CN102056605A

CN102056605A - 药物组合物

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Publication number: CN102056605A
Application number: CN2008801296335A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·绍尔; 罗伯特·罗德里格斯; 保罗·宾厄姆; 拉克玛尔·W·波特尤; 苏珊娜·扎卡尔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2011-05-11
Also published as: BRPI0821894A2; EP2268278A1; JP2011516473A; IL208387A0; CA2720396A1; WO2009123597A1; AU2008354009A1; EP2268278A4; MX2010010867A; KR20110025168A

Abstract

例如经由改变的丙酮酸脱氢酶(PDH)复合物的线粒体能量代谢的包括人类的恒温动物的至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的结构、表达和/或活性的调整或干扰的药学可接受的调节剂及其使用方法，包括有效量的至少一种硫辛酸衍生物和至少一种其药学可接受的载体以影响所述复合物的磷酸化状态。所述调节剂通过增加PDH激酶活性和/或降低PDH磷酸酶活性，经由抑制PDH复合物的E1α亚基的活性防止厌氧性糖分解的毒性代谢产物解毒，迫使线粒体氧化磷酸化活性增加。因为所述调节剂抑制PDH复合物的E2亚基作用的另外作用，以过度增殖为特征的细胞比如肿瘤细胞也不能产生乙酰辅酶A和NADH，因而线粒体膜极化丧失，促进了细胞死亡。

Description

药物组合物

发明领域

本发明涉及治疗和诊断组合物，更特别地涉及药物组合物，及其使用方法，其表现为被选择性吸收到特征为过度增殖的细胞(包括癌细胞)中，并且其调节酶的结构、表达和/或活性的调整或干扰，从而便于检测和治疗或破坏这些细胞。更特别地，这些试剂靶向和干扰在诸如与大多数癌症相关的修饰的丙酮酸脱氢酶(PDH)复合物的位点中观察到的改变的线粒体能量代谢的活性或其调整。

发明背景

线粒体是真核生物的能量生成与细胞生存-和-死亡过程的主要控制中心。虽然存在与细胞其他部分交流的各种机制，但是可逆的磷酸化是调节线粒体功能的重要方式(Pagliarini D.J.和Dixon J.E.(2006).Mitochondrial modulation：reversible phosphorylation takes center stage？TRENDS in Biochem.Sci.31：26-34，passim，引入本文作为参考)报道的线粒体激酶、磷酸酶和磷蛋白的数量稳定地增加表明磷酸化很可能作为在调节线粒体过程中的常见主题出现。与线粒体酶的结构、功能和活性调节相关的病理变化或遗传变化有助于治疗疾病，和可能是治疗疾病的重要靶点。

与其作为集中点(point of convergence)和多种细胞功能的调节剂的作用一致，线粒体在细胞凋亡、活性氧簇(ROS)的生成和包括超过90％的细胞ATP生成的许多代谢过程中具有决定性作用。而且，当细胞生长和***时，必须产生新的线粒体，该过程本身需要谨慎地协调核DNA和线粒体DNA的转录和翻译。最后，当细胞的能量需要改变时，线粒体必须通过调整其ATP输出量快速应答。因此，线粒体需要与细胞功能交流的复杂***。如从图1明显可知，往返于线粒体的信号分子包括离子、气体、代谢产物、激素、转录因子和蛋白。因此，作为接收、整合和传递细胞信号的中心的线粒体的识别是药物的设计和试验中的重要进展(advance)。

在线粒体调整中，信号传导的基础是可逆的磷酸化。然而，虽然在1954年报道首次证实了蛋白激酶事件，并且几乎四十年前发现了可以通过可逆的磷酸化调整核心线粒体(core mitochondrial)功能的事实，但是线粒体磷酸化事件的报道很少。确实如此，尽管在八十年代和九十年代就识别了大量信号转导磷酸化级联，其横穿质膜并穿过细胞溶质到达细胞核。这方面知识的缺乏可能部分是由于如下事实：大多数线粒体蛋白质机器存在于两个脂质双层后，其似乎将线粒体蛋白质置于超出了细胞溶质的信号级联达到的区域。在任何情况下，未广泛接受的是线粒体以对于疾病控制关键的方式通过可逆的磷酸化调节信号。然而，如表1所示，截止2006年，全部线粒体区室(即基质、内膜、膜间隙和外膜，包括胞质-面对的外表面)中超过60个蛋白质已经被鉴定为参与广谱线粒体功能的磷蛋白。固定数据(Mounting data)进一步证实了线粒体靶点的可逆的磷酸化的重要性和靶向线粒体靶点的组合物改善癌症治疗的用途。

表1.线粒体磷蛋白

缩写：AA，氨基酸(S，丝氨酸；T，苏氨酸；Y，酪氨酸)；ANT，腺嘌呤核苷酸转运蛋白；Axmito，线粒体膜联蛋白；β-OX，β-氧化；BCKAD，支链酮酸脱氢酶；CI-CV.呼吸链复合物1-5；CPT.肉碱棕榈酰转移酶；CREB.cAMP-反应元件(Cre)-结合蛋白；CYP，细胞色素P450；DBP.十二聚合物结合蛋白；EF.延伸因子；GST.谷胱甘肽S-转移酶；HSP.热激蛋白；IM.，内膜；IMS.膜间隙；M.基质；MnSOD，二氧化锰歧化酶；mTERF，线粒体转录终止因子；mtGAT.线粒体甘油-3-磷酸酶乙酰转移酶；mthsp.线粒体HSP；mtTBP.线粒体调聚物β-结合蛋白；NDK.二磷酸核苷激酶；OM.外膜；OXPHOS.氧化磷酸化；P位点；磷酸化位点；POC E1/3，丙酮酸脱氢酶复合物E1/3亚基；PDK，丙酮酸脱氢酶激酶；PLA，磷脂酶A；ScIR P.e-免疫活性肽亚基，SSAT.亚精胺/精胺乙酰转移酶；StAR，类固醇生激素灵敏调节蛋白；TCA.，三羧酸循环；TRAP-1，肿瘤坏死因子1型受体相关蛋白；VQAC.，电压依赖性阴离子通道。

^b磷酸化只在体外对重组蛋白质观察到。

^c蛋白质易位至线粒体(即，蛋白质不是固有的线粒体蛋白质)。

人类基因组中最大的激酶和磷酸酶家族，蛋白质激酶(PK)和蛋白质酪氨酸磷酸酶(PTP)，分别具有超过500和超过100个成员。与较小家族的激酶和磷酸酶一起，这些信号分子几乎包括人类基因组中编码的所有蛋白质的百分之三。在令人惊奇的数量的研究中发现，与前述的磷蛋白类似，激酶和磷酸酶参与线粒体功能，迄今已经报道了至少25个激酶和8个磷酸酶定位于线粒体，如图2所示。这些激酶和磷酸酶显然并不限于一个组或家族；相反，它们代表几乎每个已知的哺乳动物激酶和磷酸酶亚组，反映出可能影响线粒体的信号传导通路的范围。这些信号分子包括底物特异性方面(例如，酪氨酸激酶，经典PTP亚组，丝氨酸/苏氨酸激酶，和双特异性PTP)；催化机制方面(例如，基于半胱氨酸的PTP、基于天冬氨酸的PTP和金属-依赖性磷酸酶)；和进化保守方面(例如，细菌相关的丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)和磷酸酶(PDP)、支链酮酸脱氢酶激酶(BCKDK)和磷酸酶(BCKDP)和许多哺乳动物特异性酶)不同的激酶和磷酸酶。

大多数这些信号分子在细胞中具有其他非线粒体作用，主要地发现存在于线粒体外部。对于大多数蛋白质而言，它们易位到线粒体的动力或机制知之甚少。然而，清楚地是激酶和磷酸酶如之前列出的磷蛋白存在于线粒体的所有区室中，如图3清楚地可见，而且它们的活性影响多种线粒体功能。

然而，一些信号分子似乎主要定位于线粒体。除了PDK和PDP之外，该组包括PTEN-诱导的激酶PINK1、靶向线粒体PTPMT1的双特异性PTP和基于天冬氨酸的磷酸酶/腺苷三磷酸酶Tim50。尽管许多这些蛋白质的基质目前是未知的，但是根据生物学和遗传学数据清楚，它们在线粒体中具有决定性的作用。例如，尽管其亚线粒体的定位仍然没有确定，但是PINK1经由N-末端信号序列靶向于线粒体。该激酶，其与Ca⁺²/钙调蛋白-调节的激酶家族享有高序列同源性，似乎参与促存活(pro-survival)活性。类似地，PTPMT1最近被鉴定为第一个PTP，其主要定位在线粒体内部，类似于PINK1，经由N-末端信号肽靶向于线粒体，并且发现其与线粒体内膜的基质表面紧密相关。PTPMT1高度表达在胰腺β细胞中，其线粒体对于胰岛素的分泌具有重要的偶合葡萄糖代谢的作用。最后，Tim50，一种TIM(内膜的移位酶)复合物，与基于天冬氨酸的磷酸酶/腺苷三磷酸酶的CTD家族具有序列同源性。Tim50，与该家族的其它成员一样，可能起腺苷三磷酸酶的作用，但是其还显示出具有在体外抗磷酸酪氨酸类似物对-α-硝基苯基磷酸酯的磷酸酶活性。基于上述，可以看出其不仅是从细胞中的其它地方补充到线粒体中的激酶和磷酸酶，而且线粒体本身似乎具有部分固有信号分子。

尽管磷酸化对大多数已知线粒体磷蛋白的作用还不清楚，有时负责的激酶和磷酸酶仍然未被鉴别，但是已经部分地表征了一些磷酸化事件。这些实例，如之前讨论的磷蛋白和信号分子，不限于线粒体的一个区域。

线粒体外膜上的磷酸化在调节细胞凋亡中具有决定性的作用。一个特别明确的事件是BAD的磷酸化，BAD是BCL-2家族的促凋亡成员。已经表明，在用促存活细胞因子白细胞介素-3治疗之后，PKA易位至外膜。一旦将A-激酶锚定蛋白(AKAP)锚定到外膜上，PKA在Ser 112上磷酸化BAD，引起来自线粒体的BAD的失活和离解，这是一种描述在图3A中的过程。p70S6激酶在Ser 136上对BAD的磷酸化和未鉴定的激酶在Ser 155上对BAD的磷酸化也参与BAD的失活。

在健康的细胞线粒体中起调节机制作用的可逆磷酸化的最熟知的实例是基质中PDH复合物的那些，一个其简单化草图图解在图3B中。该复合物催化糖酵解衍生的丙酮酸转化成乙酰辅酶A(CoA)，乙酰辅酶A是三羧酸(TCA)循环的主要前体。由于这两个主要产生能量的途径之间的连接，为了维持细胞葡萄糖内环境稳定，必须适当地调节PDH复合物。

因为PDH复合物被鉴定为第一种线粒体磷蛋白，已经详细地研究了该复合物及其可逆磷酸化的调节。PDK和PDP分别进行PDH复合物的磷酸化和脱磷酸化。至少四个PDK同工型和两个PDP同工型是已知的，所有的都与PDH复合物的E2亚基有关。磷酸化事件发生在E1亚基的三个分离的丝氨酸残基上，每个都引起该复合物的显著失活。特别地，现在存在至少PDK本身被磷酸化的报道。PKC进行的磷酸化已经显示出失活PDK，潜在地证实可逆磷酸化调节另外水平的PDH复合物。因此，所述PDH复合物是一种使用磷酸化将调节水平加入到其它保守过程的线粒体的主要实例。

如之前列出的线粒体酪氨酸激酶和磷酸酶所显示的，该细胞器内的磷酸化不限于丝氨酸和苏氨酸残基。影响线粒体能量的酪氨酸磷酸化的一个实例在内膜中细胞色素c氧化酶(COX)的调节中可看到，描述在图3C中。COX，作为呼吸链中的末端转移酶，将氧气还原成水，同步泵出质子穿过内膜。与PDH复合物类似，COX受ATP和ADP以及甲状腺激素T2和可能的Ca⁺²离子的变构调节。除了这些调节形式之外，已经表明在体外和体内HepG2细胞中，COX以cAMP依赖性方式被磷酸化。COX包括十三个亚基，且结晶呈二聚物。已经鉴定其磷酸化位点为亚基1的Tyr 304，其位于内膜上的二聚物界面。所述磷酸化事件可能通过破坏二聚物形成显著地抑制COX活性。

在COX的酪氨酸磷酸化的第二个实例中，类似于Lyn酪氨酸激酶，一部分非受体酪氨酸激酶c-Src位于线粒体内部，导致破骨细胞中未鉴定的亚基II位点上的COX酪氨酸磷酸化。所述磷酸化事件的结果与对于亚基I所看到的相反，引起COX活性增强。

线粒体信号传导的一个重要方面是激酶和磷酸酶如何自身调节。主要位于细胞中其它地方但靶向线粒体的许多激酶比如AbI、Akt、GSK3I3和PKCδ似乎仅仅在其激活态才会如此。因此，线粒体内某些激酶活性的程度可能仅仅由引入到细胞器中的酶的数量决定。

然而，对于固有信号分子，不同的调节方式必须是适当的。尽管这些方法仍然没有确定，但是很可能第二信使起关键作用。已知PDK和PDP同工型的活性受离子和小分子比如Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺和ADP的控制。线粒体一氧化氮合酶的表征和线粒体中的可溶性腺苷酸环化酶的最近发现提供了第二信使有助于调节线粒体信号分子的进一步机会。最后，ROS，已经被确定为一种调节细胞中其它地方的信号分子的方式，几乎必然地参与调节线粒体中的激酶和磷酸酶，大多数活性氧簇在线粒体中产生。激酶和磷酸酶的同工型的相对表达水平可能在病理中起重要作用，并且与疾病相关的其它信号转导事件相关。基因和表达水平的改变也与这样的变化相关。

即使在一些深入的蛋白质组学调查之后，据估计仅仅已知三分之二的哺乳动物线粒体蛋白质组。剩余三分之一的大部分可能由低丰度的蛋白质组成，所述低丰度的蛋白质比如信号蛋白质，其在这些质谱分析的检测水平之下。从这些研究中还可清楚地看出来自不同组织的线粒体之间蛋白含量的高变化性。例如，已经发现蛋白质组学研究中仅仅-50％的蛋白质在四个组织检查(即，脑、心脏、肝和骨骼肌)中都是保守的。很可能不同的线粒体信号传导通路不仅以同样的方式在组织与组织之间不同，但是可能都非常好地有助于该观察到的线粒体多样性。

然而，存在非常充足的证据得出结论：可逆的磷酸化参与线粒体过程的调节。具有超过60个报道的磷蛋白、30个激酶和磷酸酶和多种辅助信号蛋白质，线粒体当然是可逆磷酸化信号传导的评价低的位点，实际上这样的调节可用于治疗过度增殖疾病比如癌症。

相对于未转化的细胞，绝大多数快速生长的肿瘤细胞显示出显著的遗传、生化和组织学差异。与起源组织相比，这些中的许多与能量代谢改变有关。最著名的、熟知的肿瘤细胞中的能量代谢变化为甚至在高O₂浓度的情况下，糖酵解能力增加，这是一种称为Warburg效应的现象。

Warburg最初提出肿瘤细胞中糖酵解提高的驱动力是由不可逆的线粒体功能损伤引起的能量缺乏，其中，与厌氧肌肉类似，葡萄糖经由糖酵解转化成更迟分泌的乳酸。已经提出，肿瘤细胞中糖酵解流量的这种增加是一种在具有低O₂浓度的环境中保证存活和生长的代谢性策略，所述低O₂浓度比如在氧合差的实体瘤中观察到的局部缺氧。特别地，因为许多人类含氧量低的肿瘤中O₂的浓度比20μM低，所以其中氧化磷酸化被限制。因此，糖酵解似乎是实体瘤(例如，生长迟缓的黑素瘤和乳腺癌)的主要能量途径。

对于快速生长肿瘤细胞，已经确定了细胞增殖的速率和ATP供应的速率之间的比例关系。一些学者提出糖酵解活性与肿瘤的恶性程度有关，因此在高度分化和快速生长的肿瘤中的糖酵解速率比在缓慢生长的肿瘤或正常细胞中的更大。实际上，已经提出高水平的乳酸盐作为恶性肿瘤的预测因素。这些事件可能与另外的信号转导事件和遗传变化相关联，实例包括含氧量低的诱导因素和血管生成因子的生成和释放。

如图4中所描述的，多年来，三羧酸(TCA)循环被认为仅仅是生物学重要的，仅仅是因为其在产生作为生物体能源的ATP中的作用。然而，最新研究显示出TCA循环活性也影响信号转导途径功能，包括细胞生长和细胞凋亡的决策，并且相关的糖酵解和三羧酸循环酶能被上调或下调。肿瘤发展和在快速生长肿瘤细胞中极大增加的糖解酶己糖激酶和磷酸果糖激酶(PFK)1的活性之间存在直接相关。因此，假定其氧化容量显示出不足的肿瘤细胞比具有活性氧化磷酸化的那些更有害。不论是在含氧量低的条件还是在需氧条件下，癌症组织对糖酵解的依赖都与恶性的增加有关。

已经很好地研究了硫辛酸在健康细胞的PDH复合物中的作用。PDH复合物具有三个中心亚基E1、E2和E3(分别为丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰基乙酰转移酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶)。这些复合物都具有中心E2核心，其它亚基围绕该核心形成复合物。在两个亚基之间的间隙中，所述硫辛酰区运送活性位点之间的中间体。所述硫辛酰区本身被柔性接头连接到E2核心。当丙酮酸和焦磷酸硫胺反应形成硫代半缩醛时，该阴离子攻击连接到赖氨酸残基的氧化硫辛酸物类的S1。因此，所述硫辛酸S2被替换为硫化物或巯基部分，随后的四面体硫代半缩醛的破裂放出噻唑，释放TPP辅助因子和在该硫辛酸S1上产生硫代乙酸酯。在这一点上，所述硫辛酸-硫酯功能基易位到E2活性位点，其中酰基转移反应将来自硫辛酸的“摆臂”的乙酰基转移到辅酶A的硫醇。这会产生乙酰辅酶A，其释放自所述酶复合物，接着进入三羧酸循环。所述二氢硫辛酸仍然结合所述复合物的赖氨酸残基，然后迁移到E3活性位点，其中二氢硫辛酸进行黄素介导的氧化，变回成其硫辛酸静止状态，产生FADH2(和最终的NADH)，并且使所述硫辛酸变回成有效的酰基受体。如果该硫辛酸物类被中止，则将没有电子流入FADH₂或产生乙酰辅酶A，结果是细胞内丙酮酸的毒素聚集。在癌细胞中，乙偶姻的产生被表明是细胞解毒和存活的需要。

如前所述，线粒体中PDH复合物的活性受到多种变构效应物和共价修饰的高度调节。PDH活性受到其磷酸化状态的调节，其在脱磷酸状态下的活性最大。PDH磷酸化受PDK的催化。PDK活性受到ATP、NADH和乙酰辅酶A水平的增加而提高。PDK的负效应物是ADP、NAD⁺、CoA-SH和丙酮酸，当ATP水平降低时其水平增加。当调节PDP时，经由脱磷酸激活PDH的酶不完全被理解，众所周知Mg⁺²和Ca⁺²激活PDP。

所述复合物的两个产物NADH和乙酰辅酶A都是PDH-a的负变构效应物，PDH-a是PDH的脱磷酸活性形式。这些效应物降低了酶对丙酮酸的亲和力，因此，限制了经由PDH复合物的碳流动。另外，NADH和乙酰辅酶A是PDK的强的正效应物，PDK是通过将PDH转化成其磷酸化的PDH-b形式而失活PDH的酶。由于当所述细胞能荷高时NADH和乙酰辅酶A聚集，令人不惊讶的是高ATP水平也上调PDK活性，增强能量富集细胞中PDH活性的下调。然而，因为丙酮酸是PDK的有效负效应物，当丙酮酸水平上升时，PDH-a甚至用高水平的NADH和乙酰辅酶A是有利的。

保持PDH-a的丙酮酸的浓度足够高，使得在富含ATP的细胞中，变构效应下调的高K_m形式的PDH仍然能够将丙酮酸转化成乙酰辅酶A。在具有高ATP和NADH水平的细胞中的大量丙酮酸下，丙酮酸的碳将被导向两个主要的碳贮存形式(经由糖异生的糖原，和经由脂肪酸合成的脂肪生成)，其中乙酰辅酶A是主要的碳供体。尽管PDP-b的调节不能透彻地被理解，其很可能被调节以在降低的ATP浓度下最大化丙酮酸氧化和在高ATP浓度下最小化PDH活性。

肿瘤细胞不能无限地聚集丙酮酸和缔合的醛和自由基，比如乙醛、超氧化物、过氧化氢和羟基自由基，因为这些分子在高水平下是有细胞毒性，其机制如剧烈地降低细胞pH。因此，对于AS-30D和Ehrlich肝癌，已经描述了显著部分的线粒体丙酮酸被PDH复合物的E1组分经由结合β-羟乙基硫胺素焦磷酸盐脱羧成为活性乙醛。该活性乙醛转而与第二个乙醛缩合，最终通过使用氨基酸谷氨酰胺或硫辛酸脱酸或还原最初的丙酮酸，产生乙偶姻(3-羟基-丁酮)，一种竞争性抑制PDH和对于细胞比其丙酮酸前体的毒性更小的化合物(例如，保持细胞内的pH内环境稳定)。尽管乙偶姻在肿瘤细胞解毒途径中的重要性是由于肿瘤细胞依赖于糖酵解作为ATP生成来源引起的丙酮酸聚集的结果，然而，现有技术几乎没有文献提及阻断乙偶姻的生成对肿瘤细胞生存的影响。

最新研究提出促使癌细胞进入更多有氧代谢抑制肿瘤生长。因此，向Warburg代谢的转变需要阻断PDH复合物。在这种转变中，癌细胞中的缺氧-诱导因子(HIF)的信号传导增加，不令人惊奇地赋予HIF在葡萄糖代谢中的显著作用，如图5所示。直接地或间接地引起HIF信号传导的突变实际上似乎是癌症发展中的常见机制。HIF引起PDK1过表达，然后，其起降低PDH复合物活性的作用。PDK1的磷酸化可能对于保持非活性的PDH复合物特别有效，因为该同工型独特地磷酸化E1的α亚基中的三个丝氨酸残基，E1的α亚基是PDH复合物中的第一个亚基。E1的再活化需要除去所有三个磷酸基。而且，PDH复合物的活化可导致ROS生成增加，其可以转而导致细胞凋亡。然而，在癌症中观察到的PDK1的改变可能不仅是由于其浓度的变化，还由于其活性和可能的其氨基酸序列的变化，上述变化甚至是一种肿瘤类型之间或一个患者与另一个患者之间的变化。另外，PDK1可以与多种与肿瘤相关的分子形成不同的复合物，取决于肿瘤类型。因此，抑制PDK可能是肿瘤中产生细胞凋亡的潜在靶点。然而，迄今为止，已知的PDK1抑制剂已经证实会引起该同工酶的抑制最多仅60％。

虽然传统的化疗靶向***增殖细胞，但是所有临床可接受化疗治疗使用大的药物剂量，其还引起正常增殖的宿主细胞的严重破坏。因此，对于癌症的治疗而言，需要更选择性的靶向。另一个与化疗有关的难题是在许多类型的肿瘤中存在对抗肿瘤药的固有或获得性抗性。总之，目前的常规化疗提供对大多数恶性肿瘤的很少的长期益处，并且通常伴随减少生命长度和降低生活质量的不利副作用。因此，需要可以提供肿瘤的长期控制同时允许良好的生活质量的全新方法。

当然，药物功效、递送和副作用是在开发新的化疗药中需要解决的难题。在实体瘤中，当药物不易渗透到不同的细胞层时，向含氧量低的区域的递送可能很困难。为了消除这些不确定性，设计具有至少亚微摩尔范围内的代谢抑制常数的抗癌剂似乎是合理的。可能主张癌细胞系间是遗传的和表型上不同的。然而，所有的肿瘤细胞系都依赖于ATP供应的糖酵解和氧化磷酸化。集中于Warburg效应允许设计基于肿瘤和正常细胞之间的物理-和生化能量差异的药物，以促进递送和治疗策略的设计，其选择性地影响仅肿瘤代谢和生长，而不会影响健康宿主组织和器官功能。

Bingham等人的US专利6,331,559和6,951,887以及Bingham等人的美国临时申请No.60/912,598(全都引入本文作为参考)公开了新一类硫辛酸衍生物治疗剂，其选择性地靶向和杀死肿瘤细胞和一些其它类型的病态细胞。这些专利进一步公开了包括有效量的这样的硫辛酸衍生物与药学可接受的载体的药物组合物和其使用方法。然而，虽然这些专利描述了这些硫辛酸衍生物的结构的一般用途，在任一篇专利中都没有指示这些衍生物用于调节PDH复合物的结构和/或表达水平、和/或调节PDH复合物活性。

由于已经证实了PDH复合物的结构和/或活性是肿瘤活性的决定性决定子，则有益的是提供该PDH复合物的结构和/或活性或者甚至表达水平的药学可接受的调节剂，及其使用方法。

本发明的目的和工业应用

因此，本发明的一个目的是提供一种用于治疗或诊断以细胞过度增殖为特征的疾病、病症或综合征比如癌症的药物组合物，其在肿瘤细胞中显示出选择性活性。

本发明的一个进一步的目的是提供一种用于治疗或诊断这样的前述疾病、病症或综合征的药物组合物，当施用时其引起的副作用最小。

本发明的一个更进一步的目的是提供一种用于治疗或诊断这样的前述疾病、病症或综合征的药物组合物，其容易以最少可能的成本制备，且能够贮藏最长可能的时期。

本发明的一个更进一步的目的是提供一种用于治疗或诊断这样的前述疾病、病症或综合征的药物组合物，其特别地经由肿瘤细胞线粒体中PDH复合物的结构、活性和/或表达水平调节线粒体的能量代谢。

发明概述

为了达到前述目的，本发明广泛地提供一种用于治疗、诊断或预防包括人类的恒温动物中以至少一种酶和/或酶复合物、或其亚基比如PDH复合物的结构、表达和/或活性的调整或干扰的改变为特征的疾病、病症或综合征或其症状的药物组合物，所述疾病、病症或综合征包括以细胞过度增殖为特征的那些，比如癌症，其中所述药物组合物包括有效量的至少一种硫辛酸衍生物和至少一种药学可接受的载体，所述硫辛酸衍生物包括在美国专利6,331,559和6,951,887和美国临时申请No.60/912,598中描述的那些，将所有这些申请都引入本文作为参考。

通过抑制线粒体的能量代谢，本发明的硫辛酸衍生物引起病态细胞中的线粒体膜电位丧失和其它线粒体的后果，导致不可逆地引发细胞死亡。本发明的硫辛酸衍生物也可通过活化PDK和/或抑制PDP或经由抑制PDH复合物的E1亚基活性来抑制丙酮酸转化成更低毒性分子乙偶姻而抑制线粒体的能量代谢。乙偶姻合成的抑制将使其它过程不正常，包括氧化还原平衡，并且也可引起毒性副产物包括乙醛、超氧化物、过氧化氢和羟基自由基的生成，结果，这些副产物自身引起对病态细胞线粒体的不可逆的破坏。

本发明的药物组合物可以调节PDK1、PDK2、PDK3、PDK4及其各自的突变体或同工型的作用。所述药物化合物也可调节PDP1、PDP2及其各自的同工型的作用。

本发明的药物组合物也可调节在PDH复合物中发现的磷酸化酶、激酶和脱氢酶的酶组分的表达水平。该调节可以在转录、翻译或翻译后阶段中发生，所述阶段包括适当基因的外遗传沉默。

作为从根本上与三羧酸循环相关的分子和通过扩展糖酵解衍生的化合物，本发明的药物组合物表现出选择性吸收到肿瘤细胞中。而且，这样的选择性肿瘤细胞吸收最小化了施用该药物组合物对健康的非转化细胞和组织的副作用。

在本发明的一个实施方案中，所述硫辛酸衍生物具有通式(I)或其盐：

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、烷基C_nH_2n+1、烯C_nH_2n、烯基C_nH_2n-1、炔C_nH_2n-2、炔基C_nH_2n-3、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、烷基化二硫CH₃CH_t-S-S-、硫代氨基甲酸酯(thiocarbamic ester)(CH₂)_nC＝NH-和硫代半缩醛CH₃CH(OH)-S-，其中n为1-10和t为0-9；芳香族基团；定义为R₃C(O)-的酰基；杂芳基；定义为R₄C(＝NH)-的亚胺酰(imidoyl)；有机金属芳基；烷基有机金属芳基；和半缩醛R₅CH(OH)-S-；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₃选自由以下组成的组：氢、烯基、炔基、烷基芳基、杂芳基、烷基杂芳基和有机金属芳基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₄选自由以下组成的组：氢、烯基、炔基、芳基、烷基芳基、杂芳基和烷基杂芳基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₅为CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16。

在本发明的第二个实施方案中，所述硫辛酸衍生物定义为第二个通式(II)或其盐：

其中M为共价键、-[C(R₁)(R₂)]_z-或金属螯合物或其它金属配合物，其中所述金属不为钯；

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、酰基R₃C(O)-、烷基C_nH_2n+1、定义为C_mH_2m-1的烯基、定义为C_mH_2m-3的炔基、芳基、杂芳基、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、定义为R₃C(＝NH)-的亚胺酰，和定义为R₄CH(OH)-S-的半缩醛；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₃和R₄独立地选自由以下组成的组：氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、烷基芳基、杂芳基和杂环基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₅选自由以下组成的组：-CCl₃、-CF₃或-COOH；

和其中x为0-16，z为0-5，n为0-10，和m为2-10。

在本发明的第三个实施方案中，所述硫辛酸衍生物具有第三个通式(III)或其盐：

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、烷基C_nH_2n+1、烯C_nH_2n、烯基C_nH_2n-1、炔C_nH_2n-2、炔基C_nH_2n-3、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、烷基化二硫CH₃CH_t-S-S-、硫代氨基甲酸酯(CH₂)_nC＝NH-和硫代半缩醛CH₃CH(OH)-S-，其中n为1-10和t为0-9，芳香族基团、定义为R₄C(O)-的酰基、杂芳基、定义为R₅C(＝NH)-的亚胺酰、有机金属芳基、烷基有机金属芳基、半缩醛R₆CH(OH)-S-、氨基酸、糖类、核酸、脂质及其多聚体和组合；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₃选自由以下组成的组：氨基酸、糖类、核酸、脂质及其多聚体；

其中R₄选自由以下组成的组：氢、烯基、炔基、烷基芳基、杂芳基、烷基杂芳基和有机金属芳基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₅选自由以下组成的组：氢、烯基、炔基、芳基、烷基芳基、杂芳基和烷基杂芳基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₆为CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16。

在本发明的第四个实施方案中，所述硫辛酸衍生物定义为第四个通式(IV)或其盐：

其中M为共价键、-[C(R₁)(R₂)]_z-，或金属螯合物或其它金属配合物，其中所述金属不为钯；

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、酰基R₄C(O)-、烷基C_nH_2n+1、定义为C_mH_2m-1的烯基、定义为C_mH_2m-3的炔基、芳基、杂芳基、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、定义为R₄C(＝NH)-的亚胺酰、定义为R₆CH(OH)-S-的半缩醛、氨基酸、糖类、核酸、脂质及其多聚体和组合；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₄和R₅独立地选自由以下组成的组：氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、烷基芳基、杂芳基和杂环基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₅选自由以下组成的组：CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16，z为0-5，n为0-10，和m为2-10。

而且，由于任一个或所有这些通用结构都可以在细胞或线粒体内代谢，明确地预期上述提及的结构的代谢产物都在本发明的范围之内。

在每个通式中，每个特定硫辛酸衍生物的(R)-异构体都具有比(S)-异构体更大的生理活性。因此，所述硫辛酸衍生物应当仅仅以其(R)-异构体形式或以(R)-和(S)-异构体的混合物形式存在。

在本发明的一个进一步的方面，提供一种诊断、治疗或预防在包括人类的恒温动物中的疾病、病症、综合征或其症状的方法，所述疾病、病症、综合征或其症状包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基比如PDH复合物的结构、表达和/或功能的调整或干扰的改变，包括以细胞过度增殖为特征的那些，比如癌症，其中所述方法包括向这样的动物施用有效量的本文公开的药物组合物。

在本发明的一个更进一步的方面，提供一种诊断和预测呈现疾病、病症或综合征的症状的患者中受益的方法，所述疾病、病症或综合征包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基比如PDH复合物的结构、表达和/或活性的调整或干扰的改变，包括以细胞过度增殖为特征的那些，比如癌症，所述方法包括从患者获得细胞样品，在体外向所述细胞施用有效量的本发明的药物组合物，和由此获得结果。

附图简述

下述附图阐述了本发明的实施方案，并不意味着限制如整个说明书和权利要求所包括的本申请的范围。

图1描述了靶向进入线粒体和从其中出来的一般信号转导分子及其作用。

图2显示线粒体激酶和磷酸酶及其在线粒体之内定位的目录。

图3A图解了线粒体外膜中PKA对BAD的磷酸化，及其上可逆的磷酸化作用。

图3B呈现了在PDH复合物的作用下线粒体基质中丙酮酸转化成乙酰辅酶A，及其上可逆的磷酸化作用。

图3C显示COX在将氧还原成水和泵取质子跨线粒体内膜中的作用，及其上可逆的磷酸化作用。

图4图解丙酮酸的糖酵解生成中的底物和产物的结构，也显示了ATP和NADH的生成及相关的酶。

图5显示HIF-1对葡萄糖代谢的调节。

图6A图解体内的正常组织和癌症组织之间能量代谢的差异。

图6B描述PDH复合物中硫辛酸生物形式和形成本发明药物组合物部分的硫辛酸衍生物之间的差异。

图6C显示硫辛酰残基对PDK的效应对PDH复合物的调节。

图7显示本发明药物组合物对异种移植肿瘤生长的效应。

图8显示本发明药物组合物对三种肿瘤细胞和一种未转化细胞的治疗效果。

图9A显示用致死阈或以上量的本发明药物组合物治疗后肺癌细胞中的ATP水平。

图9B比较在包含丙酮酸的介质对比包含葡萄糖的介质中，本发明的药物组合物对ATP合成的抑制。

图9C比较在乳腺癌细胞与正常乳腺细胞中，本发明的药物组合物对ATP合成的抑制。

图9D比较了肺癌细胞中本发明药物组合物、硫辛酸以及本发明的无活性形式对ATP合成的抑制。

图10图解本发明的药物组合物对PDH复合物和α-酮戊二酸脱氢酶(αKDH)酶活性的肿瘤细胞线粒体水平的影响。

图11A显示来自用本发明的药物组合物治疗的或模拟治疗的肺癌细胞的提取物二维凝胶Western分析。

图11B显示用本发明的药物组合物治疗的和模拟治疗的成对二维凝胶样品的放大。

图12A描绘了PDK受共价结合于PDH复合物E2亚基的内源性硫辛酸调节时的调节作用。

图12B描述本发明的药物组合物对肿瘤细胞PDH复合物的差别失活的可能机制。

图13呈现本发明的药物组合物对H460肺癌细胞中的线粒体膜电位的影响。

图14显示其中本发明的药物组合物导致多种肿瘤细胞类型的细胞死亡途径的Western印迹分析结果。

发明详述

本发明通常涉及用于治疗、诊断或预防恒温动物中的疾病、病症或综合征或其症状的药物组合物，所述疾病、病症或综合征或其症状包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基比如PDH复合物的结构、表达和/或活性的调整或干扰的改变，包括以细胞过度增殖为特征的那些，比如癌症或其症状。这样的动物包括哺乳动物种类中的那些，比如人类、马、牛、包括狗和猫的家畜等，患有包括癌症的以细胞过度增殖为特征的疾病及其它病理学病症和综合征。本发明的药物组合物包括有效量的至少一种硫辛酸衍生物，包括在美国专利6,331,559和6,951,887和美国临时申请No.60/912,598中描述的那些(也称为thioctan)和药学可接受的载体或赋形剂。作为不仅为通常在线粒体之内发现的衍生物，而且有助于增加肿瘤细胞的糖酵解活性的分子，如在Warburg效应中所示，本发明的硫辛酸衍生物特别地适于选择性递送至且有效集中于以过度增殖为特征的细胞和组织的线粒体之内，所述细胞和组织比如肿瘤细胞和组织，从而避免正常细胞和组织受到所述组合物的影响。

本发明的药物组合物可以调节PDK1、PDK2、PDK3、PDK4及其各自同工型经由可逆磷酸化的作用。所述药物组合物也可调节PDP1、PDP2和其各自的同工型和/或突变体也由可逆磷酸化的作用。这样的调节可通过促进或抑制激酶或磷酸酶活性而发生。

通过抑制线粒体的能量代谢，本发明的硫辛酸衍生物同时引起病态细胞中的线粒体膜电位丧失和其它线粒体的后果，导致不可逆地引发细胞死亡。本发明的硫辛酸衍生物也可通过活化PDK和/或抑制PDP或经由抑制PDH复合物的E1亚基活性来抑制丙酮酸转化成更低毒性分子乙偶姻而抑制线粒体的能量代谢。乙偶姻合成的抑制将使其它过程不正常，包括氧化还原平衡，并且也可引起毒性副产物包括乙醛、超氧化物、过氧化氢和羟基自由基的生成，结果，这些副产物自身引起对病态细胞线粒体的不可逆的破坏。

在本发明的第一个实施方案中，所述硫辛酸衍生物定义为第一个通式(I)或其盐：

其中x为0-16。R₁和R₂可以独立地为：

(1)通过硫酯键连接的酰基R₃C(O)-，其中R₃是烷基、芳基或有机金属芳基，包括但不限于乙酰基和丁酰基(butaryl)，具体实例是二乙酰硫辛酸；

(2)通过硫酯键连接的芳香族基团，包括但不限于苯甲酰基或苯甲酰衍生物，具体实例是二苯甲酰硫辛酸；

(3)通过硫酯键连接的烷基C_nH_2n+1，在此n是1-10，这种烷基用其他部分(如，举例来说，-OH、-Cl或-NH₂)取代，包括但不限于甲基、乙基、丁基、癸基、和6，8-二氨甲酰甲基硫辛酸；

(4)通过硫酯键连接的烯基C_nH_2n-1，在此n是2-10，包括但不限于丙烯、2，3二甲基-2-丁烯和庚烯；

(5)通过硫酯键连接的炔基C_nH_2n-2，在此n是2-10，包括但不限于乙炔、丙炔和辛炔；

(6)烷基、烯基和炔基，其可以是开链或者脂环，脂环基团含有任一碳的添加或取代以构成杂环，包括但不限于环丙烷、环戊烯、和6，8甲基-琥珀酰亚氨基硫辛酸；

(7)烷基、烯基和炔基，其可在它们的任一碳上具有添加，包括但不限于羟基和胺；

(8)通过硫酯键连接的芳香族基团或芳基，其可是苯或苯的衍生物，包括但不限于甲苯和苯胺；

(9)通过二硫键连接的烷基硫基团CH₃(CH₂)_n-S-，其中n可以是但不限于0-9；

(10)通过硫酯键连接的亚胺酰CHR₄C(＝NH)-，其中n可以是但不限于1-10；以及

(11)半缩醛基R₅CH(OH)-S-，其中R₅限于有强吸电子取代基的化合物，包括但不限于三氯乙醛和丙酮酸。

以上定义的R₁和R₂可是未取代或取代的，也可含有能被氧化生成亚砜或砜的硫酯，分别如C-S(O)-R和C-S(O)₂-R。

R₁和R₂可进一步含有能被氧化为硫代亚磺酸或硫代磺酸的二硫化物，分别如：C-S(O)-S-R和C-S(O)₂-S-R。

R₃选自由氢、烯基、炔基、烷基芳基、杂芳基、烷基杂芳基、和有机金属芳基组成的组，其任一个可是取代或未取代的。类似地，R₄选自由由氢、烯基、炔基、芳基、烷基芳基、杂芳基、和烷基杂芳基组成的组，其任一个可是取代或未取代的。

R₅是-CCl₃、-CF₃或-COOH。

在本发明的第二种实施方案中，所述硫辛酸衍生物由第二种通式(II)或其盐定义：

其中，M是共价键、-[C(R₁)(R2)]_z-、或金属鳌合物或其他金属配合物，其中所述金属不是钯；

其中，R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、酰基R₃C(O)-、烷基C_nH_2n+1、以C_nH_2n-1定义的烯基、以C_nH_2n-3定义的炔基、芳基、杂芳基、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、以R₃C(＝NH)-定义的亚胺酰、和以R₄CH(OH)-S-定义的半缩醛；

其中，以上定义的R₁和R₂可是未取代或取代的；

其中，R₃和R₄独立地选自由氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、烷基芳基、杂芳基和杂环基组成的组，其任一个可是取代或未取代的；

其中，R₅选自由-CCl₃、-CF₃或-COOH组成的组；

并且其中x是0-16、z是0-5，且n是0-10。

在本发明的第三种实施方案中，所述硫辛酸衍生物有第三种通式(III)或其盐：

其中，R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、烷基C_nH_2n+1、烯C_nH_2n、烯基C_nH_2n-1、炔C_nH_2n-2、炔基C_nH_2n-3、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、烷基化二硫CH₃CH_t-S-S-、硫代氨基甲酸酯(CH₂)_nC＝NH-、和硫代半缩醛CH₃CH(OH)-S-、其中n是1-10且t是0-9、芳香族、以R₄C(O)-定义的酰基、杂芳基、以R₅C(＝NH)-定义的亚胺酰、有机金属芳基、烷基-有机金属芳基、半缩醛R₆CH(OH)-S-、氨基酸、碳水化合物、核酸、脂质、以及它们的多聚体和组合；

其中，以上定义的R₁和R₂可是未取代或取代的；

其中，R₃选自由氨基酸、碳水化合物、核酸、脂质、和其多聚体组成的组；

其中，R₄选自由氢、烯基、炔基、烷基芳基、杂芳基、烷基杂芳基、和有机金属芳基组成的组；其任一个可是取代或未取代的；

其中，R₅选自由氢、烯基、炔基、芳基、烷基芳基、杂芳基、和烷基杂芳基组成的组，其任一个可是取代或未取代的；

其中，R₆是CCl₃、CF₃、或COOH；

并且其中，x是0-16。

在本发明的第四种实施方案中，所述硫辛酸衍生物由第四种通式(IV)或其盐定义：

其中，M是共价键、-[C(R₁)(R₂)]_z-、或金属鳌合物、或其他金属配合物，其中所述金属不是钯；

其中，R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、酰基R₄C(O)-、烷基C_nH_2n+1、以C_mH_2m-1定义的烯基、以C_mH_2m-3定义的炔基、芳基、杂芳基、烷基硫CH₃(CH₂)n-S-、以R₄C(＝NH)-定义的亚胺酰、以R₆CH(OH)-S-定义的半缩醛、氨基酸、碳水化合物、核酸、脂质、以及它们的多聚体和组合；

其中，以上定义的R₁和R₂可是未取代或取代的；

其中，R₄和R₅独立地选自由氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、烷基芳基、杂芳基、和杂环基组成的组；其任一个可是取代或未取代的；

其中，R₅选自由CCl₃、CF₃或COOH组成的组；

并且其中，x是0-16，z是0-5，n是0-10且m是2-10。

已观察到：在第一种和第二种通式中，每个特定的硫辛酸衍生物的(R)-异构体比(S)-异构体拥有更强的生理活性。因此，虽然在本发明中考虑使用两种异构体，但在特别优选的实施方案中，尤其考虑优先使用(R)-异构体或在(S)-异构体的混合物中存在(R)-异构体。

本发明药物组合物也可调节在PDH复合物中发现的磷酸酶、激酶和脱氢酶酶组分的表达水平。这种调节可发生在转录、翻译或翻译后阶段，包括适合基因的后生沉默。

本发明组合物可进一步包含药学可接受的载体或赋形剂。药学可接受载体的实例是本领域众所周知的且包括那些常在药物组合物中使用的，如，但不限于抗氧化剂、缓冲剂、鳌合剂、食用香料、着色剂、防腐剂、提高生物利用度的吸收增强剂、抗微生物及和它们的组合。这些添加剂的量取决于所需的特性，这可轻而易举地由本领域技术人员决定。

本发明药物组合物通常可含有盐、缓冲剂、防腐剂和相容性载体，任选地组合其他治疗成分。当在药物中使用时，盐应是药学可接受的，但非药学可接受的盐也可适当地使用以制备其药学可接受的盐，而且未从本发明的范围被排除。这种药理学和药学可接受的盐包括但不限于从下列酸中制备的那些：氢氯酸、氢溴酸、硫酸、硝酸、磷酸、马来酸、醋酸、palicylic、对甲苯磺酸、酒石酸、柠檬酸、甲磺酸、甲酸、丙二酸、琥珀酸、萘-2-磺酸和苯磺酸。而且，药学可接受的盐可制备为碱金属或碱土金属盐，如羧酸基团的钠盐、钾盐或钙盐。

本发明还提供通过向细胞递送有效量的至少一种治疗剂或诊断剂用治疗剂或诊断剂治疗或诊断患者的方法，所述治疗剂或诊断剂用于实施预防、诊断或治疗疾病、病症或综合征或其症状，所述疾病、病症或综合征或其症状包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的结构、表达和/或活性的调整或干扰的改变，包括以细胞过度增殖为特征的那些。调节PDH复合物作为癌症的改进的治疗尤其受到重视，包括通过控制肿瘤细胞增殖、血管形成、转移性生长、凋亡的原发肿瘤的治疗，和手术切除之后或同时的微小转移进展的治疗；以及原发肿瘤的放疗或其他化学治疗。本发明药物组合物对诸如下述的癌症类型有用：原发或转移性黑色素瘤、淋巴瘤、肉瘤、肺癌、肝癌、霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤、白血病、子宫癌、***、膀胱癌、肾癌、结肠癌和腺癌如乳腺癌、***癌、卵巢癌和胰腺癌。

对于治疗和诊断应用，所述药物组合物在结合药学可接受的载体后可直接施用于患者。这种方法可通过施用单独或与有效量的另一种治疗或诊断剂组合的治疗或诊断剂来实施，所述另一种治疗或诊断剂可以是但不限于糖酵解抑制剂、微管相互作用剂(microtubule-interacting agent)、抑细胞生长剂、叶酸抑制剂、烷化剂、拓扑异构酶抑制剂、酪氨激酶抑制剂、足叶草毒素或其衍生物、抗肿瘤抗生素、化疗剂、凋亡诱导剂、抗血管生成剂、氮芥、核酸***剂、及它们的组合。这些治疗剂可进一步包含其他代谢抑制试剂。许多这种治疗剂为本领域已知的。该组合治疗方法提供同时、相继或分开用于治疗需要放大或保证患者对治疗方法应答的病症。

本发明方法可使用任何医学可接受的施用方式实施，并能产生活性化合物的有效水平而不导致临床不可接受的副反应。尽管优选特别适于胃肠外施用的制剂，但本发明组合物也可以气溶胶、喷雾剂、粉末、凝胶、洗剂、乳剂、栓剂、软膏和类似物的形式，被配置用于吸入、口服、局部、经皮、鼻内、眼内、肺部、直肠、粘膜、静脉内、肌肉内、皮下、腹膜内、胸内、胸膜内、子宫内、瘤内、或输注方法或施用。若需要这些制剂，也可包含本领域众所周知的其他添加剂以赋予制剂所需的稠度和其他特性。

本领域技术人员知道，施用治疗或诊断剂的特定方式取决于：选择的特定剂；施用是为了治疗、诊断还是预防疾病、病症、综合征或其症状；治疗或诊断的医学疾病的严重程度；以及治疗效力所需的剂量。举例来说，施用治疗白血病的抗癌剂的优选方式包括静脉内施用，而治疗皮肤癌的优选方法包括局部或皮内施用。

如本文使用，“有效量”指治疗或诊断剂在取得期望的治疗或诊断效果时的剂量或多重剂量。大体上，治疗或诊断剂的有效量可根据下述而改变：使用的特定剂的活性、该剂的代谢稳定性和作用时长；受试者的物种、年龄、体重、一般健康、饮食情况(dietary status)、性别和饮食(diet)；施用的方式和时间；***速率；药物组合(若有)；以及要治疗的特定病症的表现程度和/或严重程度而不同。准确剂量可无过多试验由本领域普通技术人员确定，以每天一次或几次施用来达到期望结果，而且剂量也可由独立医师调整来达到期望治疗效果或在发生任何并发症时调整。重要的是，当用于治疗癌症时，使用的治疗剂的剂量应足以抑制或杀死肿瘤细胞而正常细胞基本上不受伤害。

在本发明药物组合物中包含的治疗或诊断剂可被以任何需要量至可安全施用于患者的最高量制备。诊断剂或治疗剂的量范围可从少于0.01mg/mL至高于1000mg/mL，优选约50mg/mL。

总的来说，本发明药物组合物将以足以将有效调节PDH复合物的结构和/或活性的量的施用至患者的方式被递送。因此，剂量范围可从约0.3mg/m²至2000mg/m²，优选约60mg/m²。剂量可以一剂或以各个分开剂的形式施用，如每天一次至四次或更多次。在某一剂量下受试者的应答不足的情况下，可使用更高剂量(或通过不同的、更集中的递送途径的有效更高剂量)，至患者耐受的程度。为达到治疗或诊断剂合适的***或靶向水平，可考虑每天多剂。

在本发明的另外一个实施方案中，本发明硫辛酸衍生物也可用作体外的诊断和预测剂。如前所述，根据论及的特定肿瘤细胞或细胞类型，不同的硫辛酸衍生物通过调节PDH复合物对抑制不同肿瘤种类可能具有或多或少的有效性。因此，举例来说，在诊断或选择适当的化疗策略困难的情况下，用已知靶向特定肿瘤细胞类型的硫辛酸衍生物对体外肿瘤细胞培养物的测定提供一种鉴定肿瘤类型和有效治疗的可选的方法。

转向附图，图6A图解在体内正常组织和肿瘤细胞中能量代谢的许多可能差异之一。与相应状态的正常细胞相比，肿瘤细胞的ATP产生常更多地依赖于细胞质的糖酵解而非线粒体能量代谢。PDH复合物表达和调节的改变显然是这种肿瘤特异适应的一部分。PDH催化组分水平的降低和/或产生这些效应的抑制性PDK的水平的增加可使肿瘤细胞比正常细胞对攻击PDH复合物的药剂更易感。

图6B描述催化从PDH复合物中丙酮酸合成乙酰辅酶A中涉及的正常反应时的硫辛酸的结构。在体内，硫辛酸通过其非肽酰胺键上的羧基端连接于E2硫辛酰结构域活性位点上赖氨酸的ε氨基。同时注意，PDH E2-结合硫辛酸的氧化/还原/乙酰化状态是被控制PDH活性的激酶和磷酸酶通过控制PDH E1α亚基的磷酸化失活监测的。该图也描绘了可能在本发明中使用的三种代表性的硫辛酸衍生物的结构。CPI-613和CPI-045有高的抗癌效价，而CPI-157对细胞培养物很少或无活性且在几个试验中被用作对照。

图6C显示PDH复合物组分之间的关系，PDH复合物组分包括它结合的硫辛酸的E2、E1、调节的PDK。乙酰-硫辛酸或二氢硫辛酸(图中未示)的高水平激活PDK，其反过来通过失活E1α，即催化PDH复合物催化反应中第一步的亚基，抑制通过PDH复合物的更多流量。如图3A所见，这个过程充当通过PDH复合物的碳/能量流的调节器，并且这个调节过程被明显地改变以支持肿瘤细胞变异的能量代谢。

图7显示本发明药物组合物对异种移植肿瘤生长的效应。如实施例2所述，细胞皮下移植入小鼠背侧部。然后，向小鼠腹膜内注射药物(或仅媒介物；“模拟”)，起始天数如图中所示。左图示本发明按1mg/kg或媒介物对照每周3次注射的胰腺肿瘤模型。这个试验是两次用BxPC-3细胞做的和两次用AsPC-1细胞做的典型代表。右侧三幅图显示按所示浓度每周一次(圈)、每周三次(倒三角)、或者每周五次(媒介物治疗为三角形；药物治疗为正方形)注射的H406肺肿瘤模型。这个试验是四次用H460细胞做的典型代表。

图8显示本发明药物组合物按200-300μM(“治疗的”)或者模拟治疗(“模拟治疗的”)对三种肿瘤细胞类型和一种未转化细胞类型(MDCK)的治疗效应。细胞在含10％血清的适当组织培养基中治疗48小时。三种癌症细胞系中通过凋亡或类凋亡途径大量细胞死亡(也见图11)通过实施例2所描述的方法观察。相反，未转化的MDCK细胞明显不被这个剂量的药物治疗影响。

图9A显示用致死阈(200μM在10％血清中)或以上的本发明药物组合物治疗后H460肺癌细胞的ATP水平。虚线代表按所示浓度的治疗。相应粗细的实线代表持续所示时间的治疗，随后去除药物并在无药物培养基中恢复60分钟。箭头表示ATP恢复的间隔。

图9B比较了在以丙酮酸(以甲基-丙酮酸的形式)作为主要碳源(虚线)的培养基中和以葡萄糖作为主要碳源(实线)的培养基中ATP合成的抑制作用。注意本发明药物组合物在两种培养基中最终以相同的阈浓度产生细胞死亡；然而，含丙酮酸的培养基中总细胞ATP水平早期消耗高并且含葡萄糖的培养基中无早期消耗。而且，在300μM比在200μM药物浓度时细胞死亡的起始更快。

图9C比较了在SK-Br-3乳腺癌细胞和HMEC正常乳腺细胞中本发明药物组合物的ATP合成的抑制作用。不同于描绘于图6A和图6B的试验结果，这些试验在无血清培养基(MEBM)中做。结果，药物的致死阈较低，约50μM。注意22-小时正常细胞样品中ATP水平的少量下降与药物剂量无关并反映正常的试验差异。

图9D比较了本发明药物组合物(左图)、硫辛酸(中图)以及本发明的无活性形式(右图)对H460肺癌细胞中ATP合成的抑制。如图6C中，这些试验在无血清培养基中做，因此药物的致死阈为约50μM。

图10显示本发明药物组合物(以在含10％血清的DMEM中400μM)对PDH(PDC)以及(αKDH)酶活性的肿瘤细胞线粒体水平的效应。注意，PDH强烈受抑，而αKDH则未。如实施例2所述，酶活性水平是在纯化的线粒体的提取物中使用应答于加入的碳源的刃天青还原测量的。背景线对应于缺乏添加的碳源的刃天青还原。

接着，在图11A中，对来自用本发明的药物组合物(在含10％血清的RPMI培养基中按400μM持续120分钟)治疗的(+)或模拟治疗(-)的H460肺癌细胞的提取物进行双向电泳凝胶的Western分析。Western转移物由针对PDH复合物E1α和E2亚基的单克隆抗体的混合物探测。Western转移物在E2亚基对齐。注意药物治疗样品中E1的高度磷酸化形式水平明显升高而低度磷酸化形式水平明显降低。左侧竖直白线显示对齐凝胶的标准之一，E2亚基的迁移。右侧竖直白线穿过较低磷酸化E1α形式，假定的酶活性组分。

图11B显示本发明的药物组合物治疗和模拟治疗的配对双向电泳凝胶样品的放大。部分A是图8A的部分的放大。部分B是以80μM组合物在MEBM无血清乳腺上皮细胞培养基中持续180分钟模拟治疗(-)和治疗(+)的SK-Br-3乳腺癌细胞。部分C是以80μM组合物在MEBM无血清乳腺上皮细胞培养基中持续240分钟模拟治疗(-)和治疗(+)的SK-Br-3乳腺癌细胞。部分D是以80μM组合物在MEBM无血清乳腺上皮细胞培养基中持续240分钟模拟治疗(-)和治疗(+)的HEMC正常乳腺细胞。竖直白线穿过较低磷酸化E1α形式，假定的酶活性成分。

图12A和12B描绘了本发明药物组合物在体内强大的、选择性抗癌效应的作用假说。比如，图12A显示了PDK受共价结合于PDC E2亚基的内源性硫辛酸调节时的调节作用。PDK正常情况下应答于还原的和/或乙酰化硫辛酸的高水平而使PDC失活，该过程在肿瘤细胞中被明显改变。

相应地，图12B显示了PDC中PDK与它的底物PDC-E1的比率的巨大量化差异，被认为以在体内区别正常和肿瘤细胞。正常细胞中PDK的低水平被认为围绕PDH复合物交替“游走”(通过其两个二聚的亚基)，逐渐使E1磷酸化。这种磷酸化与PDP的脱磷酸处于稳态平衡中(未图示)。在此图示的作用假说中，thioctan通过正常结合乙酰基-硫辛酸和/或双脱氢硫辛酸的相同位点刺激PDK，由此人为地激活一个或多个PDK同种型使E1α失活。癌细胞中，明显更高的PDK水平可能通过thioctan使得这种刺激作用更有效于关闭PDC酶活性和线粒体能量代谢。

提供下述非限制性实例以促进理解本发明的药物组合物。

实施例1

thioctan的化学合成

硫辛酸衍生物(即thioctan)CPI-613和CPI-157以6，8-二巯基辛酸作为起始物料通过使用改良的美国6,331,559B1和美国6,951,887B2所述的方法合成。Thioctan CPI-045按照US 6,331,559B1所述合成。

这三种thioctan的结构分析如下。CPI-613和CPI-157的多个独立合成在其抗癌特性上是不能区分的。在异体移植(图7)和ATP测量(图9)中使用的CPI-613的纯度超过99％。所有其他的制备物大于98％的纯度。

CPI-613：6，8-二苄基硫烷基辛酸：白色晶状固体，熔点65-66℃(文献¹67.5-69°)；¹H-NMR(250MHz，CDCl₃)：δ7.15-7.4(m，10H)，3.66(s，2H)，3.64(s，2H)，2.52-2.62(m，1H)，2.50(t，J＝7.6Hz，2H)，2.29(t，J＝7.6Hz，2H)，1.2-1.8(m，8H)；¹³C-NMR(62.9MHz，CDCl3)：δ179.6，138.6，138.5，128.9，128.8，128.5，128.4，126.9，44.1，36.4，35.1，34.4，33.8，28.7，26.0，24.4.

CPI-157：6，8-二乙基硫烷基辛酸：无色油状物；TLC(EtAc∶己烷∶HAc，200∶200∶1v/v)：R_f＝0.60；¹H-NMR(300MHz，CDCl₃)：δ2.64-2.76(m，IH)，2.65(t，J＝7.5Hz，2H)，2.52(q，J＝7.5Hz，2H)，2.49(q，J＝7.2Hz，2H)，2.36(t，J＝7.4Hz，2H)，1.40-1.85(m，8H)，1.25(t，J＝7.2Hz，3H)，1.22(t，J＝7.5Hz，3H)；¹³C-NMR(75MHz，CDCl₃)：δ180.0，44.3，34.6，33.9，28.9，26.2，25.9，24.5，24.2，14.9，14.7；IR(膜)：2963，1708，1449，1423，1283，1263cm^-1。

CPI-045：6，8-二-苯甲酰基硫烷基辛酸：无色粘性油状物；TLC(己烷∶EtAc∶HAc，100∶50∶1v/v)：R_f＝0.30；¹H-NMR(250MHz，CDCl₃)：δ7.9-8.1(m，4H)，7.38-7.60(m，6H)，3.8-4.0(m，IH)，3.0-3.3(m，2H)，2.34(t，J＝7.1Hz，2H)，1.4-2.2(m，8H)；¹³C-NMR(62.9MHz，CDCl3)：δ191.7，191.5，179.7，137.0，136.9，133.3，128.5，127.3，127.1，43.6，35.0，34.6，33.8，26.4，26.2，24.3；IR(膜)：2973，1710，1704，1667，1665，1662，1448，1207，1175，911，773，757，733，688，648cm^-1。

实施例2

用于确定THIOCTAN抗癌功效的方法

细胞：人肿瘤细胞系获取自ATCC并依据ATCC建议繁殖。人乳腺上皮细胞(HMEC)、小气道上皮细胞(SAEC)及正常人的表皮角质化细胞(NHEK)原代细胞获取自LONZA Walkersville，Inc(Walkersville，MD)。每种细胞系均在供应商开发的、购自供应商的适当培养基中按照供应商说明维持和繁殖。此处报道的试验使用在3至6代的正常细胞。

肿瘤生长抑制研究：将人BxPC-3或AsPC-1胰腺肿瘤细胞或H460NSCLC通过皮下注射(SC)移植于CD1-Nu/Nu雌鼠。约8-12天后，按图例所示的剂量及时间表腹膜内(IP)注射小鼠。药物或媒介物按每25gm体重大约2ml注射。药物浓度为1.25mg/ml(大约3.1mM)或更少。媒介物/溶剂由浓度为25mM或更少的三乙醇胺水溶液构成。模拟治疗动物注射的媒介物总是与该次试验中注射最高药物剂量的溶剂相同。每天监测小鼠的身体状况及死亡率。治疗前每天测定体重及肿瘤体积，治疗中及治疗后每周测量约三次。小鼠依据机构指导原则维持于12小时明/暗循环、随意获取食物并圈养于Stony Brook大学动物房。

细胞死亡测定：当时间足够长而不被早期ATP合成的thioctan抑制干扰时，大部分细胞存活测定使用CellTiter-Glo试剂(Promega)。(图9)典型实验中，细胞按每孔5,000个细胞铺板于黑色、透明底96-孔板。18-25小时后，用含药物溶剂(三乙醇胺水溶液血清培养基中按2.8mM和无血清培养基中按0.7mM)或相同溶剂中的CPI-613 thioctan的新鲜培养基来替换培养基。依据药物剂量，按照厂家说明在药物加入后24或48小时进行测定。

有些情况下，细胞按每孔10,000个细胞铺板于48-孔板，并且18-25小时后，用含药物溶剂(约1％乙醇终浓度)或相同溶剂中不同浓度的CPI-045 thioctan的新鲜培养基来替换培养基。细胞维持于溶剂或含药培养基以继续实验。加入药物后24，48，72小时观察平板，并估算细胞数目为融合百分比。在这些条件下，在接近阈值的剂量下，thioctan诱导的细胞死亡是高度凋亡的，并且估算的细胞数是死亡十分可靠的指示物。(图10)在72小时保持的细胞完整性，如果有，通过台盼蓝排除法测定。

表2提供关于thioctan体外对肿瘤细胞的作用数据。所列是我们已考察了对CPI-613和/或CPI-045杀伤的敏感性的人肿瘤和人原代细胞。“+”表示细胞在约200-300μM(含10％血清)剂量和约50μM在无血清培养基的剂量下出现凋亡或类坏死的细胞死亡。(图8和9)“--”表示这些细胞在相应培养基中需约5倍高剂量来诱导细胞死亡。“nt”表示未试验的组合。如同图8中的MDCK正常细胞，所有肿瘤细胞系在含10％血清的适当培养基中分析。另外，HMEC、SAEC、NHKC人原代细胞和SK-BR-3、A549和H460肿瘤细胞系也在适当的无血清培养基中分析。原代细胞被接触抑制并且转化的细胞密度相当。

ATP测定：细胞按每孔5,000个细胞铺板于黑色透明底96-孔板。18-25h后，按所示时间间隔和药物浓度用含药物溶剂(三乙醇胺)或thioctan(CPI-613或CPI-157)或硫辛酸的新鲜培养基来替换培养基。细胞存活和完整性通过去除药物后回收用台盼蓝排除法测定。按照厂家说明书使用CellTiter-Glo发光测定(Promega)测量ATP。所有测量均重复进行，并表现高度一致性。均值的标准误差范围是测量值的0.1-2％。因此，图9中误差棒被省略。图9中的甲基丙酮酸培养基由无葡萄糖的RPMI(Invitrogen)构成，添加有10％经透析的胎牛血清、5mM HEPES(pH7.4)、和10mM甲基丙酮酸(Sigma-Aldrich)，并且相应的葡萄糖培养基是常规RPMI(Invitrogen)。

PDH和αKDH酶测定：15cm平板上肿瘤细胞长至80％融合，并按所示用CPI-613治疗。按照Moreadith和Fiskum¹的方法分离线粒体。线粒体在0.4％月桂基麦芽苷中裂解。将50μl线粒体裂解物加入至96-孔板。向线粒体裂解物加入50μl反应混合物(50mM Tris，pH 7.5，2mM β-NAD+，225uMv TPP，2mM丙酮酸或α-酮戊二酸、150μM辅酶A、2.6mM半胱氨酸、1mM MgCl₂)，并将混合物在37℃孵育45分钟。这时，加入15μM刃天青和0.5U/ml硫辛酰胺脱氢酶至混合物并继续孵育5分钟。通过在微板读数仪(Fluorostar)上使用530nm激发波长和590nm发射波长测定荧光来监测NADH的产生。所有测定均重复进行，并显示高度一致性。均值的标准误范围是测量值的0.3-4％。因此，图7中误差棒被省略。

E1α磷酸化：

细胞裂解物的2-D凝胶：细胞在60mm平皿上长至95％融合，并用所示的药物或溶剂治疗。用450μl裂解缓冲液A[455μl Zoom 2D蛋白助溶剂1(Invitrogen)，2.5μl IM Tris碱，5μl 100X蛋白酶抑制剂混合物(Complete min，无EDTA，Roche)；5μl 2M DTT]原位裂解细胞。将细胞裂解物转移至1.5ml微量离心管并50％功率冰上超声15轮回。室温孵育10分钟后加入2.5μl二甲基丙烯酰胺(DMA，Sigma-Aldrich)，并继续孵育10分钟裂解物。加入5μl 2M DTT以中和过量的DMA。将裂解物在16,000×g离心15分钟。

2-D凝胶：我们按照说明书使用Zoom Benchtop蛋白组***(Invitrogen)。简言之，将30-50μl裂解物与0.8μl pH 3-10的两性电解质、0.75μl 2M DTT混合，并用Zoom 2D蛋白助溶剂1定容至150μl。将150μl样品加样至IPG电泳仪中，并加入pH 3-10NL IPG胶条。将IPG胶条室温下浸泡过夜。将分步方案用于等电聚焦(250V，20分钟；450V，15分钟；750V，15分钟2000V，30分钟)。胶条用1×上样缓冲液处理15分钟，再用加入160mM碘乙酸的1×上样缓冲液处理15分钟。将胶条在NuPAGE 4-12％Bis Tris ZOOM胶(Invitrogen)上电泳。

表2：thioctan对肿瘤和原代细胞的体外效应

Western：蛋白印迹于PVDF 4.5μm膜。使用单抗(Invitrogen)检测PDHE1α和E2。

胱天蛋白酶-3和PARP裂解：按照Roy和Nicholson⁴³在Western印迹检测裂解的胱天蛋白酶-3。简言之，药物或溶剂治疗后，刮出细胞并将培养基/细胞/凋亡体混合物6,000×g离心。用裂解缓冲液C(4M尿素，10％甘油，2％SDS，0.003％BPB；5％2-巯基乙醇)裂解沉淀。将每孔30μg总细胞裂解蛋白上样至12％Bis-Tris胶。蛋白印迹于PVDF 4.5μm膜。用抗胱天蛋白酶-3的单抗(鼠单克隆[31A1067]；abcam)检测原-胱天蛋白酶-3和活性-胱天蛋白酶-3。使用抗-聚(ADP-核糖)聚合酶单抗，克隆C-2-10(Sigma-Aldrich)检测PARP裂解。

线粒体Ca⁺²检测：细胞按3×10⁵接种于35mm玻璃底板(BD Biosciences)，生长过夜，并用所示药物或溶剂治疗。然后，在无酚红培养基中用钙染料Fluo-4、X-Rhod-1或Rhod-2(4μM，Invitrogen)加样细胞，并在37℃孵育10分钟。PBS洗细胞一次，并使用FITC滤波片，在固定的暴露时间使用Axiovert 200M(Zeiss)去卷积显微镜捕获图片。用由厂家提供的软件进行荧光定量。X-Rhod-1和Rhod-2的结果类似(图10)，说明这些染料测量线粒体Ca⁺²信号。^3-4

参考文献：

1.Moreadith RW和Fiskum G.Isolation of Mitochondria from Ascites Tumour-Cells Permeabilized with Digitonin(从洋地黄苷透析的腹水肿瘤细胞中线粒体的分离).Analytical Biochemistry 137，360-367(1984).

2.Roy S和Nicholson DW.Criteria for identifying authentic caspase substrates during apoptosis(鉴别凋亡中真正的胱天蛋白酶底物的标准).Apoptosis 322，110-125(2000).

3.Gerencser AA和Adam-Vizi V.Selective，high-resolution fluorescence imaging of mitochondrial Ca²⁺ concentration(线粒体Ca⁺²浓度的选择性高分辨荧光成像).Cell Calcium 30，311-321(2001).

4.Gyorgy H，Gyorgy C，Das S，Garcia-Perez C，Saotome M，Roy SS，和Yi MQ.Mitochondrial calcium signalling and cell death：Approaches for assessing the role of mitochondrial Ca²⁺ uptake in apoptosis(线粒体钙信号传导与细胞死亡：评估凋亡中线粒体Ca⁺²摄入作用的方法).Cell Calcium 40，553-560(2006)。

实施例3

Thioctan干扰线粒体膜电位和Ca⁺²摄入

Thioctan对ATP合成抑制的底物效应(图9)显示该药物干扰线粒体基质中的TCA循环。若确实如此，我们期望线粒体膜电位¹可能在致死阈剂量及以上时降低。使用电位-敏感的染料TMRE，我们观测到期望效应。(图13)随着药物治疗的开始，线粒体膜电位快速下降。膜电位下降的动力学极其类似于存在线粒体底物时ATP合成的损失。(图9)

已知线粒体中ATP的减少激发包括摄入从细胞质储备(包括内质网)中释放的Ca⁺²的摄取的平衡稳态反应。而且，认为这种Ca⁺²至线粒体基质的输入需要线粒体膜电位。因此，我们期望基于持续下降的膜电位，thioctan在致死阈或以上的治疗可产生持续的细胞质Ca⁺²释放伴随瞬时的该离子的线粒体摄入。使用X-Rhod-1和Rhod-2测定线粒体Ca⁺²并使用Fluo-4测定细胞质Ca⁺²，我们观察到这些预期效应。(图13)。

到以致死阈和稍高的CPI剂量(比较图9和13)的约2小时，随着线粒体膜电位下降，这种初始的线粒体Ca⁺²瞬变下降。随后在4-6小时出现被认为与钙依赖的细胞死亡途径的开启有关的第二大线粒体Ca⁺²峰。³

参考文献：

1.Garrett R和Grisham CM.Biochemistry.Thomson Brooks/Cole，Southbank，Vic，Australia；Belmont，CA.(2007).

2.Graier WF，Frieden M，和Malli R.Mitochondria and Ca²⁺ signaling：old guests，new functions(线粒体与Ca²⁺信号传导：旧事物，新功能).Pflugers Archiv-European Journal of Physiology 455，375-396(2007).

3.Gyorgy H，Gyorgy C，Das S，Garcia-Perez C，Saotome M，Roy SS，和Yi MQ.Mitochondrial calcium signalling and cell death：Approaches for assessing the role of mitochondrial Ca²⁺ uptake in apoptosis(线粒体钙信号传导与细胞死亡：评估凋亡中线粒体Ca²⁺摄入作用的方法).Cell Calcium 40，553-560(2006).

实施例4

Thioctan诱发多种细胞死亡程序

尽管详细机制未完全明了，已知有些情况下线粒体能量代谢的降低与进入细胞死亡途径的决定相关。^1-3在thioctan剂量高于致死阈但在该最小致死剂量2倍内时，所有试验的癌细胞类型经历形态学主要类似于凋亡的细胞死亡(图8)。这些情况下的凋亡式死亡已由常规的膜联蛋白免疫染色和TUNEL DNA末端-标记测定证实(结果未显示)。

在更高药物剂量(超过致死阈约2倍以上)，活性thioctan诱导细胞死亡(如用再铺板(replating)存活测定和台盼蓝或丙啶排除所评定的)，与凋亡无形态学相关，暗示坏死样途径(结果未给出)。

这些数据证实thioctan CPI-613抑制线粒体能量代谢确与细胞死亡诱导相关。

已知或推测含不同的和多样的细胞死亡途径⁴的失活突变的多样的肿瘤细胞均以极其类似的thioctan剂量被杀死(图8和表2)，该发现令人震惊。这个发现暗示这些药物诱导一种能够参与多个、潜在过剩的远端细胞死亡执行途径的主要信号。⁵

与这种可能性一致，我们发现Z-VAD-FMK类胱天蛋白酶抑制剂微妙地改变thioctan治疗细胞中的细胞死亡形态，但对药物的致死阈剂量无可识别的效应。

为进一步研究thioctan诱导的细胞死亡可通过多个终端执行机理而进行的可能性，我们检验了胱天蛋白酶-3和PARP-1裂解—不同细胞死亡途径的诊断。⁵我们发现thioctan CPI-613和CPI-045都在不同细胞中诱导这两种裂解事件的高度可变的水平。(图14)

总之，这些结果表明：thioctan能够诱导对死亡的战略性保证，而根据药物剂量和细胞类型，这种战略性保证对于该决定的终端战术执行是不可预知的。

参考文献：

1.Watabe M和N akaki T.ATP depletion does not account for apoptosis induced by inhibition of mitochondrial electron transport chain in human dopaminergic cells(ATP减少不能解释由人多巴胺能细胞中线粒体电子转运链受抑诱导的凋亡).Neuropharmacology 52，536-541(2007).

2.Yuneva M，Zamboni N，Oefner P，Sachidanandam R，和Lazebnik Y.Deficiency in glutamine but not glucose induces MYC-dependent apoptosis in human cells(人细胞中谷氨酰胺而非葡萄糖缺陷诱导MYC-依赖的凋亡).Journal of Cell Biology 178，93-105(2007).

3.Skulachev VP.Bioenergetic aspects of apoptosis，necrosis and mitoptosis(凋亡、坏死及线粒体凋亡的生物能量方面).Apoptosis 11，473-485(2006).

4.Johnstone RW，Ruefli AA，和Lowe SW.Apoptosis：A link between cancer genetics and chemotherapy(凋亡：癌症遗传和化疗之间的纽带).Cell108，153-164(2002).

5.Cregan SP，Dawson VL和Slack RS.Role of AIF in caspase-dependent and caspase-independent cell death(AIF在胱天蛋白酶依赖的和非胱天蛋白酶依赖的细胞死亡中的作用).Oncogene 23，2785-2796(2004).

实施例5

硫辛酸衍生物类似物的结构

如下给出的硫辛酸衍生物类似物的多个非限制性实例已经被制备并在本文公开。

前述讨论仅公开和描述了本发明示例性的实施方案。依据这种讨论及所附权利要求，本领域技术人员将轻而易举地认识到其中可做出各种更改、改进和调整而不背离下列权利要求所限定的本发明的精神和范围。而且，虽然在此已表述示例性的实施方案，但本领域实施的其他实施方案也可获悉本发明的其他设计或使用。因此，虽然本发明已连同其示例性实施方案而被描述，但应理解在设计和使用上的许多改进对本领域技术人员是显然的，并且期望本申请包括其任何调整或变动。因此明确期望本发明仅受权利要求及其等效物所限制。

Claims

1.包括人类的恒温动物病态细胞的线粒体中至少一种酶和/或酶复合物或其亚基比如修饰的丙酮酸脱氢酶(PDH)复合物的结构、表达和/或活性的调整或干扰的药学可接受的调节剂。

2.如权利要求1所述的调节剂，其中所述调整或干扰包括可逆的磷酸化或脱磷酸化。

3.如权利要求2所述的调节剂，其中所述可逆的磷酸化或脱磷酸化发生在酶或酶复合物或其亚基的激酶、磷酸酶和/或脱氢酶上。

4.如权利要求3所述的调节剂，其中所述调节剂促进或抑制激酶活性。

5.如权利要求4所述的调节剂，其中所述激酶选自包括丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)1、PDK2、PDK3、PDK4及其各自的同工型的组。

6.如权利要求3所述的调节剂，其中所述调节剂促进或抑制磷酸酶活性。

7.如权利要求6所述的调节剂，其中所述磷酸酶选自包括丙酮酸脱氢酶磷酸酶(PDP)1、PDP2及其各自的同工型的组。

8.如权利要求3所述的调节剂，其中所述调节剂促进或抑制脱氢酶活性。

9.如权利要求2所述的调节剂，其中所述可逆的磷酸化或脱磷酸化发生在所述PDH复合物上。

10.如权利要求9所述的调节剂，其中所述调节发生在所述PDH复合物的E1α亚基上。

11.如权利要求10所述的调节剂，其中所述调节是通过失活PDP及其同工型和突变体形式发生的。

12.如权利要求11所述的调节剂，其中所述失活PDP是通过抑制PDP表达发生的。

13.如权利要求10所述的调节剂，其中所述调节是通过活化PDK及其同工型和突变体形式发生的。

14.如权利要求1所述的调节剂，其中所述病态细胞显示出对用权利要求1所述的调节剂的治疗敏感或不敏感。

15.如权利要求14所述的调节剂，其中治疗-不敏感的病态细胞可以被诱导表达至少一种修饰的酶或酶复合物或其亚基，以使得它们对治疗敏感。

16.如权利要求15所述的调节剂，其中表达是由基因操作诱导的。

17.如权利要求16所述的调节剂，其中所述诱导是通过转录操作实现的。

18.如权利要求16所述的调节剂，其中所述诱导是通过翻译操作实现的。

19.如权利要求16所述的调节剂，其中所述诱导是通过翻译后操作实现的。

20.如权利要求15所述的调节剂，其中表达是由外遗传操作诱导的。

21.如权利要求15所述的调节剂，其中表达是由表型操作诱导的。

22.如权利要求14所述的调节剂，其中当用权利要求1所述的调节剂治疗时，所述病态细胞表达至少一种修饰的酶或酶复合物。

23.如权利要求1所述的调节剂，其中所述调节剂影响PDK及其同工型和突变体形式的表达水平。

24.如权利要求1所述的调节剂，其中所述调节剂影响PDP及其同工型和突变体形式的表达水平。

25.如权利要求23或24所述的调节剂，其中所述表达水平在转录、翻译或翻译后水平上改变。

26.如权利要求25所述的调节剂，其中所述改变是外遗传的。

27.如权利要求9所述的调节剂，其中所述调节剂抑制毒性代谢产物的产生。

28.如权利要求9所述的调节剂，其中所述调节剂促进毒性代谢产物的解毒。

29.如权利要求27或28所述的调节剂，其中所述代谢产物选自由乙醛、超氧化物、过氧化氢和羟基自由基组成的组。

30.如权利要求28所述的调节剂，其中调节作用是通过乙偶姻生成的降低观察的。

31.如权利要求9所述的调节剂，其中所述可逆的磷酸化或脱磷酸化变成不可逆的。

32.如权利要求31所述的调节剂，其中所述磷酸化或脱磷酸化作用导致细胞死亡。

33.如权利要求32所述的调节剂，其中所述作用是细胞凋亡。

34.如权利要求32所述的调节剂，其中所述作用是坏死。

35.如权利要求1所述的调节剂，包括至少一种硫辛酸衍生物及至少一种其药学可接受的载体。

36.如权利要求35所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物具有下式、其代谢产物或其盐：

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：氢、烷基C_nH_2n+1、烯C_nH_2n、烯基C_nH_2n-1、炔C_nH_2n-2、炔基C_nH_2n-3、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、烷基化二硫CH₃CH_t-S-S-、硫代氨基甲酸酯(CH₂)_nC＝NH-和硫代半缩醛CH₃CH(OH)-S-，其中n为1-10和t为0-9；芳香族基团；定义为R₃C(O)-的酰基；杂芳基；定义为R₄C(＝NH)-的亚胺酰；有机金属芳基；烷基有机金属芳基；和半缩醛R₅CH(OH)-S-；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₄选自由以下组成组：氢、烯基、炔基、芳基、烷基芳基、杂芳基和烷基杂芳基，其中任一个都可以是取代的或未取代的；

其中R₅为CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16。

37.如权利要求35所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物具有下式、其代谢产物或其盐：

其中R₁和R₂独立地选自由以下组成组：氢、酰基R₃C(O)-、烷基C_nH_2n+1、定义为C_nH_2n-1的烯基、定义为C_nH_2n-3的炔基、芳基、杂芳基、烷基硫CH₃(CH₂)_n-S-、定义为R₃C(＝NH)-的亚胺酰，和定义为R₄CH(OH)-S-的半缩醛；

其中如上定义的R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₅选自由以下组成的组：-CCl₃、-CF₃或-COOH；

和其中x为0-16，z为0-5，和n为0-10。

38.如权利要求35所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物具有下式、其代谢产物或其盐：

其中R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₆为CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16。

39.如权利要求35所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物具有下式、其代谢产物或其盐：

其中R₁和R₂可以是未取代的或取代的；

其中R₅选自由以下组成的组：CCl₃、CF₃或COOH；

和其中x为0-16，z为0-5，n为0-10，和m为2-10。

40.如权利要求36、37、38或39所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物仅仅以其(R)-异构体存在。

41.如权利要求36、37、38或39所述的调节剂，其中所述硫辛酸衍生物以其(R)-异构体和(S)-异构体的混合物存在。

42.如权利要求1所述的调节剂，其中所述调节剂用于治疗和诊断疾病、病症或综合征、或其症状，所述疾病、病症或综合征、或其症状包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的结构、表达和/或活性的改变。

43.如权利要求42所述的调节剂，其中所述至少一种酶复合物是PDH复合物。

44.如权利要求42所述的调节剂，其中所述疾病、病症或综合征的进一步特征是细胞过度增殖。

45.如权利要求44所述的调节剂，其中所述疾病、病症或综合征是癌症。

46.一种调节呈现疾病、病症或综合征的患者中的至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的方法，所述疾病、病症或综合征包括所述至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的结构、表达和/或活性的改变，所述方法包括施用有效量的权利要求1所述的调节剂。

47.如权利要求46所述的方法，其中至少一种酶复合物是PDH复合物。

48.如权利要求46所述的方法，其中所述疾病、病症或综合征的进一步特征是细胞过度增殖。

50.如权利要求48所述的方法，其中所述疾病、病症或综合征是癌症。

51.一种诊断和预测呈现疾病、病症或综合征的症状的患者中受益的方法，所述疾病、病症或综合征包括至少一种酶和/或酶复合物或其亚基的结构、表达和/或活性的改变，所述方法包括从患者获得细胞样品，在体外向所述细胞施用有效量的权利要求1所述的调节剂，和由此获得结果。

52.如权利要求51所述的方法，其中至少一种酶复合物是PDH复合物。

53.如权利要求51所述的方法，其中所述疾病、病症或综合征的进一步特征为细胞过度增殖。

54.如权利要求53所述的方法，其中所述疾病、病症或综合征是癌症。