人在FAK生物学方面的经验及已经评估过的模型***进行多种基于细胞的测试(存活力、增殖性、迁移性及侵害力、细胞循环及凋亡)以分析先导化合物的生物学活性。发明人用这些选定的FAK抑制剂检测了癌细胞系(例如乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、肺癌或人黑色素瘤),重复性地发现肿瘤细胞在体外的存活力显著降低并且死亡率升高。
发明概述
在一方面,本发明提供了治疗患有或易于患有细胞增殖病症(cellproliferative disorder)的受试者的方法,该方法包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的能调控FAK蛋白质-蛋白质相互结合的化合物。在一实施方案中,该化合物能与结合口袋(binding pocket)结合或相互作用从而影响FAK与人p53肽的结合。在另一实施方案中,该化合物能与结合口袋结合或相互作用从而影响FAK与受体相互作用蛋白质(Receptor Interacting Protein,RIP)或血管内皮生长因子受体3(VEGFR-3)的结合。
在一实施方案中,该化合物能与由人p53肽的结构坐标(structurecoordinate)所定义的结合口袋相结合或相互作用。在另一实施方案中,该化合物能与由受体相互作用蛋白质(RIP)或VEGFR-3的结构坐标所定义的结合口袋相结合或相互作用。
在一方面,该化合物能调控人p53与FAK-NT之间的结合作用。在一方面,该化合物能调控人p53与FAK-NT的氨基酸206-405之间的结合作用。在一方面,该化合物能调控在一个或多个如下FAK残基上的结合作用:R86,E93,V95,W97,R127,F147,Q150,D154,E158,Y251,F253,E256,C257,F258,K259,P332,1336,N339。
在一方面,该化合物是人p53肽或其片段。在另一方面,该化合物包含人p53肽的氨基酸43-73的氨基酸序列。在另一方面,该化合物包含人p53肽的氨基酸65-71的氨基酸序列。在另一方面,该化合物包含氨基酸序列QMSGAPH (SEQ ID NO:3)。在另一方面,该化合物是包含氨基酸序列QMSGAPH(SEQ ID NO:3)的p53肽片段。在另一方面,该化合物包含下列氨基酸序列其中之一:(i)QMSAAPA(SEQ ID NO:4),(ii)RMPEAAP(SEO IDNO:5),或(iii)RVSGAPA(SEQ ID NO:6)。
在一方面,该化合物能结合人p53肽或其片段。在另一方面,该化合物能结合人p53肽的氨基酸43-73的氨基酸序列。在另一方面,该化合物能结合人p53肽的氨基酸65-71的氨基酸序列。在另一方面,该化合物能结合氨基酸序列QMSGAPH(SEQ ID NO:3)。在另一方面,该化合物能结合包含氨基酸序列QMSGAPH(SEQ ID NO:3)的p53肽片段。在另一方面,该化合物能结合包含下列氨基酸序列其中之一的化合物:(i)QMSAAPA(SEQ ID NO:4),(ii)RMPEAAP(SEQ ID NO:5),或(iii)RVSGAPA(SEQ ID NO:6)。
在一方面,本发明提供了治疗患有或易患有细胞增殖病症的受试者的方法。此方法包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的FAK结合抑制剂化合物。
在另一方面,本发明提供了治疗患有或易患有细胞增殖病症的受试者的方法。此方法包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的化合物,该化合物能通过直接调控FAK结合配偶体的结合能力而调控FAK蛋白质-蛋白质结合作用。
在另一实施方案中,本发明提供了治疗患有或易患有细胞增殖病症的受试者的方法。此方法包括给予被鉴定为需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的FAK抑制剂化合物或FAK结合配偶体抑制剂化合物。
在另一方面,本发明提供了治疗患有或易患有细胞增殖病症(包括癌症)的受试者的方法。此方法包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的能与FAK的FAT结构域或与FAK蛋白质结合配偶体结合的化合物。
在另一方面,本发明提供了治疗患有或易患有癌症的受试者的方法,其包括给予受试者以有效量的能干扰FAK结合(包括与FAK-结合配偶体的结合)的化合物,由此治疗受试者。
在另一方面,本发明提供了治疗患有或易于患有疾病的受试者的方法,该方法包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的能调控增殖的化合物,其中该化合物刺激增殖。在其他方面,该方法包括刺激FAK蛋白质-蛋白质结合作用。
在另一方面,本发明提供了鉴定调控FAK蛋白质-蛋白质结合作用的化合物的方法,该方法包括获得FAK蛋白质或FAK蛋白质结合配偶体(例如VEGFR-3、RIP、p53)的晶体结构,或获得FAK蛋白质或FAK蛋白质结合配偶体晶体结构的相关信息,及将测试化合物模建入FAK蛋白质或FAK蛋白质结合配偶体结构之上或之中以确定该化合物是否能调控FAK蛋白质-蛋白质结合作用。在某些实施方案中,建模步骤包括建模或确定化合物结合或配合(associate with)结合口袋的能力,该结合口袋由FAK的FAT结构域或FAK蛋白质结合配偶体的结构坐标所定义。
本发明的再一方面为鉴定抑制细胞增殖化合物的方法。此方法包括将粘着斑靶向结构域(FAT)复合物与测试化合物接触,并评价测试化合物调控(例如抑制)FAK的FAT结构域、抑制细胞增殖、诱导凋亡、或调控FAK与FAK蛋白质结合配偶体的结合能力。
本发明的再一方面在于鉴定调控FAK活性的化合物的方法,该方法包括使用FAK的FAT结构域的原子坐标来生成包含结合口袋的分子的三维结构(例如利用计算机(in silico)),并且使用此三维结构来鉴定调控FAK的FAT结构域的活性的化合物或鉴定调控FAK与FAK蛋白质结合配偶体结合的化合物。
在另一方面,本发明提供了成套的组合物(packaged composition),其包含治疗有效量的FAK抑制剂或FAK蛋白质-蛋白质结合作用抑制剂化合物和可药用载体或稀释剂。可配制该组合物用于治疗患有或易患有细胞增殖病症的患者,并且与说明书一起包装以治疗患有或易患有细胞增殖病症的患者。
在一方面,本发明提供了治疗患有细胞增殖病症的受试者的试剂盒(kit),其中包含本文的化合物及其可药用酯、盐、前药和使用说明书。在另一方面,本发明提供试剂盒该试剂盒用于抑制细胞增殖、评估受试者抗细胞增殖治疗的效果、监测正以细胞增殖抑制剂治疗的受试者的病情进展、选择患有细胞增殖病症的受试者以细胞增殖抑制剂治疗和/或治疗患有或易患癌症的受试者。在某些实施方案中,本发明提供了用于治疗患有细胞增殖病症的受试者的试剂盒,其包含能调控(例如抑制)FAK活性或FAK蛋白质-蛋白质结合作用的化合物。
在另一方面,本发明涉及FAK的FAT结构域或FAK蛋白质结合配偶体(单独的或它们的组合)的三维结构。
因此,本发明提供了分子或分子复合物(molecular complex),其包含这些结合口袋中的一种或两者,或包含每种结合口袋的具有相似三维形状的同源物。
本发明也提供了上述化合物的药物组合物,其包含能调控FAK的FAT结构域的活性或调控FAK与FAK蛋白质结合配偶体的结合的化合物,或其可药用酯、盐或前药,以及可药用载体。
在另一方面,本发明提供了可机读存储介质,其包含定义FAK的FAT结构域的结合口袋的结构坐标,或包含调控FAK与FAK蛋白质结合配偶体结合的结合口袋的结构坐标,或包含同源结合口袋的结构坐标。
在另一方面,本发明提供了一种产生分子或分子复合物三维图示的计算机,其中所述分子或分子复合物包含由FAK的FAT结构域或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体的结构坐标定义的结合口袋;或b)所述分子或分子复合物的同源物的三维图示,其中所述同源物包含结合口袋,该结合口袋中所述氨基酸的骨架原子的均方根偏差不大于约2.0埃。这种计算机包括:(i)可机读数据存储介质,其包含以可机读数据编码的数据存储材料,其中所述数据包含FAK的FAT结构域或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体的结构坐标;(ii)用于存储指令以处理所述可机读数据的工作存储器;(iii)与所述工作存储器和所述可机读数据存储介质耦联的中央处理器,其用于将所述可机读数据处理成所述三维图示;及(iv)与所述中央处理器耦联的显示器,其用于显示所述三维图示。
本发明也提供了设计、评价和鉴定与上述结合口袋结合的化合物的方法。本发明其他实施方案将在下文中说明。
附图简述
将参照下列非限制性实例与附图进一步说明本发明,其中:
图1是说明涉及粘着斑激酶机理的抗癌剂的研究进展的海报展板。
图2说明了测试化合物C4与多柔比星作为抗癌组合物的测试结果。
图3说明了C4对细胞存活力的影响。
图4说明了C4对MCF7细胞存活力的影响。
图5说明了C4对VEGFR-3特异性的影响。
图6说明了C4对体内肿瘤生长的影响。
图7说明了C4对体内肿瘤生长的影响。
图8说明了C4与多柔比星组合对细胞存活力的影响。
图9说明了C4与多柔比星组合对细胞凋亡的影响。
图10说明了C4对体内肿瘤生长的影响。
图11说明了C4对胰腺癌细胞的敏化作用。
图12说明了C4对胰腺癌细胞的敏化作用。
图13说明了C4在体内对胰腺癌细胞的影响。
图14说明了C4在体内对胰腺癌细胞的影响。
图15说明了P-化合物对MCF-7p53(野生型)细胞系的MTT测试结果。
图16说明了BT474细胞对D-化合物的的存活力。
图17说明了MCF-7细胞对D-化合物与多柔比星的组合的存活力。
图18说明了BT474细胞对化合物D4(A)和D7(B)的剂量的存活力。
发明详述
本发明的发明人已经发现了一种治疗策略,该策略通过靶向FAK蛋白质-蛋白质与FAK结合配偶体的相互结合而实现对FAK的抑制。这种相互作用与细胞凋亡和增殖有关,特别是与FAK机理起重要作用的某些癌症类型中的细胞调亡和增殖有关。
本发明(至少部分地)涉及FAK蛋白质-蛋白质相互作用可用作肿瘤治疗靶点(例如选择性靶点)的发现。噬菌体展示分析揭示了可能的FAK结合配偶体。干扰这些结合作用会引起癌的存活力降低和凋亡,但是不会引起体外正常细胞的存活力的降低和凋亡。
1.定义
在进一步说明本发明之前,首先定义和汇总一些术语以方便更容易地理解本发明。
术语“给药”或“给予”包括将本发明化合物引入受试者以实现这些化合物的预定功能的各种途径。可以使用的给药途径的实例包括注射(皮下注射、静脉注射、肠胃外注射、腹膜内注射、鞘内注射)、口服、吸入、直肠和经皮。可通过适合每种给药途径的各个形式给予药物制剂。例如,这些制剂可以以片剂或胶囊、注射剂、吸入剂、洗眼剂、软膏剂、栓剂等形式通过注射、输注或吸入给药;通过洗剂或软膏剂局部给药;及通过栓剂直肠给药。优选的是口服给药。注射可以是推注或连续式输注。根据给药的途径,可以用选定的材料对本发明化合物进行包衣或将本发明化合物设置在选定的材料中,从而保护其不受自然条件的影响,这些自然条件对化合物实现其预定的功能有不利的影响。本发明化合物可单独给药,或与上述另一种试剂或可药用载体共同给药,或与这两者一起共同给药。本发明化合物可在其他试剂给药之前、同时或之后给药。另外,本发明化合物也可以以前药的形式给药,所述前药形式在体内转化成其活性代谢物或更具有活性的代谢物。
术语“烷基”是指饱和脂肪族基团,包括直链烷基、支链烷基、环烷基(脂环族基团)、烷基取代的环烷基以及环烷基取代的烷基。术语烷基还包括另外含有氧、氮、硫或磷原子的烷基基团,这些原子代替烃骨架中的一个或多个碳原子,例如氧、氮、硫或磷原子。在优选的实施方案中,直链烷基或支链烷基的骨架具有30个或更少的碳原子(例如直链烷基为C1-C30,支链烷基为C3-C30),优选是26个或更少的碳原子,更优选是20个或更少的碳原子,还更优选的是4个或更少的碳原子。相似地,优选的环烷基的环结构具有3-10个碳原子,更优选地具有3、4、5、6或7个碳原子。
另外,贯穿说明书及文句的术语烷基还包括“未取代的烷基”和“取代的烷基”,后者涉及这样一种烷基:其中取代基取代了烃骨架的一个或多个碳原子上的氢。这样的取代基可包括,例如:卤素、羟基、烷基羰基氧、芳基羰基氧、烷氧基羰基氧、芳氧基羰基氧、羧酸酯基、烷基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基硫代羰基、烷氧基、磷酸酯基、膦酸酯基(phosphonato)、次膦酸酯基(phosphinato)、氰基、氨基(包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基氨基和烷基芳基氨基)、酰氨基(包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基)、脒基、亚胺基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯基、硫酸酯、磺酸酯基(sulfonato)、氨磺酰基、氨磺酰基(sulfoamido)、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、烷基芳基或芳香族基团或杂芳香族基团。本领域技术人员应该理解的是:若合适的话,在烃链上取代的基团自身也可以被取代。环烷基可进一步被取代,例如以上述取代基取代。“烷基芳基”基团是被芳基(例如苯甲基(苄基))取代的烷基。术语“烷基”也包括不饱和的脂肪族基团,其在长度和可能的取代方式上与上述烷基相似,但是分别含有至少一个双键或三键。
除非对碳原子数另作说明,本文所使用的“低级烷基”是指上述的烷基基团,但是其直链或支链的骨架结构上具有1至10个碳原子,更优选具有1至6个碳原子,再优选地具有1至4个碳原子。低级烷基的实例包括:甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、己基、庚基、辛基等等。在优选的实施方案中,术语“低级烷基”包括其骨架上具有4个或更少的碳原子的直链烷基,例如C1-C4烷基。
如上所述,术语“烷氧基烷基”、“多氨基烷基”和“硫代烷氧基烷基”均涉及上述的烷基,其还包含氧、氮或硫原子,这些原子代替了烃骨架的一个或多个碳原子,例如氧、氮或硫原子。
术语“烯基”和“炔基”是指不饱和的脂肪族基团,其在长度和可能的取代方式上与上述烷基相似,但是分别含有至少一个双键或三键。例如,本发明涉及氰基和炔丙基。
本文所使用的术语“芳基”是指芳香基团,其包括可包含0至4个杂原子的五元和六元环单环芳香基,例如苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、苯并噁唑、苯并噻唑、***、四唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等等。芳香基团也包括多环稠合芳香基团,例如萘基、喹啉基、吲哚基等等。这些在环结构中具有杂原子的芳香基团也可被称为“芳杂环基”、“杂芳基”或“杂芳族基团”。可以在一个或多个环位置上以上述取代基取代芳香环,所述取代基例如卤素、羟基、烷氧基、烷基羰基氧、芳基羰基氧、烷氧基羰基氧、芳氧基羰基氧、羧酸酯基、烷基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基硫代羰基、磷酸酯基、膦酸酯基、次膦酸酯基、氰基、氨基(包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基氨基和烷基芳基氨基)、酰胺基(包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基)、脒基、亚胺基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯基、硫酸酯、磺酸酯基、氨磺酰基、氨磺酰基、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、烷基芳基或芳香族基团或杂芳香族基团。芳基还可与非芳香性的脂环或杂环稠合或桥连以形成多环结构(例如四氢萘)。
术语“配合(associating with)”是指化学个体(chemical entity)或化合物或其片段与蛋白质上的结合口袋或结合位点之间接近的状态。此配合可以是非共价的(其中氢键或范德华力或静电相互作用提供并列(juxtaposition)的能量)或共价的。
本文所使用的术语“结合口袋”是指分子或分子复合物的区域,该区域由于其形状而有利地与另一化学个体或化合物配合。
本发明化合物的“生物活性”包括由本发明化合物在应答细胞(responsivecell)中引起的所有活性。“生物活性”包括由这些化合物引起的基因组活性和非基因组活性。
“生物组合物”或“生物样品”是指包含或源自于细胞或生物高分子的组合物。含有细胞的组合物包括,例如:哺乳动物的血液、红细胞浓缩液、血小板浓缩液、白细胞浓缩液、血细胞蛋白质、血浆、富血小板血浆、血浆浓缩物、来自于任一血浆级分的沉淀、来自于任一血浆级分的上清液、血浆蛋白级分、纯化或部分纯化的血蛋白或其他组分、血清、***、哺乳动物初乳、奶、唾液、胎盘提取物、冷沉淀物、冷上清液、细胞溶胞产物、哺乳动物细胞培养液或培养基、发酵产物、腹水(ascites fluid)、在血细胞中诱导的蛋白质、在细胞培养物中由正常细胞或转移细胞(例如通过重组DNA或单克隆抗体技术)产生的产物。生物组合物可以不含有细胞。在优选的实施方案中,合适的生物组合物或生物样品是红细胞悬浮液。在一些实施方案中,血细胞悬浮液包含哺乳动物血细胞。优选地,血细胞从人、非人类灵长类动物、狗、猫、马、牛、山羊、绵羊或猪获得。在优选的实施方案中,血细胞悬浮液包含血细胞和/或血小板和/或白细胞和/或骨髓细胞。
术语“手性”是指分子与其镜像分子不重合的性质,术语“非手性”是指分子与其镜像分子重合的性质。
术语“非对映异构体”是具有两个或更多个不对称中心的立体异构体,并且分子间彼此不互为镜像。
术语“有效量”包括为获得期望的结果(例如足以治疗细胞增殖性疾病)就剂量和必要的给药时间而言的有效的量。本发明化合物的有效量根据例如如下的因素而不同:疾病状态、受试者年龄和体重、及本发明化合物在受试者中引起期望的应答的能力。可以调节给药方案以提供最佳的治疗反应。有效量也是指本发明化合物的治疗有益效果胜于任何毒性反应或不良反应(例如副反应)的量。
本发明化合物的治疗有效量(如有效剂量)可以是从约0.001至30mg/kg体重,优选约0.01至25mg/kg体重,更优选为约0.1至20mg/kg体重,甚至更优选为约1至10mg/kg、2至9mg/kg、3至8mg/kg、4至7mg/kg或5至6mg/kg体重。本领域技术人员应该理解的是某些因素可影响有效治疗受试者所需的剂量,这些因素包括但不局限于疾病或病症的严重程度、预处理、受试者的健康状况和/或年龄及其他存在的疾病。另外,以有效量的本发明化合物治疗受试者可包括单一治疗,或优选包括系列治疗。在一个实例中,每周1次持续约1至10周,优选2至8周,更优选约3至7周,再优选4、5或6周,在0.1至20mg/kg体重的范围以本发明化合物治疗受试者。还应该理解的是可在具体的治疗期间增加或降低用于治疗的本发明化合物的有效剂量。
术语“对映体”是指化合物的镜像结构之间彼此不重合的两个立体异构体。两个对映体的等摩尔混合物称为“外消旋混合物”或“外消旋体”。
术语“卤代烷基”包括被卤素单取代、二取代或多取代的上述烷基基团,例如氟代甲基和三氟甲基。
术语“卤素”是指-F、-Cl、-Br或-I。
术语“羟基”是指-OH。
本文使用的术语“杂原子”是指任何非碳或非氢的原子。优选的杂原子是氮、氧、硫和磷。
本领域技术人员认为术语“内环境稳定”是指在内部环境中静态或恒定条件的维持。
短语“改善的生物性质”是指本发明化合物固有的任何活性在体内效力的增强。在优选的实施方案中,该术语是指本发明化合物定性地或定量地改善的任何治疗性质,例如降低的毒性。
术语“细胞增殖性疾病”包括涉及不期望的或不可控制的细胞增殖的疾病。所述疾病的实例包括但不局限于肿瘤或癌症(例如肺癌(小细胞型和非小细胞型)、甲状腺癌、***癌、胰腺癌、乳腺癌或结肠癌)、肉瘤或黑色素瘤。
术语“FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体”是指与FAK(例如全长、N-端、C-端、羧基端、激酶结构域、FERM结构域、FAT结构域)结合的蛋白质(包括在本文中所说明的那些)。
术语“任选取代的”包括未取代的基团或在一个或多个可取代的非氢位置(通常是1、2、3、4或5个位置)上被一个或多个合适的基团(可相同或不同))取代的基团。所述任选的取代基包括,例如:羟基、卤素、氰基、硝基、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基、C1-C8烷氧基、C2-C8烷基醚、C3-C8烷酮(alkanone)、C1-C8烷硫基、氨基、单或双(C1-C8烷基)氨基、卤代C1-C8烷基、卤代C1-C8烷氧基、C1-C8链烷酰基(alkanoyl)、C2-C8链烷酰氧基(alkanoyloxy)、C1-C8烷氧基羰基、-COOH、-CONH2、单或双(C1-C8烷基)氨基羰基、-SO2NH2和/或单或双(C1-C8烷基)氨基羰基、及碳环基团和杂环基团。任选取代也可以以短语“以0至X个取代基取代”表示,其中X是可能的取代基的最大数。某些任选取代的基团以0至2、3或4个独立选定的取代基取代(即不取代或以多至所述最大数的基团取代)。
术语“异构体”或“立体异构体”是指化学组成相同但是原子或基团的空间排列不同的化合物。
术语“调控”是指:例如提高或降低在与本发明化合物接触并应答时的细胞增殖能力,例如提高或降低对至少一种动物细胞亚群的增殖的抑制(如此以获得期望的最终结果),例如提高或降低治疗效果。
在“获得能调控FAK或FAK蛋白质-蛋白质相互作用配偶体结合的化合物”中的术语“获得”包括购买、合成或其他得到化合物的方式。
本文使用的短语“肠胃外给药”是指除了经肠给药和局部给药之外的给药模式,通常使用注射方式给药,其包括但不局限于静脉内、肌内、动脉内、鞘内、囊内、眶内、心内、皮内、腹膜内、经气管、皮下、表皮下、关节内、囊下、蛛网膜下、脊柱内、胸骨内注射或输注。
术语“多环基”或“多环基团”是指具有两个或多个环的基团(例如环烷基、环烯基、环炔基、芳基和/或杂环基),其中共用两个或多个碳原子形成两个桥连的环,例如“稠环”。通过非相邻的原子而连接的环被称为“桥”环。多环结构的每个环可以以上述取代基取代,例如卤素、羟基、烷基羰基氧、芳基羰基氧、烷氧基羰基氧、芳氧基羰基氧、羧酸酯基、烷基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基硫代羰基、烷氧基、磷酸酯基、膦酸酯基、次膦酸酯基、氰基、氨基(包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基氨基和烷基芳基氨基)、酰胺基(包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基)、脒基、亚胺基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯基、硫酸酯、磺酸酯基、氨磺酰基、氨磺酰基、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、烷基芳基或芳香族基团或杂芳香族基团。
术语“前药”包括具有可在体内代谢的基团的化合物。通常,前药通过酯酶或其他机理在体内代谢成活性药物。本领域已公知前药及其用途的实例(见例如Berge等人,(1977)“Pharmaceutical Salts”,J.Pharm.Sci.66:1-19)。可以在最终分离和纯化化合物期间原位制备前药,或使纯化的化合物以其游离酸形式或羟基形式单独与合适的酯化试剂反应来制备前药。羟基可以以羧酸处理转换成酯。前药系列的实例包括取代和未取代的、支链或无支链的低级烷基酯(例如丙酸酯)、低级烯基酯、二低级烷基氨基-低级烷基酯(例如二甲基氨基乙基酯)、酰氨基低级烷基酯(例如乙酰氧基甲基酯)、乙酰氧基低级烷基酯(例如新戊酰氧基甲基酯)、芳基酯(苯基酯)、芳基低级烷基酯(例如苄酯)、取代的(例如以甲基、卤素或甲氧基取代基取代的)芳基和芳基低级烷基酯、酰胺、低级烷基酰胺、二低级烷基酰胺和羟基酰胺。优选的前药是丙酸酯和酰基酯。本发明也包括在体内通过其他机理转化成活性形式的前药。
化合物的“预防有效量”是指为了有效地预防或治疗细胞增殖病症,本文中任何给出公式的或以其它方式说明的本发明化合物以单剂量或多剂量给药至受试者的量。
“降低的毒性”包括本发明化合物在体内给药时引起的任何不期望的副作用的降低。
术语“硫氢基”或“巯基”是指-SH。
术语“受试者”包括可能患有细胞增殖病症或可受益于给药本发明化合物的生物体,例如人类和非人类的动物。优选的人包括上述患有或易于患有细胞增殖病症或相关病症的人类患者。本发明术语“非人类的动物”包括所有的脊椎动物,例如哺乳动物(例如啮齿类动物,例如小鼠)和非哺乳动物,例如非人类灵长类动物,例如绵羊、狗、牛、鸡、两栖动物、爬行动物等。
术语“易于患有细胞增殖病症”意图包括具有感染细胞增殖病症(例如癌症)的风险的受试者,即感染癌病毒的受试者、已暴露于电离辐射或致癌化合物下的受试者、具有癌症家族史或病史的受试者,等。
本文使用的短语“全身给药”和外周给药是指给予本发明化合物、药物或其他物质,从而使本发明化合物、药物或其他物质进入患者体内并因此发生代谢及其他相似的过程,例如皮下给药。
本发明化合物的“治疗有效量”是指以单剂量或多剂量形式给予患者的试剂的量,从而有效地抑制细胞增殖和/或抑制细胞增殖性疾病症状,或有效地将患有所述细胞增殖病症患者的生命存活力延长至超过不采取这种治疗的期望值。
对于手性中心的命名法,术语“D”和“L”构型根据IUPAC命名法(IUPACRecommendation)而定义。关于非对映异构体、外消旋体、差向异构体和对映异构体这些术语的用法,将根据其常见含义描述制剂的立体化学。
2.本发明化合物
一方面,本发明提供了能(直接或间接地)调控(例如抑制或促进)FAK结合活性的化合物。另一方面是含有能(直接或间接地)调控(例如抑制或促进)FAK结合活性的化合物与另外的治疗试剂(例如化疗剂)的组合物。
在一实施方案中,本发明提供了能调控FAK蛋白质-蛋白质结合的化合物及其可药用酯、盐和前药。
某些优选的化合物包括下文具体说明的化合物:
抑制剂:
C1:2-[2-(苯胺基氨基甲酰)苯基]苯甲酸;
C2:N’-[(4-氯苯基)甲基]-N,N-二甲基-N’-吡啶-2-基-乙烷-1,2-二胺;
C3:吡啶-2-基甲胺;
C4:N’-[(4-氯苯基)甲基]-N,N-二甲基-N’-吡啶-2-基-乙烷-1,2-二胺(NSC409949;Sigma C1915,氯吡胺(Suprastin);氯吡拉敏(chloropyraminehydrochloride));
C5:1-(3-氟苯基)-3-萘-2-基-脲(NSC 216201);
C6:N-[4-[(3-氟苯基)氨基甲酰氨基]苯基]乙酰胺;
C7:N-[4-[(4-氟苯基)氨基甲酰氨基]苯基]乙酰胺;
C8:N-[(6-硝基苯并[1,3]二氧戊环-5-基)亚甲基氨基]苯甲酰胺;
C10:10-(4-氯苯基)-3-甲基-7-(5-甲基吡啶-2-基)-8-氧杂-1,7,9-三氮杂双环[4.4.0]癸-2,4,9-三烯;
C11:2-(1,7-二氮杂双环[4.3.0]壬-2,4,6,8-四烯-8-基)乙酸;
C12:2-(14-二氮杂双环[4.3.0]壬-2,4,6,8-四烯-8-基)乙酸;
C27:松萝酸衍生物4,4a-二氢-4A(苯硫基),外消旋体(NSC250435);
N2:2-氯-10-[3-(4-甲基哌嗪-1-基)丙基]酚噻嗪;
N9:4,6-二苯基-1,3,5-二氢噻二嗪-2-硫酮;
N14:(9,9-二甲基吖啶-10-基)-(2-二甲基氨基乙基硫)甲酮;甲磺酸;
N16:3-(4-氯苯基)-4-羟基-萘-1,2-二酮;
N1:N-吡啶-4-基吡啶-4-胺;
N7:2-(1H-苯并咪唑-2-基甲基)-1H-苯并咪唑;
N8:7-氧杂-2,10-二氮杂双环[4.4.0]癸-2,4,11-三烯-9-酮;
N11:1-(3-噻吩基甲基)-1.λ.~5~,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸烷;
N15:N-(吡啶-4-基亚甲基氨基)-4,5-二氢-1H-咪唑-2-胺;
肽-35(WHWQWTPWSIQP)(SEQ ID NO:1);
肽-AV3(WHWRPWTPCKMF)(SEQ ID NO:2);
促进剂:
C9:N-[1-(4-氯苯基)丙基]-N-乙基-吡啶-2-胺;
P2:1-苄基-15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸烷;
P4:1-(4-氯苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
P7:1-(4-甲氧基苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
P8:1-(4-碘苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮肟;
P10:1-(2-萘基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
D4:N-[5-(环丙烷羰基)-3H-苯并咪唑-2-基]氨基甲酸甲酯;
D5:(4,6-二甲基-嘧啶-2-基)-(5-硝基-1H-苯并咪唑-2-基)-胺;
D6:1-(2-氯-4-甲氧基-苯基)-3-(5-氯-2-甲氧基-苯基)脲;
本发明也涉及上述化合物的可药用盐和酯。
一方面,“P”系列化合物(例如P2、P4、P7、P8、P10)靶向(例如结合、调控)人p53,更具体地,靶向本文所述的结合位点(例如包含人p53的氨基酸65-71的氨基酸序列、包含QMSGAPH(SEQ ID NO:3)的氨基酸序列)。一方面,“D”系列化合物(例如D4、D5、D6)靶向(例如结合、调控)FAK上与p53相互作用的结合区域。
可以通过本领域已知的一些方法分离天然存在的或合成的异构体。分离两个对映异构体的外消旋混合物方法包括使用手性固定相的色谱法(参见例如“Chiral Liquid Chromatography”,W.J.Lough,Ed.Chapman and Hall,NewYork(1989))。也可使用传统的拆分技术分离对映异构体。例如,形成非对映异构体盐和分步结晶可用于分离对映异构体。对于羧酸的对映异构体的分离,可通过加入对映异构体纯的手性碱(例如马钱子碱、奎宁、麻黄碱、***等)形成非对映异构体盐。或者,可通过与对映异构体纯的手性醇(例如甲醇)形成非对映异构体酯,然后通过分离非对映异构体酯和水解而获得游离的对映异构体纯的羧酸。为分离氨基化合物的旋光异构体,加入手性羧酸或磺酸(例如樟脑磺酸、酒石酸、扁桃酸或乳酸)可形成非对映异构体盐。
根据另一实施方案,本发明提供了通过本文所述方法制备或鉴别的化合物,该化合物与FAK结合口袋或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体结合口袋(包括FAK与配偶体结合处的结合位点,或配偶体中的其他结合位点)配合或结合。
在另一方面,本发明提供了用于筛选治疗增殖病症的化合物的多肽。所述多肽包括例如FAK、FAK结构域、FAK结合配偶体的结构域。所述多肽可以是融合蛋白质,例如融合了可检测指示部分(例如绿色荧光蛋白质)的结合口袋部分或标记了可检测标记(例如荧光标记、放射标记等)的结合口袋部分。这种融合蛋白质可用于筛选能调控FAK或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体的化合物。
3.本发明化合物的用途
在一实施方案中,本发明提供了治疗受试者的细胞增殖病症的方法,其通过给予受试者有效量的能干扰FAK与FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体结合的化合物。细胞增殖病症包括癌症。在某些实施方案中,受试者是哺乳动物,例如灵长类动物,例如人。
在此实施方案中,本发明化合物可直接或间接地调控FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的活性。可使增殖失控的细胞与本发明化合物接触以抑制细胞增殖或诱导凋亡。使细胞接触本发明化合物或给予受试者本发明化合物是治疗患有或易于患有不希望的或不期望的细胞增殖或细胞增殖病症的细胞或受试者的一种方法。
在一实施方案中,治疗患有或易于患有不希望的或不期望的细胞增殖或细胞增殖病症的方法,包括给予需要该方法治疗的受试者以治疗有效量的化合物,该化合物能直接或间接地调控FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的活性,从而治疗患有或易于患有不希望的或不期望的细胞增殖或细胞增殖病症的受试者。示例性的化合物包括本文所述的化合物。
因此,在一实施方案中,本发明提供了治疗受试者的细胞增殖病症的方法,其通过给予受试者有效量的能结合FAK的结合口袋或FAK结合配偶体的化合物。
在某些实施方案中,本发明方法包括给予受试者治疗有效量的本发明化合物与另一药学活性化合物。药学活性化合物的实例包括已知的用于治疗细胞增殖病症的化合物,例如抗癌剂、抗增殖剂、化疗剂。在Harrison′s Principlesof Internal Medicine(第三版,T.R.Harrison等编,McGraw-Hill N.Y.,NY)和Physicians Desk Reference(第50版,1997,Oradell New Jersey,MedicalEconomics Co.)中可以找到其他可以使用的药学活性化合物,其中这两篇文献的全部内容引入本文作为参考。本发明化合物和药学活性化合物可以在同一药物组合物中或不同药物组合物中(同时或不同时地)给药至受试者。
在某些实施方案中,本发明化合物可以与常规的癌症化疗剂用于联合治疗。白血病和其他肿瘤的常规治疗方案包括放射、药物或其组合。除放射外,下列药物也常用于治疗急性白血病:长春新碱、***、甲氨蝶呤、巯嘌呤、环磷酰胺和阿糖胞苷,它们通常彼此组合使用。其他实例包括,例如多柔比星、顺铂、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、依托泊苷等,这些药物在与本发明所述的化合物组合使用时(例如在化学敏化时)表现出优势。在慢性白血病中,例如可组合使用白消安、美法仑、苯丁酸氮芥。大多数的常规抗癌药物毒性极大,易于使病人在治疗期间感觉非常不适。强效治疗(Vigorous therapy)基于这样的前提:除非杀死所有的癌细胞,否则残留的癌细胞将大量增加并导致复发。本发明化合物也可与例如多柔比星或吉西他滨的化疗剂组合给药。特别地,化合物C4可与多柔比星或吉西他滨或其组合组合给药。
作为本领结构域技术人员的医生和兽医(“主治医师”)可以通过使用已知的技术和通过在相似的环境下进行观察所获得的结果而直接确定本发明化合物的抗增殖治疗有效量或抗增殖预防有效量。取决于主治医师对病人需求的判断、正在治疗的病症的严重程度及正在使用的具体化合物,剂量可不同。在确定抗增殖治疗有效量或有效剂量和抗增殖预防有效量或有效剂量中,主治医师需考虑许多因素,包括但不局限于:相关的具体的细胞增殖病症、具体试剂的药效学性质及其给药模式和方案、期望的疗程、哺乳动物的种类、其大小、年龄及健康状况、相关的具体的疾病、疾病的程度、牵涉状况或严重性、个体患者的反应、具体给药的化合物、给药的模式、给予药物的生物利用度性质、选择的剂量方案、同步治疗(concurrent treatment,即本发明化合物与其他一起给药的治疗剂的相互作用)的种类及其他相关情况。
治疗可以从小于本发明化合物最佳治疗剂量的较小剂量开始。然后,以小增量逐渐加大剂量直至达到在该环境下的最佳治疗效果。为方便起见,若需要的话可将每日总剂量分份并在该日内按份给药。预期本发明化合物的抗增殖治疗有效量和预防有效量在约0.1毫克每千克体重每天(mg/kg/天)至约100mg/kg/天之间不同。
确定为有效预防或治疗动物(例如狗、鸡和啮齿类动物)细胞增殖病症的化合物也可用于治疗人类肿瘤。治疗人类肿瘤疾病领域的技术人员根据在动物研究中所获得的数据会知道该化合物用于人类的给药剂量和给药途径。一般来说,用于人类的给药剂量和给药途径与用于动物的相似。
鉴别那些需要预防性治疗细胞增殖病症的患者在本领域技术人员的能力和认知范围之内。鉴别具有感染(可通过所述方法治疗的)细胞增殖病症风险的病人的某些方法在医疗领域中是已知的,例如家族病史,以及与受试患者的疾病状态有关的风险因素的存在。临床领域技术人员可通过使用例如临床测试、身体检查和病历/家族病史直接鉴别这些候选患者。
评估受试者治疗效果的方法包括通过本领域已知的方法确定细胞增殖病症的预治疗范围(例如确定肿瘤大小或筛选肿瘤标记物,其中细胞增殖病症是癌症),然后根据本发明给予受试者治疗有效量的细胞增殖抑制剂(例如本文上述的那些)。在给予本发明化合物之后的合适时间(例如1天、1周、2周、1个月、6个月)之后,再次确定细胞增殖病症的范围。对细胞增殖疾病的范围或侵害力的调节(例如降低)表明了治疗效果。可在治疗过程中周期性地确定细胞增殖病症的范围或侵害力。例如,可以每数小时、数天或数周检测细胞增殖性疾病的范围和侵害力以进一步评价治疗效果。细胞增殖病症的范围或侵害力的降低表明了治疗是有效的。所述方法可用于筛选或选择可受益于以细胞增殖病症抑制剂治疗的患者。
如用于本文时,“从受试者获得生物样品”包括获得用于本文上述方法的样品。以上说明了生物样品。
本发明的再一方面在于鉴定可调控FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的化合物的方法。该方法可包括在存在和/或不存在测试化合物时获得FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域(任选是脱辅基脂蛋白型(apo form)或复合型)的晶体结构,或获得FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域(任选是脱辅基脂蛋白型或复合型)的晶体结构的相关信息。然后可将化合物计算机建模于FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的晶体结构之中或之上,从而预测FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域与测试化合物之间的作用的稳定性。一旦鉴定出了调控化合物,则可使用细胞检测筛选化合物,例如本文鉴别的化合物以及本领结构域已知的竞争测试。依此方式鉴定的化合物可用作治疗剂。
在另一方面,治疗有效量的本发明化合物与可药用载体或稀释剂一起包装。可配制该组合物用于治疗患有或易于患有细胞增殖病症的患者,并且与说明书一起包装以治疗患有或易于患有细胞增殖病症的患者。
在另一方面,本发明提供了抑制细胞增殖的方法。在一实施方案中,本发明抑制细胞增殖(或细胞增殖病症)的方法包括将细胞与能调控FAK、FAK结合配偶体或其特定的结构域的化合物接触。在任一实施方案中,该接触可在体外进行,例如将化合物加入细胞周围的液体(例如生长培养基,其中细胞是活的或存在的)中。接触也可以是直接使化合物与细胞接触。供选地,接触可以在体内进行,例如将化合物通过受试者;例如给药后,取决于给药途径,化合物可经消化道或血流输送或直接应用于或给药至需要治疗的细胞。
在另一方面,抑制受试者中细胞增殖病症的方法包括给予治疗有效量的化合物(即本文所述化合物)至受试者。给药可以是药学领域已知的任何给药途径。受试者可能患有细胞增殖病症,可能具有感染细胞增殖病症的风险,或在预期或不预期接触能增加细胞增殖病症的易感性条件(例如暴露于致癌物或离子辐射下)之前可能需要预防治疗。
在一方面,监测以本发明化合物治疗的受试者病情进展的方法包括确定细胞增殖病症的预治疗状态(例如肿瘤的大小、生长速度或侵害力)、给予受试者治疗有效量的本发明化合物及在以该化合物初次治疗之后确定细胞增殖病症的状态(例如肿瘤的大小、生长速度或侵害力),其中对状态的调控表明治疗的效果。
受试者可以具有患有细胞增殖病症的风险,可以表现出细胞增殖病症的症状,可以易于患有细胞增殖病症和/或已经被诊断为患有细胞增殖病症。
如果对状态的调控表明受试者对治疗具有有利的临床反应,则受试者可以以该化合物治疗。例如,可给予受试者治疗有效剂量的该化合物。
在另一方面,评价测试化合物的方法包括使FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域与测试化合物接触(复合),并评价接触后的结合作用,其中复合物稳定性相对于参照值的改变表明测试化合物对复合物稳定性的调控。
FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的复合可以利用计算机建模,或为细胞中的复合物、从细胞中分离、重组表达、从细胞或重组表达***中纯化或分离,或从细胞或重组表达分离***中部分纯化和分离。
本发明试剂盒包括治疗受试者细胞增殖病症的试剂盒。该试剂盒可包含本发明化合物(例如上述化合物)及其可药用酯、盐和前药以及使用说明书。使用说明书可包括剂量、运输方法、试剂盒的存储等信息。试剂盒也可包括试剂(例如测试化合物)、缓冲液、培养基(例如细胞生长培养基)、细胞等。测试化合物也可包括已知的化合物或新开发的化合物,例如化合物的组合库。一种或多种本发明试剂盒可一起包装,例如根据本发明评价细胞增殖病症治疗效果的试剂盒可与监测正在接受细胞增殖病症治疗的受试者的病情进展的试剂盒一起包装。
本发明方法可在培养基中的细胞上实施,例如体外或离体,或者在受试动物中的细胞上实施,例如体内。本发明化合物可使用增殖细胞的初级培养物在体外初步测试,所述增殖细胞为例如转移细胞、肿瘤细胞系等。
本发明方法可在培养物中的细胞上实施,例如体外或离体,或者在受试动物中的细胞上实施,例如体内。本发明化合物可使用啮齿类动物胚胎幼仔(embryonic rodent pups)呼吸道细胞在体外初步测试(见例如美国专利No.5,179,109-fetal rat tissue culture(大鼠胎儿组织培养物))或其他哺乳类动物模型(见例如美国专利No.5,089,517-fetal mouse tissue culture(小鼠胎儿组织培养物))或非哺乳类动物模型。
供选地,可以通过使用体内动物模型表征本发明化合物的效果。
4.药物组合物
本发明也提供包含有效量的本发明化合物和可药用载体的药物组合物。在另一实施方案中,有效量可有效地治疗如上所述的细胞增殖病症。
在一实施方案中,使用可药用制剂将本发明化合物给药至受试者,例如将可药用制剂给药至受试者后,这种可药用制剂使得本发明化合物向受试者持续释放至少12小时、24小时、36小时、48小时、一周、两周、三周或四周。
在某些实施方案中,这些药用组合物适于局部或口服给药至受试者。在其他实施方案中,如下文所详述,可将本发明组合物具体配制成固体或液体形式给药,包括适于下列的形式:(1)口服给药,例如浸液(drench)(水溶液或非水性溶液或混悬液)、片剂、大丸剂、粉剂、颗粒剂、糊剂;(2)肠胃外给药,例如通过皮下注射、肌肉内注射或静脉注射,例如灭菌溶液或混悬液;(3)局部应用,例如应用于皮肤的乳剂、软膏剂或喷雾剂;(4)***内或直肠内给药,例如***栓、乳剂或泡沫剂;或(5)喷雾给药,例如含有该化合物的水性喷雾剂、脂质体制剂或固体颗粒剂。
短语“可药用“是指本发明的化合物、含有这些化合物的组合物、和/或剂型,它们在合理的医学判断范围之内,适合用于与人类或动物组织接触,并没有过多的毒性、刺激性和炎性反应或其他问题或并发症,具有合理的收益/风险比。
短语“可药用载体“包括可药用物质、组合物或装置,例如液体或固体填料、稀释剂、赋形剂、溶剂或包封物质,其涉及将受试物从身体的一个器官或部位携带或转运至另一器官或另一部位。每种载体是“可接受的”是指其可与制剂中的其他组分相容并不会对患者造成伤害。一些可用作可药用载体的物质的实例包括:(1)糖,例如乳糖、葡萄糖和蔗糖;(2)淀粉,例如玉米淀粉和马铃薯淀粉;(3)纤维素及其衍生物,例如羧甲基纤维素钠、乙基纤维素和醋酸纤维素;(4)粉末状西黄蓍胶;(5)麦芽;(6)明胶;(7)滑石;(8)赋形剂,例如可可脂和栓剂蜡;(9)油,例如花生油、棉籽油、红花油、芝麻油、橄榄油、玉米油和大豆油;(10)二醇,例如丙二醇;(11)多元醇,例如甘油、山梨醇、甘露醇和聚乙二醇;(12)酯,例如油酸乙酯和月桂酸乙酯;(13)琼脂;(14)缓冲剂,例如氢氧化镁和氢氧化铝;(15)褐藻酸;(16)无热源水;(17)等渗盐水;(18)林格溶液;(19)乙醇;(20)磷酸缓冲液;及(21)其他用于药物制剂中的非毒性可相容物质。
润湿剂、乳化剂和润滑剂(例如月桂硫酸钠和硬脂酸镁)以及着色剂、脱模剂、包衣料、甜味剂、调味剂、芳香剂、防腐剂也可存在于组合物中。
可药用抗氧化剂的实例包括:(1)水溶性抗氧化剂,例如抗坏血酸、盐酸半胱氨酸、硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠(sodium metabisulfite)、亚硫酸钠等;(2)油溶性抗氧化剂,例如抗坏血酸棕榈酸盐、叔丁对甲氧酚(BHA)、二叔丁对甲酚(BHT)、卵磷脂、没食子酸丙酯、α-生育酚等;及(3)金属螯合剂,例如柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、山梨醇、酒石酸、磷酸等。
含有本发明化合物的组合物包括那些适于口服给药、经鼻给药、局部给药(包括含服和舌下给药)、直肠给药、***给药、喷雾给药和/或肠胃外给药的组合物。这些组合物可以方便地以单位剂型形式存在,并且可通过药学领域内已知的任何方法制备。依据治疗的主体、具体的给药模式,可与载体物质组合以制备单一剂型的活性成分的量可不同。可与载体物质组合以制备单一剂型的活性成分的量通常是产生治疗效果的化合物的量。一般而言,除了100%含量外,该活性成分的量的范围为从约1%至99%,优选为从约5%至约70%,更优选为从约10%至约30%。
制备这些组合物的方法包括将本发明化合物与载体混合的步骤,并且任选加入一种或多种另外的成分。一般来说,制剂通过将本发明化合物与液体载体或精细分散的固体载体或两者均匀且充分混合,然后若需要的话使产物成型。
适于口服的本发明组合物可以是胶囊、扁胶囊、丸剂、片剂、锭剂(使用香料基体,通常是蔗糖和***胶或西黄蓍胶)、粉剂、颗粒剂、或在水性或非水性液体中的溶液或混悬液、或油包水乳剂或水包油液体乳剂、酏剂或糖浆、软锭剂(使用惰性基质,例如明胶和甘油,或蔗糖和***胶)和/或漱口剂等,每种均含有预定量的作为活性成分的本发明化合物。化合物也可以以巨丸剂、药糖剂或糊剂形式给药。
在本发明用于口服给药的固体剂型中(胶囊、片剂、丸剂、糖锭剂、粉剂、颗粒剂等),活性成分与一种或多种可药用载体混合,所述可药用载体例如柠檬酸钠或磷酸二钙,和/或:(1)填料或膨胀剂,例如淀粉、乳糖、蔗糖、葡萄糖、甘露糖和/或硅酸;(2)粘合剂,例如羧甲基纤维素、藻酸盐、明胶、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖和/或***胶;(3)保湿剂,例如甘油;(4)崩解剂,例如琼脂、碳酸钙、马铃薯淀粉或木薯淀粉、藻酸、某些硅酸盐和碳酸钠;(5)溶液阻滞剂,例如石蜡;(6)吸收促进剂,例如季铵盐化合物;(7)润湿剂,例如乙酰基醇和单硬脂酸甘油酯;(8)吸收剂,例如高岭土和膨润土;(9)润滑剂,例如滑石、硬脂酸钙、硬脂酸镁、固体聚乙二醇、月桂硫酸钠及其混合物;及(10)着色剂。在胶囊、片剂和丸剂的情况中,药物组合物还可含有缓冲剂。在使用了例如乳糖及高分子量的聚乙二醇等作为赋形剂的软胶囊和硬胶囊(soft and hard filled gelatin capsules)中,相似类型的固体组合物也可用作填料。
片剂可任选与一种或多种助剂通过压制方式或模制方式制备。压制片剂可使用粘合剂(例如明胶或羟丙基甲基纤维素)、润滑剂、惰性稀释剂、防腐剂、崩解剂(例如羧甲基淀粉钠或交联的羧甲基纤维素钠)、表面活性剂或分散剂制备。模制片可通过在合适的机器中模压以惰性液体稀释剂润湿的粉末状活性成分的混合物而制备。
本发明药物组合物的片剂和其他固体剂型,例如糖锭剂、胶囊剂、丸剂和颗粒剂,可任选地以包衣和外壳标记或制备,例如肠溶衣和其他药剂学领域已知的包衣材料。也可使用例如不同比例的羟丙基甲基纤维素或其他聚合物基体、脂质体和/或微球体将这些组合物配制成缓释或控释活性成分的制剂,以提供期望的释放曲线。可对这些组合物进行灭菌,例如通过细菌滤器(bacteria-retaining filter)过滤,或通过掺入可溶于无菌水的无菌固体组合物形式的灭菌剂,或在使用前立即掺入一些其他的无菌可注射介质。这些组合物也可任选地含有遮光剂,并可以是仅在或优选在胃肠道的某个部位释放活性成分的组合物,优选是延迟方式。可以使用的植入式组合物的实例包括高分子物质和蜡。活性成分也可以是微囊形式,若合适的话,其中包含一种或多种上述赋形剂。
本发明化合物的用于口服给药的液体型剂包括可药用乳剂、微乳剂、溶液、混悬剂、糖浆和酏剂。除了活性成分外,液体剂型可含有本领域常用的惰性稀释剂,例如水或其他溶剂,增溶剂和乳化剂(例如乙醇、异丙醇、碳酸乙酯、乙酸乙酯、苄醇、苯甲酸苄酯、丙二醇、1,3-丁二醇)、油(特别是棉籽油、花生油、玉米油、胚芽油、橄榄油、蓖麻油和芝麻油)、甘油、四氢糠醇、聚乙二醇、失水山梨醇的脂肪酸酯,及其混合物。
除惰性稀释剂外,口服组合物可包括助剂,例如润湿剂、乳化剂和分散剂、甜味剂、调味剂、着色剂、芳香剂和防腐剂。
除了本发明活性化合物外,混悬剂还可包含助悬剂,例如乙氧基化异硬脂醇、聚氧乙烯山梨醇和失水山梨醇酯、微晶纤维素、偏氢氧化铝(aluminummetahydroxide)、膨润土、琼脂和黄蓍胶及其混合物。
用于直肠和和***给药的本发明药物组合物可以是栓剂形式,该栓剂可通过混合一种或多种本发明化合物与一种或多种合适的非刺激性赋形剂或载体(例如可可脂、聚乙二醇、栓剂蜡或水杨酸盐(酯))而制备,该栓剂在室温下是固态,但是在体温下是液态,因此其将会在直肠或***腔中熔化并释放活性试剂。
适于***给药的本发明组合物还包括***栓、***塞(tampon)、乳膏剂、凝胶剂、糊剂、泡沫剂或喷雾剂,其中含有在本领域内已知为合适的那些载体。
本发明化合物的局部给药或经皮给药剂型包括粉剂、喷雾剂、软膏剂、糊剂、乳膏剂、洗剂、凝胶剂、溶液、贴剂和吸入剂。本发明活性化合物可在无菌条件下与可药用载体及任何需要的防腐剂、缓冲剂或推进剂混合。
软膏剂、糊剂、乳膏剂和凝胶除含有本发明化合物之外,还可含有赋形剂,例如动物脂肪或植物脂肪、油、蜡、石蜡、淀粉、黄蓍胶、纤维素衍生物、聚乙二醇、硅酮、膨润土、硅酸、滑石和氧化锌或它们的混合物。
粉剂和喷雾剂除含有本发明化合物外,还可含有赋形剂,例如乳糖、滑石、硅酸、氢氧化铝、硅酸钙和聚酰胺粉末,或这些物质的混合物。喷雾剂可另外含有常规的推进剂,例如氯氟烃和挥发性无取代的烃(例如丁烷和丙烷)。
供选地,本发明化合物可通过气雾剂给药。这可通过制备含有本发明化合物的液体气溶胶、脂质体制剂或固体颗粒而实现。也可使用非水(例如氟代烃推进剂)混悬剂。因为Sonic喷雾器将试剂与剪切力的接触降至最低,其中剪切力会导致化合物的降解,所以Sonic喷雾器是优选的。
通常,液体气溶胶由试剂的水溶液或混悬液与常规的可药用载体和稳定剂制备。载体和稳定剂根据具体化合物的需要可不同,但通常包括非离子型表面活性剂(吐温、普流罗尼克类(Pluronics)或聚乙二醇)、无毒蛋白质(例如血清蛋白)、失水山梨醇酯、油酸、卵磷脂、氨基酸(例如甘氨酸)、缓冲液、盐、糖或糖醇。气溶胶通常由等渗溶液制备。
透皮贴剂的额外优点是向机体控制释放本发明化合物。该剂型可通过将试剂溶于或分散于合适的介质中制备。吸收促进剂也可用于增加活性成分经过皮肤的透入(flux)。所述透入的速率可通过设置控制速率的膜来控制,或通过将活性成分分散于聚合物基质或凝胶中来控制。
眼制剂、眼软膏剂、粉剂、溶液等制剂也在本发明的考虑范围之内。
适用于肠胃外给药的本发明药物组合物含有一种或多种本发明化合物和一种或多种可药用无菌等渗水溶液或非水性溶液、分散剂、混悬剂或乳剂或无菌粉剂(其在使用之前可再配制成无菌可注射溶液或分散剂),该组合物可含有抗氧化剂、缓冲剂、抑菌剂、溶质(其使得制剂与目标受试者的血液等渗)、助悬剂或增稠剂。
可在本发明药物组合物中使用的合适的水性载体和非水性载体的实例包括:水、乙醇、多元醇(例如甘油、丙二醇、聚乙二醇等)及它们合适的混合物、植物油(例如橄榄油)及可注射有机酯(例如油酸乙酯)。例如通过使用包衣材料(例如卵磷脂)、通过在分散剂中维持所需粒径和通过使用表面活性剂可以保持合适的流动性。
这些组合物也可含有助剂,例如防腐剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。加入不同的抗菌剂和抗真菌剂可防止微生物的作用,所述抗菌剂和抗真菌剂例如对羟基苯甲酸酯、三氯叔丁醇、苯酚、山梨酸等。有利的是,本发明组合物也可含有等渗试剂,例如糖、氯化钠等。另外,含有可延迟吸收的试剂(如单硬脂酸铝和明胶)能引起可注射药物剂型的吸收的延长。
在一些情况下,为延长药物的作用,希望延长皮下注射或肌肉注射的药物的吸收。这可通过使用具有较差水溶性的晶型或无定形物质的液体混悬剂而实现。此时,药物的吸收速率取决于其溶解速率,而溶解速率又取决于其晶体大小以及晶型。供选地,延迟肠胃外给药药物的吸收还可通过将药物溶于或分散于油性介质中实现。
可注射缓释剂型(depot forms)通过在可生物降解的聚合物(如聚交酯-聚乙醇酸交酯)中形成本发明化合物的微囊基质而制备。取决于药物与聚合物的比例以及所使用的具体聚合物的性质,可控制药物的释放速率。其他可生物降解的聚合物的实例包括聚(原酸酯)和聚(酸酐)。也可通过将药物包封于与机体组织相容的脂质体或微乳剂中制备可注射缓释剂型。
当本发明化合物作为药物给药至人和动物时,其可以单独给药或作为药物组合物给药,所述药物组合物含有例如0.1至99.5%(更优选为0.5至90%)的的活性成分,以及可药用载体组合。
不管选定的是哪种给药途径,本发明化合物(其可以以合适的水合形式使用)和/或本发明药物组合物可通过本领域技术人员已知的常规方法配制成可药用剂型。
在本发明药物组合物中的活性成分的实际剂量水平及给药时间过程可以不同,以便于获得一定量活性成分(该量对于具体的患者而言为达到期望的治疗效果是有效的)、组合物和给药模式,并且不会对患者产生毒性反应。示例性的剂量范围是每天从0.1至10毫克。
本发明化合物优选的剂量是患者能承受并且不会产生严重的副反应的最大量。优选地,本发明化合物给药的浓度在约0.001毫克至约100毫克每千克体重、约0.001至约10毫克每千克体重或0.001毫克至约100毫克每千克体重。上述值的中间范围的值也在本发明范围之内。
6.筛选方法及筛选***
在另一方面,本发明提供了可机读存储介质,该介质包含本文鉴定的结合口袋的结构坐标或形状相似的同源结合口袋的结构坐标或两者的结构坐标。以这些数据编码的所述存储介质能在计算机屏幕或相似的显示设备上显示包含这些结合口袋的分子或分子复合物的三维图示。
本发明也提供了设计、评价和鉴定与上述结合口袋结合的化合物的方法。因此,计算机产生了包含结合口袋的分子或分子复合物的三维图形结构。
在另一实施方案中,本发明提供了用于生成分子或分子复合物的三维图示(three-dimensional representation)的计算机(computer),或所述分子或分子复合物的同源物的三维图示的计算机,其中所述分子或分子复合物由FAK、FAK结合配偶体或其结构域的结构坐标所定义,所述同源物包含结合口袋,该结合口袋的所述氨基酸的骨架原子的均方根偏差不大于2.0埃(更优选地不大于1.5埃)。
在示例性的实施方案中,计算机或计算机***可包括本领域常规的组件,例如在美国专利5,978,740和/或6,183,121(引入本文作为参考)中所公开的组件。例如,计算机***包括计算机,该计算机包括中央处理器(“CPU”)、工作存储器(其可以是例如RAM(随机存取存储装置)或“磁芯”存储器)、大容量存储器(例如一个或多个磁盘驱动器或CD-ROM驱动器)、一个或多个阴极射线管(CRT)显示终端或液晶(LCD)显示终端、一个或多个键盘、一个或多个输入线路和一个或多个输出线路,所有的这些通过常规的***总线互相连接。
本发明的可机读数据可经调制解调器或通过数据线连接的调制解调器输入至计算机。供选地或另外地,输入硬件可包括CD-ROM驱动器、磁盘驱动器或闪存。键盘与显示终端连接时,该键盘也可用作输入设备。
通过输出线耦联至计算机的输出硬件可通过常规的设备相似地实施。作为实例,输出硬件可包括CRT或LCD显示终端以使用例如QUANTA或PYMOL的程序显示本发明结合口袋的图示。输出硬件也可包括打印机或磁盘驱动器以存储***输出以便于以后的使用。
在运行过程中,CPU协调各种输入和输出设备的使用,协调来自大容量存储介质的数据读取以及向工作存储的数据存取,并决定数据处理步骤的顺序。许多程序可用于处理本发明可机读的数据,包括市售的软件。
用于存储本发明可机读数据的磁性存储介质可以是常规的。磁性数据存储介质可以以可机读数据编码,这些数据可通过例如上述的计算机***执行。该介质可以是具有合适的基材(可以为常规的)及合适的涂层(也可以是常规的)的常规的软盘或硬盘,在其一面或两面上含有磁畴,该磁畴的极性或取向可随磁性改变。该介质也可具有开口(未显示)以接收磁盘驱动器或其他数据存储仪器的主轴(spindle)。
介质的磁畴可以被极化或定向,从而以常规的方式编码例如本文所述的可机读数据,这通过例如本文所述的计算机***的***执行。
光学可读数据存储介质可以以可机读数据或一系列指令编码,这可通过计算机***实行。该介质可以是常规的只读存储器(CD-ROM)或可擦写介质(例如其光学可读且磁-光可写的磁光盘)。
在CD-ROM的情况下,众所周知的是,磁盘涂层是反射性的,并压制了许多凹坑以编码可机读数据。通过从涂层表面反射的激光可读取凹坑的排列。在反射涂层的顶部提供有保护涂层,其优选是基本透明的。
在磁光盘的情况下,众所周知的是,数据记录涂层不具有凹坑但是具有许多磁畴,当加热(例如通过激光加热)至高于某温度时,可在磁性方面改变该磁畴的极性或取向。畴的取向可通过测量从涂层反射的激光的极性来读取。磁畴的排列编码上述数据。
当结构数据与配备了软件的计算机一起使用以将那些坐标翻译成包含结合口袋的分子或分子复合物的三维结构时,其可用于多种目的,例如药物研发。
例如,以数据编码的结构可计算评估其与化学个体的配合能力。与FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的结合口袋相配合的化学个体是可能的药物候选分子。供选地,以数据编码的结构可在计算机屏幕上以三维图示显示。这实现了可肉眼观察结构,以及肉眼观察结构与化学个体的配合。
因此,根据另一实施方案,本发明涉及评估化学个体与以下结构配合的可能性的方法:a)包含FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的分子或分子复合物,或b)所述分子或分子复合物的同源物,其中所述同源物包含结合口袋,该结合口袋的所述氨基酸的骨架原子的均方根偏差不大于2.0埃(更优选地不大于1.5埃)。
本方法包括如下步骤:
i)使用计算方法以在化学个体与分子或分子复合物的结合口袋之间实行拟合(fitting)操作;及
ii)分析拟合操作的结果以确定化学个体与结合口袋之间的配合。本文所使用的术语“化学个体”是指化合物、至少两个化合物的复合物、及这些化合物或复合物的片段。
设计化合物使之结合或抑制本发明FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的结合口袋,通常需要考虑很多因素。首先,化学个体必须能与部分或所有的FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋在物理性质上或在结构上相配合。非共价键分子间相互作用在此配合中是重要的,其包括氢键、范德华力、疏水作用和静电作用。第二,化学个体必须能采取一种构象,该构象使得其与FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋直接配合。尽管化学个体的一些部分并不直接参与这些配合,但是化学个体的这些部分将仍然会影响分子的总体构象。这反过来对效能具有重要的影响。这种构象要求包括:与所有或部分结合口袋有关的化学个体的总体三维结构和取向,或与包含一些直接与结合口袋或其同源物相互作用的化学个体的化学个体官能团之间的间隔。
在实际合成化学个体之前分析该化学个体对FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋的可能的抑制或结合作用,并通过使用计算机建模技术测试。如果给定的化学个体的理论结构表明其与靶向结合口袋之间的相互作用或配合不充分,则排除对该化学个体的测试。然而,如果计算机建模表明相互作用强,则可以合成该分子并测试其与结合口袋的结合。例如,这可以通过测试该分子抑制FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的活性的能力而实现,其中例如使用本文描述的或本领域已知的测试方法。以此方法可避免合成无效的化合物。
FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋的潜在抑制剂可借助于一系列步骤计算评估,在所述步骤中针对化学个体或片段配合FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋的能力筛选并选择化学个体或片段。
针对化学个体或片段配合FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋的能力,本领域技术人员可使用一些方法中的一种来筛选化学个体或片段。基于本文所述的FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的结构坐标,或基于产生自可机读存储介质的、定义相似形状的其他坐标,此方法可始于在计算机屏幕上肉眼观察例如FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域相关的结合口袋。然后可以将选定的片段或化学个体以各种取向放置或对接(dock)在以上定义的结合口袋中。对接可使用例如Quanta和DOCK的软件实现,然后根据例如CHARMM和AMBER的标准分子力学的力场最小化能量及分子动力学。
专门的计算机程序(例如本领域已知的和/或市售的和/或上文所述的)在选择片段或化学个体的过程中也可发挥辅助作用。
一旦选定了合适的化学个体或片段,可将这些化学个体或片段组装成单一的化合物或复合物。可通过肉眼观察在计算机屏幕上显示的三维图像的各个片段之间的关系而进行组装,其中所述三维图像与靶向结合口袋的结构坐标有关。
作为以分步方式构建结合口袋的抑制剂方法的代替,使用空的结合位点或任选包含一部分已知的抑制剂可以一次性整体设计或“从头(de novo)”设计一个上述片段或化学个体、抑制化合物或其他结合化合物。本领域已知许多从头的配偶体设计方法,其中一些是市售的(例如从Tripos Associates,St.Louis,Mo.可得的LeapFrog)。
根据本发明也可使用其他分子建模技术(参见N.C.Cohen等,“MolecularModeling Software and Methods for Medicinal Chemistry”,J.Med.Chem.,33,pp.883-894(1990);参见M.A.Navia和M.A.Murcko,“The Use of StructuralInformation in Drug Design”,Current Opinions in Structural Biology,2,pp.202-210(1992);L.M.Balbes等,“A Perspective of Modern Methods inComputer-Aided Drug Design”″,in Reviews in Computational Chemistry,Vol.5,K.B.Lipkowitz及D.B.Boyd,Eds.,VCH,New York,pp.337-380(1994);W.C.Guida,“Software For Structure-Based Drug Design”,Curr.Opin.Struct.Biology,4,pp.777-781(1994))。
一旦设计或选定了化合物,化学个体与结合口袋相结合的效率可通过计算方式来评估测试并优化。
在本领域中可得特定的计算机软件以评价化合物形变能和静电相互作用。用于所述用途的程序的实例包括:AMBER、QUANT A/CHARMM(Accelrys,Inc.,Madison,WI)等。这些程序可例如使用市售的图形工作站实现。其他硬件***和软件包为本领域技术人员所知。
另一种技术涉及利用计算机筛选例如本文所述的模拟化合物数据库。这种技术可以快速筛选数以千计的化合物并选择最好的模拟化合物用于进一步筛选(例如通过合成和体外测试)。可筛选小分子库以得到可全部或部分结合FAK、FAK结合配偶体或其特定结构域的结合口袋的化学个体或化合物。在此筛选过程中,所述化学个体与结合位点的拟合的质量可通过形状的互补性或估算的相互作用能量来判断。
实施例
本发明将通过下列实施例进一步说明,其中这些实施例意图说明本发明而不是限制本发明。
实施例1
小分子数据库
NCI/DTP是具有大约240000个样品(即模型化合物(plated compound set))的库,这些样品是非专属的并且可提供给研究机构用于探索和研发新的试剂以治疗癌症、AIDS,或者折磨癌症或AIDS患者的机会性感染。NCI/DTP模型化合物的三维坐标以MDL SD格式获得(http://www.chm.tu-dresden.de/edv/vamp65/REFERS/vr_03d.htm),并通过DOCK应用程序SDFMOL2转换成mol2格式。使用SYBDB计算配偶体的局部原子电荷、溶剂化能及范德华力参数,并加入模型化合物mol2文件。
实施例2
筛选数据库以鉴别可能的FAK小分子抑制剂。作为高通量筛选的替代方法,使用了更加快速且经济的基于结构的方法,该方法利用计算机将分子对接与功能测试结合。将大量已知三维结构的化合物置于人FAK晶体结构(PDB编号:1K05)上的通过SPHGEN(UCSF)选择的结构口袋。此方法结合了从NCI/DTP可得的资源(原子坐标和小分子)与DOCK5.1(UCSF)拥有的改进的分子对接及评分算法。将20000个具有类药性质(遵循Lipinski原则)的小分子化合物在100个不同的方向上使用DOCK5.1对接于人FAK晶体结构的FAT结构域中。作为一个实例,(左边)显示了一种这样的对接的配偶体,其为评分最高的化合物2-[2-(苯胺基氨基甲酰基)苯基]苯甲酸。在这种情况下,将小分子置于很靠近LD桩蛋白结合表位(binding epitope)的区域。估算每个化合物与人FAK FAT结构域之间相互作用的预测结合能,打分最高的化合物的DOCK分数为-17.7kcal每摩尔。打分最高的20个化合物需进行NCI/DTP功能测试。
美国国家癌症研究院/治疗发展计划(NCI/DTP)拥有大约220000个非专属的样品(模型化合物),并免费提供给该机构外的研究机构。NCI/DTP模型化合物的三维坐标以MDL SD格式获得,并通过DOCK应用程序SDF2MOL2将其转化成mol2格式。使用SYBDB计算配偶体的局部原子电荷、溶剂化能及范德华力参数,并加入模型化合物mol2文件。
可能的FAK-CD小分子抑制剂的利用计算机进行分子对接。所有的对接计算以DOCK(v5.1.0)实行。DOCK的一般特征包括配偶体与受体球面的刚性取向、AMBER能量评分、GB/SA溶剂化评分、接触评分、内部非键能量评分、配偶体柔性、及刚性和扭曲单纯最小化(rigid and torsional simplexminimization)。与先前发布的版本不同,该版本并入了自动匹配、内部能量(用于柔性对接)、评分函数分级、及新的最小化结束标准(minimizer terminationcriteria)。人FAK FAT结构域的分子模型的坐标用于分子对接计算。为产生对接位点,除去所有的水分子。以Sybyl(Tripos,St.Louis,MO)进行受体残基的质子化。使用数个球体来探测结构以说明可能的结合口袋。每分子的取向数目为100。分子内AMBER能量评分(范德华力+库伦能)、接触评分、颠簸过滤(bump filtering)在DOCK5.1.0中实行。SETOR和GRASP用于生成分子图像。
无意受理论所限,这些化合物被认为具有抗增殖活性,正如本文所示。
实施例3
基于细胞的测定。在BT474和MCF7乳腺癌细胞和正常的MCF10细胞的模建***中,以基于细胞的增殖和凋亡来评估选定的小分子。其他与研究相关的细胞系是MIAPACA和PANC-1(胰腺癌)、A375(肺癌)、HCT116p53(-/-)和HCT116p53(+/+)(结肠癌)和C8186(黑色素瘤)。使用多重方法分析来自同一培养孔的多于一种参数。
CellTiter 96Aqueous One Solution细胞增殖测试(Promega)。此测试通过向培养孔直接加入少量One Solution试剂进行,温育1~4小时,然后用分光光度计记录在490nm处的吸光度。通过在490nm的吸光度测定的甲产物的数量直接按比例换算成培养基中或细胞的量;
CelITiter-Blue细胞存活力测试(Promega)。将CellTiter-Blue试剂直接加入每个孔(在96孔板的每一100μ的基质中加入20μ试剂),在37℃下温育96孔板,然后测量荧光信号(560EX/590EM)。该测试也可与另外的测试组合。在相同的孔中加入120μApo-ONE Homogeneous Caspace-3/7Assay Reagent(Promega)测量半胱天冬酶的活性。在记录荧光(485Ex/527Em)之前将细胞在室温下另外温育一小时;
FAK-特异作用的测量。利用计算机选定的小分子的FAK-特异作用读数表示来自肿瘤细胞粘着斑的FAK的特异性替代(specific displacement)。基本上如已有的公开所示,使用双染色技术以FAK和桩蛋白质双染肿瘤细胞,并对FAK信号上的影响进行放大生化分析。参见Garces,C.A.等,VascularEndothelial Growth Factor Receptor-3and Focal Adhesion Kinase Bind andSuppress Apoptosis in Breast Cancer Cells,Cancer Res %R 10.1158/0008-5472.CAN-05-1661,2006.66(3):p.1446-1454;Xu,L.-h.等,The focaladhesion kinase suppresses transformation-associated,anchorage-Independentapoptosis in human breast cancer cells,J.Biol.Chem.,2000.275:p.30597-30604;Kurenova,E.等,Focal Adhesion Kinase Suppresses Apoptosis byBinding to the Death Domain of Receptor-Interacting Protein,Mol.Cell.Biol.,2004.24(10):p.4361-4371。
实施例4
在最近的独立研究中,发明人以FAK的N末端片段实行噬菌体展示测试,并识别蛋白质-蛋白质配偶体结合相关的肽。发明人实施了位点定向的诱变并使那些氨基酸发生突变。然后申请人以人全长FAK进行pull-down测试,并证明了野生型p53蛋白质能与FAK结合,然而突变体与FAK结合的背景水平明显偏低。因此,发明人缩小了FAK与p53特定区结合的范围,或发现了此新型结合的结合位点。发明人将这些肽连接至TAT以穿透入细胞中并证明FAK对存活(survival)的依赖作用。
实施例5
发明人以噬菌体展示技术识别了与FAK羧基末端结合并引起乳腺癌细胞凋亡的肽。这些肽中的一种含有与血管内皮生长受体3(VEGFR-3)蛋白质同源的序列。最近,发明人已经指出VEGFR3与FAK结合(Cancer Res.2006;66:3:1446-1454)。发明人已经指明VEGFR-3在人乳腺肿瘤细胞和癌细胞系中是过度表达的。VEGFR-3除了涉及细胞存活外,还是***生成中的主要因子。发明人首次证实了FAK与VEGFR-3的物理配合。通过体外和体内的结合研究检测了VEGFR-3的N末端(含有通过噬菌体展示技术识别的肽)与FAK的C末端之间的配合。然后发明人将具有12个氨基酸的VEGFR-3肽AV3偶联至TAT细胞穿透序列,并发现AV3并不控制随机肽(scrambledpeptide),而是引起来自粘着斑的FAK的特异性替换(displacement)并影响了FAK与VEGFR-3的共定位。另外,在乳腺癌细胞系中,AV3肽降低了增殖,引起细胞脱离和凋亡,但是在正常细胞中却不会发生这种现象。因此,FAK-VEGFR-3相互作用具有用于开发靶向人肿瘤中FAK与VEGFR-3之间信号的新型分子治疗剂的潜在用途。为确定FAK上的结合位点,将FAK的靶向序列(FAT结构域)的粘着斑C末端在大肠杆菌(E.coli)中大量表达,并纯化至同质性高于95%。此纯化的片段在体外仍然具有结合肽的能力。NMR化学位移基因定位(mapping)研究已经定位了肽在FAK的FAT结构域上的结合表位。这些研究表明选定的肽与桩蛋白质在相同结构口袋中的位点上结合FAT。利用计算机建模表明由化学位移定义的肽结合位点适合于类药(drug-like)小分子结合。发明人已经对含有20,000个这样的化合物的化合物库进行了初步筛选,并鉴定了一系列具有抑制FAK功能的小分子。
实施例6
发明人还发现FAK的过度表达会抑制凋亡,这给人癌细胞提供了生存信号。FAK涉及多种蛋白质-蛋白质相互作用,其不仅用作酪氨酸激酶也用作支架蛋白质,并且可通过所述的相互作用影响生存信号。另外,发明人的数据表明FAK的氨基端(FAK-NT)可诱导乳腺癌细胞的凋亡,并可结合至含有丝氨酸-苏氨酸激酶、受体相互作用蛋白质(RIP)的死亡结构域。发明人使用噬菌体展示方法找到了可影响FAK功能并引起癌细胞凋亡的肽。申请人选择了多于40个与FAK-NT结合的肽序列。并且发明人发现其中的一些影响FAK的功能并影响癌细胞的增殖。
实施例7
在各测试中对化合物C4的研究表明其特异性脱去FAK与VEGFR-3的磷酸,并干扰了它们之间的相互作用,从而导致了它们在细胞中的共定位(通过免疫荧光共聚焦显微镜和FRET分析确认),延迟细胞增殖,阻断G1/S细胞循环过渡并最终导致癌细胞凋亡。体外实验表明C4降低了许多不同种类的癌细胞的存活力,包括乳腺癌细胞、结肠癌细胞、胰腺癌细胞、黑色素瘤癌细胞、肺癌细胞、骨肉瘤癌细胞。另外,这些化合物使癌细胞对化疗敏感。已发现C4与多柔比星和吉西他滨的组合进一步降低了细胞的存活力,并且表明这些药物在组合使用时可在明显更低的浓度下发挥作用。在小鼠体内试验中,使用乳腺癌和胰腺癌的裸鼠皮下异种移植模型证明了C4具有强烈的抗癌作用,与未经处理的肿瘤相比,在60mg/kg的浓度(每日腹膜内注射)下其减少肿瘤生长高达75%。C4与吉西他滨的组合与各种单独的药物相比具有更加强烈的抗癌作用,并且在停止治疗后对肿瘤生长具有延长的细胞生长抑制作用。因为选定的化合物C4已知是抗组胺受体1药物氯吡胺,因此发明人比较了氯吡胺与其他抗组胺受体1药物苯海拉明对体内肿瘤生长的作用,结果并未发现此选定的对照药物有任何抗癌性质。这表明任何抗组胺作用看起来是出人意料的和明显的,并且与抗癌效果无关。见图3~14。
这些结果表明C4:(i)降低许多类型的癌细胞的存活力;(ii)在体外引起胰腺癌细胞和乳腺癌细胞的凋亡;(iii)降低癌细胞的迁移性和侵害力;在体外使胰腺癌细胞和乳腺癌细胞对化疗敏感;(v)在乳腺癌和胰腺癌小鼠模型中减少体内肿瘤生长;(vi)与吉西他滨的组合在停止治疗后对胰腺肿瘤的生长具有延长的细胞生长抑制作用;(vii)与多柔比星、常规的乳腺癌化疗剂相比更好地减少肿瘤生长;及(viii)与吉西他滨或多柔比星组合治疗癌症时,可减少这两种药物所需的治疗剂量。
实施例8
检测了某些D-化合物(例如D4、D5、D6、D7)并发现它们引起Y397的脱磷酸化,D4特别引起PARP的减量调节。因此,这些化合物可用作治疗试剂。
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将本文引用的每篇专利、专利申请公开的全部内容均引入本文作为参考。
在对本文变量的任何定义中对一系列的化学基团的引述包括作为任何单个基团形式的或所列出基团的组合形式的变量的定义。对本文变量的实施方案的引述包括作为任何单个实施方案形式的或与任何其他实施方案或其部分的组合形式的实施方案。
尽管参照具体的实施方案公开了本发明,但是是本领域其他技术人员显然可以在不偏离本发明实际精神与范围时设计出本发明其他实施方案和变化方案。权利要求应理解为包括所有的这些实施方案和等价变化。
序列表
<110>佛罗里达大学研究基金会(UNIVERSITY OF FLORIDA RESEARCH FOUNDATION)
<120>激酶蛋白质结合抑制剂
<130>67850WO(49163)
<140>PCT/Us2008/003451
<141>2008-03-14
<150>61/069,248
<151>2008-03-12
<150>60/918,615
<151>2007-03-16
<160>6
<170>PatentIn Ver.3.3
<210>1
<211>12
<212>PRT
<213>人工序列
<220>
<223>人工序列的描述:合成肽
<400>1
Trp His Trp Gln Trp Thr Pro Trp Ser Ile Gln pro
1 5 10
<210>2
<211>12
<212>PRT
<213>人工序列
<220>
<223>人工序列的描述:合成肽
<400>2
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1 5 10
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<211>7
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<213>人(Homo sapiens)
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<212>PRT
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<220>
<223>人工序列的描述:合成肽
<400>4
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1 5
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<213>人工序列
<220>
<223>人工序列的描述:合成肽
<400>5
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<210>6
<211>7
<212>PRT
<213>人工序列
<220>
<223>人工序列的描述:合成肽
<400>6
Arg Val Ser Gly Ala Pro Ala
1 5
Claims (16)
1.诱导受试者中癌细胞凋亡的方法,其包括给予被鉴定为需要该方法治疗的受试者以能抑制粘着斑激酶(FAK)与第二蛋白质相互结合的化合物。
2.权利要求1所述的方法,其中第二蛋白质是VEGFR-3、RIP或p53。
3.权利要求1所述的方法,其中所述化合物是:
C4:N’-[(4-氯苯基)甲基]-N,N-二甲基-N’-吡啶-2-基-乙烷-1,2-二胺;
C10:10-(4-氯苯基)-3-甲基-7-(5-甲基吡啶-2-基)-8-氧杂-1,7,9-三氮杂双环[4.4.0]癸-2,4,9-三烯;
C27:松萝酸衍生物4,4a-二氢-4A(苯硫基),外消旋体(NSC250435);
N2:2-氯-10-[3-(4-甲基哌嗪-1-基)丙基]吩噻嗪;
N9:4,6-二苯基-1,3,5-二氢噻二嗪-2-硫酮;
N14:(9,9-二甲基吖啶-10-基)-(2-二甲基氨基乙基硫)甲酮;甲磺酸;
N16:3-(4-氯苯基)-4-羟基-萘-1,2-二酮;
N1:N-吡啶-4-基吡啶-4-胺;
N7:2-(1H-苯并咪唑-2-基甲基)-1H-苯并咪唑;
N8:7-氧-2,10-二氮杂二环[4.4.0]癸-2,4,11-三烯-9-酮;
N11:1-(3-噻吩基甲基)-1.λ.~5~3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸烷;
N15:N-(吡啶-4-基亚甲氨基)-4,5-二氢-1H-咪唑-2-胺;
肽-35(WHWQWTPWSIQP)(SEQ ID NO:1);
肽-AV3(WHWRPWTPCKMF)(SEQ ID NO:2);
P2:1-苄基-15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸烷;
P4:1-(4-氯苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
P7:1-(4-甲氧基苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
P8:1-(4-碘代苯基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮肟;
P10:1-(2-萘基)-2-(15,3,5,7-四氮杂三环[3.3.1.1~3,7~]癸-1-基)乙酮;
D4:N-[5-(环丙烷羰基)-3H-苯并咪唑-2-基]氨基甲酸甲酯;
D5:(4,6-二甲基-嘧啶-2-基)-(5-硝基-1H-苯并咪唑-2-基)-胺;
D6:1-(2-氯-4-甲氧基-苯基)-3-(5-氯-2-甲氧基-苯基)脲。
4.权利要求3所述的方法,其中所述化合物抑制FAK在粘着斑靶向序列(FAT)结构域上的结合。
5.权利要求2所述的方法,其中所述第二蛋白质是p53。
6.权利要求5所述的方法,其中所述化合物能调控FAK与人p53蛋白质的结合。
7.权利要求5所述的方法,其中所述化合物能调控FAK与p53蛋白质N-端的结合。
8.权利要求1所述的方法,其中所述癌症是乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、甲状腺癌、肺癌或黑色素瘤。
9.被鉴定为需要此类治疗的受试者中的FAK蛋白质-蛋白质相互结合的抑制方法,该方法包括给予被鉴定为能抑制FAK蛋白质-蛋白质相互结合的化合物。
10.治疗受试者癌症的方法,其包括给予被鉴定为需要该方法治疗的受试者以能抑制粘着斑激酶(FAK)与第二蛋白质相互结合的化合物,所述第二蛋白质与FAK相互作用。
11.权利要求10所述的方法,其中第二蛋白质和FAK的相互结合产生了对癌细胞的凋亡和细胞增殖的调控。
12.权利要求10所述的方法,其中所述癌症是乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、甲状腺癌、肺癌或黑色素瘤。
13.权利要求10所述的方法,其还包括另外的治疗试剂。
14.权利要求13所述的方法,其中所述另外的试剂是多柔比星、顺铂、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、依托泊苷或吉西他滨。
15.调控FAK结合或FAK蛋白质-蛋白质相互结合的化合物的鉴定方法,该方法包括获得FAK、FAK结合配偶体或其结构域的晶体结构,或获得FAK、FAK结合配偶体或其结构域的晶体结构的相关信息,并将测试化合物模建于FAK、FAK结合配偶体或其结构域的晶体结构的结合位点之中或之上以确定该化合物是否能调控FAK、FAK结合配偶体或其结构域的相互作用。
16.一种生成分子或分子复合物三维图示的计算机,其中所述分子或分子复合物包含由FAK的FAT结构域或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体的结构坐标所定义的结合口袋;或b)所述分子或分子复合物的同源物的三维图示,其中所述同源物包含与所述氨基酸的骨架原子均方根偏差不大于约2.0埃的结合口袋;所述计算机包括:(i)可机读数据存储介质,其包含以可机读数据编码的数据存储物质,其中所述数据包含FAK的FAT结构域的结构坐标或FAK蛋白质-蛋白质结合配偶体的结构坐标;(ii)用于存储指令以处理所述可机读数据的工作存储器;(iii)与所述工作存储器和所述可机读数据存储介质耦联的中央处理器,其用于将所述可机读数据处理成所述三维图示;及(iv)与所述中央处理器耦联的显示器,其用于显示所述三维图示。
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