CN1269013A - 呈递多个活性部分的分子 - Google Patents

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Abstract

本文描述了多价地呈递治疗剂的药物组合物。该药物组合物含有多价呈递物。在本发明一个具体实例中这种多价呈递物可用下式表示:(Y)-(X-A)n,其中,Y是框架,X是直键或连接体,A是被呈递的功能团,及n是大于10的整数,该整数的选择能使被呈递的基团与多个靶结合位点发生相互作用。该组合物还可含有可药用载体,或者,该呈递物本身作为可药用载体。本文还论述了治疗疾病或适应症的方法。该方法包括给患者施用多个基团A以实现治疗作用。该治疗作用通过多价呈递物与多个靶结合位点B的相互作用来实现。本发明的另一个方面包括由用于上述方法的指令包装的多价呈递物和规划设计用于本发明方法的多价呈递物的方法。本文公开的多价呈递物提供了在结合方面的专一性,此专一性具有许多优点。而且,这些多价呈递物容许阳性和阴性相互作用。

Description

呈递多个活性部分的分子 政府基金
本项工作部分由NIH Grants GM30367和GM39589资助。在Harvard的NMR设施由NIH Grant 1-S10-RR04870-01和NSF GrantCHE88-14019资助。因此,政府对本发明享有一定的权利。相关申请
本申请要求优先权为美国临时申请号60/043,781(申请日:1997年4月11日)和60/043,826(申请日:1997年4月14日),此二者在此一并引作参考。本申请还与题为“多价呈递物联合库及其应用”的申请,美国临时申请号60/043,288(申请日:1997年4月11日),和题为“多价呈递物联合库及其应用”的申请,美国暂定申请号60/043,918(申请日:1997年4月15日)有关。
发明背景
多价作用在生物学中普遍存在,而且它对生物***的功能十分重要。多价作用是两个分离的物种之间通过多对各配体-受体的结合事件(例如)同时发生的相互作用(见图1)。配体与受体的相互作用贯穿整个生物学。配体包括在生物***中呈递信息或受蛋白质作用的分子。配体的种类有,例如,药物,激素,信号分子,细胞表面标记,毒素,酶作用物,生物调节剂,神经递质和淋巴因子。受体包括与配体作用并从配体接收信息的分子。多数受体是蛋白质并且包括蛋白受体,抗体和酶。一些受体是核酸并且包括DNA和RNA的调节区。
许多药物是与单一受体相互作用的配体(一些药物是与单一配体相互作用的受体)。在生物学中许多重要的事件来自多个配体与多个受体的同时作用。多价作用遍布生物学。多价作用一般是发生在细胞表面和/或是许多涉及成群或成簇受体的相互作用。多价作用在涉及同时发生的多点粘着的大分子相互作用方面也是重要的。
人们已经对多价作用的概念进行了探索。在试图提供流感病毒与细胞表面粘着的机理的研究文章中,对多价作用进行了探讨。(Whitesides等人,《医药化学杂志》(J.Med.Chem.),1995,38,4179-4190;Sigal等人,《美国化学学会杂志》(J.Am.Chem Soc.),1996,118,16,3789-3800)。Kiessling等人(《化学和生物学》(Chemistry and Biology),1996,Vol.3,No.2,71-77)创造了产生多价碳水化合物显示以研究和调整生物识别事件的结构样板。Kiessling等人认为这些样板可作为“利于探索多价蛋白-糖苷相互作用的化学工具”。在题为“我们由此去哪儿?”的参考文献的一节中Kiessling等人阐明“除了对探索生物识别方法有用外多价碳水化合物还可以被用作生物功能的探针”。Matrosovich(FEBSLETTERS 1989,252,1,1-4)建议使用抑制微生物粘着的多价抑制剂。Matrosovich阐明“为了制成这种多价结构人们可以利用已知的’药物呈递***’规划中的一些原则,例如,将多复制品中的单价抑制活性分子与可溶性生物相容的聚合物或微粒载体偶合”。Matrosovich还阐明“这种接近抗微生物剂设计的实际应用的正确性和探索可以在将来进行评价......”。
发明概述
今天,“高亲和力专一性结合事件已经支配了关于受体-配体相互作用的大部分思想”(见Kiessling上述文章的第71页)。通常,优化受体-配体相互作用的企图已经集中在单独的结合事件中具体配体与具体受体结合位点的结合能力或专一性方面。例如,配体是选来进行建立在其已知的良好结合能力基础上的相互作用,或者避免使用被认为是弱结合体的配体,或者在选来使用之前对弱结合配体进行化学修饰以提高其结合能力。不必回避弱结合配体因为它是本发明多价呈递物的组成部分。
本发明基于,至少部分基于我们对受体-配体相互作用和以非常规综合方式发生的多价作用的观察,这种方式基于对多成分多价呈递物怎样与靶结合位点的集合相互作用的理解。我们的研究不同于较单独基础上观察这种相互作用(作为分离的受体-配体相互作用)的常规方式。这种观察生物***中受体-配体相互作用和多价作用的非常规综合方式使我们认识到多价作用可以作为合理设计药物的基础,例如,最初的基础,甚至在治疗许多不同疾病或适应症方面有广泛应用。这种观察受体-配体相互作用的非常规普遍方式甚至让我们认识到基于单独结合能力的特殊配体的选取不必是设计多价药物中最重要的参数。
本发明多价呈递物是通过在构成治疗疾病或适应症的多价呈递物的框架(如聚合物框架)上构建和排列许多相同或不同的基团A(如配体)形成的。其中疗效与单个配体结合的多型结合位点,及与多型配体结合的多型结合位点掩盖而获得的是通过在患者体内用粘着的多价呈递物将靶结合位点B集合或靶结合位点B阵列(例如,在细胞表面上成串的受体结合位点),基团A在框架上构建和排列可以根据治疗效果进行。靶结合位点B集合发生掩盖是多价呈递物与靶结合位点B集合在相符合界面上发生作用的结果。靶结合位点B阵列发生掩盖是多价呈递物与靶结合位点B多个集合发生构象界面相互作用的结果。掩盖不是要限制到连续的障碍,我们将在下面的“发明详述”中详细讨论掩盖问题。
为了进行说明,我们将详细讨论掩盖效果,因为它涉及具有聚合物框架的多价呈递物。如图2所示,具有聚合物框架1的多价呈递物P能够假定一个与界面3相符合的构型,例如,表面,由于其相互作用而包含一个靶集合位点5的集合。一个或多个粘着的相符的多价呈递物基本上掩盖了一个靶集合位点B阵列(由一个以上靶结合位点B集合组成),该阵列提高或提供了多价呈递物的治疗效果。掩盖可以是物理掩盖,例如,用多价呈递物物理覆盖靶结合位点B,和/或是立体掩盖,例如,由多价呈递物的多个基团A掩盖多个靶结合位点B。掩盖不必是连续的或者紧密符合的障碍,但可以是不连续或松散符合的障碍,如图2所示,而且掩盖也不必完全覆盖靶结合位点。在一些实例中,掩盖层将是与含有靶结合位点B阵列的表面相符合的胶层。
本发明甚至涉及治疗疾病或适应症的方法。在一个具体实例中该方法包括给患者施用一些基团A使得由于患者体内靶结合位点B集合或阵列被掩盖而对疾病或适应症产生治疗作用。对患者体内靶结合位点B集合的掩盖是通过单个多价呈递物与靶结合位点B集合在相符合界面上发生相互作用实现的。对患者体内靶结合位点B阵列的掩盖是通过许多多价呈递物与靶结合位点B集合在相符合界面上发生相互作用实现的。在其他具体实例中该方法还涉及符合某些标准的多价呈递物或有特别选择的部分,如基团A,框架或连接体,的多价呈递物的使用。
本发明还涉及通过多价作用呈递治疗剂的药物组合物。该药物组合物含有多价呈递物。该多价呈递物可用下式表示:
                   (Y)-(X-A)n
其中,Y是框架,X是直键或连接体,A是被呈递的功能团,而且各A可以相同或不同,及n是大于10的整数。选择这样的呈递物使得被呈递的基团A可与靶结合位点B集合发生相互作用。该组合物还可含有可药用载体,或者,该呈递物本身作为可药用载体。在一个具体实例中多价呈递物是这样形成的,即选择n并让-(X-A)部分粘着在Y上,使得多价呈递物与含有靶结合位点B集合的界面相符合,并且通过用于患者掩盖住这些靶结合位点B集合。在另一个具体实例中X是连接体,而且,它是独立的部分而不是Y或A的一部分。n大于10且是整数。选择这样的呈递物使得在用于患者时多价呈递物与靶结合位点B集合相符合。在另一个具体实例中Y是聚合框架,A是被呈递的功能团,X是连接基团,而n大于10且是整数。选择这样的结构使得在用于患者时多价呈递物与靶结合位点B集合相符合。
本发明另一方面涉及调整多个表面-结合生物分子和多个第二种分子之间粘连作用的方法。该方法包括使多个表面-结合生物分子与多价呈递物结合。该多价呈递物含有粘着多个第三种分子的框架。第三种分子通过同时熵地提高第三种分子与多个表面-结合生物分子的一部分结合并通过框架将没有与第三种分子结合的一部分表面-结合生物分子立体阻断来调整表面-结合生物分子和第二种分子之间粘连作用。
本发明另一方面是上述方法,其中多价呈递物是非糖类物质而且有约大于10的增强因子β。
本发明另一方面是下述多价呈递物pAA(Gal-β),pAA(Gal-α),pBMA(Gal-β)或pBMA(Gal-α)。
本发明另一方面是防止蓖麻毒蛋白与红细胞粘着的方法。该方法包括将蓖麻毒蛋白与有效量的选自pAA(Gal-β),pAA(Gal-α),pBMA(Gal-β)或pBMA(Gal-α)的多价呈递物接触。
本发明另一方面是制备选自pAA(Gal-β)和pBMA(Gal-β)的多价呈递物的方法。该方法包括将Gal-βO-L1NH2与聚(N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺)或聚(丁二烯-共马来酸酐)反应,然后淬灭反应。
本发明另一方面是制备选自pAA(Gal-α)和pBMA(Gal-α)的多价呈递物的方法。该方法包括将Gal-αC-L2NH2与聚(N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺)或聚(丁二烯-共马来酸酐)反应,然后淬灭反应。
本发明另一方面是pAA(GlcNAc-β)多价呈递物。
本发明另一方面是抑制患者体内受精的方法,包括给患者施用有效量pAA(GlcNAc-β)多价呈递物。
本发明另一方面是制备pAA(GlcNAc-β)多价呈递物的方法。该方法包括将GlcNAc-β-L1NH2与聚(N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺)反应,然后淬灭反应。
图示简述
图1是描述单价和多价两种反应的流程图。
图2是描绘聚合的多价呈递物“掩盖”结合位点集合和靶结合位点B阵列的示图。
图3是描述蓖麻毒蛋白-细胞相互作用的示图。
图4描述的是诱导***顶体反应的方略。
图5是描述多价呈递物半乳糖苷合成的流程图。
图6a描绘的是聚合的多价半乳糖苷凝聚抑制活性与聚合物的Gal抗RCA120的摩尔分数的关系曲线。
图6b描绘的是聚合的多价半乳糖苷凝聚抑制活性与聚合物的Gal抗RCA60的摩尔分数的关系曲线。
图7是描述多价聚合的N-乙酰基葡糖胺和半乳糖苷结构的示图。
图8是描述通过单价和多价GlcNAc诱导小鼠***顶体反应的示图。
图9a是描述通过聚合的多价GlcNAc诱导小鼠***顶体反应的示图。
图9b是描述用pAA(GlcNAc)所得的进行过顶体反应的***(%)的图。
图10是描述靠聚合的多价GlcNAc抑制***-卵结合的曲线图。
图11a是描绘pMVMA(NeuAc)生成的示意图。
图11b是描绘pMVMA(NeuAc;R)生成的示意图。
图11c是描绘pAA(Gal)生成的示意图。
图11d是描绘pBMA(Gal)生成的示意图。
图12a是描绘pAa(SLeX)生成的示意图。
图12b是描绘pAA(杆菌肽;R)生成的示意图。
发明详述药物设计
本发明涉及设计多价呈递物的方法,其中所述呈递物是用于给患者治疗疾病或适应症。该方法包括构建和排列10个以上基团A于框架上形成治疗疾病或适应症的多价呈递物。这种构建和排列是基于所设计的呈递物由于掩盖靶结合位点B集合而提供治疗效果的能力。在一个优选实例中患者体内的靶集合位点B阵列被一个或多个多价呈递物掩盖。多价呈递物与靶结合位点B集合在相符合界面上的相互作用或一些多价呈递物与靶结合位点B集合在相符合界面上的相互作用造成这种掩盖现象。
本发明所用术语“多价呈递物”将在下文中予以详述。多价呈递物包括具有十一个或十一个以上的连在框架上的呈递基团A(具有结合十一个或十一个以上靶结合位点B能力)的多成分分子。简而言之,多价呈递物可用下式表示:
                           Y-(A)n其中,“Y”代表框架;“A”代表被呈递的功能团;而“n”代表大于10的整数,它使得被呈递的基团能够与许多结合位点B相互作用。
术语“疾病或适应症”包括用本发明多价呈递物,通过多价作用,如基团A与含有靶结合位点B的多价受体的相互作用,治疗的疾病或适应症。要成为本发明一部分的疾病或适应症一般可以结合位点B与基团C之间的相互作用为特征。这里所述的B和C都是多价的,其中,“B”代表多个结合位点,而“C”代表本质上与疾病或适应症相关而且与B相互作用的部分或基团。在某些实例中基团C可以与基团A相同,它可以通过本发明多价呈递物呈递,因而导致多个(C)和多个(B)在与结合位点B相互作用时的竞争。在其它一些实例中基团C可以与基团A不同。当结合位点B是天然产生的时,基团C既可以是合成的也可以是天然的。例如,C可以是天然糖,肽,蛋白质(例如,细胞表面受体的配体如病毒抗原),或者是合成的(例如,可以通过硅植入物或假体呈递的基团)。基团C可以在表面上或在溶液中,但必须是多价呈递的。术语“疾病或适应症”还要包括被验明涉及或受天然多价分子,例如,抑制流感病毒与靶细胞之间相互作用的α2巨球细胞分子,影响的症状或疾病。如果生物过程很复杂,则本领域普通技术人员可通过测试多价呈递物作用的特定位点(即目的在于干扰多价呈递物的具体事件)是否与多个(C)和多个(B)之间的相互作用有关来认识疾病或适应症是否包含多价相互作用。疾病和症状将在下面“治疗疾病或适应症的方法”一章中加以详细说明。
术语“患者”包括怀疑患有或已患有将要治疗或正在治疗的疾病或适应症的哺乳动物。因此,本发明被用于治疗人类,家养动物,家畜,动物园动物等,例如,人,牛,猫,狗,羊和鼠。在优选实例中本发明被用于设计治疗人类患者的药物。
术语“治疗疾病或适应症”包括用本发明多价呈递物对患有需要治疗的疾病或适应症的患者进行治疗或预防这些疾病或适应症。术语“治疗”包括对患者产生有益效果,例如至少可以显著缓解疾病或适应症的症状或表现。因此,“治疗”指从改善疾病或适应症的至少一种症状到治愈疾病或症状的连续过程中的任一措施。治疗还包括独自使用多价呈递物或与其它多价呈递物结合使用,甚至与其它不是多价呈递物的治疗剂结合使用。
术语“在框架上构建和排列一些基团A”包括操作多价呈递物的各种组分以生成能够实现治疗疾病或适应症功能的呈递物。该操作可以在基团A与靶结合位点B集合以综合方式相互作用之观点的基础上实现。该操作包括定位,大小排列和选择多价呈递物的各成分,例如,选择多价呈递物的框架,连接物和基团A。例如,该术语是要包括将基团A和框架相对于彼此位置的定位,或者相对于用来将基团A连接到框架上的任选的连接分子或用来连接框架上单体的骨干连接物的定位。该术语还要包括基团A,框架和/或连接物的具体类型的选择。
当框架是多价呈递物的一部分时其选择要根据其形成“掩盖”靶结合位点B集合的具体类型的能力来决定。例如,一些框架会形成覆盖结合位点B集合的胶样物理屏障。框架还可以根据其在所要设计的多价呈递物中所需要具有的不同特性来选择。例如,可以根据框架的“柔性”和/或,即使在连上基团A之后,框架将柔性赋予多价呈递物的能力来选择框架。
还可以根据基团A将所需要的特征赋予多价呈递物的能力来选择基团A。基团A的结合能力是其选择过程中的因素,至少本发明部分认为弱结合基团A可用在其多价形成过程中,强调这点是非常重要的。
基团A在框架上的定位也是“构建和排列”多价呈递物的一部分。定位可以在已知的或预测的,例如,利用多价环境分子模型,靶位点B集合的空间排列的基础上实现。定位可以沿着相对于框架的几种不同轴进行。例如,靶位点B可以与相邻的靶结合位点B以平均相距10埃的距离排列,因此,基团A可以沿着框架在适于接近相邻靶结合位点B的水平方向排列或定位。应该理解,基团A不必为迎合相邻靶结合位点之间的距离来定位,而必须以适于接近为原则定位。当在框架上定位基团A时,除考虑距离因素之外还要考虑其它因素,如连接物的柔性和包含靶结合位点的界面的轮廓。例如,柔韧的连接物可以在体内起到调节作用,这样,即使基团A之间的距离不完全符合相邻靶结合位点B之间的距离,或者当界面的轮廓弯曲而不平滑时,也使其能够接近靶结合位点。结合袋(窝)的深度,例如,2-20埃,也可以是已知的或允许将基团A沿着基本垂直于框架的轴,例如,可用连接物的具体长度进行定位来预测。
“构建和排列”还要包括选择将基团A连接到框架上的连接物的类型和长度。可以根据将基团A呈递到结合袋内的靶结合位点B的能力来选择连接物的长度,其中,结合袋的深度和/或直径是已知的或可预测的。连接物的化学性质,例如,疏水性或亲水性,也可以根据关于靶结合位点周围环境的知识进行选择,例如,该连接物可能必须经过已知是疏水或亲水的通道或环境到达目的地。还可以根据连接物将所需性质,如柔性,赋予多价呈递物的能力来选择。
术语“治疗效果”是要包括多价呈递物实现其预期作用如治疗或预防疾病或适应症的能力。多价呈递物的治疗效果可用要用所设计的多价呈递物治疗具体疾病或适应症的本领域公认的测定法测量,或者要用本领域公认的技术进行的测定法和/或本文所述但不属于上述各类的测定法测量。如果效果来自于多价呈递物符合和促使其与靶结合位点B集合多价结合的能力,则“由于掩盖作用”要考虑治疗效果。
术语“掩盖”包括靶结合位点B的物理掩盖或物理覆盖和立体掩盖,例如,靶位点B的立体闭塞和/或提高配体A对位点B的占据。物理掩盖的实例包括结合位点B集合上胶状层或屏障的形成,这样可以防止除多价呈递物上的基团之外的基团接近这种位点。所述物理屏障可以是图2所示的意大利面条状屏障。在两种情况下,胶状层或屏障或者意大利面条状屏障的形成都是由多价呈递物上的基团中至少有一些与相应的靶位点上的结合伴侣特异性结合而生物特异性地产生地。
靶结合位点B被“立体掩盖”是指结合位点B被连在框架上的基团A以velcro状方式包围。一个基团A被结合到结合位点,而其它基团A却可以立体地阻断相同的结合位点B或相邻靶结合位点。
术语“靶结合位点B集合”包括与单个多价呈递物分子相符合的结合位点B。例如,如果一个多价呈递物有10个连在框架上的基团A,则这些结合位点的集合将是与该分子符合的结合位点B的跨距,例如,10-20个结合位点,虽然实际上可能只有两个结合位点被占据。应该注意,不是所有的结合位点B都与基团A发生作用,因此有些位点可能未被占据。
术语“靶结合位点B阵列”包括界面上的一个以上靶结合位点B的集合。阵列中的结合位点B不必具有相等的空间或位置,但可以沿着相对于界面为不同方向的轴在各方向上随机摆放,例如,根据界面的轮廓和结合位点群体构型等因素。例如,界面的轮廓可以是平滑的或弯曲的,也可以是移动的。
术语“相符合界面相互作用”包括多价呈递物以相符合构型在相符合界面处,例如,可接近基团A的分子区域,与靶结合位点B集合发生的相互作用。该界面可以是,但不限于,表面,但要包括相互作用的边界。术语“相符合的”是要包括这种情况,即就表面的整体或部分而言,多价呈递物和表面之间的界面是紧密或牢固的。在后一种情况下多价呈递物可以与表面一些位点紧密相接而与表面的其它部分连接不紧。术语“相互作用”是要包括下面详述的正性和负性相互作用。依靠足以调节界面轮廓的柔性,本发明多价呈递物与一些界面,例如,细胞表面相符合。这种相符合可以是沿着一定数量的靶结合位点B的跨距的符合。这种跨距优选至少约为50,至少约为100,至少约为1000,上至至少约为106个靶结合位点B。上述值的中间范围,例如,至少约为50-1000,或至少约为1000-106,也是本发明的一部分。例如,还包括作为上限和/或下限的任何上述值的组合的跨距值范围。上述范围还要包括靶结合位点B集合内位点和靶结合位点B阵列内位点。
术语“相互作用”是要包括负相互作用,如抑制性的,例如流感,和正相互作用,如使信号传导的相互作用,或将两个表面带到一起的相互作用。例如,多价呈递物可以与,例如,表面上的靶结合位点B集合结合,以及传导细胞内的信号或诱导细胞消耗能量。这种相互作用效果的实例包括细胞程序死亡(编程性细胞死亡),克隆扩充,例如,B细胞或T细胞复制,细胞迁移,如细胞向某些方向的移动,可溶性分子的释放,例如,激素,如胰岛素,细胞因子如I12;***素,胞吞作用或胞饮作用或胞吐作用,一些物质的主动转运(向内或向外),电活性的诱导作用,或者特殊细胞的分化或去分化作用。用多价呈递物对所有这些作用的调节或处理都属于本发明范围。在一些具体实例中相互作用不是抗粘连的。
术语“立体稳定化作用”指这样的机理,多价呈递物可以通过与其中一个表面生物专一性地结合而立体地抑制两个表面的接近。它区别于通过添加水膨胀聚合物到胶状混合物中实现的稳定化作用,添加聚合物利于在溶液中保持胶状颗粒。在这种情况下分子非专一地被结合到欲稳定的表面。例如,参见A.Sung和I.Piirma的“聚合物胶体的电子立体稳定作用(Electrosteric stabilization ofpolymer colloids)”,Langmuir,1994,10,1393-8;U.Genz,B.D’Aguanno,J.Mewis和R.Klein的“立体稳定化胶体的结构(Structureof sterically stabilized colloids)”,Langmuir,1994,10,2206-12。此概念也区别于将聚合物向胶体或脂质体表面移植。在后一种情况下立体稳定化作用是通过分子与要稳定的表面共价粘着实现的。聚乙二醇是例举的原型。例如,参见K.Zhulina,O.Borisov和V.Priamitsyn的“移植聚合物对胶状分散体立体稳定化作用的理论(Theory of steric stabilization of colloid dispersions by graftedpolymers)”,《胶体和界面学》(Colloid and Interfacial Science),137:495-511,1990。
术语“多价呈递物”包括有十一个或十一个以上被呈递基团A的多成分分子,多价呈递物能够与相应的靶结合位点B结合,而且基团A粘着在框架上。本发明多价呈递物可用下列结构表示:
                      (Y)-An
在某些具体实例中本发明多价呈递物可以用以下结构表示:
                    (Y)-(X-A)n
在上述表达式中“Y”代表框架;“A”代表被呈递的功能团;“X”代表任选的连接基团,该基团用于将基团A粘着到框架Y上;而n代表大于10的整数,这样选择n可使被呈递的基团与多个结合位点B相互作用。
整数n的选择使充分多的基团A被呈递,进而达到治疗疾病或适应症的目的。选择整数n还要使多个基团A被多价呈递。整数n大于10,优选大于10至约106,更优选50至约106,约100至约106,或约1000至约106。介于所列值之间的n也属于本发明范围,例如,大于10至约100,大于10至约1000,约100至1000,及1000至100,000。例如,还包括作为上限和/或下限的任何上述值的组合都属于n的范围。
术语“多价呈递物”或“多价方式”是本领域公认的并且包括A,B或C的多价显示,这样,多个A,B或C功能团不同于它们的单价等价物。例如,多A可以显示单A的正协同性或负协同性或非协同性的生物效果。另外,多价呈递物可以独立地进行协同作用,该作用将由在下文中更加详细解释的β因子来说明。多价呈递物或多价方式包括多价呈递物的用途,它不同于现有技术中已知的缓释化合物或药物呈递体系。多价呈递物被设计成多价功能化而不释放单价基团的物质用以调节药物的药理学活性。另外,由于释放和扩散单价基团,缓释的化合物一般都作用在不同于给药位点的位点,对于多价呈递物,可以不必这样。框架
术语“框架”(Y)包括由分子量超过约10,000的材料制成的支撑结构或骨架,多个基团A可以粘着在上面并可以被多价呈递。粘着可以采用让基团在框架上多价显示的方式实现。在某些实例中在给患者给药之前基团A就被粘着在框架上了。在其它实例中基团A被用于患者,然后在体内汇集到框架上,例如,通过自身的汇集形成本发明多价呈递物。框架部分必须有足够的平均流体动力学半径以跨过相邻受体之间的距离,而且要有100埃或100埃以上。这样的外形尺寸才能让多个的功能团A粘着在框架上以同时结合到靶受体,例如,细胞表面受体。普通技术人员都将认识到,聚合物的平均流体动力学半径可以用标准统计力学方法粗算得到。
在一些具体实例中框架的“骨架”可以还包括连接物(以后称骨架连接物),它们将框架的单体单元连接在一起。具体的骨架连接物将在下面关于聚合物框架的章节中详细讨论。在某些实例中骨架连接物是可离解的,例如,骨架连接物是易水解变化的。
用在多价呈递物中的框架是能够将基团A粘着在其上并能多价呈递基团A的那种框架。用于体内目的的框架既适用于体内给药方式,也适用于体内汇集方式。几种类型框架的实例包括,但不限于,聚合物,脂质体,微胶粒,胶体,dendrimer和生物颗粒。这些类型将在下面进行简单的讨论,然后在关于共价和非共价框架的章节中进一步详细讨论。关于这些框架中每个的详细描述仅在共价和非共价框架讨论的开始部分才有,这样仅仅是为了讨论方便而并不构成对框架范围的限制。应该理解,本发明是要包括能够多价呈递上述基团A的所有类型的框架。
术语“聚合物”或“聚合的”是本领域公认的,并包括含有重复单体单元的结构框架。若论资格聚合的框架还必须能够多价呈递“A”基团,这样才能治疗疾病或适应症。该术语还包括共聚物和同聚物,例如,合成或天然的共聚物和同聚物。直链聚合物,支链聚合物和交联聚合物也包括在内。在优选实例中聚合物不能是葡聚糖。
术语“脂质体”,“微胶粒”和“胶体”是本领域公认的。这些术语还包括其衍生物,如脂质体衍生物,交联脂质体等。
术语“dendrimer”是本领域公认的。dendrimer包括有多代的支链聚合物的特定子类。在dendrimer中每一代都创造了多个分支点。在优选实例中框架不能是dendrimer。
在某些实例中本发明框架可以含有“生物颗粒”。术语“生物颗粒”包括共价分子,例如,糖,蛋白质,脂类,小分子,蛋白聚集体和核酸,以及非共价颗粒,例如,改性细胞(如已经被衍生化,化学改性或由外源核酸传染)或改性病毒,例如,病毒颗粒。作为框架使用的“生物颗粒”区别于天然状态的颗粒,因为所述框架被改性用来多价呈递功能团A。共价框架
在一个具体实例中框架的单体单元可以被共价连接。有代表性的共价框架包括交联脂质体,生物颗粒(如糖,蛋白质,肽,脂类,或小分子),及聚合物(例如,参见Siraganian,R.P.等人,《免疫化学》(Immunochem.),1975,12,149-155;Wofsy,C.等人,《免疫学杂志》(J.Immunol.),1978,121,593-601;Barlocco,D.等人,《(药学》(Farmaco.),1993,48,387-96;Castagnino,H.E.等人,《日本心脏杂志》(Jpn.Heart J.),1990,31,845-55;Costa,T.等人,《生物化学药学》(Biochem.Pharmacol.),1985,34,25-30;Dembo,M.等人,《免疫学杂志》(J.Immunol.),1979,122,518-28;Hlliger,P.等人,《美国科学院学报(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.)》,1993,90,6444-8;Piergentili,A.等人,《药学》(Farmaco.),1994,49,83-7;Portoghese,P.S.等人,《医药化学杂志》(J.Med.Chem.),1991,34,1292-6;Kizuka,H.和Hanson,R.N.,《美国化学学会杂志》(J.Am.Chem.Soc.),1987,30,722-6)。
在某些实例中蛋白质如白蛋白可以被用作呈递大量基团的***(Roy,R.;Lafemere,C.A.,《加拿大化学杂志》(Can.J.Chem.),1990,68,2045-2054);这是一种仿制的天然糖蛋白。
在其它实例中聚合物被用作多价呈递物的框架。聚合物是通用的框架***(Spaltenstein等人,《美国化学杂志(J.AM.Chem.)》,1991,113:686;Mammen等人,《医药化学杂志(J.Med.Chem.)》,1995,38:4179)。在优选实例中本发明基团A被粘着在框架上,该框架包含由连接基因组成的聚合骨架。在某些实例中反应性聚合物可以被用在下面详述的本发明“框架”上。
聚合物可以用本领域已知方法制备(Sandler,S.R.;Karo,W.,《聚合物合成(Polymer Syntheses)》;Harcourt Brace:Boston,1994;Shalaby,W.;Ikada,Y.;Langer,R.;Williams,J.,《生物学和生物医学显著的聚合物(Polymers of Biological and Biomedical Significance(ACSSymposium Series 540)》,American Chemical Society:Washington,DC,1994)。可以将聚合物设计得具有很好的柔韧性;生物活性侧链的距离与聚合物骨架和基团之间的连接物的长度可以被设计和控制。
聚合物框架有许多优点。它们可以被设计成能用最小的不合适的链将多个基团A同时结合到多个基团B结合位点上。聚合的多价呈递物可以很容易、迅速和会聚地被合成(Spaltenstein等人,《美国化学学会杂志(J.AM.Chem.Soc.)》,1991,113:686;Mammen等人,《医药化学杂志(J.Med.Chem.)》,1995,38:4179)。聚合物还允许对呈递物的各种物理性质,例如,相符的柔性;溶解性;亲水性进行调整,以及在不同温度和离子强度的溶液中调节一致性和柔性。
高分子聚合物化学是很发达的学科,有机聚合物为多价呈递提供了非常重要的一类化合物。这些化合物有很高的分子量而且能呈递非常大量的复制基团;它们可以同时呈递一个以上基团;它们的穿过生物膜的传输一般是被限制的,因此,它们在特殊隔室中的寿命可以在体内加以控制。聚合框架提供了各种易于合成的大分子,并接近生物活性范围。
在优选实例中用于本发明的改性聚合材料具有低抗原性和低毒性。在优选实例中聚合框架可选来与水相容,聚合框架能有各种分子量和具有粘着于聚合物骨架的各种不同基团。本发明聚合物骨架通过合成很容易地得到。
含有适于添加侧链的功能团的内在生物相容的聚合物是优选的(Shalaby,W.;Ikada,Y.;Langer,R.;Williams,J.,《生物学和生物医学显著的聚合物(Polymers of Biological and Biomedical Significance(ACS Symposium Series 540)》,American Chemical Society:Washington,DC,1994)。聚合物的实例包括聚环氧乙烷或聚乙二醇(Harris,J.M.,《聚(乙二醇)化学:生物技术和生物医学应用(Poly(ethylene glycol)Chemistry:Biotechnical and BiomedicalApplications)》,Plenum:New York,1992;Horton,D.,《碳水化合物化学和生物化学的发展(Advances in Carbohydrate Chemistry andBiochemistry)》,Academic Press:San Diego,1995),以及,例如,丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮的衍生物,相连的低聚乙二醇低聚物,相连的葡聚糖低聚物等。
其它用于本发明的优选框架具有已证实的用途,例如,作为血浆膨胀剂,药物赋形剂或粘合剂,食品添加剂,或作为用于体内的惰性或可侵蚀材料。例如,可以用聚(乙二醇),聚(乳酸),聚(羟基乙酸)和聚(乙烯基吡咯烷酮)。
用于多价呈递物合成的优选聚合物含有反应性基团如活化的羧酸。大量合成的和天然的聚合物含有羧酸功能团或者能够用羧酸改性,而且它们已经被用于体内。这样的聚合物能够与被呈递的基团A形成共价连接,例如,酰胺键。含有内部环化的羧酸功能团如酸酐或琥珀酰亚胺基团的聚合物特别理想。其它优选的聚合物包括从马来酸酐或苹果酸衍生的亚元。共聚物的实例包括苯乙烯-马来酸酐和α-烯烃-马来酸共聚物(如二乙烯醚-马来酸)。在其它实例中可以使用羧甲基纤维素钠,硫酸软骨素和聚(异丁烯酸酯/丙烯酸酯)材料。在另一些实例中没有活化羧酸的聚合物也可以使用,例如硫酸葡聚糖。
其它值得例举的聚合框架包括:聚(酯),聚(酸酐),聚(碳水化合物),多醇,聚(丙烯酸酯),聚(异丁烯酸酯),聚(醚)和聚(氨基酸)。
另一些值得例举的聚合框架包括:聚(谷氨酸),聚(天冬氨酸),葡聚糖,硫酸葡聚糖,聚(马来酸酐-共-乙烯基醚),聚(琥珀酰亚胺),聚(丙烯酸酐),聚(乙二醇),聚(乳酸),聚(羟基乙酸),聚(乙烯基吡咯烷酮),聚(苯乙烯-马来酸酐),α-马来酸,透明质酸,羧甲基纤维素钠,硫酸软骨素,聚(丙烯酸酯),聚(丙烯酰胺),聚(甘油)和淀粉。
普通技术人员应该理解,能够呈递多个基团A的任何聚合材料都可能适用于本发明。可以对聚合物进行改性,例如,如上所述,或通过衍生化作用,如用双功能交联试剂,以得到适于粘着和呈递基团A的功能团(将在下文中详述)。在某些情况下共聚物可能是优选的。
表1聚合物举例
聚(乙二醇)聚(酰胺)聚(肽),聚(氨基酸)聚(天冬氨酸),聚(谷氨酸)聚(赖氨酸),其它蛋白质(明胶)聚(酯)聚(乳酸),聚交酯聚(乙交酯)聚(己内酯)聚(酒石酸酯)聚糖类纤维素;藻酸盐;淀粉,葡聚糖衍生物聚(N-乙烯基吡咯烷酮)   聚(乙酸乙烯-乙烯基酯)聚(丙烯酰胺)聚(尿烷)聚(异丁烯酸酯)聚(丙烯酸酯)聚(马来酸共聚物)聚(酸酐)聚(原酸酯)
共聚物与可降解连接物与要粘着的基团封装为了保护为了达到靶
骨架连接物
在某些实例中应包括连接部分,即骨架的各单体单元之间“连接物”。“骨架连接物”的实例可以包括碳水化合物,氨基甲酸酯,酰胺,醚,硫酯,硫醚,碳酸酯和酯连接。在某些实例中骨架部分可以用可裂解的连接物连接。多价材料在体内的寿命可能部分取决于其分子尺寸。通过在中等尺寸的低聚物之间放置连接基团并且通过控制这些基团在体内的稳定性,可以控制聚合物在体内的寿命。因此,非功能化的可降解连接物在聚合骨架中的用途可以用来帮助清除聚合物。一般,可裂解的连接物不同于用来连接骨架和基团A的连接物。这种可裂解连接将引起形成较小的聚合功能化的片断,这种片断将小到足以清洗肾脏的程度。可降解连接物可以包括,例如,极易水解的连接物包括酯,碳酸酯或草酸盐基团。
在某些实例中所研究的多价呈递物的框架可以含有dendrimer。dendrimer是本领域认可的,它包括一系列低分子量高分支聚合物,例如,常常是单分散的。dendrimer的优点在于它有非常明确的分子结构,而且它们的溶液相对于它们的分子量来说粘性相当小。相对于直链聚合物,它们能以紧密封装的方式呈递基团,这样可以有利于抵达簇拥在细胞表面上的受体。基团A的数量可以准确地控制在dendrimer中,以及可调节dendrimer分子的基团内距离,一致性和刚性。聚糖类可能就属于一种dendrimer(Sabesan等人,《美国化学学会杂志》,1992,14:8636)。在一个具体实例中dendrimer的链头基团可以被用作框架(Roy,R等人,《基于唾液酸的dendrimer的合成和抗原性质(Synthesis and AntigenicProperties of Sialic Acid-Based Dendrimers)》,Acs Symp.Ser 1994)。非共价框架
多个基团A还可以被连到非共价框架上。非共价框架的实例包括脂质体,微胶粒,胶体,蛋白聚集体,改性细胞和改性病毒颗粒。例如,可将基团A束缚在脂质体分子的头部基团,膜或表面上(Kingery-Wood,J.E.等人,《美国化学学会杂志》,1992,114,7303-5;Spevak,W.等人,《美国化学学会杂志》,1993,115,1146-7;Spevak,W.等人,《美国化学学会杂志》,1996,39,1018-20)。
脂质体和微胶粒是本领域公认的,而且包括由脂类聚集体形成的肉眼可见的颗粒,例如,表面活性剂。在一个具体实例中多价呈递物可以利用脂质体或微胶粒呈递基团(Spevak,W.等人,《美国化学学会杂志》,1993,115,1146-7;Charych,D.等人,《化学和生物学(Chem.& Biol.)》,1996,3,113-120)。该体系紧紧模仿靶细胞的形状,而且可以被设计成能呈递在基团类型和密度方面紧紧符合靶细胞的表面。例如,含有基团A的脂类分子,例如,作为极性头部基团的神经氨酸(NeuAc)可以重新被筑入脂质体。脂质体有可喜的生物相容性,而且相当容易被合成。另外,脂质体可以被设计成具有传感器作用。聚合的脂质体可用来感觉脂质体的形态变化,通过显示UV/(比)膜内部发色团(例如,交联的聚联乙炔)的吸收来表现该变化。例如,病毒与脂质体的结合可通过色移(蓝至红)探测出来,这一点已经是本领域公认的了。
在其它实例中,包括例如改性细胞或改性病毒在内的生物颗粒可以被用作基团A多价呈递的框架。因此,蛋白质,肽,聚糖类,细胞膜片断或改性的完整无损细胞(如红细胞),改性的细菌细胞或改性的病毒都可以在某些实例中用作框架。活化的框架部分
本文所用术语“活化的框架”指上述框架部分,包括共价和非共价框架部分,其含有可以被“活化基团”活化的功能团,然后与至少一个功能基团,辅助基团和/或间隔基团反应。适宜的功能团包括,例如,羧基(酸或盐的形式),羟基,硫氢基,酰胺,氨基甲酸酯,氨基,酮,醛,烯烃,芳香(烃)等。可以在聚合物与功能团接触之前将聚合物活化(预活化),或在功能团存在下活化聚合物(当场活化)。
活化步骤可以包括用能够经历与亲核物质或亲电子物质反应的基团对聚合物进行衍生化作用。另外,活化聚合物使它们能够靠阳离子,阴离子或基因引发机理参与双极性加成反应(如1,3-和1,4-双极性加成反应),环添加反应(如Diels-Alder型反应)和聚合物化反应,这些都属于本发明范围。
通过使用,例如,环形或直链酸酐,活化的酯(如N-羟基琥珀酰亚胺,硝基苯酚,4-羟基-3-硝基苯磺酸等),酰氯,咪唑烷(如,得自羰基二咪唑),羧酸和酯,可以将羧基活化,用于与亲核物质的反应。也可以通过在羧基和试剂,如二环己基碳化二亚胺,1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺,氯甲酸烷基酯,氯硅烷,吡啶翁盐和Bu3N等,之间形成加合物来活化含有羧酸的聚合物。
适于将羧基功能团活化的基团的选取对本领域普通技术人员来说是显而易见的。反应体系理应或要求当场活化或预活化,这一点对本领域普通技术人员来说也应该是显而易见的。
可以用与,例如,卤代甲酸烷基酯或酰基酯(如氯甲酸异丁酯,对硝基苯基氯甲酸酯等),溴化氰或光气反应形成的碳酸盐活化羟基。在利用含邻位二醇基团的聚合物(如葡聚糖和其它聚糖类)方面使用高碘酸盐化合物进行的氧化反应可以被用来在聚合骨架上获得反应性羰基部分。活化带有羟基的聚合物的加成方法对本领域普通技术人员来说是显而易见的。
带有硫氢基的聚合物可以用二硫代双吡啶基化合物,如2,2’-二硫代双(5-硝基吡啶),2,2’-二硫代双(吡啶)等,活化。用于活化带有硫氢基的聚合物的加成方法对本领域普通技术人员来说是显而易见的。
本领域技术人员应该理解,上述活化反应仅用来举例说明,还有许多适于现有流程的变化形式。
一旦聚合框架被活化,它就可以与至少一个官能基团,辅助基团或间隔基团,或它们的混合物反应。或者,活化的聚合物可以与官能基团,辅助基团和/或间隔基团的组合形式反应。功能团部分
根据本发明方法制备的多价呈递物的功能团部分包括能够粘着在框架部分,辅助基团和/或间隔基团上,并且能够以呈递功能的方式,比如为了治疗疾病或适应症,进行多价呈递的基团。功能团部分可以相同或不同。术语“多个功能团部分”或“多个基团R3”是指超过一个以上功能团部分,这些基团中的每个功能团彼此独立地相同或不同。这些功能团在功能团的类型分类中可以相同或不同,比如,一个功能团可以是碳水化合物,而另一个功能团可以是抗生素。这些功能团也可以在同类功能团中为不同的功能团,例如,功能团是两种不同的碳水化合物。在“同聚物型呈递物”情况下被呈递的功能团可以相同,而在“异聚物型呈递物”情况下被呈递的功能团就可以不同,例如,来自不同种类或同种类中的不同基团。为了在下文和权利要求书中描述方便,命名R3 1至R3 n来表示众多R3中的不同成员。
本文所述的由本发明多价呈递物呈递的功能团是功能化的。当功能团被粘着在多价呈递物的框架部分上时功能团就将它们的功能贡献出来。正如上文所述和这里重申的,这一点不同于本领域公认的药物呈递体系,例如,聚合药物呈递体系,该体系释放治疗剂,其中治疗剂以释放的形式提供其功能。例如,在本发明优选实例中功能团通过与十一个或十一个以上(即,多个)结合位点B生物专一地作用来提供其功能,例如,直接提供治疗功效。在其它实例中当多价呈递物是,例如,异聚物型呈递物时,某些功能团(如R3 n)就可能不与位点B作用,而代之以提供其它功能。例如,功能团可能影响R3 1与结合位点B的相互作用,因此,它起的是增强剂的功能。在其它实例中功能团(如R3 n)可以是辅助性功能团(如辅助基团),它能够影响多价呈递物的物理特性,如穿越细胞膜的溶解性或能力。在其它实例中可以利用功能团追踪本发明呈递物,例如,作为呈递物的可探测标记(如荧光或放射性标签)。
本发明功能团部分既可以是合成的也可以是天然的。另外,功能团部分可以根据物理特性如分子大小分类,即功能团可以有低、中或高分子量。天然功能团成分的实例包括,但不限于,天然糖类,蛋白质(如IgE或红细胞生成素),肽和其它已知药物。合成的功能团成分的实例包括,但不限于,肽的仿制品,用组合化学技术或合理的药物设计技术合成的功能团。可以根据本发明方法使用的功能团部分的具体类型将在下面题为“功能团的类型”的一章中详细讨论。基团A
多价呈递物的基团A包括能够以呈递功能的方式,例如,为了治疗疾病或适应症,进行多价呈递和在框架上例如粘着在框架上的基团。基团A可以是相同的,也可以是不同的。术语“多个基团A”指一个以上的基团A,而这“多个”中的每个基团A彼此独立的相同或不同。这些功能团在功能团的类型分类中可以相同或不同,比如,一个功能团可以是碳水化合物,而另一个功能团可以是抗生素类的。这些功能团也可以在同类功能团中为不同的功能团,例如,功能团是两种不同的碳水化合物。在“同聚物型呈递物”情况下被呈递的基团A可以相同,而在“异聚物型呈递物”情况下被呈递的基团A就可以不同,例如,来自不同种类或同种类中的不同基团。为了在下文和权利要求书中描述方便,命名A1至An来表示基团A中的不同成员。
本文所述的由本发明呈递物呈递的“基团A”是功能化的。当基团A被粘着在多价呈递物的框架部分上时基团A也提供了它们的功能。正如上文所述和这里重申的,这一点不同于本领域公认的药物呈递体系,例如,聚合药物呈递体系,该体系释放治疗剂,其中治疗剂以释放的形式提供其功能。例如,在优选实例中基团A通过与十一个或十一个以上(即,多个)结合位点B生物专一地作用来提供其功能,例如,直接提供治疗功效。在某些实例中,例如,当多价呈递物是异聚物型呈递物时,某些基团(如An)就可能不与位点B作用,而代之以提供其它功能。例如,An可能影响A1与结合位点B的相互作用,因此,它起的是增强剂的功能。在其它实例中An可以是功能化的辅助基团,它能够影响多价呈递物的物理特性,如穿越细胞膜的溶解性或能力。在其它实例中可以利用基团A追踪本发明呈递物,例如,作为呈递物的可探测标记(如荧光或放射性标签)。
本发明基团A既可以是合成的也可以是天然的。另外,基团A可以根据物理特性如分子大小分类,即基团A可以有低、中或高分子量。天然基团A的实例包括,但不限于,天然糖类,蛋白质(如IgE或红细胞生成素),肽和其它已知药物。合成的基团A包括,但不限于,肽的仿制品,用组合化学技术或合理的药物设计技术合成的基团。在优选实例中基团A不从下列基团中选取:碳水化合物,多粘菌素如多粘菌素B,β-内酰胺,呋喃衍生的化合物,吡喃衍生的化合物和抗体,不论是单独选用还是与这些基团中的任何其它成员联合使用。在另一些实例中基团A不是上述基团A的衍生物或片断。基团A的具体类型将在下面“基团A的类型”一节中详细讨论。每个呈递物中基团A的数量
框架的各种物理性质会影响多价呈递物调整基团A与结合位点B之间相互作用的能力。通过变化基团等价物的数量可以改变多价呈递物的效能,即增加或降低效能。例如,大量的粘着点可以使呈递物的骨架收缩到表面上,在该表面上结合位点B被显现出来,而且立体稳定性效能降低,但在靶位点的竞争性阻断方面和/或生物响应的激动性/拮抗性方面效能有所增加。
对带有0.2当量唾液酸(SA)的聚丙烯酰胺聚合物母体上取代基效果的***研究表明,骨架取代基的净电荷,尺寸和疏水性都会通过呈递物影响生物功能的成功(Mammen等人,《医药化学杂志》,1995,38:4179)。总之,改变骨架取代基的本性将会影响亲和性和立体稳定化作用。而且,聚合抑制剂的效能会随着取代基电荷和尺寸的增加而降低。库仑和立体相互作用使链得以更伸展,而使立体稳定化作用方面的效能降低。呈递多个不同基团的异聚物型呈递物
异聚物型呈递可以用来提供比等当量单价相互作用更大的强度和专一性。例如,通过呈递另一种类型的基团(如A2)使相互作用的总数增加,则相互作用的总强度也会增加。通过分别调节要呈递的基因A1和A2的数量可以增加相互作用的专一性。例如,带有基团A1和A2的呈递物可以比只带有基团A1或A2的呈递物更紧密地与(位点)B1和B2作用。
除了使用不同的基团A(它们给所述呈递物赋予唯一的药学性质)外,多个不同基团A的使用可以保护不受各种不同病原体的侵害。
例如,在一个具体实例中多价呈递物可以呈递在病原体表面与受体作用的基团A1和与第二种病原体作用的基团A2。在另一个所举实例中B1和B2在相同的病原体上。基团A的类型
本发明的基团A包括当以多价方式呈递时能用来治疗疾病或适应症的的基团。这些基团可以是已知的基团或药物,或者是在研究了涉及具体疾病或适应症的多价相互作用之后所选的新基团或药物。本发明还提供了上述已知的基团A的用途(Kiessling,L.L.;Pohl,N.1.,《化学和生物学》,1996,3,71-7)和开发新基团的综合方法,以及通过多价形式的呈递作用来提高已知单体基团的效能。应该认识到,由于更容易接近作用位点这些多价呈递物的一些应用可能比其它方式更令人喜爱。应该理解,不易接近的情况可以通过更直接地给作用位点给药来改变。
在某些实例中已知会涉及细胞-病原体相互作用,细胞-细胞相互作用,病原体-细胞外基质相互作用和病原体-病原体相互作用的基团可以多价方式在本发明呈递物上呈递。
例如,如所附实施例和附录中所述,一个例举的基团是N-乙酰基神经氨酸(一种唾液酸),它是流感凝集素的天然结合位点。该糖与其卵磷脂之间的相互作用是流感病毒粘着在其靶细胞上的第一基本步骤。绝大部分多价糖可以成为基团A,包括Neu5Ac(2,6)半乳糖,Neu5Ac(2,6)乳糖,NeuAc(a2,3)Gal(b1,3)GalNAc,硫酸肝素和脑苷脂类,它们在不同的病毒颗粒粘着于宿主细胞方面已经表现出重要的作用。
在其它实例中已知能调理其它涉及多价作用的疾病或适应症的基团可被用于本发明呈递物。例如,可以选择能够调节治疗血栓形成时血小板之间多价相互作用的基团A。
在优选实例中本发明呈递物可以包括在治疗疾病或适应症时用它们的单价形式给药已经表现出没有明显效果的已知药物或化合物。在这些实例中,当根据本发明进行多价呈递时,这些药物又变得明显有效了。因此,本发明提供了一些已有的药物和非药物基团,它们可以作为基团A被掺入本发明呈递物。本领域普通技术人员应该理解,基团A可以有一种以上生物功效,和/或可以用于治疗一种以上疾病或适应症。还应该理解,一些基团A将被用于治疗涉及多价相互作用的疾病或适应症和/或一些基团A将被用于治疗涉及非上述多价相互作用的疾病或适应症。下面所用术语“药物”指易于讨论的可能的基团A。
例如,本发明提供了对中枢神经***有功效的药物。可将9-氨基四氢吖啶或donepezil用作基团A来治疗阿尔茨海默病。在另一个实例中可用双硫醒作基团A治疗酒精成瘾症。治疗急性和/或慢性疼痛和/或炎症可用止痛药(例如,醋氨酚,阿斯匹林,布洛芬,甲氧萘丙醇,镇痛新,消炎痛或二氟苯水杨酸)和***(如罗哌卡因或瑞芬太尼)作基团A。治疗疼痛和/或麻醉剂依赖症可用,例如,二氢可待因酮,丙氧芬度冷丁,二氢***酮,***,阿米酮或羟氢可待酮作基团A。本发明还提供了麻醉剂的用途,这些麻醉剂包括,例如,肾上腺素,普罗卡因,卡波卡因,甲乙炔巴比妥,布比卡因和普鲁卡因。本发明多价呈递物还可以用胆碱酯酶抑制剂作基团A,例如,吡啶斯的明或新斯的明。还可将***掺入本发明呈递物,例如,可用fluazepam,戊巴比妥,***苯二氮卓,羟基安定或司可巴比妥。基团A也可以是镇咳药,例如,假麻黄碱或可待因。本发明还用抗偏头痛药作基团A,例如,麦角衍生物(如麦角胺或二甲麦角新碱)或sometheptene,或者是5-羟色胺(5-HT)拮抗剂,如sumitriptan。基团A还可以是运动症的治疗剂,如氯苯苄嗪或东莨菪碱。
在其它应用中基团A也可以是肌松药,如吡啶斯的明,新斯的明,琥珀胆碱,米伐克龙,多沙铵,罗库铵,维库铵,硝苯呋海因,胺苯环庚烯,氯苯氨丁酸,氯羟苯恶唑,氨甲酸愈甘醚酯或罂粟碱。恶心可用,例如,甲哌氯丙嗪,氯丙嗪,三甲氧苯酰胺,奋乃静,羟嗪或奥丹西隆治疗。抗副交感神经药也可用作基团A,如双环哌丙醇,***,麦角胺,双环胺,莨菪碱,溴环扁吡酯。另外,拟副交感神经药,如9-氨基四氢吖啶,毛果芸香碱,乌拉胆碱,腾喜龙,育亨宾,也可以使用。基团A还可以包含抗震颤麻痹药物,如盐酸苯海索,bentropine,开马君,左旋多巴,溴麦角环肽,甲基多巴肼,金刚烷胺。本发明还提供了精神治疗药在本发明呈递物中的用途。另外,抗焦虑药,如氯羟去甲安定,丁螺旋酮,利眠宁,安宁,氯氮卓,安定和***安定,也可以掺到本发明呈递物中。抗抑郁药,如苯乙肼,反苯环丙胺,parozetine,氟苯氧丙胺,舍曲林,阿米替林,去甲替林,丙咪嗪或普罗替林,也可以使用。抗精神病药,如氯氮平,甲哌氯丙嗪,氟哌啶醇,克塞平,甲硫哒嗪,氟奋乃静,利派酮,甲砜哒嗪,三氟拉嗪,奥氮平,或氯丙嗪,也可以用作基团A。还可以用精神兴奋药,如苯异妥英或***。镇静药,如甲基***,司可巴比妥或羟基安定,也可以用作基团A。可以用带有,例如,非氨酯,加巴喷丁,苯妥英,3-甲基苯乙妥因,乙基苯妥英,拉莫三嗪,甲琥珀,苯琥珀,乙琥珀,cabamozepine,苯乙酰脲或cabamazepine的多价呈递物治疗癫痫发作。还可以使用抗交感神经药,如酚胺唑啉。基团A还可以包括,例如,抗惊厥药(如磷苯妥英),抗抑郁药(如米氮平),可用来治疗多发性硬化症(如glatiramer)或癫痫(如托吡酯)的基团,或可用来抑制血管生成(如公认的血管抑制剂)的基团。
本发明还提供了对心血管***有功效的基团A的用途。例如,类肾上腺素能药,如喹恶哌嗪,特拉唑嗪,哌唑嗪,甲基多巴乙酯,氯压定和柳胺心定。在另一个实例中血管紧张肽转换酶抑制剂,如巯甲丙脯酸,赖诺普利,tradolapril或依那普利,也可以使用。多价呈递物还可以被制成呈递血管紧张素II受体拮抗剂如氯沙坦或缬沙坦的呈递物。本发明还提供了抗心律失常药,如双异丙吡胺,普鲁卡因胺,奎尼丁,苯丙酰苯心安,哌氟酰胺,氨酰甲苯胺,萘心安,甲磺胺心定,乙胺碘呋酮或地高辛。在其它实例中β-阻滞药,如噻吗心安,甲氧乙心安和氨酰心安,也可以用作基团A。在另一个实例中钙通道阻滞剂也可以用作被呈递的基团。其实例包括硝苯吡啶,硝吡胺甲酯,硫氮卓酮,费乐地平和戊脉安。
利尿药,如乙酰唑胺,利尿酸,速尿,安体舒通,氨氯吡脒,***和双氢***,也可以用作基团A。血管舒张药,如罂粟碱,肼苯哒嗪和氨吡酮,也可以用于本发明呈递物。本发明还提供了血管加压药的用途,如间羟胺,苯福林或异丙肾上腺素。在另一个实例中基团A可以包括,例如,美加明。基团A可以是降血脂药,如祛脂乙酯,二甲苯氧庚酸,亲伐他汀,洛伐他汀,atorvastatin或烟酸。可以用,例如,danaparoid作基团A来治疗深层静脉血管形成。在另一个实例中可用抗高血压药,如甲氧胺福林。
对于治疗癌症基团A包括,例如,抗雄激素药(如亮丙瑞林或氟硝丁酰胺),杀细胞药(如阿霉素,阿霉素(doxorubicin),紫杉醇,环磷酰胺,马利兰,顺氯氨铂或α2-干扰素),抗***药(如三苯氧胺)和抗代谢药(如氟尿嘧啶,甲氨蝶呤,巯嘌呤或硫鸟嘌呤)。基团A还包括激素,如6α-甲-17-羟孕酮,***,亮丙瑞林,甲地羟孕酮,善得定或生长激素释放抑制因子。在另一个实例中基团A包括,例如,伊立替康,吉西他滨,toptecan,nilandrone或docetaxel。
在其它实例中本发明呈递物可用于胃肠应用。例如,镇痉药或抗胆碱能药,如双环胺,莨菪碱,溴环扁吡酯,盐酸苯海索或阿托品,也可以用作基团A。食欲抑制药也可以用作基团A,如右旋***,苄甲***,苯叔丁胺或ormazindole。在其它实例中基团A可以包括止泻药,如洛派丁胺,苯乙哌啶或善得定。本发明呈递物还可以包含,例如,质子泵抑制剂(如达克普隆或奥莫拉唑)或血管舒张药(如opioid)。
调节内分泌***的基团A也可以多价呈递。例如,避孕药,如ethinodiol,炔雌醇,炔诺酮,炔雌醇甲醚,甲烯甲炔诺或6α-甲-17-羟孕酮。调理糖尿病的基团A也可以使用,例如,优降糖或氯磺丙脲。组成代谢药,如睾内酯或康力龙,也可以被掺到本发明呈递物中。雄激素,如甲基睾酮,睾酮或氟羟***,也可以用作基团A。制尿药,如去氨加压素,也可以用作基团A。本发明呈递物也可以多价方式显示,例如,降钙素作用。还可以使用***,如己烯雌酚。基团A也可以是糖肾上腺皮质激素,如去炎松或倍他米松。本发明还提供用孕激素类,例如,炔诺酮,炔诺醇,左旋18-甲基炔诺酮和炔雌醇,作为基团A。在另一个实例中还用到甲状腺药(如三碘甲状腺氨酸或左旋甲状腺素)或抗甲状腺药(如甲巯基咪唑)。在其它实例中可用,例如,卡麦角林作为基团A治疗血催乳素过多病。在另一个实例中可用,例如,miglitol或胰岛素lispro治疗糖尿病。本发明还提供了荷尔蒙抑制药,如炔羟雄烯唑或性瑞林的用途。在其它实例中基团A包括催产药,如甲基麦角新碱或催产素。***素也可用作基团A,如mioprostol,***素E1或***素E2
本发明多价呈递物还可以用于皮肤学的应用。有皮肤学功效的基团A的实例包括,例如,抗痤疮药(如13-顺维生素A酸,阿达帕林或全反维生素A酸)。其它可用于皮肤学应用,例如,治疗瘙痒的基团A包括,例如,别氯地米松,苯佐卡因,羟嗪,氟地松,莫米他松,肤轻松,氯氟美松或去氧米松。
基团A还可以作用于凝结的血块。例如,聚(A)可以含有抗凝剂或肝素。在其它实例中基团A可以包括,例如,抗凝血酶III或血小板抑制剂,如阿昔单抗和/或氯苄噻啶。
在其它实例中可根据基团A对免疫调节作用的影响力来选择基团A。例如,组胺从乳腺细胞和嗜碱细胞的释放涉及到细胞表面过敏原与IgE受体之间的多价相互作用。在这种情况下基团A可以包括,例如,抗组胺药,如苯海拉明,氯雷他定,溴苯吡胺,盐酸赛庚啶,异丙嗪,丁苯哌丁醇,fexofenadine,卓苄酞嗪和/或氯苯苄咯。在另一个实例中基团A包括乳腺细胞稳定药,如氰苯草氨酸和/或色甘酸。
其它调节免疫***的基团A包括,例如,类固醇(如去炎松,丙酸氯地米松,可的松,***,强的松龙,甲强龙,丙酸氯地米松,或氯氟美松),组胺H2拮抗剂(如法莫替丁,甲氰咪胍或糠硝烯二胺),免疫抑制药(如硫唑嘌呤或环孢菌素)。有抗炎活性的基团,如苏灵大,乙哚乙酸,苯酮苯丙酸或酮咯酸,也可用作基团A。也可用抗组胺药,如fexofenadine或卓苄酞嗪。
调节呼吸***的基团A也可以使用。例如,粘液溶解药/祛痰药(如愈创木酚甘油醚),抗炎药(如色甘酸,9-去氟肤轻松,氯地米松或丁地去炎松)也可以用于本发明呈递物。本发明还提供了支气管扩张药作为基团A的用途,它包括,例如,异丙托品,异丙喘宁,叔丁喘宁,乙基异丙肾上腺素,舒喘宁或茶碱。治疗哮喘的药剂也可以使用,如zafirlukast或弃白通。
基团A还包括抗生素,如喹诺酮(如环丙沙星,诺氟沙星,氧氟沙星,依诺沙性或洛美沙星),磺酰胺(如柳氮磺胺吡啶或磺胺甲基异恶唑)或,例如,多粘菌素B,杆菌肽,新霉素,土霉素,妥布霉素,磺胺醋酰,磷霉素和青霉素,抗病毒药(如三氟胸苷,齐多夫定(AZT),扎西他宾(ddV),地丹诺辛(ddl)或stavudine(d4T),或其它逆转录酶抑制剂,如Merck出售的,蛋白酶抑制剂(如噻喹努佛,indinavir或ritonavir),无环鸟苷,泛西洛维,***核苷,奈韦拉平,cidofovir或喷西洛维),抗寄生物药(如噻苯咪唑,氯喹,磺胺邻二甲氧嘧啶,乙胺嘧啶,甲氟喹,甲硝哒唑,丙硫咪唑或异阿凡曼菌素),或抗真菌药(如布替那芬,氯苯硫丁唑,特康唑,噻苯乙咪唑,克霉唑或双氯苯咪唑)。在某种情况下用特殊的抗生素治疗特殊位点的感染如眼炎是优选的,这一点对本领域技术人员是显然的。
在其它实例中青霉素辅剂如羧苯磺胺也可以用作基团A。
可用作基团A的尿道药包括,例如,利尿酸药如苯磺唑酮。抗生素,如羧茚青霉素,呋喃妥因,萘啶酸,新霉素,杆菌肽或多粘菌素B,也可用作基团A。本发明呈递物也可呈递镇痉药(如盐酸羟丁宁或黄酮哌酯)。草酸钙结石预防药也可以用作基团A,例如,别嘌呤醇。也可以使用***肥大变更因子(如特拉唑嗪或芬甾酮)。本发明呈递物还可以用于治疗膀胱炎,例如,用戊聚糖作基团A。
本发明呈递物还用于眼炎治疗。例如,β-阻滞药(如brominide或环丙甲氧心安),抗炎药(如clopatadine),或用于治疗青光眼的药物(如拉坦***)都可用作基团A。本发明还提供了碳酸酐酶抑制剂的用途,例如,用二氯磺胺,甲醋唑胺或多佐胺作基团A。
对于牙科应用,例如,口腔溃疡,可用,例如,氨来占司作基团A。
在其它实例中基团A可独立地选自红细胞生长素,藤霉素,人体生长激素,组织血浆酶活化因子,血小板活化因子,白介素刺激因子,粒细胞刺激因子,巨噬细胞刺激因子,靶为蛋白质产物受体的小分子促分泌素,如生长刺激促分泌素,EPO促分泌素和胰岛素促分泌素。
多价呈递物的一些具体实例(仅用于说明而非限制)包括抗流感病毒上HA的多价唾液酸,Sialyl LeX与含有P-选择蛋白的血小板形成的两个衍生物,抗含有E和P选择蛋白的内皮的多价SialylLeX,结合含有两个不同受***点的GABAB复合受体的巴比妥酸盐(苯并二氮卓),结合具有氧基哌吲哚和选择蛋白的白细胞的RGD和Sialyl LeX,及结合肿瘤(它结合了gal-x-gal)和补体级联蛋白质的C5A和Gal-X-Gal。辅助基团
本文所用术语“辅助基团”指改变多价呈递物和/或多价呈递物组成部分(例如,框架部分,功能团部分,间隔基团等)特性的基团部分。可以改变的性质包括,例如,溶解性(在水,脂肪,脂类,生物体液等中的),疏水性,亲水性,框架的柔性,抗原性,分子大小,分子重量,体内半衰期,体内分布,生物相容性,免疫原性,稳定性,结合到多价靶上的强度等。
本领域技术人员都理解,尽管不是全部,但这些特性有许多相互之间基本上是重叠的,而且辅助基团将影响这些特性的改变。例如,人们期望在多价呈递物的框架上引入一个或多个聚(乙二醇)(PEG)基团将提高亲水性和水溶性,增加分子量和分子大小,而且,取决于未PEG化的(unPEGylated)框架的本性,会增加体内保留时间。此外,人们期望PEG能降低抗原性,并且通过结合于溶剂分子(如水)上的氢来提高聚合呈递物的整个刚性。框架的特性与能够影响这些特性的辅助基团之间相似的重叠区域对本领域技术人员来说是显而易见的。
能够提高多价呈递物的水溶性和/或亲水性的辅助基团被实际用于本发明。因此,使用辅助基团来提高多价呈递物的水溶性和/或亲水性属于本发明范围,这些辅助基团包括,例如,聚(乙二醇),醇,多元醇(如甘油,丙氧基甘油,糖类,包括单糖,低聚糖和多糖类,等等),羧化物,聚羧化物(如聚谷氨酸,聚丙烯酸等),胺,聚胺(如聚甘氨酸,聚(氮丙啶)等)。在优选实例中用来改善水溶性/亲水性的辅助基团为多元醇。在特别优选的实例中辅助基团为聚(乙二醇)。
在多价呈递物结构中掺入亲脂性辅助基团以提高呈递物的亲脂性和/或疏水性,这点属于本发明范围。用于本发明实践的亲脂性基团包括,但不限于,芳香基团和多环芳香基团。本文所用术语“芳香基团”指芳香烃和杂环芳香烃。芳香基团可以不被或被其它基团取代,但至少被一个允许它们共价粘着在多价呈递物上的基团取代。用于本发明实践的其它基团包括不在水介质中形成双层的脂肪酸衍生物。
在优选实例中亲脂性辅助基团将是环形基团,如环烃基或杂环基。在其它优选实例中环形基团将是6元环,或者是两个或多个稠合的6元环。在特别优选的实例中辅助基团将是苯基或萘基。
同样属于本发明范围的是辅助基团的用途,这些辅助基团使得多价呈递物能够被掺入囊中,如脂质体或胶粒。术语“脂类”指所有能够形成双层的脂肪酸衍生物,它使得在脂类材料的亲水部分朝向水相的同时疏水部分朝向双层。亲水性源于磷酸根,羧酸根,硫酸根,氨基,巯基,硝基等基团的存在。包含了,例如,但不限于,长链饱和或不饱和脂肪烃基团后的呈递物就获得了疏水性,而且这些基团可以被一个或多个芳香,环脂或杂环基团取代。优选的脂类是磷酸甘油酯和(神经)鞘脂类,具有代表性的实例包括磷脂酰胆碱,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨,酸磷脂酰肌醇,磷脂酸,棕榈酰油酰磷脂酰胆碱,溶血磷脂酰胆碱,溶血磷脂酰-乙醇胺,二棕榈酰磷脂酰胆碱,二油酰磷脂酰胆碱,二硬脂酰-磷脂酰胆碱或二亚油酰磷脂酰胆碱。其它无磷化合物,如鞘脂类和糖鞘脂类化合物也属于脂类基团。另外,上述两性脂类也可以与其它脂类,包括甘油三酯和甾醇类,混合后使用。
多价呈递物的柔性可通过引入庞大和/或刚硬的辅助基团来控制。庞大或刚硬基团的存在可以阻止框架中的键或框架和辅助基团之间的键或框架和功能团之间的键的自由旋转。刚硬基团可以包括,例如,其构象的易变性受到存在的环和/或多键的限制的基团。其它可以带来刚性的基团包括聚合基团,如低聚-或聚脯氨酸链。
刚性也可以通过静电获得。因此,无论辅助基团是负电荷还是正电荷,相同电荷的辅助基团会迫使呈递物框架形成使相同电荷彼此之间距离最大的构型。使带有相同电荷的基团彼此之间更接近的能量消耗将使框架保持在维持同电荷辅助基团之间分离的构型。另外,带有相反电荷的辅助基团将被吸引到与其带相反电荷的基团上,并且将进入分子间和分子内离子键。这种非共价结合机理将保持框架成为允许具相反电荷的基团相结合的构象。在将辅助基团加到框架上之后,通过本领域技术人员已知的脱保护反应,改变pH,氧化反应,还原反应或其它机理,使辅助基团带有电荷,或者,带有未掩蔽的潜在电荷的过程属于本发明范围。
庞大基团包括,例如,大原子或离子(如碘,硫,金属离子等),含有大原子的基团,多环基团,包括芳香基团,非芳香基团和含有一个或多个碳-碳多键的结构(即烯和炔)。庞大基团还包括支链或直链型低聚物和聚合物。预计支链型每增加单位分子量所增加的结构刚性比直链型更多。
在优选实例中刚性是由于环形基团(如环烃基团,杂环基团等)的存在而产生的。在其它优选实例中环是6元环。在更进一步的优选实例中环是芳香基团,如苯基或萘基。
通过审慎地选择辅助基团来改变多价呈递物的抗原性也属于本发明范围。在某些应用中可能需要降低多价呈递物的抗原性。如上所述,掩蔽基团,如聚(乙二醇),是本领域已知的能够降低单价和多价分子抗原性的基团。在其它应用中(人们)可能需要提高多价呈递物的抗原性,因此,就激发了免疫反应。在这些应用中辅助基团可以包括本领域已知的能够提高半抗原免疫原性的基团。适于提高多价呈递物免疫原性的基团包括,但不限于,钥孔嘁血蓝素(KLH)和牛血清白蛋白(BSA)这样的蛋白质。其它能够提高多价呈递物抗原性的基团将是本领域技术人员已知的。
体内半衰期和体内分布是分子的许多性质,包括分子大小,分子量,电荷,疏水性/亲水性,抗原性,生物降解性和多价呈递物上靶基团的存在或不存在,的函数。这里所用术语“靶基团”指对细胞受体有亲和力的基团。通过改变这些性质从而使体内施用化合物的半衰期或分布能够获得所要的改变的方法是药物学和医药化学领域熟知的。识别新基团A的方法
本发明还提供了用作基团A的寡糖基团的合成方法(Horton.D.,《碳水化合物化学和生物化学的发展(Advances in CarbohydrateChemistry and Biochemistry)》,Academic Press:San Diego,1995),可以合成蛋白质类似物(Maassen,J.A.;Terhorst,C.,《欧洲生物化学杂志》(Eur.J.Biochem.),1981,115,153-8;Wang,K.S.等人,《病毒学杂志》(J.Virol.),1992,66,4992-5001;Mastromarino,P.等人,《遗传病毒学杂志》(J.Gen.Virol.),1987,68,2359-69)。基于计算机的设计工具也可用来合成基团A(Jorgensen,W.L.,《化学领域:有机化学》(Chemtracts:Org.Chem.),1995,8,374-6)。
本发明还提供了在多价作用概念上发现新基团A的方法。例如,噬菌体显示库中的单个噬菌体,空间选址组合阵列(spatiallyaddressed combinatorial array)中的单个别针(pins)或由“混合和***”方法产生的组合库中的单个珠串,每个只带有一种基团,该基团以多价方式被呈递。因此,可以对多价呈递的B的结合形式直接筛选这些库,结合形式有,如简单粘连,或导致特殊结果的粘连,如传染,细胞死亡,细胞增生,形态改变或易探查受体如绿荧光蛋白的产生。一个典型的树脂珠可以负担约100pmol或约60兆(trillion)个拷贝。并非所有这些拷贝都在所有固体载体的表面上,但载体可以选择为,例如,多孔的或表面功能化的。相比而言,噬菌体可以在表面上显示3-1000份肽基团拷贝,这取决于库所稠合的外被蛋白。被定为值得进一步分析的任何一种基团A接下来将进行溶解性,聚合形式方面的试验。
作为实例,在库中具体粘着有细菌,真菌或中性白细胞的珠串载着可以用作本发明多价呈递物基团的基团。约有1,000,000不同肽的库可以采用***合成法制成,而且可以得到其它类型化合物的形形色色的库。所选基团的结构将由合成过程决定,或者可用排序,质谱,解卷曲(deconvolution)或编码方法获得。
例如,可以使用显示噬菌体的肽库(例如,参见Doyle,M.V.等人,“利用血小板和整个细胞从噬菌体显示库选择肽配体(TheUtilization of Platelets and Whole Cells for the Selection of peptideLigands from Phage Display Libraries)”,《组合库:合成,筛选和应用潜力》(Combinatorial Libraries:Synthesis,Screening,andApplication Potential),Cortese,R.,Ed.;Walter de Gruyter:Berlin;1996;pp.159-174;Fong等人,《药物开发研究》(Drug Dev.Res.),1994,33,64-70;Goodson等人,《美国科学院学报》(Proc.Natl.Acad.Sci.),1994,91,7129-33)。在一个实例中可以选择(“淘选”)PIII改性的噬菌体(每粒3-5个拷贝)与合部活化的血小板相互作用,因而鉴定出5个级别的结合了血小板的肽基团。从噬菌体序列衍生的合成肽已经就噬菌体-血小板相互作用的抑制性问题进行了试验,为的是防止血小板聚集,尽管观察到的IC50值很低。
已经有文献论述过用高效糖基供体进行多糖的组合合成(Liang等人,《科学》(Science),1996,274:1520)。这项技术取决于作为糖基供体的异头亚砜,它有非常高的反应性,而且允许以非常高的产率进行多糖合成,总之,这是组合库的一个基本特性。可以珠串为基础创建(组合)库,而且为了与多价凝集素在溶液中相互作用要对库进行筛选。粘连测定法或凝集测定法可以用于该体系。
合理的药物设计技术,包括基于计算机的设计工具(Jorgensen,W.L.,“计算机辅助药物设计中预计结合亲和力的新方法(A newmethod for predicting binding qffinity in computer-aided drugdesign)”,《化学领域:有机化学》(Chemtracts:Org.Chem.),1995,8,374-6)可以用来鉴别多价呈递中的基团A。基团A的粘着
基团A可以用允许基团多价呈递的方式被粘着到框架上或形成框架的一部分。粘着可以是直接的,例如,不通过连接物,或者是间接的,即通过连接物粘着基团A。基团A可以在聚合之前或之后被粘着在单体单元上。本发明对粘着步骤的顺序没有限定,只要所形成的呈递物以多价方式显示基团A即可。例如,基团A可以首先与连接物粘着,然后,连接物-基团A部分再与框架粘着,反之亦然。或者,连接物先与框架粘着,然后,基团A再与框架-连接物部分粘着。也可以用带有基团A的双功能化单体将基团A掺入多价呈递物,然后将基团A聚合。或者,可制备具有反应性的聚合物,即制备一个被活化以能进行偶合反应的聚合物,然后使基团A与该聚合物反应(“预活化反应”技术)。
优选的实例是将连接物粘着在基团A上。如上所述,连接物包括能够将基团A定位或粘着于框架上的基团部分。在更优选的实例中连接物是独立于基团A和框架的部分。优选的连接物类型的实例是能将伯胺留在连接物未连接末端的连接物。然后,改性的基团可以被粘着在聚合物的活化羧酸上,形成酰胺连接。酰胺键相对比较稳定,在自然界广泛出现,而且可以用大量已经开发的方法很明确地制成。另外,可以用特殊的连接物得到额外的优点。
阳离子聚合物比阴离子聚合物更具抗原性。阳离子改性的配体能以有限数量使用以保证消耗所有的改性基团,只在聚合物上留下过量的羧酸基团,这样,聚合物对水溶性起积极作用。如上所述,连接物还使基团A与框架之间有一定的空间间隔。在某些实例中连接物还给多价呈递物予以柔性,例如,基团的灵活移动。用于本发明呈递物的典型连接物包括聚(甘氨酸),烷基胺如乙胺,烃部分,硫醚,聚(乙亚胺)和聚(天冬氨酸),以及聚醚如PEG链。
“预活化反应”方法允许用限定摩尔分量的呈递不同基团的单体单元构造框架,如聚合物。例如,该方法可以使用聚(丙烯酸)的活化酯,如由N-丙烯酰基琥珀酰亚胺聚合而成的聚(N-丙烯酰基琥珀酰亚胺),即pNAS。接下来,pNAS的NHS酯的DMF(溶液)可以与不同伯胺(如R1NH2和R2NH2)反应,形成酰胺键。通过用过量NH3或OH-处理可将剩下未反应的酯基分别转化成酰胺或羧酸。人们认为,采用这种方法后这些基团相对于聚合物骨架的分布将是随机的。而且,由于检测了不同侧面的基团对效能的影响,聚合程度(一个聚合物中单体单元的总数)可以保持恒定。用1H-NMR谱仪和燃烧分析可以估算胺和pNAS之间形成酰胺的反应的效率。该反应的完成率肯定超过90%。
直接“共聚反应”的另一个例子可用在回流THF中的丙烯酰胺单体衍生物的混合物来解释(Spaltenstein等人,上述引文)。共聚反应可以在聚合反应中引入两个主要的无约束变量:(i)不同N取代的丙烯酰胺之间共聚反应的比例常数之未知差异可能会造成基团(A)相对于聚合物的骨架不是唯一分布;(ii)聚合物的多分散性,顺序性和长度可能会因为侧链的改变而变化。由于涉及聚合过程(增殖过程;终止过程)的比例有差异,因此会发生上述现象。如果需要有唯一结构特征的pA(R),则“预活化反应”方法可能是优选的。
在优选实例中聚合物被有高产率和在过程中很容易除去副产物的方法活化。其它需要考虑的包括副产物与粘着基团的反应性,引起外消旋化的趋势(如用聚(氨基酸))。
例如,有一系列化学方法来活化与胺反应的羧酸。活化羧酸反应的相对能力以下列顺序递减;RCOHal>(RCO)2O+RCON3>RCO2R>RCONH2>RCOR,而且随着发生反应的胺的亲核能力而增加。在优选实例中使用的是内酸酐。
由于在聚合物骨架上带有酸酐或琥珀酰亚胺,所以当与胺反应时就很容易形成酰胺键。肽中的分子内酸酐可以用α-氨基-N-羧酸酐或硫代羧酸酐形成。
在某些实例中也可以使用混合酸酐,例如,碳化二亚胺等。通常用于肽化学的形成混合酸酐的方法包括形成碳化二亚胺(例如,用二环己基碳化二亚胺(DCC)或1-乙基-3-(3-二甲氨基)丙基碳化二亚胺(EDC))。EDC可以用于水溶性聚合物。其它例举的酸酐可以由试剂如氯甲酸酯或喹啉衍生物(EEDQ,IIDQ)制成。
如上所述,在其它实例中羧酸叠氮化物也可以使用。在使用羧酸叠氮化物的情况下需要在反应之前制成叠氮化物。在其它实例中可以使用咪唑,如羰基-咪唑。
在另外一些实例中可以使用象对硝基苯酚或N-羟基琥珀酰亚胺这样能形成活化酯的化合物。
在另外一些实例中所用聚合物含有羟基,因此可以使用衍生羟基的方法。这种方法是本领域技术人员已知的。
或者,用组合方法制造多价呈递物。简而言之,可用准固态组合方法生成带着基团A1至An的骨架库。组合库由合成的多价呈递物阵列组合而成,其中阵列中的多价呈递物的组成,结构,性质,功能等彼此都不同。在制造多价呈递物阵列时,除其它内容外人们尤其可以改变框架部分的化学结构,辅助基团的化学结构,间隔基团的化学结构,框架部分的化学性质,功能团部分的化学性质,辅助基团的化学性质,间隔基团的化学性质,要呈递的框架部分的量,要呈递的功能团部分的量,要呈递的辅助基团部分的量,要呈递的间隔基团的量,要呈递的不同框架部分的数目和/或量,要呈递的不同功能团部分的数目和/或量,要呈递的不同辅助基团的数目和/或量,要呈递的不同间隔基团的数目和/或量,各种成分之间连接键的性质和数量(例如,间隔基团的连接键的性质),反应参数(如反应溶剂,反应温度,反应时间,反应引发剂,反应催化剂,反应所处的气体环境,反应压力,淬灭反应的速率等),各种成分的化学计量;呈递不同成分所加入的顺序,等等。
因此,在一个具体实例中本发明提供了制备多价呈递物阵列的方法,该方法包括:(a)将第一种多价呈递物的第一个活化的框架部分和第二种多价呈递物的第一个活化的框架部分加到第一和第二反应容器中;及(b)将第一种多价呈递物的第一个功能团部分和第二种多价呈递物的第一个功能团部分加到第一和第二反应容器中,形成至少两种不同的多价呈递物。允许要预先活化的反应物进行反应。该过程任选用其它成分(如框架部分,功能团部分,辅助基团,间隔基团等)和/或不同的反应参数(如不同的反应温度,反应催化剂,反应溶剂等)重复,以形成巨大的多价呈递物阵列。
多价呈递物阵列一旦形成,就可根据多价呈递物所应有的有用性质进行筛选和/或测定。可以进行筛选的性质包括,但不限于:生物活性,结合的亲和力,生物性质,药理性质,口服生物利用度,循环半衰期,激动活性,拮抗活性,溶解性等。接下来或同时对多价呈递物阵列的有用性质进行筛选。此外,可以当场筛选阵列,或者,不用当场方式对多价呈递物进行筛选,例如,从底物中取出多价呈递物后再进行筛选。一旦鉴别清楚就可以大规模地制备具有有用性质的多价呈递物了。间隔基团
在本发明另一个具体实例中,间隔基团,或换种说法,连接物基团,位于框架和功能团和/或框架和辅助基团之间。
本发明该具体实例的构建物具有下列通式:
R1{-R2(-R3)n}m                              (II)
R1{-R2(-R3)n}m{-R4(-R5)s}t                  (III)
上面两个结构式中的符号R1代表为间隔基团提供多个粘着位点的多功能框架。包括dendrimer,多肽,多糖等在内的聚合物一般被用作此框架。由于多个粘着位点的存在,骨架对于功能团和/或辅助基团起着放大作用。
在上面两个通式中符号R2和R3分别代表间隔基团和功能团。符号m代表粘在每个间隔基团上的功能团的数量。符号n代表间隔基团和与它们相关的粘着在框架上的功能团的数量。如上所述,功能团的数量和辅助基团的数量和间隔基团的数量通常要比多价呈递物上功能团和/或辅助基团的总数的10倍还要多。
在通式III中符号R4和R5分别代表间隔基团和辅助基团。符号s代表粘在每个间隔基团上的辅助基团的数量。符号t代表间隔基团和与它们相关的粘着在框架上的辅助基团的数量。功能团的数量和间隔基团的数量通常要比多价呈递物上功能团的总数的10倍还要多。例如,“m”可以是6而n可以是“3”,说明总共有18个功能团存在。
在通式II代表的实例中只有间隔基团/功能团构建物粘着在框架上。在结构式III代表的实例中间隔基团/功能团和间隔基团/辅助基团两种构建物都粘着在框架上。在通式III中间隔基团R2和R4既可以相同也可以不同,并且约以1∶1的摩尔比或不同的摩尔比存在。为了简明扼要起见,下面的讨论中仅提及符号R2,但是,应该理解,R2和R4都包括在讨论中。相应地,涉及R3(功能团)的讨论也包括R5(辅助基团)。
间隔基团R2可以是很多种分子结构中的任何一种,而且至少是双功能的,以允许能同时连接R1和R3,任选经过连接基团来连接。间隔基团是稳定的或可以在生物环境中体内裂解的。在端位(即R3端)有多个结合官能团的间隔基团可容纳多个功能团和/或辅助基团。这种间隔基团以类似框架的方式起着放大的作用,尽管只是在较小程度上。其它用于本发明的间隔基团可以只在一端有单个官能团,在这种情况下n将为1,而m将大于10。除了上述的体内可裂解性外,尤其引人注意的性质是亲水性。其它有用的性质是降低抗原性和增加分子量的能力。具有其它性质的间隔基团也可以使用以加强其优势,因为这对于本领域技术人员都是显而易见的。
R3代表的功能团是上述基团A。间隔基团R2可以是直链或支链结构。优选的R2基团是结构中有直链的基团,此直链结构既可以是整个间隔基团,也可以是支链基团的骨架。直链可以是碳原子构成的链,也可以是中间插有一个或多个杂原子,如氧原子,硫原子或氮原子的碳链。该链也可以被芳香基团取代。构成链的键可以是单键,双键或三键,但优选单键。链的长度不受限制,可以有很多种,这取决于构建物的分子量与构建物上功能团和/或辅助基团的数量之间所需要的相互关系。最佳结果常常通过长度为4-1000个原子的链获得,优选的链长为6-100个原子,最优选的为10-50个原子。如此所述的链是间隔基团本身的骨架,而不包括连在形成骨架的串连原子上的原子,基团或侧链。但是,所述链包括在链端将链连接到R1和R3上的连接基团——如果存在连接基团的话。
在本发明某些实例中间隔基团要具有亲水特性,并且把这一特性赋予构建物。因此,间隔基团可以是本领域技术人员已知的亲水基团。亲水基团的例子有聚二醇,任选被可以增加或不增加亲水性的基团取代。在聚二醇中优选聚乙二醇。任选的取代基包括,例如,烷基,烷氧基和羟基。未取代的聚乙二醇是特别优选的。任选取代的聚乙二醇的长度不受限制,可以很多种。长度的选择主要是基于要使构建物达到所需的分子量和要给构建物赋予所需程度的亲水性这些考虑。在大多数应用中采用分子量约为100-20,000道尔顿的聚烯烃基将会获得最佳效果,更优选约200-1,000道尔顿的聚烯烃基。
在本发明由间隔基团给构建物贡献体内可裂解性的实例中间隔基团可以含有任何一种可以作为其链之一部分的基团,该链可以在生物体液中以比没有这种(间隔)基团的结构更快的速度裂解。加速裂解的速度能提高从多价呈递物的功能团和/或辅助基团分离框架的速度。这样的分离可以用于降低毒性或提高功能团活性。虽然本发明没有限制裂解速度提高的程度,但是在给药24小时内能在生物体液中至少裂解约10%可裂解基团的间隔基团是优选的,最优选至少裂解约35%的间隔基团。优选的可裂解基团为酯连接和二硫化物连接。
在本发明另一个实例中间隔基团既给构建物赋予亲水性,又包括上述可裂解基团。
间隔基团的结构式有很多种。下面的讨论仅为了提供用于本发明实践的一种间隔基团的实例,而不是要限制用于本发明实践的间隔基团的种类。一个给构建物赋予亲水性的间隔基团的结构式是上述通式II和III中m为1的结构式,通式II和III中的R2由下列结构式IV,V或VI表示:
X-R6-Y-R7-Z                          (IV)
X-R7-Y-R6-Z                          (V)
X-R6-Z                               (VI)
在上面各结构式中亲水部分由R6代表,它是分子量约为100-20,000道尔顿、更优选约200-1,000道尔顿的聚乙二醇基团。
在结构式IV和V中基团R7表示能增加构建物在血液中裂解速度的可裂解基团。该基团是二硫基S-S,或在各方向被定位的酯基团,即C(O)-O或O-C(O)。一旦其中R2由结构式IV表示的构建物裂解,则聚乙二醇基因将与聚合的框架R1一起保留下来。相反,一旦其中R2由结构式V表示的构建物裂解,则聚乙二醇基团将与功能团和/或辅助基团一起保留下来。
符号X,Y和Z代表将R基团连接在一起的惰性连接基团。这些连接基团的性质不受限制,而且它们的选择如果采用构建物合成方法来确定将是很方便的。本文所用术语“惰性”基本上是指在临床或诊断过程中使用这种构建物所需一般时间段中基本上是无毒的,无免疫原的和相对于裂解或***是稳定的。用于此目的的惰性连接基团的实例有烷基氨基或氨基烷基,如(CH2)q-NH和NH-(CH2)q,氨基甲酰基,如NH-C(O)-O和O-C(O)-NH,及烷基氨基甲酰基或羰基烷基,如(CH2)q-NH-C(O)-O和O-C(O)-NH-(CH2)q。这些基团中的符号q可以变化,但多数情况下一般为1-10,优选2-4,特别优选2。在本发明说明书中这些基团可如此定义,即X或Z的端位原子可以分别是R1或R3固有的。例如,X或Z定义中的端位NH基团可以由R1或R3上的氨基功能团或其它可以反应形成连接基团的NH的带N基团构成。同样,端位为O原子。
结构式IV定义的结构可例举如下:
Figure A9880408500681
结构式V定义的结构可例举如下:
Figure A9880408500682
在上列6个结构式中符号“PEG”指带有分离的端位羟基的聚乙二醇片断,因此,将乙烯基定位在两端。不含有PEG的相似的普通基元构成的间隔基团也被用于本发明实践。
作为结构式IV的变形,支持11个或11个以上功能团的间隔基团的结构式由结构式VII表示。
X-R6-Y’(-R7-Z)r                  (VII)在该结构式中R6,R7和X定义如上,Z指(CH2)q-NH。符号Y’代表下式基团,
O-C(O)-NH-(CH2)q-NH3              (VIII)其中,q是1-3,连在结构式的(CH2)q-NH3部分中的C原子上的两个或多个H原子被取代基NH-(CH2)s-NH替代,其中s是2-4,取代基的数量用上述关于结构式II和III中m和n的方法确定。结果,间隔基团为含有两个或多个用来粘着功能团和/或辅助基团的反应性NH基团的支链结构。
结构式VII中的符号r是0或等于n。当r是0时,间隔基团中没有可裂解基团,而当r不是0时,在Z连接物(功能团或辅助基团粘着在Z连接物上)上的每个功能团NH都包含有可裂解基团。
在结构式VIII的优选实例中q是2-6,最优选的q是2或3。
作为进一步的变化,结构式VIII的端位CH3可以被OH或SH替换。结果导致有利于功能团和/或辅助基团的粘着的反应性OH或SH基团。
结构式II和III中的R2的其它结构式由结构式IX定义:
X’-R8-Z‘                             (IX)
在结构式IX中R8是下式基团,
(CH2)o-R9-(CH2)p                    (X)其中,R9是具有上述结构式IV和V的R7相同定义的可裂解基团,即二硫基S-S,或在各方向被定位的酯基团,即C(O)-O或O-C(O)。下标o和p相同或不同,等于0或正整数,但o和p之和至少为2。
结构式IX中的符号X’和Z’相同或不同,是类似上述结构式中的惰性连接基团的惰性基团。优选的X’和Z’是NH-C(O),C(O)-NH,NH-C(S)和C(S)-NH。
在这些结构式中结构式II或III的单个构建物上的功能团和/或辅助基团的数量和排列可以变化很大。功能团的数量等于m和n的乘积。辅助基团的数量等于s和t的乘积。总之,所有构建物是上述一个或两个乘积均大于10的构建物。
本发明构建物可以根据本领域技术人员熟知的常规连接反应合成。在实例中,其中由多胺基团功能化的框架R1被提供如下。在该实例中骨架指(AMP)(-NH2)x,“AMP”指允许多个间隔基团和功能团和/或辅助基团粘着的放大效果,而x代表对应于结构式II和III中n的数字。
聚乙二醇(PEG)间隔基团与放大器(amplifier)的粘着可以用PEG的活化酯,如PEG的α,ω-双对硝基苯氧基酯实现,其中,“PEG”是聚乙二醇减去端位羟基,同上面定义。过量的PEG酯衍生物X与(AMP)(-NH2)x反应,生成下列中间体:
Figure A9880408500711
然后,该中间体与过量N2H-(配体)反应,该配体指功能团衍生后含有反应性胺基的配体。产物有以下造型:
在获得类似产物的其它流程中,通过与二胺如NH2-(CH2)2-NH2反应,上述中间体XI被转化成带有端位胺基的第二种中间体。第二种中间体有下式结构:
Figure A9880408500713
然后,中间体XIV与羧基活化的配体,如配体的酸酐,反应,生成有下式结构的基团,
Figure A9880408500714
可裂解基团如二硫基可以通过中间体X与内部含有二硫基的二胺,如胱胺二硫化物NH2-(CH2)2-S-S-(CH2)2-NH2,反应,生成另一个中间体来引入。然后可与羧酸活化的配体反应,生成
还有许多其它的方法。为了制成含有在间隔基团中没有PEG的可裂解酯的构建物,例如,可以衍生含胺或含羟基的放大聚合物,制成羧酸基团作为功能团。用已经建立起来的反应流程让聚合物与马来酸酐,琥珀酸酐或谷氨酸酐反应就可以很容易地实现上述制备。要与衍生的聚合物组合的衍生的配体可以通过带有异硫氰酸根基团的配体与氨基醇HO(CH2)nNH2反应,置换配体上的端位羟基来形成。然后通过常规方法用试剂,如二环己基碳化二亚胺或羰基二咪唑,可以活化衍生的聚合物上的羧酸,并与衍生的配体反应以获得酯连接。有放大作用的聚合物和配体之间的构建部分起着间隔基团作用,该间隔基团的长度由用来衍生配体的氨基醇中CH2基团的数量决定。
在制备逆酯的其它方法中,配体用氨基羧酸HO2C(CH2)2NH2衍生,而不是用氨基醇衍生。然后用二环己基碳化二亚胺或羰基二咪唑活化所得羧酸衍生的配体,然后将配体直接偶合成含羟基放大聚合物。
在上述两种方法中,如果需要,可以将所选的本来属于放大聚合物的胺基或羟基部分保护起来以避免偶合反应的影响。通过常规方法,用乙酸酐进行著名的乙酰化反应,就可以很容易地实现保护。
有用于粘着在间隔基团上的功能团的配体可以用常规方法制备。例举的众所周知的配体可以用本领域技术人员已知的方法很容易地制成。优先选择在衍生反应之后还保留其全部或大部分结合亲和力的配体。反应变量
如上所述,制备本发明多价呈递物的一种方法涉及组合库的形成,该库由合成的多价呈递物阵列组成,其中,阵列中的多价呈递物在组成,结构,性质,功能等方面不同于其它阵列的。在制造多价呈递物阵列时,除其它内容外人们尤其可以改变框架部分的化学结构,辅助基团的化学结构,间隔基团的化学结构;框架部分的化学性质,功能团部分的化学性质,辅助基团的化学性质,间隔基团的化学性质;要呈递的框架部分的量,要呈递的功能团部分的量,要呈递的辅助基团部分的量,要呈递的间隔基团的量,要呈递的不同功能团部分的数和/或量,要呈递的不同辅助基团的数和/或量,要呈递的不同间隔基团的数和/或量,各种成分之间连接键的性质和数量(例如,间隔基团的连接键的性质);反应参数(如反应溶剂,反应温度,反应时间,反应引发剂,反应催化剂,反应所处的大气压,反应压力,淬灭反应的速率等);各种成分的化学计量;呈递不同成分的顺序,等等。各反应成分(例如,框架部分,功能团部分,辅助基团,间隔基团等)和所用的各种方法将在下面进行更详细的讨论。
在一个方法中活化的聚合物与一个功能团以基本上消耗掉聚合框架上所有活化基团的方式进行反应。在该具体实例中功能团与活化基团的化学计量关系至少为1∶1。如果1∶1的比例不足以基本上消耗掉全部活化基团,则可以将功能团加至过量。
在另一个方法中功能团的添加量也可以不足以消耗掉全部活化基团。在与第一种功能团反应之后加入第二种功能团或辅助基团,然后再继续反应。包括在该实例之内的还有:添加一种以上的功能团,既可以是混合形式,也可以顺序加入,然后再加入辅助基团,或者,添加一种以上的辅助基团,以混合或顺序方式。
在另一个方法中,基本上靠添加足量的功能团来消耗活化基团。在第一种功能团粘着到框架上之后,将框架部分再活化,加入第二种功能团或辅助基团。在该实例中反应流程的每一步功能团都可以是一种功能团,不同功能团的混合物或功能团与辅助基团的混合物,其中,辅助基团也可以是单一的辅助基团或辅助基团的混合物。
在另一种方法中活化基团基本上靠添加至少两种功能团的混合物或至少一种功能团和至少一种辅助基团的混合物来消耗。
在另一个方法中绝大部分(比基本上全部少一些)的活化基团与至少一种功能团,至少一种辅助基团或至少一种功能团和至少一种辅助基团的混合物反应。在第一步反应之后剩下的活化基团基本上通过添加另一种功能团,辅助基团或功能团和辅助基团的混合物来消耗。
在某些实例中功能团,辅助基团和/或功能团和辅助基团的混合物以干粉或纯液体形式被加到活化的框架溶液中。在其它实例中功能团,辅助基团和/或功能团和辅助基团的混合物的溶液被加到活化的聚合物溶液中。在另一些实例中功能团,辅助基团和/或功能团和辅助基团的混合物的溶液被加到聚合物中,其中聚合物是以纯液体或干粉形式存在的。
用于本发明的溶剂包括与参与反应的活化基团(即,基本上不与活化的框架以很大的量反应)以及活化的聚合物和功能团或辅助基团之间反应的性质相容的所有溶剂。这些溶剂包括,例如,水,二甲亚砜(DMSO),二甲基甲酰胺(DMF),醇,醚,酮,烃,芳香烃,以及这些溶剂任何比例的混合物。
在另一些实例中控制(反应)温度可以达到控制活化框架与功能团和/或辅助基团之间反应速度的目的。在其它实例中其它反应参数(如反应溶剂,反应温度,反应时间,反应引发剂,反应催化剂,反应所处的大气压,反应压力,淬灭反应的速率等)可以变化和最优化。
在另外一些实例中功能团或辅助基团上的“把柄(handle)”由上述活化基团活化,然后与框架上的活化基团或框架上未活化部分反应。这里所用术语“把柄”是指反应性基团,如羧基(酸或盐),羟基,巯基,酰胺,氨基甲酸盐,胺,酮,醛,烯烃,二烯烃,芳香环等。框架所连的反应部分与功能团或辅助基团的把柄的适当组合对于本领域技术人员来说是显而易见的。
本领域技术人员应该理解,虽然上面的讨论与活化聚合物和功能团的使用有关,但所有上述实例都适用于涉及使用单体(如未衍生的单体,用间隔基团衍生的单体,用辅助基团直接或间接地通过间隔基团衍生的单体等)和功能化单体(如用功能团,即R3,直接或间接地通过间隔基团衍生的单体)的方法。底物和呈递***
这里所用术语“底物”指有刚性或半刚性表面的材料,或者具有表面砂眼,孔洞,窝,沟渠等的材料。尽管在一些实例中需要用带有,例如,表面砂眼,孔洞,凸面,蚀刻的沟渠等的不同材料构成物理上分离的合成区域,但在许多实例中底物上至少一个表面基本上是平滑的。在一些实例中底物本身就有孔洞,凸面,蚀刻的沟渠等,构成合成区域的全部或部分。
更具体地,底物可以是有机物,无机物,生物,非生物或它们的任意组合,以颗粒,线条,沉淀物,明胶,被单,管,球,容器,毛细管,托垫,片,膜,板,玻璃片等形状出现。底物优选是平滑的,但也可以有各种不同表面构型。例如,底物可以有凸面或凹面,在凹凸面上各色多价呈递物都可以合成。底物及其表面最好能形成刚性载体,在上面可以进行上述反应。底物可以是各式各样的材料,例如,聚合物,塑料,硬玻璃(pyrex),石英,树脂,硅,二氧化硅或基于二氧化硅的材料,碳,金属,无机玻璃,无机晶体,膜等。基于本公开的观点其它底物对本领域技术人员来说也是明显的。固体底物的表面可以由与底物相同的材料构成,或者,由不同的材料构成,即底物由不同的材料包衣。而且,在底物表面上还可以涂上吸附剂(如纤维素),所关心的部分就呈递在上面。最合适的底物和底物表面材料由要合成的材料的等级决定,在任何情况下其选择对本领域技术人员来说都是显而易见的。在优选实例中合适的底物包括,例如,微滴定板(如96孔滴定板)或试管架,试管架上可以放置盛放多价呈递物阵列中每个呈递物的足够数量的试管。
在各反应区域的反应物成分必须经常要其防止移到相邻的反应区域。最简单的方法是通过在底物上的反应区域之间留下足够的间隔使得各成分不能在反应区域之间互相扩散来保障,或者在底物上的反应区域之间设置适当的障碍来保障。在一个方法中,机械设备或物理结构确定了底物上各反应区域。例如,墙或其它物理障碍可用来防止反应物成分从一个反应区域移到相邻的反应区域。该墙或物理障碍可以在合成进行完之后移去。本领域技术人员应该理解,在筛选材料阵列之前移去墙或物理障碍有时是有利的。
在另一方法中,例如,疏水材料可用来包裹各反应区域周围的区域。这些材料可以防止水(以及其它极性物质)溶液流到底物上相邻的反应区域内。当然,如果使用非水性或非极性溶剂,将需要不同的表面包衣。另外,通过选择适当的材料(如底物材料,疏水性包衣,反应溶剂等)人们可以控制液滴与底物表面的接触角。由于溶液在反应区域内而使反应区周围的区域未湿,所以需要大的接触角。
在本发明呈递***中少量精确计量的各反应成分被呈递到各反应区内。这些可以用各种呈递技术来完成。例如,各反应成分可以由分配器以液滴或粉末形式呈递到感兴趣的反应区。例如,可以采用常用的微量吸移设备从毛细管分配各种液滴体积。分配器也可以是常用喷墨打印机上所用类型中的一种。这种喷墨配给***包括,例如,脉冲压型配给***,鼓泡喷射型配给***和狭缝喷射型配给***。这些喷墨配给***能够呈递各种液滴体积。另外,这些配给***可以是手动的,也可以是自动或半自动的,例如,采用遥控技术。
在其它实例中可以用电泳泵将反应溶液从储藏罐送到底物上。在此仪器中一条细小的毛细管将反应物的储藏罐与分配器的喷嘴相连。在毛细管的两端电极提供了电位差。正如本领域技术人员所知,在有电位梯度的电泳介质中各类化学物质的传输速度由各种物理性质,如电荷密度,被传输物质的尺寸和形状,以及传输介质本身的物理和化学性质决定。在适当的电位梯度条件下毛细管的大小,及传输介质的流变学和流体动力学流动将在毛细管中建立起来。因此,含有所关心的反应物的大股流体被从储藏罐泵送到底物。通过调节底物与电泳泵喷嘴的相对位置,反应溶液可以被精确地呈递到底物上预先确定的反应区。
可用各种常规***校准分配器与适当反应区的相对位置。这类***被广泛地用于微电子仪器制造和试验领域,它们可以将反应成分的液滴以高达每秒5,000滴的速度传送到各反应区。这类***的平移(X-Y)精度好于1μm以内。可用本领域已知的各种方法校准这类***的分配器与底物的相对位置。例如,仅利用底物表面仅有的一或二个参考点,用“航迹推测法”对底物上的各反应区定位。这类***中的参考标识可以用电容,电阻或光学传感器精确地确定。或者,使用装有照相机的“视频”***。
在另一个实例中可用用于磁和光存储媒体领域的类似***校准分配器与感兴趣的反应区之间的相对位置。例如,反应成分将沉积的反应区由其在碟形底物上的轨道和扇区识别。然后,在碟形底物旋转时将分配器移到合适的轨道上。当适当的反应区在分配器下面定位后反应溶液的液滴就可以放出了。
在一些实例中反应区可以进一步由底物表面的砂眼确定。当探头或其它传感器必须接触或滑过底物表面时这一点显得特别有利。砂眼还可以作为识别标识使分配器指向感兴趣的反应区。
本领域技术人员会理解,多价呈递物的结构,即组合物,可以由合成的过程决定,或者通过排序,质谱,重叠合法,编码等方法得到。这种估算技术在,例如,Thomson等人,《化学文摘(Chem.Rev.)》,1996,96,555-600,中有所描述,该文在此一并引作参考。药物组合物
本发明涉及用于多价呈递治疗剂的药物组合物。该药物组合物含有上述多价呈递物及可药用载体。在本发明一个具体实例中这种多价呈递物有以下结构式:
                  (Y)-(X-A)n
其中,Y是框架,X是直键或连接物,A是功能团,及n是大于10的整数,该整数的选择能使被呈递的基团与集合的靶结合位点B发生作用。该呈递物本身可以作为自己的可药用载体。在一个实例中多价呈递物可如此制备,例如,适当选择n,并使-(X-A)部分粘着于Y,通过对个体给药使多价呈递物与含有靶结合位点B集合的界面相符,并掩盖靶结合位点B集合。在另一个实例中X是连接基因,它是独立的部分,不属于Y或A的部分,n是大于10的整数,其选择使对个体给药后的多价呈递物能与靶结合位点B集合相符。在另一个实例中Y是聚合框架,A是被呈递的功能团,X是连接基团,及n是大于10的整数,该整数的选择使得对个体给药后的多价呈递物能与靶结合位点B集合相符合。
术语“可药用载体”是要包括能够与多价呈递物共同施用并能实现其所要实现的功能的物质。这类载体的实例包括溶液,溶剂,分散介质,缓释剂,乳液等。这些为药物活性物质服务的介质的用途是本领域技术人员熟知的。任何适用于多价呈递物的其它常用载体都属于本发明范围。应该理解,许多本发明多价呈递物是水溶性的。因此,将本发明多价呈递物配制成药物组合物比用其它水溶性差的材料更容易,问题更少。
“治疗有效量”的多价呈递物指在治疗患者中能够实现其所要实现的功能所必需或充足的量。治疗有效量会因各种因素而变化,例如,靶位点的类型,所用成分的类型(例如,是框架,还是连接物或基团A),患者的体重,或症状的严重程度。本领域技术人员都会研究上述因素,并对多价呈递物的有效量作出没有不合理经验的决定。体外或体内测定法也可有利确定多价呈递物的“有效量”。普通技术人员都会选取适量的多价呈递物用于上述测定法。
通过细胞培养测定法和动物试验研究获得的数据可用于确定出用于治疗患者的合适剂量范围。这些药剂的剂量优选在具有极小毒性或无毒性的循环或组织浓度范围之内,包括ED50。该剂量可以在一定范围内根据所用剂型和给药途径变化。对于用于本发明方法的所有药剂,剂量可以根据细胞培养测定结果初步估算,以获得包括IC50(达到抑制症状一半最大效果所需的试验药剂的浓度)在内的浓度范围。这些数据可用来帮助更准确地确定用于人体的剂量。可用,例如,用高效液相色谱测量血药浓度。
给药方案也可以影响构成有效量的要素。多价呈递物可以独自给药,也可以与其它活剂联合给药。另外,可以将剂量分成几份和阶段性剂量,每天或接续服用,或整个剂量连续滴注。而且,多价呈递物的剂量可以根据治疗情况的迫切程度按比例增加或减少。
根据本发明使用的药物组合物还可以常规方法,用一种或多种作为可药用载体的生理上可接受的载体或赋形剂配制而成。因此,多价呈递物及其生理上可接受的盐和溶剂化物可以配制成以下列方式给药的药剂,例如,局部使用,注射,吸入或吹入(通过嘴或鼻),或口服、颊、胃肠外或直肠给药。
因此,本发明药剂可以制成适于以所选具体给药方式,如全身和局部给药,的形式。配制技术和配方一般可以在Remmington’sPharmaceutical Sciences,Meade Publishing Co.,Easton,PA中查到。对于全身给药,优选注射方式,包括肌内,静脉内,腹膜内和皮下注射。对于注射方式,本发明多价药剂可配制成液体溶液,优选在生理上相容的缓冲液中配制,如Hank溶液或Ringer溶液。另外,药剂可以配制成固体形式,使用前再重新溶解或悬浮于稀释剂,制成注射液。当然还包括冻干形式。
对于口服给药,多价呈递物的药物组合物可以用常规方法与可药用赋形剂制成,例如,片剂或囊剂形式。所述赋形剂包括粘合剂(如预先胶化的玉米淀粉,聚乙烯基吡咯烷酮或羟丙基甲基纤维素);填充剂(如乳糖,微晶纤维素或磷酸氢钙);润滑剂(如硬脂酸镁,滑石粉或二氧化硅);崩解剂(如马铃薯淀粉或羟基乙酸淀粉钠);或润湿剂(如月桂基硫酸钠)。片剂可以用本领域已知方法包衣。口服给药的液体组合物可以制成,例如,溶液,糖浆或悬浮液形式,也可以先制成干燥的形式,使用前再与水或其它合适的载体混合制成液体形式。这种液体组合物可用常规方法与可药用添加剂制成。所述添加剂包括悬浮剂(如山梨糖醇糖浆,纤维素衍生物或氢化的食用脂肪);乳化剂(如卵磷脂或金合欢);非水性载体(如杏仁油,油酯,乙醇或分馏的植物油);及防腐剂(如对羟基苯甲酸甲酯或丙酯,山梨酸)。如果需要,该组合物还可以含有缓冲盐,调味剂,调色剂和甜味剂。可以将口服给药的组合物制成可控制活性物质释放的适当剂型。
对于吸入给药,根据本发明使用的组合物通常可以气溶胶喷雾方式从可挤压包装或喷雾器中给药,其中可以加入适当的推进剂,例如,二氯二氟甲烷,三氯氟甲烷,二氯四氟乙烷,二氧化碳或其它合适的气体。在用加压气溶胶时剂量单位可以通过在传输线路上加一个阀门来计量。用作吸入器或吹入器的,例如,明胶胶囊或软筒可以通过装入多价活性物质和适当载体粉末,如乳糖或淀粉,的混合物制成。
药剂可以制成通过注射进行胃肠外给药的形式,如(批量)注射或连续滴注。注射剂可以制成单位剂量形式,例如,在安瓿或多剂量容器中,其中加入防腐剂。该组合物可以制成在油性或水性载体中的悬浮液,溶液或乳液,并含有一些配制剂,如悬浮剂,稳定剂和/或分散剂。或者,将活性成分制成粉状,使用前与适当载体,如无菌无热原质水,一起配制成注射液。
药剂也可以制成直肠用组合物,如栓剂或滞留灌肠剂,例如,含有常用栓剂基,如椰子油或其它类型甘油的栓剂或滞留灌肠剂。
除了上述制剂之外药剂还可以制成仓储型组合物。这种长效制剂可以通过植入(如皮下或肌内)或肌内注射方式给药。因此,活性物质可以与适当的聚合或疏水材料(如在可用油中形成的乳液)或离子交换树脂,配制或以有少许可溶性的衍生物,如有少许可溶性的盐的形式配制。
全身给药也可以经粘膜或皮肤实施。对于经粘膜或经皮肤给药,制剂中要掺入适合于穿透要被渗透的障碍的穿透剂。这些穿透剂一般是本领域已知的,例如,包括用于经粘膜给药的胆汁盐和梭链孢酸衍生物。另外,去污剂可用来加强穿透能力。经粘膜给药可通过鼻内喷雾或栓剂方式实施。对于局部给药,可用本发明低聚物制成软膏,油膏,明胶或乳膏,这些形式通常是本领域已知的。
在一个多价呈递物较大而且不能被动和迅速地通过疏水膜的实例中,注射或吸入方式比消化道或经皮肤给药更合适。这些呈递药物的组织与基于蛋白质的药物有关。在多价呈递物途经GI道的实例中可以使用本领域已知的适宜的呈递方法。
如果需要,可将组合物包装起来,或装在分配器中,或制成附有给药说明的药盒。组合物可以含有一个或多个含有活性成分的单位剂量。包装可以是,例如,金属或塑料箔,如发泡包装。可用附有用药说明的包装或分配器,例如,用于本发明方法的附有用药说明的包装或分配器。多价呈递物集合
本发明还涉及多价呈递物集合。这些集合被用于本发明的方法。一个多价呈递物集合含有一个以上组合在一起的多价呈递物。该集合可以有多种不同的要实现它们所要实现的功能的多价呈递物。
本发明还涉及制剂,例如含有上述多价呈递物集合和可药用载体的治疗用组合物。这种含有多价呈递物集合的制剂可以设计成所选取的不同多价呈递物能够将它们的特性赋予整个制剂的制剂。
多价呈递物集合可以是多分散形式。下面的讨论中将用到术语“多分散体”来代表集合,但是,应该理解,它同样涉及本发明多价呈递物集合的其它形式。
多价呈递物多分散体含有一种以上不同的多价呈递物。不同多价呈递物的多分散体可以是不同尺寸多价呈递物的集合,框架长度不同和被基团A取代的程度的不同,和/或基团A/连接物组合方式的不同这些因素造成了尺寸不同。基团A粘着的精确位置也可以不同。集合中每个成员都给整个制剂带来不同的性质,这在治疗疾病或适应症时是非常有利的。例如,集合中的低分子量成员可以比高分子量成员更迅速地接近它们的作用靶。但与此同时,高分子量成员由于在作用位点有较长的驻留时间和/或在相关部分中有较长的寿命,因此它比低分子量成员有更长的作用时间。这些差异有利于治疗疾病或适应症,因为多价呈递物可具有全面超过相应数量的同种多价呈递物的性质(例如,将迅速抵达用作位点的和延长作用时间的(或不同的)组合在一起)的多种性质。治疗疾病或适应症的方法
本发明还涉及治疗疾病或适应症的方法。该方法包括给治疗患者施用一些基团A以治疗出现的疾病或适应症。在一个实例中通过在患者体内多价呈递物与靶结合位点B集合的共形界面相互作用或一些多价呈递物与靶结合位点B集合的共形界面相互作用来实现对疾病或适应症的治疗。共形界面相互作用导致治疗患者体内结合位点B集合或靶结合位点B阵列被掩盖。在另一个实例中促进治疗的多价呈递物符合一套标准。该标准如下:
-基团A是功能团并且起药物作用,它独自或与框架配合使用,例如,框架是独自没有足够的亲和力但能够按本发明结果放大的化合物;
-粘着在框架上的基团A的呈递提供了相对于单个基团A向多个结合位点B呈递的相互作用的附加优点;及
-此附加优点是协同优点,该优点比分散在均匀溶液中的相同基团A成员的集合可能提供的附加优点要大。
附加优点的实例包括选较低浓度基团A提供充足的生物效率,提高针对靶与非靶位点的专一性和提高生物潜力。在优选实例中多价呈递物提供了至少两个附加优点,在更优选的实例中多价呈递物提供了至少三个附加优点。这些优点可以选自上列优点,也可以选自下面在论述与多价呈递物功能有关的药代动力学和/或机理一节中所描述的那些优点,例如,正协同性,提高结合的熵和提供立体抑制性。
对于治疗疾病或适应症的方法,结合位点B被如此定位使得可以发生多价相互作用。例如,多价呈递物的基团A与结合位点B的相互作用可以是细胞内的,细胞外的(如,在细胞表面上或在细胞外的基质上)或位于细胞膜内的。本发明多价呈递物可以有促进治疗的多种功能,它们可以被用来调整(例如,上调或下调)与多价性有关的状态或状况,例如,不希望的状态(如受精)或病态(如感染)。本发明呈递物还被用来针对疾病或适应症的特殊生物事件(如细胞-病原体粘着的预防)和用来治疗特殊疾病状态(如用病原体传染来呈递给患者以控制或逆转传染的速度)。此外,本发明呈递物在调理这些病态方面有多种体外(exvivo)应用。调理特殊的生物事件
在某些实例中本发明多价呈递物可用来,例如,调理细胞-细胞相互作用。大量生物过程需要细胞-细胞相互作用,而本发明呈递物既可以促进也可以抑制这种相互作用。一个特殊的例子涉及细胞与其它细胞的结合,例如,中性粒细胞与动脉内皮细胞。通过多价相互作用最初悬浮于迅速流动的血液中的中性粒细胞粘着到内皮细胞上并靠近发炎位点(A.Varki,《临床研究杂志(J.Clin.Invest.)》,1997,99,158-162;J.B.Lowe,P.A.Ward,《临床研究杂志》,1997,99,822-6;M.A.Gimbrone,T.Nagel,J.N.Topper,《临床研究杂志》,1997,99,2062-70)。附近发炎表明,最初快速传输的中性粒细胞已经粘连到内皮细胞的表面,然后缓慢滚动(10-20μm/min);内皮细胞是血管内排成行的细胞。这种滚动由内皮细胞表面上多E-和P-选择蛋白(这些选择蛋白异常地存在于这些细胞的表面;它们是在发炎期间由细胞因子引入的)与中性粒细胞表面上显示唾酸Lewis X的多糖蛋白(一种四糖)之间的相互作用来介导(M.A.Gimbrone,T.Nagel,J.N.Topper,《临床研究杂志》,1997,99,2062-70)。另外,L-选择蛋白(出现在中性粒细胞表面)与唾酸Lewis X(出现在内皮细胞上)发生相互作用。这一套相互作用的化学价变化会显著影响中性粒细胞康复的动力学,力学和专一性质(L.L.Kiessling,N.L.Pohl,《化学和生物学》(Chem.& Biol.),1996,3,71-77)。表2提供了细胞-细胞相互作用的其它例子。
                表2  多价细胞-细胞相互作用的例子
细胞1 细胞1上的分子 细胞2 细胞2上的分子
中性粒细胞 L-选择蛋白,P-选择蛋白 内皮细胞 硫化的唾酸LeX
中性粒细胞 硫化的唾酸LeX 内皮细胞 E-选择蛋白
中性粒细胞粘连分子(NCAM),如L1,NCAM-H,CD24和α6-整联蛋白
中性粒细胞 E-选择蛋白,钙粘着蛋白 中性粒细胞 硫化的唾酸LeX
T细胞 T细胞受体 抗原呈递细胞 主要组织相容性复合物(MHC)
CD3  MHC
CD28
血小板 Ia/Iia 内皮细胞 胶原
血小板 IIb/IIIa 血小板 IIb/IIIa
肿瘤细胞 GalTase 内皮细胞 GlcNAc
*** GalTase 卵子 GlcNAc
衰老的红血球细胞 脱唾酸糖蛋白 肝细胞 C型凝集素
在另一个实例中本发明多价呈递物可用来抑制另一种类型的细胞-细胞相互作用,即粘着。例如,白细胞与内皮细胞的粘着是由已知作为选择蛋白的粘连分子家族介导的。选择蛋白是跨膜糖蛋白,表达在血小板上为P-选择蛋白,表达在白细胞(包括中性粒细胞和其它淋巴细胞)上为L-选择蛋白,表达在内皮细胞上为E-和P-选择蛋白。选择蛋白介导内皮血管壁上的滚动相互作用,一种最后导致白细胞外渗的相互作用(Kretzschmar等人,《四面体》(Tetrahedron),1995,51:13015)。本发明呈递物将被用于抑制最初的粘着事件以及随后发生的事件,例如,白细胞迁移。本发明多价呈递物可用来干扰中性粒细胞-内皮细胞相互作用,因此,可调整与中性粒细胞粘连相关的状态,如炎症,成年人呼吸窘迫症,风湿性关节炎,败血性休克和再灌注损伤。
在另一个实例中本发明多价呈递物可用来抑制血小板-血小板相互作用。血小板聚集在血栓形成或血栓栓塞事件中起着突出的作用。ADP,凝血酶,肾上腺素或胶原***将血纤维蛋白原结合位点暴露在平板(plate)蛋白GPIIb-IIIa上。小肽,如RGD或HHLGGAKQAGDV(H12),含有纤维蛋白原识别基元,并可以阻断纤维蛋白原与这些位点粘结。结合到GPIIb-IIIa上的肽诱导隐蔽表位在GPIIb-IIIa复合物上表达(Gawaz等人,《动脉硬化血栓血管生物学》(Arterioscler Thromb Vasc.Biol.),1996,16:621)。然后,释放血小板颗粒;主要的糖蛋白颗粒之一是血小板反应蛋白,其表现是介导血小板聚集(Gawaz,上述引文)。选择基团A以抑制导致血小板聚集的所有相互作用。在优选实例中,GPIIb-IIIa与纤维蛋白原识别基元的相互作用被调整。在某些实例中人们希望诱使治疗患者凝固性过低,而在其它实例中人们希望诱使患者凝固性过高。
在另一个实例中本发明多价呈递物可用来降低癌细胞转移的能力。转移包括癌细胞从最初的位点分离出来,然后侵入邻近的组织,并在第二个位点安置下来。本发明多价呈递物在这三个阶段都可以起作用。癌细胞对各器官的向性可以由被侵入器官的或肿瘤细胞的凝集素介导(Matrosovich.989.FEB 252:1,2:1-4;Beuth等人,《转移的临床实验》(Clin.Exp.Metastasis),1988,6:115-20)。例如,β-乳糖基束被描述为潜在的肿瘤转移抑制剂(Dean等人,《碳水化合物研究(Carbohydrate Research),1993,245:175)。因此,与作为基团A的这些识别事件的调节剂混合可制成多价呈递物。
在另一个实例中本发明呈递物可用来调整感染。大部分细胞-病原体相互作用的初始步骤要涉及粘着。这一点对所有病毒也成立。病毒与细胞表面粘连的一个例子是流感病毒与支气管内皮细胞的粘连。作为感染的第一步流感病毒粘连到支气管内皮细胞的表面。粘着是由血凝素(HA,紧紧包在病毒表面的凝集素,约2-4份/100nm2或每个病毒颗粒约600-1200个)的多个三聚体与唾液酸(SA,许多糖蛋白上的端位糖,而且也是密密地排列在靶细胞的表面,约50-200份/100nm2)的多个部分之间的相互作用引发的。表3提供了细胞-病毒相互作用的其它例子(其中,P=蛋白质;S=糖(糖蛋白或糖脂))。有不断增加的病毒被发现利用一种以上的相互作用方式与靶细胞粘着。
                 表3  病毒和宿主细胞表面上配体和受体的例子
DNA病毒 疾病 病毒上的分子 宿主上的分子
乳多空病毒科多瘤病毒属多瘤病毒 含DNA肿瘤病毒 VP1 S:NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAcS:唾酸寡糖
腺病毒科乳腺病毒属人体腺病毒 急性呼吸***疾病,肺炎,胃肠炎(也是基因治疗中有用的动物媒介) P:E3gp(纤维结蛋白)的残基1-141P:五邻体碱基蛋白(不同于纤维蛋白)的RGD碱基 P:I级MHCP:五邻体碱基与β2整联蛋白相互作用
疱疹病毒-α科单纯疱疹病毒属1型 单纯性疱疹 P:糖蛋白E,D P:gD,gH(建议的2步粘着)
水痘-带状疱疹病毒属 水痘带状疱疹 糖蛋白I(gE)(gE二聚物类似于Fc受体)
疱疹病毒-β科巨细胞病毒属人体巨细胞病毒 婴儿失明和迟缓的主要诱因;与AIDS和癌症(卡波济肉瘤)有关 P:gC-11,86kDa gp残基,类似于I级MHC α3的H301 α-域基因中的204-297 S:硫酸乙酰肝素P:I级HLAMHC至β2-微球蛋白
淋巴细胞病毒属EB病毒 单核细胞增多症 P:gp350P:gp3 P:B型淋巴细胞的C3d受体DR2(CD21),类似于C3补体片断C3d
痘病毒科正痘病毒属痘苗病毒 用于小痘疫苗接种;与天花病毒相比是非常相似的抗原伙伴 P:VGF蛋白的残基71-80,类似于EGFα P:表皮生长因子受体。但有些证据正好相反。
细小病毒科细小病毒属犬牙细小病毒 该病毒是针对人的模型,它引起红斑传染病(“第五疾病”);如果在怀孕期间被传染,则人的形式会引起胎儿积水或致死 P:GP1-锚式蛋白 P:3201 T细胞P:骨髓中红细胞前体的表面(感染后会引起贫血)
嗜肝DNA病毒科B型肝炎属人类B型肝炎病毒 血清肝炎,慢性感染将导致1-2%的患者肝坏死 P:Env蛋白PreS部分P:Env蛋白PreS部分的残基21-47P:大S蛋白的PreS1序列 P:IL-6受体,Pre-S1结合蛋白P:针对聚合的血清白蛋白的肝细胞受体P:针对聚合IgA的肝细胞受体P:唾酸糖蛋白P:介导粘着作用贯穿可溶性IL6,获得直接进入非肝细胞的能力P:唾酸糖蛋白受体
禽B型肝炎病毒 鸟类的血清肝炎 P:糖蛋白180
                                                                                              表3(续表)
RNA病毒
小RNA病毒科肠道病毒属脊髓灰质炎病毒 脊髓灰质炎 P:VP1衣壳蛋白的残基95-105 P:免疫球蛋白超级家族的成员,不是上述CD44
鼻病毒属人类鼻病毒 普通感冒 P:在病毒表面排成一个峡谷的VP1和VP3主衣壳蛋白的残基 P:ICAM-1
心病毒属脑心肌炎病毒(蒙古热) 发烧,罕见致死;许多动物的致病原(例如,已经引起致命的心肌炎在猪身上发作) P:VP1和VP3主衣壳蛋白的残基 P:唾酸糖蛋白P:VCAM-1
口疮(Aphthovirus)病毒属***病毒 一种牛、绵羊、猪和山羊的高传染性疾病(10-70%死亡率);通常不会使人致死,但会很容易被动物传染(引起高烧) P:NS28糖蛋白P:VP1蛋白的残基145-147(RGD)和203-213P:VP1蛋白的残基133-158和C端区 P:整联蛋白
呼肠(弧)病毒科轮状病毒属人类轮状病毒 全世界人类婴儿患胃肠炎和腹泻的一个最主要的诱因,每年有5亿个病例,其中5百万死亡 P:血凝素的C端部分 1.P:K562红白血病细胞?2.P:β肾上腺素能受体?3.P:小肠上细胞的绒毛中的唾酸糖蛋白4.S:唾液酸
披膜病毒科甲病毒属Semliki森林病毒 发烧,脑炎 P:核衣壳 P:I级HLA和H-2MHC分子
乳酸脱氢酶-提升病毒 发烧,脑炎 P:包膜糖蛋白(VP-3P) P:巨噬细胞的II 1a级MHC
新培斯病毒 与西洋马脑炎病毒有关,死亡率约为5% P:E1-E2 P:高亲和力层粘连蛋白
风疹(Rubivirus)病毒属风疹病毒 风疹(德国麻疹) S:未确定的糖脂[57,58]
正粘病毒科流感病毒属流感病毒 各种形式的人类呼吸***疾病(包括致命的肺炎)的主要诱因 P:血凝素蛋白(HN或H蛋白) P:HN蛋白,肝细胞S:唾酸寡糖流感AS:NeuAc(α2,6)Gal(β1,4)GlcNAcS:NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAcS:NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)GlcNAc流感CS:9-O-AcNeuAc
                                                                                          表3(续表)
副粘病毒科副粘病毒属仙台病毒 作为一种病毒副粘病毒是第二种仅有的引起儿童上(下)呼吸道感染的呼吸合胞病毒 P:血凝素蛋白 S:唾酸糖蛋白S:NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAcS:NeuAc(α2,8)NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAcS:神经节苷脂GDla
新城疫病毒 上呼吸道感染 P:血凝素-神经氨酸酶 S:唾酸糖蛋白S:NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc
麻疹病毒属麻疹病毒 麻疹 P:麻疹病毒血凝素 P:CD46
肺炎病毒属呼吸道合胞病毒 上呼吸道感染(支气管炎和肺炎)的诱因,在婴儿猝死综合征方面可能起着作用,中耳炎的主要诱因 P:融合蛋白;核衣壳
冠状病毒OC43 普通感冒咽炎 S:Neu5,9Ac2
弹状病毒科水泡病毒属水泡性口炎病毒 P:糖蛋白 S:磷脂酰丝氨酸S:磷脂酰肌醇S:GM3神经节苷脂
狂犬病病毒属狂犬病病毒 狂犬病 P:G蛋白的残基151-238,类似于箭毒样作用的神经毒素 P:BHK-21细胞P:乙酰胆碱受体(α亚元的残基173-204)S:唾酸神经节苷脂
逆转录病毒科人类C型肿瘤病毒属人类T细胞白血病病毒(HTLV-1) 癌症——白血病 P:包膜糖蛋白的残基246-253,类似于HLA-BMHC的细胞外部分和IL2 P:I级HLA MHC分子P:白介素-2受体
放射性白血病病毒 癌症——白血病 P:T细胞受体:L3T4分子复合物
兼嗜性逆转录病毒 癌症——白血病 P:骨髓先祖细胞上的CD34
禽C型肿瘤病毒属禽造白细胞组织增生病毒 癌症 P:低密度脂蛋白受体
哺乳动物C型肿瘤病毒属鼠白血病病毒(莫洛尼) 癌症——白血病 P:包膜gp71 P:淋巴细胞表面IgMP:未知功能的622氨基酸疏水蛋白
亲嗜性鼠逆转录病毒 癌症 P:包膜糖蛋白 P:碱性氨基酸转运蛋白
非亲嗜性鼠白血病病毒 白血病 P:gp70(表面) MHC
                                                                          表3(续表)
HIV-1 AIDS P:gp120,类似于Ig重链区P:gp120,类似于神经白介素P:gp120,类似于作用于血管的肠肽 P:T细胞的CD4P:与II级HLA-DRMHC分子相互作用的CD4分子P:脑苷脂类(或人体结肠上皮HT29细胞上密切相关的分子)
HIV-2 AIDS P:CD4
猴免疫缺陷病毒 类似于猴AIDS的免疫缺陷综合征 P:SIV mac239 P:CD4
非洲猪病毒 P:p12,p72
病毒粘着到其宿主上是病毒感染的第一步,并且包括病毒表面上的多个分子同时与其宿主细胞表面上的多个分子的作用(M.Tardieu,R.L.Epstein,H.L.Weiner,《细胞学国际文摘》(Int.Rev.Cytol.),1982,80,27-61)。当粘着过程被高浓度的该分子的相应游离单体或被抗该分子的单克隆抗体抑制时,包含在病毒和细胞表面的介导粘着的分子是最直接被识别的。当配体是糖或小分子时,这种技术常常被使用。涉及粘着的分子的较少直接特性来自不能成功结合到靶细胞上的突变(既可以是人为的,也可以是天然的)的相互关系;即,如果特殊蛋白的突变消除了病毒的粘连能力,就要涉及直接或间接粘着。第二项技术常常用于蛋白质受体或配体。尽管有数量不断增加的表面上的分子已经包含在病毒-细胞识别中,但常常是含混不清的。由于病毒颗粒非特定地粘连到许多物质,所以,要想从生物专一性结合区分出非生物结合常常是很困难的。一些病毒颗粒可以通过非专一转运进入宿主细胞(细胞运用同样的机理去内在化小分子)。病毒表面上一些蛋白可以识别细胞表面一种以上的配体。最后,某些病毒颗粒可以与自由弥散在溶液中的蛋白联系,接下来轮到去识别细胞(介导粘着的)表面的分子。病毒粘结细胞表面上几乎所有种类的分子:糖类(A.Varki,《糖生物学》(Glycobiol.),1993,3,97-130)(例如,多瘤(H.Fried,L.D.Cahan,J.C.Paulson,《病毒学》(Virol.),1981,109,188-192)和正粘病毒(J.C.Paulson,J.E.Sadler,R.L.Hill,《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.),1979,254,2120-24)识别唾酸寡糖);磷脂酰脂(例如,水泡性口炎病毒(VSV)识别磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇(P.Mastromarino,C.Conti,P.Goldoni,B.Hauttecoeur,N.Orsi,《普通病毒学杂志》(J.Gen.Virol.),1987,68,2359-69));以及蛋白(例如,HIV识别CD4(A.G.Dalgleish,P.C.L.Beverley,P.R.Clapham,D.H.Crawford,M.F.Greaves,R.A.Weiss,《自然(Nature)》,1984,312,763-7),人类鼻病毒识别细胞内粘连分子1(ICAM-1)(J.M.Greve,G.Davis,A.M.Meyer,C.P.Forte,S.C.Yost,C.W.Marlor,M.E.Kamarck,A.McClelland,《细胞》(Cell),1989,56,839-8470))。
已经在多价部分被广泛深入研究的病毒附着和抑制***是附着在红血球表面的正粘病毒A(X-31)(流感病毒的基因工程)(W.J.Lees,A.Spaltenstein,W.J.E.Kingery,G.M.Whitesides,《(药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1994,37,3419-3433;M.Mammen,G.Dahmann,G,M.Whitesides,《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1995,38,4179-4190)。这种附着通过病毒HA和细胞SA之间的同时多相互作用产生。介于流感病毒和红血球之间的亲和力迄今还没有进行精确测定。
另一个广泛研究的病毒-细胞相互作用是介于人免疫缺陷病毒(HIV)上的蛋白gp120和T-细胞表面上的60K糖蛋白CD4之间的相互作用。大浓度溶解性CD4(已经从细胞表面化学裂解的CD4)抑制附着。HIV是可用于改变细胞表面上的分子的病毒的实例:HIV可以影响神经胶质瘤和横纹肌肉瘤细胞,其上均缺乏CD4。溶解性CD4不阻断这种附着及这些细胞类型随后的感染(P.R.Clapham,J.N.Weber,D.Whitby,K.McIntosh,A.G.Dalgleish,P.J.Maddon,K.C.Deen,R.W.Sweet,R.A.Weiss,《自然》(Nature),1989,305,60-62)。
有许多关于介导病毒和细胞结合的实例。一个实例涉及肝炎B病毒,在某些情况下,其结合聚集的血清白蛋白;这些聚集反过来结合肝细胞表面上白蛋白的受体(P.Pontisso,M.A.Petit,M.J.Bankowski,M.E.Peeples,《病毒学杂志》(J.Virol.)1989,63,1981-1988)。第二个充分研究的实例始于抗病毒抗体与病毒表面的二价附着(实例包括Dengue病毒,West Nile病毒,和HIV)(R.M.H.V.Van,G.Hardie,《免疫化学》(immunochem.)1976,13,503-507)。在靶细胞表面上的Fc-受体与多Fc尾多价相互作用。这种机理与外来病原体的识别中的巨噬细胞使用的机理相同:有趣的是,前者影响感染,后者影响清除。
细菌病原体可以被分为两类:细胞内细菌病原体(进入细胞并且在那繁殖的那些)和细胞外细菌病原体(生长在细胞中,但是不进入细胞内部的那些)。通过细胞内细菌病原体感染的机理类似于病毒的机理:由病原体与宿主细胞的附着引发感染(表4-5)。细胞外的细菌经常迁移及聚集在特定组织。特定组织中的细菌浓度(组织向性)可通过细菌表面上的分子和优选组织中的细胞表面上的分子或这种组织的细胞外基质特异的成分之间的特定相互作用产生。细胞和宿主细胞或细胞外基质之间的许多特定相互作用以前已经被综述(I.Ofek,N.Sharon,《微生物免疫学最新话题》(Curr.Topics Microbiol.Immunol.)1990,151,90-113;Ofek,N.Sharon,《感染免疫》(Infect.Immun 1988,56,539-547)。对于病毒,相互作用的特异性通常由粘结的最好抑制剂分子或凝集测定来定义。当相互作用为细菌表面上的植凝集素与宿主细胞上或者细胞外基质上的糖的相互作用时常常使用这种测定(表4)。现在,细菌的相互作用好象比涉及既作为配体又作为受体的蛋白的病毒的相互作用更明显(表5)。这些蛋白-蛋白间的相互作用更难于研究,主要由于“单体”既不知道,又不能得到用于研究,或者从膜中取出时,损失其“形状”。结果,迄今,细菌与病毒的相互作用的大多数详细研究涉及凝集素-糖的相互作用,而不是蛋白-蛋白的相互作用。
肠细菌是寄生在哺乳动物胃肠道中的细菌。在大多数情况下,肠细菌表达1型菌毛,其结合肠线中的上皮细胞表面上的甘露糖(例如,大肠杆菌,肺炎克雷白氏杆菌,和沙门氏菌)。这种相互作用可以由天竺鼠红血球凝集测定(用甘露糖残余物浓厚包裹的表面)。充分研究的实例是对尿致病大肠杆菌的研究。
某些其它肠大肠杆菌在其表面上含有菌毛血凝素,该表面特异性结合内皮细胞表面上的各种含唾液酸的糖蛋白。一个充分研究的唾液酸识别实例发生在含有K99菌毛凝集素的大肠杆菌上(M.Lindahl,R.Brossmer,T.Wadstrom,《糖结合杂志》(Glycoconji.J.),1987,4,51-58),其识别具***于NeuAC(α2,3)Gal(β1)-神经酰胺上的N-糖基神经氨酸。霍乱弧菌的肠菌株产生各种血凝素(R.A.Finkelstein,L.F.Hanne,《感染免疫》(Infect.Immun.)1982,36,1199-1208)。这些血凝素最普遍结合内皮表面上的岩藻糖衍生物。
宿主生物体经常启动也就是多价抗这些多价病原体的相对非特异性防御。一个实例是人尿中最丰富的糖蛋白-Tamm-Horsfall糖蛋白。这种糖蛋白含有数量可变的N-连接的寡聚甘露糖单元,并且结合许多细菌(F.DellOlio,F.J.J.de Kanter,D.H.van den Eijnden,F.Serafini-Cessi,《碳水化合物研究》(Carbohyd,Res.1988,178,327-332)。
多数细菌感染也由涉及细菌粘连和宿主细胞上存在的碳水化合物决定簇的粘连步骤而引发(Matrosovich.1989,FEBS 252:1,2:1-4)。细菌粘连细胞表面的一个实例涉及大肠杆菌和尿道内皮细胞。细菌大肠杆菌的尿病原体菌株用多价相互作用直接和间接结合尿道和膀胱中内皮细胞的表面(附图2)。已经鉴定几个细菌蛋白给予该组织优选。两个实例是P-菌毛(含G蛋白)和I型菌毛(含FimH粘附素),它们均位于大肠杆菌表面。我们用P-菌毛在该***中作为实例说明。首先,这些尿病原体细菌可以用位于其P-菌毛丝末端上的类凝集素蛋白G以有力地和特异性地粘连存在尿道,特别是肾中内皮细胞表面上的糖脂的Gal(β1,4)Gal(pK抗原)部分的多重复制。第二,大肠杆菌表面上的F-蛋白多重复制多价结合纤连蛋白,一种溶解糖蛋白。纤连蛋白反过来多价结合内皮细胞表面。大肠杆菌多重收集在尿道的这些组织中,在其中繁殖并且可能引起疾病(特别是肾盂肾炎)。一般地,细菌既直接结合细胞表面,也结合优选组织的细胞外基质中的分子。细菌既结合糖也结合蛋白。
                                表4
          结合宿主细胞表面上的糖(S)和蛋白(P)的细菌的实例
细菌名称 疾病 细菌上的分子 宿主上的分子
内氏放线菌12104和粘放线菌LY7 慢性口腔疾病 S:含GalNAc-β的葡糖磷脂(GSLs),例如GalNAc(β1,3)Gal(α)O-乙基
白色假丝酵母 口和(雌)生殖器通道的正常动物区系部分,引起继发性素因性症状的疾病(例如糖尿病,免疫缺陷,长期滞留导尿管,消除正常细菌动物区系的抗微生物剂) P:37-kDa层粘连蛋白受体P:58-kDa结合血纤蛋白原的甘露糖蛋白P:C3d受体P:遍在蛋白 S:在内皮表面上含岩藻糖的葡糖苷
砂眼衣原体 可以引起疤痕和眼盲的慢性角膜结膜炎性传染病呼吸道感染 S:含有7-9个甘露糖残基的多糖 P:甘露糖结合蛋白
肠聚集大肠杆菌(EAggEC) 食物中毒 P:血凝素 S:唾液酸
尿病原体大肠杆菌 尿道感染 P:PapG粘附素P:FimH粘附素 S:糖脂上的Gal(α1,4)GalP?:尿血小板溶素Ia和Ib
                                                                                             表4(续表)
形成S-菌毛的大肠杆菌 脑膜炎脑血管并发症 S:NeuGc(α2,3)Gal和NeuAc(α2,8)NeuAcNeuGc(α2,3)Gal和NeuAc(α2,8)NeuAc(发现于脑微血管的内皮细胞)
幽门螺旋杆菌 胃十二指肠溃疡,胃癌 P:血凝素P:层粘连结合蛋白 S:Lewis(b)血系抗原S:Neu5Ac(α2,3)Gal(SA依赖菌株)
肺炎支原体 肺炎 P:毛发尾上的40和90kDa蛋白 S:长链唾液多糖
牛支原体 肺炎,生殖器和尿道感染 P:在毛发尾上的40和90kDa的蛋白 S:唾液酸残基并且还可能硫脑苷脂基团
脑膜炎奈瑟氏球菌 脑膜炎,急性肾上腺机能不全 P:毛发(异常在于毛发含有二乳糖基-2,4-二乙酰氨基-2,4,6-三脱氧己糖) P:内皮细胞和中性白细胞上CD66P:在靶细胞表面上的RSV的糖蛋白G(共感染素)
牙龈卟啉单胞菌 龈炎 S:D-GalNAc[116]
铜绿假单孢菌 菌落区域缺乏天然防御(导管),并且在免疫缺陷宿主中引起疾病 P:毛发粘附素 S:脱唾液酸-GM1和脱唾液酸-GM2或GM1的GalNAc(β1,4)
羽扇豆根瘤菌 P:L-岩藻糖结合蛋白 S:L-岩藻糖
腐生葡萄球菌 尿道感染 P:表面凝集素 S:血系A(未端GalNAc)
猪链球菌 脑膜炎 S:存在于Pl和Pk血系抗原的Gal(α1,4)GalS:N-乙酰基神经氨基α2→3多-Nac-乳糖胺聚糖;NeuNAc(α2,3)Gal(β1,4)GlcNAc
M+基团A链球菌 鼻咽炎;病胆血色质毒素的释放可以引起猩红热当继发性感染流感病毒时可能发生,并且在这些情况最终引起致命肺炎 P:C3,主要在PMN上C3b和iC3b
血链球菌sobrinus链球菌(口腔) 在上呼吸道的正常植物区系部分:缺陷可能引起疾病 S:唾液糖蛋白的唾液酸
小肠结肠炎耶尔森氏菌 严重异常性疼痛和腹泻;在某些情况可能引起致命脓毒病 S:肠粘蛋白中的Gal,GalNAc,Lac
 表5.1  结合糖脂乳糖基神经酰胺衍生物的细菌实例细菌名称                                靶组织脆弱类杆菌                              大肠卵形类杆菌                              大肠普通类杆菌                              大肠吉氏拟杆菌                              大肠多形拟杆菌                              大肠酵母乳酸杆菌                            大肠嗜酸乳芽孢杆菌                          各种地方Fusobacterium necrioohorus              大肠变形梭杆菌                              大肠难辩梭状芽孢杆菌                        大肠肉毒梭状芽孢杆菌                        大肠颗粒丙酸杆菌                            皮肤,大肠痤疮丙酸杆菌                            皮肤弗罗伊登氏丙酸杆菌                      奶制品粘性放线菌                              口内氏放线菌                              口痢疾志贺氏菌                            大肠弗氏志贺氏菌                            大肠宋内氏志贺氏菌                          大肠鼠伤寒沙门氏菌                          大肠大肠杆菌                                肠霍乱弧菌                                小肠,大肠空肠弯曲杆菌                            肠流感嗜血杆菌                            呼吸道假结核耶尔森氏菌                        肠鼠疫耶尔森氏菌                          肠淋病奈瑟氏球菌                          生殖器道铜绿假单孢菌                            呼吸道
      表5.2在细胞外基质结合糖(S)和蛋白(P)的细菌实例
细菌名称 疾病 细菌上的受体(配体) 宿主基质上的配体(受体)
分生孢子烟曲霉 各种局部真菌感染 P:血纤蛋白原分子的D区
博氏疏螺旋体 莱姆病 P:整联蛋白αIIbβ3(糖蛋白IIb-IIa)(RGD)
百日咳博德特氏杆菌 百日咳(pertussis) P:Pertactin和丝凝集素(FHA);细胞结合序列(RGD)
白色假丝酵母 口和(雌)生殖器通道的正常动物区系部分,引起继发性素因性症状的疾病(例如糖尿病,免疫缺陷,长期滞留导尿管,消除正常细菌动物区系的抗微生物剂) P:37-kDa层粘连蛋白受体P:58-kDa结合血纤蛋白原的甘露糖蛋白P:C3d受体P:遍在蛋白 S:在共感染期间gordonii链球菌的细胞壁多糖S:含有β-1,2和α-1,2连接
鹦鹉热衣原体 可以引起疤痕和眼盲的慢性角膜结膜炎性传染病呼吸道感染 P:肝素结合蛋白 类肝素硫酸盐类GAG与最小链长十糖类
粪肠球菌 腹泻 S:半乳糖,岩藻糖,和甘露糖胺,但不是甘露糖
大肠杆菌与S菌毛 胃肠道感染 P:S-菌毛蛋白SfaA S:由NeuAc(α2,3)乳糖抑制S:含有末端Gal(3SO4)β-1残基的糖脂
流感嗜血杆菌 上呼吸道感染,经常继发性流感病毒 高分子量蛋白(HMW-1和HMW-2)
Leishmaniadonovani 原虫寄生虫引起黑热病(visceralleishmaniasis) P:肝素结合蛋白 S:肝素
副结核分支杆菌 不是主要人病原体 P:纤连蛋白
牛分支杆菌 慢性肉芽肿感染,特别是肺中 P:蛋白85B和p55蛋白 P:纤连蛋白的胶原结合区,血浆中存在的糖蛋白
                                                                                  表5.2(续表)
鸟细胞外分支杆菌 在AIDS患者中的普通病原体 层粘连蛋白,胶原I,和纤连蛋白
中间普雷沃氏菌 牙周感染 P:乳铁蛋白结合蛋白(乳铁抑制结合) P:纤连蛋白,胶原I型和IV型和层粘连蛋白
肠炎沙门氏杆菌 严重腹泻(从鸡和鸡蛋中的普通食物中毒) 纤连蛋白
金黄色葡萄球菌 负责许多感染的主要人病原体。可能引起脑膜炎,心内膜炎和骨髓炎 P:38-残基D基元的三个重复P:纤连蛋白结合蛋白(galel A和ZZ-FnBPB)P:60kDa蛋白P:胶原粘附素的胶原结合区(CBD)P:含有187氨基酸重复基元的两个或三个复制的胶原受体 P:纤连蛋白的N-末端29kDa片段(Fn29K)P:纤连蛋白P:骨唾液蛋白(BSP)小(~80kDa)整联蛋白结合,含RGD的骨基质糖蛋白P:软骨胶原P:胶原P:纤连蛋白的N-末端区(肝素结合区)
骨髓炎和感染性关节炎 P:胶原粘附素P:血纤蛋白原受体(凝集因子)纤连蛋白-结合蛋白(FnBP)P:未知蛋白(60kDa) 胶原(高度特异性和亲和力)P:血纤蛋白原P:层粘连蛋白(胃蛋白酶衍生(P1)片段)P:玻连蛋白
腐物寄生性链球菌 尿道感染 S:由甘露糖部分抑制的粘连
链球菌属 许多胃肠道和呼吸道感染 胶原I型
A族链球菌 感染性心内膜炎,肾小球性肾炎,和风湿热 P:脂磷壁酸(LTA)和M蛋白(由LTA抑制结合)P:甘油醛-3-磷酸酯脱氢酶(GAPDH)P:蛋白FP:PAM(相关M蛋白)P:M3蛋白 P:纤连蛋白P:纤溶酶原和纤溶酶P:多结合血浆血纤蛋白原,白蛋白和纤连蛋白
                                                                                    表5.2(续表)
肾炎(+)和肾炎(-)和A族链球菌 肾小球肾炎 P:肾炎纤溶酶结合蛋白(NPBP) P:人纤溶酶(由ε-氨基己酸阻断结合)
牛链球菌 尿道感染,心内膜炎 脂磷壁酸衍生物
软弱链球菌 非人病原体 P:表面蛋白(约200kDa) 细胞分泌的细胞外基质(ECM)
停乳链球菌 肺炎 层粘连蛋白,胶原I,II和IV型,纤连蛋白,和玻连蛋白
化脓链球菌 负责许多***性和局部感染的主要病原体,并且与后链球菌免疫学疾病相关 P:蛋白F(X-射线结构已知)P:链球菌纤连蛋白结合蛋白(Sfb蛋白,37-氨基酸序列)P:9kDa葡萄氨基聚糖-结合蛋白(GAG-BP)P:M蛋白 P:纤连蛋白P:人心脏肌肉基础层
非典型韦永氏球菌 口感染 S:与某些人口链球菌共聚集(乳糖可抑制及乳糖-不可抑制)
小肠结肠炎耶尔森氏菌 异常疼痛和腹泻 P:膜蛋白YadA P:软骨衍生人细胞纤连蛋白和人血浆纤连蛋白
假结核耶尔森氏菌 异常疼痛和腹泻 P:粘附素YadA P:β1整联蛋白
另一个例子涉及细胞与多价分子的结合,如细菌,抗体和巨噬细胞。所有类型的抗体-蛋白组成免疫***的重要族之一—具有多等价受***点:两个(IgD,IgE,IgG,IgA),四个(IgA),六个(IgA)或十个(IgM)。多价结合这些抗体识别的结构—抗原或其它在细菌,病毒,寄生虫,药物,“非自体”细胞上存在的配体,或包括非共价复合物的其它结构通常在血液循环中不存在-似乎是免疫识别普遍存在的特征。这些相互作用抗原抑制重要的感染过程(例如外来生物体至靶细胞的附着)和促进清除(通过巨噬细胞和免疫***的成分降解或通过肾过滤清除外来粒子)。这里多价作用指对具有重复表位的表面的高亲和力或结合力,其中表位定义为几乎所有入侵病原体的表面特征。
在抗体尾部(Fc部分)上的甘露糖残基与巨噬细胞(清除感染粒子的重要白血细胞类型)表面上甘露糖受体(Fc受体)作用。单一Fc部分与其受体的相互作用似乎是太弱以致于不诱发巨噬细胞的响应;即溶液中的游离抗体(未复合的)既不活化巨噬细胞,也不活化结合降解的外来病原体片段的单一抗体。然而,结合感染粒子表面的多抗体与巨噬细胞表面上的多受体强力作用,并且通过多价相互作用的界面得到三层稳定的结构。
另外,不仅该***中的多价提供在巨噬细胞细菌的识别中的稳定性和特异性的可能,而且其后通过巨噬细胞的作用也严格依赖于多价的相互作用。巨噬细胞和包被抗体细菌的之间的多相互作用导致巨噬细胞受体表面的交叉连接,引发巨噬细胞中的内部信号以摄取(吞噬)细菌,导致其降解。
多价分子附着细胞表面的其它实例在表6和7中给出。
                            表6  细菌毒素的受体
   细菌     毒素                                      配体
霍乱弧菌 霍乱毒素 S:GMl:Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,3))Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺S:异配体NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β)(NeuAc(α2,3))Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺Gal(β)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺GalNAc(β1,4)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺Fuc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(R-NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺R=荧光黄CH,碱性蕊香红B,或DNP
大肠杆菌 热不稳定毒素 S:GM1
                                                                                                       表6(续表)
破伤风梭状芽孢杆菌 破伤风毒素 S:Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺S:异配体NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺NeuAc(α2,8)NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺
肉毒梭状芽孢杆菌 肉毒毒素A和E S:NeuAc(α2,8)NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺
肉毒梭状芽孢杆菌 肉毒毒素B,C,和F S:NeuAc(α2,3)Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,8))NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺
肉毒梭状芽孢杆菌 肉毒毒素B S:Glc(β)神经酰胺
产气荚膜梭状芽孢杆菌 δ毒素 S:GalNAc(β1,4)NeuAc(α2,3)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺
难辨梭状芽孢杆菌 毒素A志贺样毒素(SLT)-I和SLT-II/Iic S:Gal(α1,3)Gal(β1,4)GalNAc(β1,3)Glc(β)神经酰胺S:Gal(α1,4)Glc(β)(Pl二糖),Gal(α1,4)Gal(β1,4)GalNAc(β)(Pl三糖),Gal(β1,4)Glc(β)(Pk三糖)
痢疾志贺氏菌或大肠杆菌 志贺毒素Vero毒素 S:Gal(α1,4)Gal(β)神经酰胺S:Gal(α1,4)Gal(β1,4)Glc(β)神经酰胺
百日咳博德特氏杆菌 百日咳毒素 S:NeuAc(α2,6)Gal
痢疾志贺氏菌 痢疾毒素 S:GlcNAc(β1)
                  表7 表面受体交联作为单一传导机理的实例
过程 受体-配体
肥大细胞失粒(过敏) 肥大细胞表面上变应原寡化IgE(P,N∶N)
细胞分化和生长(发育生物学:分化,迁移,编程性细胞死亡) 成纤维细胞生长因子(FGF)二聚体FGF受体。在形成多价暂时FGF和其它肝素结合生长因子中形成肝素作用。(P,N∶N)表皮生长因子(EGF)二聚体EGF受体。(NP)在干细胞表面上的细胞因子干细胞因子(SCF)二聚体Kit受体。(P,1∶2)转化生长因子(TGF)二聚体TGF受体。(NP)血小板衍生生长因子(PSGF)二聚体PDGF受体。(P,1∶2)单一人生长激素(hGH)二聚体hGH受体。(P,1∶2)肝细胞生长因子(HGF)二聚体c-Met受体。肝素可以提供多价暂时HGF(参见上面FGF)。(P,N∶N)在红细胞前体细胞上的EPO二聚体受体(P,N∶N)血管内皮生长因子(VEGF)结合VEGF受体Tit-1。(NP)IL6六聚体IL6受体。(P)IL4二聚体的受体。(P,1∶2)人巨噬细胞克隆-刺激因子(M-CSF)二聚体受体。(P,1∶2)生乳激素可以二聚催乳激素受体(PRLR)。(P,1∶2)两个单价粒细胞-克隆刺激因子(G-CSF)刺激两个G-CSF受体的二聚。(NP)半抗原和多价X半可以抗原受体(X半抗原解压缩的游离多价变型。多价X半抗原没有效果)。(P,N∶N)
副交感神经响应(自神经***) 通过未知机理的乙酰胆碱受体杂二聚作用(NP?)
在受精卵相互作用中的顶体反应((生殖生物学) ***上GalTase-卵表面上GlcNAc(P,N∶N)
B-细胞的肽独立克隆扩展(免疫学)相互作用T-细胞克隆扩展 B-细胞表面上的抗体-多糖包被在微生物表面(P,N∶N)α-干扰素(IFN-α)二聚体其受体(P,N∶N)T淋巴细胞受体CD28和CTLA-4结合并且通过共刺激在抗原呈递细胞上的分子CD80(B7-7)和CD86(B7-2)进行寡聚
细菌趋化性 门冬氨酸盐二聚细菌受体Tar。(NP)
P,1∶2=杂二价配体二聚两个受体表面;P,N∶N=N-价配体受体寡聚N个表面受体;P=可多价,但具有未知的配体-受体化学计量;NP=可非-多价机理。
多价在防止不需要的相互作用中也重要的,即与多价抑制剂的作用。在那多价抗原强力促进所需的相互作用,其在预防某些不需要的生物相互作用,特别是自身多价作用(这里多价用于对抗多价)中也是一种有用的策略。例如,多数哺乳动物肺中的液体包衣含有几种粘蛋白(蛋白呈递多糖在唾液酸SA中终止)。这些粘蛋白,特别是?2-巨球蛋白可以结合流感和其它SA结合病毒,因此抑制其附着靶细胞。
在多价呈递的基团A的选择中,在与宿主相互作用中优选使用与病原体粒子作用的基团A。在一个实例中,本发明呈递物被用于阻断细胞-细菌相互作用。在另一个实例中,本发明呈递物被用于阻断细胞-真菌相互作用。在再一个实例中,本发明呈递物被用于阻断细胞-病毒的相互作用。还一个实例中,本发明呈递物被用于阻断细胞-寄生虫的相互作用。例如,痢疾内变形虫滋养体原虫结合宿主半乳糖(Gal)和N-乙酰基半乳糖胺(GalNac)残基。(Adler等人,1995,《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)270:5164)。在某些实例中,例如,基因治疗应用,促进细胞-病原体,例如细胞-病毒的相互作用可能是需要的。
在另一个实例中,可以制备本发明多价呈递物,其调节病原体-细胞外基质相互作用。例如,防止细菌或真菌与细胞外基质相互作用的多价呈递物可以被抑制。在另一个实例中,本发明呈递物被用于调节细胞-细胞外基质的相互作用。
在另一个实例中,可以构造调节病原体-病原体相互作用的多价呈递物。这种呈递物将用于治疗由于使用外来装置,如假体和导管而导致的感染症状,或在体外生物膜的破裂过程中的感染症状。
在另一个实例中,可以调节细胞-毒素的相互作用。例如,来自痢疾志贺氏菌I型的志贺毒素结合细胞糖蛋白或具有半乳二糖(Galα1-4Galβ)决定子的糖脂。可以制备本发明多价呈递物以防止可以阻断任何细胞-毒素的相互作用的基团A。在另一个例子中,可以制备与出血毒素,例如由Croatalus viridis viridis产生的毒素反应的多价呈递物。
在另一个实例中,本发明呈递物可以被用于调节与多价相关的细胞反应。例如,可以通过在通常导致细胞因子分泌的细胞-细胞的相互作用中替代刺激质细胞调节通过细胞产生的细胞因子。例如,已经显示在肿瘤细胞上的L-选择蛋白配体刺激单细胞和巨噬细胞以产生肿瘤坏死因子。已经建议唾液Lewis x(sLeX)起L-选择蛋白的HEV配体的作用,但是天然配体可能更复杂(Putz和Mannel,1996,Sand.J.《免疫学》(Immunol.)44:556-564)。模拟由单核细胞识别的肿瘤细胞族的带有基团A的多价呈递物可被用于模拟这种反应。同样,阻断这种反应的带有基团A的呈递物可以用于抑制这种反应。在另一个实例中,其中多价呈递物可以被使用的与多价相关的其它症状包括T细胞细胞因子的产生,肥大细胞和/或嗜碱细胞脱粒,淋巴细胞的选择,和T或B细胞的编程性细胞死亡(Setedtsov和Seledtsova,1995,Biomed&Pharmacother,1996,50:170),所有这些症状均与多价相关。例如与多价相关疾病或适应症的治疗
除了靶向与疾病或适应症相关的特定生物进程外,专业技术人员还可以设计靶向特定疾病或适应症或证明患者存在的那些进程的多价呈递物。本发明将包括多价存在的所有基团或者作为本发明多价呈递物部分提供的药物的用途。参见,例如《Harrison内部药物原理》(Harrison’s Principles of Internal Medicine),第十三版,Eds,T.R.Harrison等人,McGraw-Hill N.Y.,NY;Goodman and Gilman’s《治疗药理学基础》(Pharmacological Basis of Therapeutics),第9版,Eds.Joel GG Hardman,Alfred Gilman,Lee L.Limbrid,New York.McGrawHill 1995;和the Physician Desk Reference第50版,1997。OradellNew Jersey,Medical Economics Co。这些书的所有内容这里全部引作参考。有关疾病、或症状的教导及有关可能的药物例如基团A的内容在此更特别引作参考。例如,可以设计多价呈递物调节感染疾病,包括,如抑制宿主寄生虫相互作用,增加免疫或接种策略,减少脓毒症或脓毒症性休克。更具体地,本发明呈递物特别用于治疗上呼吸道感染;感染性心内膜炎;内腹部感染或脓肿;急性感染性腹泻疾病和细菌性食物中毒;性传染病;骨盆炎症;尿道感染和肾盂肾炎;感染性关节炎;骨髓炎和假体关节感染;皮肤、肌肉和软组织感染;注射药物使用器的感染,来自咬伤、刮伤、烧伤及环境生物体的感染;和医院源性感染。因此,本发明呈递物将用于治疗由革兰氏阳性菌引起的感染(例如,肺炎球菌感染,葡萄球菌感染,链球菌感染,棒状杆菌感染,李司忒氏菌感染,破伤风,肉毒梭状芽孢杆菌感染,和炭疽),由革兰氏阴性细菌引起的症状(例如脑膜炎球菌感染,***感染,摩拉克氏菌属和金氏菌属感染,嗜血杆菌属感染,军团菌属感染,百日咳,肠细菌感染,假单孢菌属感染,沙门氏菌,志贺氏菌,弯曲杆菌属感染,霍乱和其它弧菌病,波状热,兔热病,耶尔森氏菌属感染,卡里翁氏病和腹股沟肉牙肿。本发明呈递物还将用于治疗诺卡氏菌病,放线菌病,混合厌氧菌感染,分支杆菌和幽门螺旋菌属感染(例如,肺结核,麻风病和贪婪分支杆菌感染)。多价呈递物还可以被用于治疗螺旋体疾病(例如,梅毒,密螺旋体病,钩端螺旋体病,回归热,赖姆疏螺旋体病(lymeborreliosis))。同样,用本发明多价呈递物将有利于治疗立克次氏体属,支原体属和依原体属感染。
用本发明多价呈递物治疗病毒感染也是有利的。例如,也可以治疗DNA病毒(例如,单纯性疱疹,水痘带状疱疹,EB病毒,巨细胞病毒感染,痘病毒感染,细小病毒,和人***瘤病毒)和RNA病毒(例如,逆转录病毒,流感病毒,肠胃炎,肠道病毒和呼肠病毒,麻疹,风疹,流行性腮腺炎,狂犬病,弹状病毒,和类马堡病毒剂(marbury-like agent),虫媒病毒感染,和沙粒病毒感染)。
在其它实例中,本发明呈递物可被用于治疗真菌感染,例如,组织胞浆菌病,球孢子菌病和类球孢子菌病,芽生菌病,隐球菌病,念珠菌病,曲霉病,毛霉菌病,及其它。在其它实例中,多价呈递物可以被用于治疗原生动物感染(例如,阿米巴虫病,疟疾和巴贝虫病,利什曼病,锥虫病,弓形体属病,卡氏肺囊虫,贾第虫病,隐孢子虫病,和滴虫病)。在其它实例中,本发明呈递物可被用于治疗肠虫感染(例如,旋毛虫病,组织线虫,肠线虫,丝虫病,罗阿丝虫,盘尾丝虫病,麦地那龙线虫病,血吸虫病和其它吸虫病,或绦虫病)。在其它实例中,本发明呈递物可被用于治疗体外寄生虫(ecotparasite)感染。
在另一个其它实例中,本发明呈递物还可被用于调节免疫应答,即通过上调节和下调节这种应答。因此,本发明多价呈递物将用于治疗免疫缺陷病中(无论何种潜在起因)以及治疗自身免疫病和由此免疫介导的损伤。在某些实例中,本发明呈递物将用于抑制移植排斥反应。
在其它实例中,本发明多价呈递物还用于治疗凝血障碍和血栓形成以及用于抗凝血、溶纤和抗血小板治疗中。
在其它实例中,本发明呈递物还可用于治疗瘤形成。在优选的实例中,本发明呈递物用于抑制原发性肿瘤的转移。
在某些植物衍生和细菌的毒素的生物作用中的起始进程涉及它们与细胞表面的多价粘附,即通过多个毒素受体与多个细胞配体的同时相互作用而结合(Lord,J.M.;Roberts,L.M.;Robertus,J.D.FASEB 1994,8,201-208;Montecucco,C.;Papini,E.;Schiavo,G.Experientia 1996,52,1026-10321 Kuziemko,G.M.;Stroh,M.;Stevens,R.C.《生物化学》(Biochem.)1996,35,6375-6384;Richardson,J.M.;Evans,P.D.;Homan,S.W.;Donohue-Rolfe,A.Nature Struct.Biol.1997,4,190-193)。在一种方法中,多价聚合半乳糖苷可被用于阻断通常称为蓖麻毒蛋白的来自普通蓖麻籽的细胞毒性凝集素与哺乳动物细胞表面的粘连。这些聚合物通过阻止蓖麻毒蛋白与细胞表面上的半乳糖苷残基间的相互作用而起作用。蓖麻毒蛋白细胞粘连中涉及的受体-配体相互作用的数量少。
蓖麻毒蛋白,普通蓖麻籽凝集素(RCA60,RCA120)属于一类细胞毒性凝集素,称为核糖体-失活蛋白(RIPs)。一种蓖麻毒蛋白亚型,RC60(A1B1共价复合物;MW~65kDa)由两个亚单元组成;A-链-N-葡萄糖苷酶,其水解裂解核糖体RNA的特定嘌呤碱基;和B-链-糖结合的凝集素(Kuziemko,G.M.;Stroh,M.;Stevens,R.C.Biochem.1996,35,6375-6384)还参见Baenziger,J.U.;Feite,D.《生物化学杂志》(J,Biol.Chem.)1979,254,9795-9799;Houston,L.L.;Dooley,T.P.《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)1982,257,4147-4151;Rivera-Sagredo,A.;Solis,D.;Diaz-Maurino,T.;Jimenez-Barbero,J.;Martin-Lomas,M.Eur.J.Biochem.1991,197,217-228。第二种蓖麻毒蛋白亚型,RCA120(2xA’1B’1;MW~130kDa)在结构和功能的许多方面与RCA60密切相关;它由两个非共价结合A’1B’1单元组成(Endo,Y.;Mitsui,K.;Motiguki,M.;Tsurgi,K.《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)1987,262,5908-5912)。A-链催化rRNA的失活是蓖麻毒蛋白毒性的主要原因。然而,没有毒素的细胞内在化作用不能发生这种作用;这种内在化作用经过受体(B-链)-介导胞吞作用发生。
蓖麻毒蛋白强力抑制哺乳动物细胞中的蛋白的生物合成。蓖麻毒蛋白的分子作用需要细胞内在化作用,其从蓖麻毒蛋白与细胞表面的粘附开始;这种强毒素-细胞粘着通过蓖麻毒蛋白的多半个乳糖苷-识别位点与细胞表面糖蛋白和糖脂的多个半乳糖苷(Gal)基团的同时结合而发生。
蓖麻毒蛋白通过B-链的Gal-结合位点(每个B链约3个位点)多价选择性结合存在细胞表面上的多个β-D-半乳糖(β-Gal)和β-N-乙酰基-D-半乳糖胺(β-GalNAc)-末端寡糖而附着于细胞表面(Roberts,L.M,;Lamb,F.I.;Pappin,D.J.C.; Lord,J.M.《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)1985,260,15682-15685)(每个B-亚单元的Gal结合位点的数量一直有争议。许多研究指出RCA60和RCA120分别有~3(>2)和~6(>4)Gal-位点)。125I-标记的蓖麻毒蛋白的结合研究证明粘附于人红细胞的蓖麻毒蛋白(和分离的B-链)的解离常数Kd为~0.1-0.01μM。当通过各种技术(平衡透析,荧光和NMR)研究时,β-D-半乳糖苷的简单单价类似物对RCA60和RCA120和分离的B-链具有相当低的亲和力(Kd~103-102μM)。结果,可以产生本发明多价呈递物以使蓖麻毒蛋白相当紧密地结合于细胞表面。
蓖麻毒蛋白在结构和作用方式的许多方面与细菌毒素(炭疽热;霍乱,志贺菌;Vero细胞毒素)和其它植物衍生的细胞毒性凝集素(核糖体失活蛋白;相思豆毒素)密切相关。在抗癌药物的开发中,这些毒素目前被作为免疫毒素的细胞毒成分进行研究,并且已经被划分为生物竞争中的威胁性物质。
因此,在其它实例中,本发明呈递物用于防止蓖麻毒蛋白与红细胞的粘连。为此,多价呈递物可以用于阻断基于阻断蓖麻毒蛋白-细胞粘连的多价性的蓖麻毒蛋白毒性。在这种方法中,用能与细胞表面上存在的多个相同的配体竞争的多价聚合抑制剂阻断其进入细胞的第一步。这里已经讨论了旨在抑制蓖麻毒蛋白(RCA60和RCA120)与鸡红血细胞粘连的聚合多价分子的合成和生物测定。这种抑制剂是聚丙烯酸和丁二烯马来酸共聚物的衍生物;它们存在多个相同的含有侧链的半乳糖苷作为酰胺基团:pAA(Gal)和pBMA(Gal)。抑制剂之一,pAA(Gal-βO-L1;χGal=0.4)显示了抑制RCA120的活性:Ki HAI=0.14μM(以每个半乳糖苷为基础计算);该聚合多价半乳糖苷的活性是单价Gal-β-OMe的约1500倍,是单价Gal-βO-L1NH2的270倍。聚合多价抑制剂在阻断由RCA120(具有约6个Gal受***点)诱导的血细胞凝集作用中比RCA60(具有约3个Gal受***点)具有显著的活性。在血细胞凝集使用中,聚合多价半乳糖苷活性增强的分子基础归因于蓖麻毒蛋白的Gal受***点和聚合物上的Gal部分的多价(即多个(位点)、同时)相互作用。我们已经证明合成的糖聚合物可以抑制蓖麻毒蛋白-细胞粘连。因此,这些聚合物是一类新的合成的抗毒素。尽管这些聚合物可以通过阻止蓖麻毒蛋白Gal-结合位点与细胞表面上的Gal部分的结合模拟抗毒素抗体的作用,但是它们也可能引入了新的抑制作用机理:熵升高了的Gal-结合位点的占有;通过包围聚合物使未占有的Gal结合位点立体稳定化。这些聚合物对RCA120比对RCA60更具有活性的研究说明多价抑制剂对具有较多数量配体-结合位点的受体比那些存在较少配体-结合位点的受体更具活性。
概括用聚合多价物中和蓖麻毒蛋白的策略以及蓖麻毒蛋白-细胞相互作用的流程显示于附图3,它涉及以下内容:(a)受体-配体介导蓖麻毒蛋白至哺乳动物细胞的吸收:蓖麻毒蛋白的受***点(B-链)与多个、特定的细胞配体(β-半乳糖苷)多价结合导致毒素-细胞紧密结合;蓖麻毒蛋白与细胞的粘着构成在其毒性作用中的起始步骤。(b)蓖麻毒蛋白毒性机理:当毒素进入细胞内部(经过胞吞)后,减少了从B-链上A-链的裂解,单体A-链有效地催化水解核糖体RNA的特定嘌呤碱基的N-糖苷化;这种破坏干扰了蛋白生物合成。(c)通过聚合多价半乳糖苷阻断蓖麻毒蛋白进入细胞。
因此,本发明合成的Gal-呈递聚合物可以用作抑制剂防止蓖麻毒蛋白与哺乳动物细胞的粘着。这些普通的化合物,或这些化合物的衍生物具有作为治疗剂和保护剂对抗与蓖麻毒蛋白的接触的前景。
毒素受体与特定细胞-表面配体的多价结合在其它情况也是重要的。例如,相思豆毒素在每个毒素分子B-链中含有多个受***点;这种毒素选择性地结合半乳糖苷残基(Lord,J.M.;Roberts,L.M.;Robertus,J.D.FASEB 1994,8,201-208;Sandvig,K.;Olsnes,S.;Pihl,A.《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)1976,251,3977-3984)。霍乱毒素利用五聚体B(糖-结合的)亚单元,其中每个识别细胞表面上的GM1五糖(Gal(β1,3)GalNAc(β1,4)(NeuAc(α2,3))Gal(β1,4)Glc(β1,1)神经酰胺)残基(Kuziemko,G.M.;Stroh,M.;Strevens,R.C.《生物化学》(Biochem.)1996,35 6375-6384),同时志贺氏毒素和verotoxin利用五个B-亚单元结合含Gal的鞘糖脂(红细胞糖苷脂,Gal(α1,4)Gal(β1,4)Glc(β1,1)神经酰胺)(Richardson,J.M.;Evans,P.D.;Homans,S.W.;Donohue-Rolfe,A.Nature Struct.Biol.1997,4,190-193)。
因此,本发明发现用于设计病原体(细胞)-细胞结合(特征在于高价:约100-1000位点是潜在可用于相互作用的)与毒素-细胞相互作用(特征在于低价:即涉及≤10Gal受***点)的抑制剂。
本发明多价呈递物可被用于抑制卵-精相互作用以致抑制受精,例如,用多价呈递物可以干扰顶体***反应。因此,本发明呈递物还被用于避孕,例如,通过抑制精-卵相互作用,例如,在***和卵子相互作用前,通过引发顶体***反应,例如早熟激活反应,抑制***和卵子结合。
受精通过***与卵子的细胞外包被种-特定粘连起始。***-卵子相互作用引起***进行一系列顶体***反应(顶体***过程):早期反应出现***与卵子包被的顶体***囊的胞吐。这种顶体***反应最终导致***和卵子浆膜的融合,以使***核进入卵子的细胞质。
在鼠***中,在***浆膜上的表面蛋白β-1,4-半乳糖基转移酶(Gal-转移酶)是特定识别卵子包被的透明带(ZP)的GlcNAc残基(附图4)。参见附图4,流程描述了用聚合多价物,pAA(GlcNAc)诱发***的顶体***反应以及抑制***-卵子结合的概况。(a,b)鼠***与卵子的粘连由受体-配体相互作用介导:***头表面上的Gal-转移酶和卵子包被的透明带(ZP)上ZP3糖蛋白的末端N-乙酰基葡萄糖胺(GlaNAc)残基:(a)Gal-转移酶受体与ZP3的多个GlcNAc配体的多价结合导致Gal-转移酶的凝集,和(b)接着经过细胞内信号传导诱发***的顶体***胞吐作用。(c,d)建议机理为通过存在多个相同聚(丙烯酸)呈递的GlcNAc作为酰胺侧链或pAA(GlcNAc)诱发顶体***反应和抑制***-卵子粘着。附图4的描述没有测定。
据信透明带的各种异型(isoforms)ZP糖蛋白中,ZP3是介导精-卵粘连的Gal-转移酶的糖蛋白配体。ZP3含有许多相同的O-连接N-乙酰基葡萄糖胺(GlcNAc)部分,其共价连接糖蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基。来自多个ZP3的聚GlcNAc残基簇能同时结合***头的多个表面Gal-转移酶受体。
***的顶体***反应通过细胞内信号传导机理发生,通过某些G-蛋白偶合的受体的活化触发。G-蛋白受体的活化需要Gal-转移酶的空间凝集(附图4)。在正常的精-卵受精的过程中,卵子包被的ZP中的ZP3糖蛋白结合和凝集Gal-转移酶:这种凝集是ZP3的多个GlcNAc配体和***表面Gal-转移酶的多价相互作用的结果。
本发明价形式的GlcNAc--一种ZP3的多价GlcNAc的模拟物引发了***的顶体***反应(附图4)。聚合多价GlcNAc小鼠***的顶体胞吐作用,进而了***与卵子的体外结合。
在一个优选实例中,本发明多价呈递物可与其它避孕方法结合或可以被用于预防疾病,同时被用于避孕。例如,基团A可以是用于治疗疱疹,HIV,chlamydia,人***瘤病毒,淋病和梅毒的配体。
在进一步的实例中,本发明呈递物还用于治疗或调节心脏发生休克,心绞痛,循环***中的血栓形成,心衰,动脉硬化,高血压,中风,再狭窄,分泌红细胞生成素的肾衰竭,分泌性疾病,过敏反应,牛皮癣,镰刀细胞贫血,mematopoetic***继发性治疗(化疗,药物副作用)的继发性疾病或其它疾病(转移,自身免疫疾病),肾癌,***癌,脑癌,肺癌,甲状腺癌,结肠癌,胃癌,肝癌,胰腺癌,对化疗的肿瘤抗性,成人发作性糖尿病,生长缺陷,CNS损伤,神经变性疾病,精神***症,偏头痛,焦虑,抑郁,强迫性疾病,自发疾病(其引起的疾病是未知的但是具有能接受多价药物的病因学,包括未知起因的发热,和多器官衰竭),眼睛疾病(青光眼,近视,视网膜脱落,远视),绝经,妊娠疾病(高血压,毒血症,糖尿病和有助于足孕的物质,有助于分娩的物质,协助呈递的药剂),麻醉,生育力,伤口愈合,失禁,皮肤病(痤疮,头皮屑,uticaria),药物副反应,和药物毒性的逆转。进一步的实例包括涉及调节的适应症或疾病,所述调节是例如促进细胞死亡,调节,例如促进,抑制或增加代谢途径(例如经过酶)或靶向特定受体类型,例如簇状七元转移膜(transmembrance)受体,或酶(例如细胞内,细胞外,或膜结合的)。分析鉴定和试验多价呈递物的方法
本发明还提供分析多价呈递物的方法,该方法可用于鉴定所需有用的基团A或试验呈递物的效力。这类方法可以是体外或体内的。另外,可以设计体外分析方法试验多价呈递物调节A和B相互作用的能力,或A和B相互作用导致的生物响应(例如,细胞粘连测定,凝集测定,血小板凝集测定,ELISA测定,以及肌肉收缩力测定,感染性测定,或淋巴刺激作用测定等)。体外筛选
在某些实例中,可以使用体外测定试验多价呈递物的效力,即测定多价呈递物与靶结合位点B的相互作用,或抑制基团C与结合位点B的相互作用。例如,在筛选呈递物中可以使用这种测定,即试验呈递物的基团A多价表面上的结合位点B的相互作用(例如淘选试验)(Charych,D.等人,《化学与生物学》(Chem & Biol.)1996,3,113-120)。
在另一个示范性实例中,可以使用毛细管电泳(CE)。CE仅需要毫微微摩尔物质的常规高拆分分析技术。CE可以根据分子混合物(离子,小分子,聚合物,蛋白,微团)的电荷和水动力学拖动将其分离。通过将各种浓度的基团A加到缓冲液中,并且通过监测该浓度对注射的结合位点B的流动性影响,可以精确定量基团与结合位点的结合常数。这种技术称为亲和力毛细管电泳(ACE)。例如,可以用ACE测定本发明呈递物对表达结合位点B的整个病毒的亲和力。还显示ACE形成各种有效的实验室研究的基础。在呈递物分析时,特别是其带电荷时,CE以及GPC和光散射都是有用的。
还可以使用表面等离子共振光谱(参见,例如,Mrksich,M.;等人,Langmair 1995,4383;Mrksich,M.等人,《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.)1995,117:12009;Sigal,G.B.等人,《分析化学》(Anal.Chem.)1996,68:490)。已经使用表面等离子共振(SRR)研究表面结合过程。
还可以使用基于自我组装单层的模型表面(SAM’s)测定本发明呈递物分子。在金和银上的SAM’s的烷硫醇化物是另一个研究吸收,或发生在表面间的其它分子过程的模型***。(参见,例如Mriksich,M.;Whiotesides,G.M.,Ann.Rev.Biomol.Struct.1996,25:55;Whitesides,G.M.和Gorman,C.B.自我组装单层:用于有机表面化学的模型;CRP Press:Boca Raton,1995;Mrksich,M.等人,《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.)1995,117:12009;Sigal,G.B,等人,《分析化学》(Anal.Chem.)1996,68:490;Lopez,等人,《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.)1993,115:5877)。
在另一个实例中,可以测试凝集,例如,用与病原体或细胞混合的合成小珠(相当于凝集抑制测定)来定量分析多价分子。凝集是探测细胞-细胞和病原体-细胞接触的最方便的方法并且96孔微滴定板是特别适用于这种测定的仪器。自动进行这种测定也是可能的。例如,可以构建存在与病原体或细胞表面特别相互作用的小珠。这种小珠的构建可以立体进入相对于背景的基团。另外,与基团的适合连接点,被认为是基于可利用的晶体结构的。此外,还可以考虑通过使用低聚乙二醇背景消除或减弱非特异性相互作用的重要意义,和表面基团密度的重要意义。或者,可以将靶细胞(或替代靶细胞)用于某些实例。例如,可以使用流感病毒结合红细胞,而非小珠。
另外,可以测定存在基团A的小珠和存在结合位点B的表面的相对和绝对浓度,二者引起混合物形成“胶”(即凝集)。可以使用着色的小珠以容易看得见。可以构建在小珠上含有不同摩尔比基团、基团的衍生物,或完全不同基团(在后面情况下,抑制可以取决于立体稳定作用)的多价物质。一般地,试验中多价物质的效力将取决于连接活性基团的聚合物单体单元的摩尔比。预期最大效力的摩尔比是***-依赖性的。
可以改变这些相同多价物质以使各种其它基团结合到可利用的载***点上。各种“辅助”(例如A2-An)基团的结构和摩尔比可以增加分子的特异性和效力。因此,这种提高的一种可能机理是用低摩尔比的短疏水侧链通过随机定位病原体(或细胞)表面上的疏水袋。预期控制聚合物效力的重要性质包括:活性基团的摩尔比,电荷,疏水性,持续长度,随机性,物理尺寸,和结合水分子的数量。
可以使用抑制测定,如,测定分子防止生物表面,例如,病毒,结合另一个生物表面,例如细胞的程度的试验。可以这样进行:通过分子与受体的竞争性结合,和防止表面结合基团与相同结合位点结合。一个示范性测定是血细胞凝集抑制(HAI)测定,其在附加实施例和附录中将详细描述。HAI测定是以红细胞溶液中分子抑制病毒凝集(胶体形成)为基础的。可方便地测得HAI有效的低限是~1nM。
另一个示范性测定是光学碰撞(OPTOCOL)测定,其是以有抑制剂的存在下抑制一个红细胞和一个病毒包被的微球碰撞后粘着为基础的。该测定在反转显微镜下用平行光学镊子进行,每个镊子夹持一对两种碰撞物。OPTOCOL测定定量在<<1nM时仍有活性的抑制剂的效力。
HAI和OPTOCOL测定均可测得部分有效抑制的浓度,即基团A和结合B之间的相互作用被抑制约一半时的浓度。在HAI测定中,抑制常数是KHA和KOPTOCOL。当测定抑制常数时,用每种测定测得的数值都是可靠的,KHA~=KOPTOCOL。这两种抑制常数均称为KINH。
OPTOCOL是基于用平行双光学镊子操作生物粒子(Mammen等人,1996《生物化学》(Chem.Biol.)3:757)。该技术能研究介于,例如单个红细胞和存在流感病毒的单个微球之间的相互作用。该技术特别用于非常紧密结合***并且也可以用于研究多价抑制的机理。
大多优选测定方法衡量用于取得所需靶起重要作用的多价基团的特征。例如,用于凝集多价结合位点目的的有效多价分子可能是由“n”(大于10)个通过长的柔性连接物连接的基团组成。因此,这种测定一定反应多价物的最终目的。
存在许多探测、评价和定量多价相互作用的方法。一些测定方法可能是亲和力的直接测定;从这些亲和力可以提取相互作用的自由能。其它方法可以测定复合凝集的特征,仅其中之一为相互作用的自由能。这些其它特征可包括水化程度,立体稳定分子或表面的能力,和/或交联多价受体的能力。
为了从热力学上定量结合常数(即获得结合常数),必须测定(直接或间接)未复合和复合基团的相对比例。根据复合物的稳定性(相对于其寿命),可以使用不同的技术。
可以使用凝集试验以测定多价基团凝集多价结合位点(沉淀,凝胶形成,凝集)的能力。例如,在免疫沉淀测定中,多价呈递物可以沉淀表面上多价结合位点B。尽管在测定多价呈递物沉淀能力中多价物的亲和性是重要的,但是其它特征也是重要的。例如,在低浓度时,呈递物可能不与多个B(polyB)结合;在某些最佳浓度区,发生沉淀;而在高浓度时,每个结合位点B与一个基团A结合,不再发生沉淀。在该实例中,其类似抗体沉淀反应,仅靠亲和性是不能决定沉淀类型的。体内测定
可以进行体内测定,例如,测定多价呈递物对动物疾病或适应症的治疗效果,例如,可以测定抗感染。但是这种测定不限于,测定防止多价相互作用的抑制剂。例如,这种分子不仅通过阻断粘着宿主受体,降低感染速率;而且可以通过阻断清除机理,降低清除速率。一个测定实例是细菌的噬菌体感染。Chu,Y.-H,等人,Acc.Chem.Res.1995,28,461-468。
表8说明可以用于筛选本发明多价呈递物有用性质的多种分析方法。
            表8  可定量多价相互作用的各种技术
能测定
技术 这种技术已经成功使用的*** 亲和力 抑制表面-表面所的相互作用(亲和力加立体稳定性) 动力学 评论
血凝离子抑制测定 1.流感-红细胞相互作用的抑制剂2.与许多细菌表面的Ab相互作用 广泛使用;容易进行;一般限于抑制常数大于nM
                                                                                     表8(续表)
ELISA 流感-红细胞相互作用的抑制剂 需要合成标记的多价物质;一般限于离解常数大于10-50nM
荧光活化细胞Corter 与细胞表面的Ab相互作用 原则上有 需要Ab的共价变体;取决于结合和未结合形式的后续定量分离
OPTCOL(用双光学镊子的光学碰撞) 流感-红细胞相互作用的抑制剂 能够测定生理学上相关症状(通过使用者控制细胞碰撞速度、相对取向和其它因素);测定涉及单个细胞和用病毒粒子包被的单个微球,测量抑制常数的低限小于10-4M
亲和性毛细管电泳 万古霉素二聚体与二聚体D-Ala-D-Ala相互作用 该技术非常有前景,并且可能扩展和实施到其它***
表面等离子共振 与存在不同密度抗原的合成表面(DNP,抗-DNP***)的Ab结合 需要mg多价物质(在该表中的其它技术一般需要小于102);其它相关技术包括声学盘模和表面声学波,并且所有依据在界面附近的电介质常数中的小电荷检测
移液管吸取(Evan Evans) 细胞-细胞 原则上有 原则上有 依据需要变形的能量的定量在粘连和分离期间补充细胞表面;实施可能困难
剪切流(TSpringer和其它) 中性白细胞与从不同选择蛋白非共价衍生的表面的相互作用 原则上有 依据在光学显微镜下计算大量过程(粘着,非-粘着);测定粘连的可能性(以溶液通过表面的流速的函数形式)
在重力影响下的解离 测定减少表面的时间,并且与粘连强度相关性
光学显微镜计数凝集法(BarryShur) ***-卵子的相互作用,这些相互作用的抑制。 原则上有 依据振荡后计数大量过程(结合,未结合);以抑制剂浓度作为函数测定粘连的可能性;难以进行
原子力显微镜 含有链霉抗生物素蛋白的表面与含有生物素表面相互作用 原则上有 灵敏度高(可以测定单个分子-分子的相互作用);仪器昂贵
光散射 原则上有 需要;需要小物体的共价衍生
体外应用
本发明还提供多价呈递物的体外应用,例如,对生物威胁的被动保护的物质和***,用于去污染***的组分和新诊断及识别***。如上所述,在这种应用中,设计本发明多价呈递物最终阻断被施用对象的感染或中毒。在某些实例中,本发明呈递物还可以包括一种或多种抗代谢产物。例如,通过使用含有多价呈递物的保护性掩饰物提供被动保护,这种多价呈递物可以有效地对抗感染物或毒性气体以及作为保护性外套、睡衣、医院用敷料和洗涤剂。另外,可以将本发明多价呈递物加到用于去污染***的溶液和方法中。
在另一种体外应用中,本发明多价呈递物可以用于,例如,基于表面吸收的淘选测定或光学测定中。对于这种体外应用,许多方面将适于使用,而不需要考虑体内相容性的需要。作用机理
下述机理用于讨论目的而不以任何方式作为限制本发明的解释。而且,还应理解因子如“β因子”更多涉及客观标准而不是作用机理。在一个优选实例中,本发明多价呈递物对结合位点B超过对单价A(monoA)的亲和力。在其它优选实例中,本发明多价呈递物比单价呈递A具有较大的特异性。“特异性”指polyA与结合位点nonB的非特异性相互作用的减少比观察到的与monoA结合的要少。在其它优选实例中,本发明多价呈递物比在以单价形式存在的A所观测到的浓度更低时就具有生物效果。本发明多价呈递物可以通过下述描述的一种或多种机理进行。
对于作为一类多价相互作用,没有可接受的命名法。因为有许多不同的方式使结合位点B(例如N受***点)可以与基团A(例如N配体)相互作用,因为相互作用的结合自由能强力取决于其详细情况,可能没有简单通用的命名法。这里所用分布在两个实体上的N配体和N受体之间的相互作用将称为Nth-次序多价相互作用(说明第三-次序多价相互作用)。其产生结合自由能ΔGpoly N
显示多价相互作用中的单个配体部分与单个受体部分的相互作用的平均自由能,ΔGpoly avg等于ΔGpoly N/N(公式3)。自由能单价受体-配体相互作用发生变化ΔGmono;N单价(独立受体与N单价相互作用)独立配体发生自由能变化NΔGmono。最有用的结合自由能的比较涉及相同数量的配体和受体,而且如果涉及不同数量的配体和受体(和平衡常数的不同单位)必须充分考虑。公式3-5给出相应结合常数值,K。 ΔG avg poly = ΔG N poly / N    (公式3)ΔG=RTln(K)                         (公式4) K N poly = ( K avg poly ) N    (公式5)协同性:量度α
在多价相互作用中配体部分与受体部分相互作用的平均自由能(ΔGpoly avg)可以大于,等于,或小于在类似单价相互作用中的自由能(ΔGmono)(公式6-8)。下面是生物化学中接受的命名法,这些类型的多价相互作用将分别称为正协同(协同),非-协同(加和)或负协同(干扰)。一般定义α为协同度如下(Connors,K.A.Binging Constants:The measurement of Molecular Complex Stability;John Wiley & Sons:New York,1987)。α单位取决于多价相互作用的次序。 ΔG avg poly = α ΔG mono    (公式6) NΔG avg poly = ΔG N poly = αNΔ G mono    (公式7) K N poly = ( K avg poly ) N = ( K mono ) αN    (公式8a) α = log [ log ( K N poly ) log ( K mono ) N ]    (公式8b)
生物协同性已经在现有技术中讨论。(Kosshland,D.E.;Neet,K.《生物化学年度综述》(Annu.Rev.Biochem)1968,37,359;Perlmutter-Hayman,B.Acc.Chem.Res.1986,19,90-96)。研究的最佳的生物正协同性***不涉及多价性。例如,四个氧分子(O2)与四聚体血红蛋白的结合具有协同性;即:第二个氧结合血红蛋白时的自由能比第一个氧分子的结合更有利,-ΔGpoly avg>-ΔGmono first。在这种非-多价***中协同度α大于1或小于1单位(unitless)。
作为一类,多价相互作用一直不能经常充分地或谨慎地定量(正协同多价相互作用),甚至在一个***中明确推论。多价***的正协同性是本发明的一部分。
正协同多价相互作用(α>1)的一个实例可以是五聚体霍乱毒素与GM1,GM1神经节苷脂的寡糖部分结合。霍乱毒素由五个亚单元(AB5)组成。毒素与单体GM1(已经从细胞表面上的神经酰胺部***解的GM1)的结合提供了通过纯粹从焓上提高结合的正协同的好的研究实例。
单体GM1衍生物与五聚体霍乱毒素第一结合过程的熵等于后来每个结合过程的熵。因此,在单体GM1与毒素结合的自由能的所有不同起因于焓的不同。Schoen等人进行了五聚体B5与五个独立的GM1寡糖单元在溶液中结合的测热研究(Schoen,A.;Freie,E.《生物化学》(Biochemisty)1989,28,5019-24)。第一个配体结合常数比第二个结合常数小4倍(by a factor of 4)。从纯统计上计算,第一配体结合常数预期比第二个结合常数大5/2倍(对于Nth次序多价相互作用,Ki,第i个结合常数等于(N+l+i)/i。因此N=5,K2/K1=(5/1)(4/2)=5/2)。因此是升高焓的结合。
已经报道五价B5与浓密覆盖GM1的细胞表面结合本质上不可逆发生而且比五聚体霍乱毒素与5个单体GM1单元的结合更紧密。因为相互作用的焓大约相同。对于单体GM1和固定在表面上的GM1,这种结合ΔG的不同可能归固于这些两种类型结合的熵的不同:多价受体的亲和力可以通过多点粘着被大大提高。因为五聚体对多价表面亲和力没有被定量,其协同性程度即便有,也是未知的。
下面是可能是负协同(干扰,α<1)的相互作用的两个实例;即不象正协同那种情况(血红蛋白和O2),发生第二个配体与第二个受体结合比第一个配体与第一个受体结合具有不利的自由能。第一个实例是二价抗体(Ab)与发现在浓密包裹在生物表面(如哺乳动物细胞,病毒,在ELISA测定期间的固体载体)或固定在聚合基质上的配体结合。(Tanaka T.;Suzuno,R.;Nakamura,K.;Kuwahara,A.;Takeo,K.Electrophoresis 1986,7,204-209)。一般地,对于较小有机配体的抗体的单价结合常数显著不同,但是在105-108M-1范围内。对于非,或正协同***,我们预期Kbi 2<(Kmono 2)~(105-108)2M-1。Karush等人发现对于在芽胞杆菌属sp结合上的表面抗原的二价Ab比相应的单价Ab的亲和力高30倍(已经从化学上和酶学上分离了其中在天然蛋白中的存在的两个或多个结合位点的单价抗体);即Kbi 2=30Kmono<(Kmono)2M-1(Karulin,A.Y.;Dzantiev,B.,B.《分子免疫学》(Molecular Immunology)1990,27,965-971)。因此,这里的结合是负协同。
在传统生物化学意义上定义的协同性对于多价***既没有用也不是叙述性参数,因为它是用于单价***。因此,需要一种描述多价***结合提高的经验测量法。通过协同性参数α的扩展,我们称其为新量度(metric))β。因此,尽管多价相互作用定性上大大强于任何一个单体相互作用,但是这种单体相互作用还是相互干扰(Lees,W.J.;Spaltenstein,A.;Kingery,W.J.E.;Whitesides,G.M.《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1994,37,3419-3433)或彼此不同(在亲和力色谱分析期间多价配体“粘着”亲和性凝胶可能代表这种情况)。只有通过定量比较多价与单价相互作用才能确立协同性的性质。多价相互作用中提高亲和力:数值β
在许多多价***中,许多配体-受体相互作用的数量,N,是未知的。例如,已经显示通过流感病毒凝集红细胞的多价抑制剂(由聚丙烯酰胺骨架和一定比例的终端结束于唾液酸(SA)的侧链片段组成)与流感病毒表面上的多个血凝素(HA)受***点特异性相互作用。这些分子防止流感病毒与靶细胞相互作用。用存在SA基团和少量生物素基团的侧链的聚合物(在测定的后来步骤中作为配体用于粘着酶-共轭的链霉抗生物素蛋白),用ELISA类测定法可以测定这种聚合多价抑制剂与病毒表面的结合。将表面结合的病毒与各种浓度的含有SA的聚合物一起培养,通过酶-连接的链霉生物素蛋白-生物素相互作用间接测定结合的聚合物的量。在构造结合等温线中可测定的量是SA的浓度,结合病毒表面的聚合物上含有SA的量。结合病毒的聚合物数量和聚合物上结合于HA受***点的SA基因数(N)都不可能准确地知道。通过测定结合的聚合物的数量(作为[SA]的参数)可以分析聚合物和病毒的相互作用。在半-最大结合时,1/KELISA=[SA],其中KELISA等于结合常数(公式9)。因为这里在多价相互作用中的N值未知,不可能有有关协同性(α)的报告。在该实例中Kmono值是5×102M-1;对于我们而言,最佳的最好抑制剂的KELISA值是108M-120。即:在[SA]=2×10-3M时,单体SA半一最大结合,而在[SA]=10-8M时,含有SA的聚合物半一最大结合病毒表面。因此,无论其α值,多价抑制剂可能是有用的。
因此定义两个结合常数的比值为提高因子β
       KELISA=βKmono                   (公式9)
有利于多价***亲和力提高的讨论中的协同性(α):具有高β值的分子是有用的,无论它们之间生产的相互作用协同与否。在任何***中N是未知的,但是结合的多价分子的总量是已知的,β将是有用的参数。只有已知N值,才能知道计算出已知ΔGpoly N,Kpoly N和β之间的精确关系(公式10,11)。 ΔG N poly = Δ G mono - RT ln ( Nβ )   (公式10) β = ( K N poly / N ) / K mono   (公式11)
其中基团A是糖类的本发明多价呈递物的β值通常优选大于或等于约108。其中基团A是非-糖类,特别是基团A是非天然配体的本发明多价呈递物通常具有β值大于或等于约10,优选大于约102,更优选大于104。尽管结合的受体可能具有多价性,但是非天然配体通常不是多价的。多价相互作用的焓
ΔGpoly N由焓(ΔHpoly N)和熵(ΔSpoly N)组分组成(公式12)。作为第一个近似值,ΔHpoly N值是N单价相互作用的焓的总和,NΔHpoly。该值通过在活性位点周围的其它相互作用增大或减小。 Δ G N poly = ΔH N poly - TΔS N poly    (公式12)焓升高的结合
在某些情况下,具有一定焓的一个配体与一个受体的结合可能引起下一个配体与其受体结合,该后者的结合得到更大的焓;即在这种情况中ΔHpoly N值比ΔHmono的值更负(更有利)。这种结合是焓的升高。焓降低的结合
如果一个配体结合其受体干扰下一个结合过程,则多价相互作用的焓将不利于预期的N个等价单价相互作用。这种结合是焓的降低。当两个多价实体之间的多个配体-受体相互作用形成从能量上需要不利的分子构象时可能发生焓减小的结合。单凭经验的方法,构象越刚性的多价实体,越可能使配体及其受体空间不匹配,这将导致焓减小的结合(除非配体和受体的几何学匹配是精确的)。相互作用的熵
理解多价相互作用的熵有必要理解单价与多价结合的相互关系。在多价抑制剂设计中,不完全理解熵已经导致许多合成多价分子比其单价相应物仅在边缘更有效。
多价相互作用的总熵ΔSpoly N应当考虑受体和配体结合过程中的平移熵(ΔSpoly trans,N),旋转熵(ΔSpoly rot,N)和构象熵(ΔSpoly conf,N)的变化贡献,及周围水的熵变化(ΔSpoly H2O,N)贡献;通常很大程度地是由于疏水相互作用的熵(公式12)。 ΔS N poly = ΔS trans , N poly + ΔS rot , N poly + Δ S conf , N poly + ΔS H 2 O , N poly    (公式12)平移和旋转熵
分子平移熵ΔStrans源于其通过空间独立地平移的自由;ΔStrans值与其质量的对数相关,M(ΔStrans∝1n(M)),与其浓度的对数相反M(ΔStrans∝1n[L]-1),旋转熵ΔSrot源于粒子围绕其所有3个主轴旋转的自由,并且与其3个惯性力矩的产生的对数相关,Iχ,Iγ和Iz(ΔSrot∝ln(IxIyIz))。因此粒子的ΔStrans值和ΔSrot值仅弱(对数性地)依赖其质量和直径。对于第一个近似值,所有粒子-受体,配体,受体-配体凝集物的平移和旋转熵都相等。当两个粒子结合时,3种平移和3种旋转自由度都失去了。如果忽略粒子的质量差异(粒子的质量经常在10倍之内,绝大多数是在100倍之内),那么结合的两个粒子的总平移和旋转熵值大约相等,无论它们是单价或多价,条件是它们的浓度相同。在生物中,分子的浓度可以在大于9个量级(nM-pM)内变化。即使平移熵仅对数性地取决于浓度,但是这种宽范围使得人们认识相互作用粒子的浓度对估计平移熵的重要性是必须的:这种值随着浓度的减小而增加。构象熵
熵和焓可以部分补偿多价相互作用的亲和力的影响:其中构象灵活性增加结合的构象熵值,相同的灵活性增加没有热力学张力下发生所有配体-受体相互作用的可能性。
众所周知在多价配体与多价受体结合的构象熵中的这种损失难以定量。固定单一、旋转的碳-碳键的熵变约为0.5kcal/mol(ref)。对于其它单一键的范围是0.1-1.0kcal/mol。如果所有起初为自由旋转的键在配合过程中损失了所有多络合作用的扭转自由,将发生构象熵的最大损失。对于这种损失ΔSconf的上限估计约为0.5Nkcal/mol,其中N是两个配体或受体结合中单个键的数量。对于长的灵活链,该数可能很大:三甘醇间隔物,其高达10kcal/mol的损失可能是不利的。溶剂化熵
在水***中对结合总熵的最后贡献是周围水分子的熵变ΔSH2O。对水中相互作用(包括疏水性相互作用和涉及极性基团的相互作用)的贡献者是生物分子暴露的表面的有机水的释放,导致熵增加。对于疏水相互作用的定量测定和预测已经广泛综述(Blokzijl,W.;Engberts,B.F.N.Angew.Chem.Int.Ed Engl.1993,32,1545-1579)。这些术语将通常类似于单价和多价***中的每个配体(除非连接物改变构象或与受体表面结合,结果,改变其与络合作用的溶剂的结合)。
有许多类型的多价相互作用,其熵的特征显著不同。当两个物质开始在溶液中自由扩散(开始两个粒子在6个方向平移,络合后减少至3个方向平移)时,可能发生相互作用,我们将这种相互作用分类为3-维(3D);当一个或两个物质被限制在一个平面扩散时(分类为2维,2D);当相互作用的物质被限制在一条线扩散时(分类为1维,1D)。结合平移和旋转熵值取决于在络合作用中的平移和旋转自由度的损失。该值(ΔStrans值和ΔSrot值之和)在粒子3D结合中最大,2D中次之,1D中最小。即:介于自由扩散在2D中的N个配体(如两个限制在细胞表面的配体)与也自由扩散在2D中的N个受体(如在另一个细胞表面上的转移膜蛋白)结合熵值小于独立扩散的这些物质自由分散以3D方式的相互作用的熵值。动力学和提高亲和力
在某些实例中,本发明多价呈递物通过极低的解离速率(off-rates)运行,以便相对于治疗的生物过程的时间范围它们是有效“永久”的结合。这种介于polyA和monoA之间的动力学差异,即多价形式的较低解离速率是本发明呈递物不同于monoA的另一个机理。
高亲和力相互作用的动力学研究认为提高主要是由于两个多价实体的离解速率(koff)降低而不是结合速率的增加。抗-DNP Ab与DNP-lys的结合,相对于相同的Ab与DNP-覆盖的ΦX174的表面结合,确认的结合表面的kon值仅是2倍之差(kon(表面)~3.7xM-1S-1,kon(DNA-lys)~8×107M-1s-1),但koff值相差104(koff(表面)~3.3×10-4M-1s-1,koff(DNA-lys)~1.0s-1)。因为这些速率定性相关与(常常定量地相关与)其热力学,(Agmon,N.;Levine,R.D.Chem.Phvs.Lett.1977,52,197-2201),并且这些测定直觉上与多价性一致:介于两个多价实体的第一个配体-受体相互作用的动力学值约等于类似单价相互作用的热力学值;因此,结合速率可能相似似乎是合理的。多价相互作用的物质的解离需要断裂N个配体-受体的相互作用;因此,在多价相互作用中比需要的单价相互作用中发生更慢的解离似乎是合理的。立体抑制
在某些实例中,本发明多价呈递物通过“立体抑制”起作用。立体抑制是在有效药物设计中新的策略。在感染物情况中,例如,可以设计附着的多价抑制剂,其涉及紧密结合感染物表面的任何分子,即呈递分子的聚合物不需要直接附着。例如,可以通过呈递与病毒表面上的神经氨酸苷酶(NA)的结合的基团构建防止流感病毒与红细胞粘连的聚合物。Choi,S.-K.;等人,《化学与生物学)》(Chem.& Biol.)1996,3,97-104。本领域技术人员通常关注作为不介导粘连的NA位点,因此,用直接的聚合物观察抗粘连效果,结果可能发生聚合胶体层与病毒表面粘连。这种“效果”可能是“纯”立体抑制,即病毒在粘连中常用的蛋白、血凝素的活性位点没有出现熵提高的占有。因此,药物多价呈递可能改变药物作用的原始机理。这种药物的实例目前还不知道。
据信立体抑制机理更相关于碰撞稳定作用,而非受体-介导过程,尽管其取决于受体-支配的特异性,以使聚合物靶向适当结合位点B。当一起带来两部分或基团的一个或两个被凝胶层包被时,其从熵上不利(因为在接近另一个表面时涨水聚合物的构象流动性被减小)并且从焓上也不利(因为不利于渗透作用)。聚合呈递物在其通过这种机理起作用时是独特的,尽管有其它相关的机理出现于脂质体(Kingery-Wood,等人,J.Am.Chem.Soc.,1992,114,7303-7305)和树状物(dendrimers)(Roy,R.;Tropper,F.D.《化学会志》(J.Chem.Soc.),《化学通讯》(Chem.Commun.)1988,1058-1060;Roy,R.等人,《(美国化学会志》(American ChemicalSociety):Wasshington,D.C.,1994)。吸附和沉淀
在某些实例中,本发明多价呈递物通过介导表面上的结合位点B的吸附起作用。通过这种机理,结合位点B,可能有效地从溶液中除去或通过患者清除,例如一种病毒颗粒。在另一个实例中,多价呈递物通过沉淀或凝集起作用。药效学
选择的结构及其固有性质将影响多价呈递物的药效学。例如,当设计本发明多价呈递物时,考虑的两个性质是溶解性和大小。溶解性
在多数实例中,本发明多价呈递物比常规药物更具水溶性(例如在mg/ml范围内或更高范围内)。溶解性(及以下所述大小)可能影响多价呈递物的药效学。例如,呈递物的溶解性可能影响下述一个或多个相关的特性。
例如,溶解性可以影响本发明多价呈递物的清除特征。当分子的溶解性增加时清除作用可能突然增加。肾倾向过滤水溶性分子更快。同样,药物清除速率直接与给药频率成比例。
本发明呈递物的水溶解性还可以影响呈递物的作用期。在优选实例中,本发明呈递物比单价呈递的A具有更长的作用期。
在其它实例中,polyA的溶解性可能影响治疗指数。这里所用术语“治疗指数”指(LD50/ED50),其可根据本领域已知的方法测定。这里所用治疗指数指在每个基团A基础上计算的。治疗指数与给药频率成反比。由于本发明呈递物的较低清除速率,polyA比monoA将能够以较低频率给药于患者。而且,polyA比monoA在患者中将随时间显示较低的浓度变化,因为这些药物的清除速率可能是非常慢的,它们甚至可以保持在血浆浓度水平,即:多价药物将减小感兴趣位点最大和最小浓度差(例如降低谷-峰差别)。因为多价分子大,它们具有显著的优点,其寿命比小分子显著加长。由于本发明呈递物较低的清除速率,polyA将能够比monoA以低频率剂量给药以患者。这种较长的半衰期由于多方面原因而变得有利。例如:(i)由于减少给药频率而增加患者的服从和愉快;(ii)患者可比现在更早出院;(iii)药物可以比现行低的治疗指标给药。
本发明多价呈递物溶解性还可以影响多价呈递物的腔室化。除了溶解性,其它因素也可能影响腔室化,腔室化的所有形式,例如包含或排除将属于本发明的一部分。例如,水与有机溶剂(模拟生物环境)的分布系数是重要的。具有高分子量的聚合多价物质一般不能有效穿越生物膜。在某些实例中,这种特征使得优选将其直接呈递至感兴趣的腔室给药。或者,这种性质指多价呈递物可被排除在不希望的腔室之外。作为实例,静脉注射进入血管区域;鞘内注射进入脑脊髓液体和中枢神经***;口服进入胃肠道;滴眼进入眼睛区域,乳剂和油膏进入上皮;导管进入胆管树和胰腺及胆囊,以及膀胱尿道***,和***输卵管卵巢***;吸入进入支气管区域。
还可以设计这样的分子以保持在特定腔室之外。其中这种概念可以应用的区域的实例包括产科(保持药物不进入新生儿循环中),对肾有毒性的药物(通过保持药物在循环中而避免其被肾吸收),或避免呈递物进入中枢神经***中。
多价呈递物还可以具有倾向定位保留在感兴趣的位点,该优点减少了***毒性并且最大化局部浓度。
另外,可以设计这样的分子,当某种性质是希望的,其不限于某个区域。例如,在紧急情况下,可以不希望它是长效的药物,但是可能重要的是多价药物可以增加效力。在这些应用中,可将聚合物设计为中等大小。或者可以包括可离解的连接物。这些分子将是有效的但是足够小以致通过肾过滤并且清除。
特定腔室的一些实例包括眼(在外科手术期间流泪的***和拮抗剂或抗生素),GI道(例如蠕动***和拮抗剂)(胆碱能***)(泻药)***和肌肉紧张拮抗剂(抗血糖素)(在双收缩钡研究之前)。其它实例包括:CNS,泌尿生殖***(例如肾,输尿管,或膀胱,***,子宫,输卵管(例如避孕药)),和胆管树(例如平喘药,或胆囊纤维变性治疗)。还有其它腔室的实例包括表面(例如局部用药的皮肤和粘膜);耳道和中耳(例如抗生素,抗病毒剂),血液(例如静脉注射,以及透皮和透肌肉呈递载体)。腔室的其它实例包括血管内,血管外,脑脊髓液,支气管腔,胸腔,腹腔,眼睛区域,局部区域,尿道,和生殖道,例如***,输尿管,和输卵管。大小
多价呈递物的大小如溶解性(如上所述)一样可以影响作用期,治疗指数,腔室化,清除效果方面的某些性质。
术语“大小”包括根据碳水化合物(即Stokes radius)和蛋白分子量(kD)大小的分子。60kD以上分子大小或大于50埃的平均流体力学直径的多价呈递物很可能比小分子的更易于被腔室化。在特定优选实例中,本发明多价呈递物大于2kD和/或5nM 50埃平均流体力学直径。
根据欲治疗的“症状”,选择多价呈递物的大小可以变化。例如,对于非胃肠道应用,低分子量化合物(小于约10,000MW)将通常更快被清除。另外,可以使用含有可裂解连接物的较大化合物,这种连接物连接足够小的单元,当释放时定以被清除。尺寸大于60-70kDa蛋白的分子不能有效地被肾过滤,这在多价呈递物被用于血流中时十分重要。当用于口服,肺或局部应用时,这种物质可以不需要被清除或体内降解。
对于基本上零清除的药物,由于它们太大以致于不能通过肾清除,其不被肝吸收和清除,当需要清除时,可以通过许多机理诱发。例如,可以通过在血清中以显著速率水解的连接物结合低分子量片段(其大小容易被肾清除的小分子)。另外,可以通过天然存在于血浆中的物质(例如酶)水解的连接物结合这种低分子量片段。在另一个实例中,可以通过药物裂解的连接物结合这种低分子量片段,该药物为(例如多价或单价结合的第二药物)需要花时间清除多价呈递物。第二个药物的实例可以是硫醇或螯合剂,对这些药物敏感的连接可以是二硫键和有机金属键。
一般地,高分子量物质不能通过口服进入血液。高分子量***还用于其它用途。在某些实例中,它们可以通过转移膜渗透提供给患者(在作为汽雾剂给药后穿过鼻或肺粘膜)。某些多价物质可以通过肠中的细胞被摄取,例如,通过消化过程摄取的制剂或以栓剂给药。大的多价药物由于其不穿过肺、肠、或呼吸道进入***循环而可以有利于限制其副作用。附加实施方案
在某些实施方案中,除了用单价抑制剂外,希望用一种或多种多价呈递物治疗患者。这种单价抑制剂可能与或不与结合位点B(相同于多价呈递体上基团A结合的)结合。例如,流感神经氨酸酶(NA)(存在于流感病毒表面上的水解酶)的单价抑制剂提高聚丙烯酰胺呈递HA抑制剂的能力以防止血细胞凝集(Choi,S.-K.;Mammen,M.;Whitesides,G.M.《化学与生物学》(Chem.& Bio.)1996,3,97-104)。在病毒表面上的NA位点作为SA的第二个结合位点。加入NA单价抑制剂防止SA的第二次结合,导致这些聚合抑制剂的效力增加,这可能是由于增加了立体稳定性。在另一个其它实例中,本发明呈递物可被用于与其它任何治疗方法结合。
多价呈递物产生作用的时间也是重要的。多价半抗原-载体共轭物(在某些实例中其不是本发明的一部分)通常需要长时间引发有用的生物响应。本发明多价呈递物可以在1天,或优选12小时内,5小时内,1小时引起有用的生物响应或治疗效果,或在某些情况下需立即响应或产生效果,例如,治疗哮喘时需在几分钟至1秒钟内产生作用。
通过下列实施例进一步说明本发明,其不作为限制本发明的解释。在整个该申请中引证的所有文献内容,提供的手稿(参见附录A和B),未结案的专利申请和公开专利(包括“背景”部分)在此明确引作参考。实施例实施例1  有利于治疗流感的多价呈递物的制备A部分-作为流感-介导血细胞凝集的多价抑制剂呈递唾液苷的聚(丙烯酸)衍生物库的生成和就地评价
开发了一个简单、微型制备和评价呈递影响其生物活性的侧链的混合物的聚(丙烯酸)(pAA)衍生物库。用这种方法,生成具有N-乙酰基神经氨酸(NeuAc-L-NH2)作为侧链的pAA衍生物-PAA(NeuAc-L)并且测定用流感病毒A(X-31)抑制鸡红细胞的血细胞凝集(HAI)的能力;描述这种抑制的常数(KHAI i)可以根据溶液中总NeuAc基计算。用NeuAc-L-NH2和26个不同伯胺RNH2之一结合,生成和测定各种三元-聚合物pAA(NeuAc-L;R)(χNeuAc-L~0.05;χR~0.06)。这些聚合物pAA(NeuAc-L;R)属于一类新的聚合多价唾液苷,其是流感病毒吸收入红细胞的有效抑制剂。
该方法以通过与各种在水中的胺RNH2反应从聚(丙烯酸酐)(pAAn)至pAA衍生物的转化为基础。通过在微滴定板的孔中直接超声反应物制备这些衍生的聚合物;然后无需进一步处理在同一块板中测定。
通过病毒蛋白血凝素(HA)与在细胞表面上表达的NeuAc部分簇的多价相互作用吸收入哺乳动物细胞的表面而开始感染流感。一般地,单体唾液苷是弱的病毒吸收抑制剂(通过血细胞凝集抑制测定)(参见,例如Sauter,N.K.等人,《生物化学》(Biochemistry),1989,28,8388)。
在250μL微滴定板(eq 1参见附录A)孔中通过声波处理(sonicating)聚(丙烯酸酐)(pAAn)悬浮液(0.12mg/μL)和胺RNH2水溶液(0.1M)合成具有多个R基团作为侧链的pAA(R)。用不同摩尔当量(mol eq.)NeuAc-L-NH2与pAAn(eq.1)通过NeuAc-L-NH2(1,2,3或4)与聚(丙烯酸酐)(pAAn)反应制备共聚物pAA(NeuAc-L)的溶液。mol eq.=0的聚合物是从声波处理(水解)单独在PBS缓冲液(137mM NaCl,2.7mM KCl,7.7mM Na2HPO4,1.5mM KH2PO4,0.05%NaN3,pH 12)中的pAAn得到的均聚物pAA。mol eq.>0的共聚物pAA(NeuAc-L)在96锥形底孔的微滴定板中制备如下:(i)将6mg pAAn放在孔中;(ii)用可变量(19-100μL)0.1M NeuAc-L-NH2的PBS缓冲液(pH 12)浸湿粉末;(iii)立即封好板(用parafilm轻拍板的四侧并盖紧盖),然后超声(Fisher超声欲型清洗器)混合物0.5小时:超声使浴中水(和反应物)的温度慢慢升至~50℃。通过加入60μL 1.0M NaOH中和孔中产生的共聚物溶液(pH~3)至pH~7,在HAI测定之前用PBS pH7调节至100或200μL(总体积)。上述方法容易被扩展到制备三元聚合物pAA(NeuAc-L;R),这里声波处理3个组分的混合物(pAAn(6mg),50μL 0.1M NeuAc-L-NH2(1或3)和30μL 0.2M RNH2)。
通过测定冻干反应混合物的1H-NMR(D2O)谱和凝胶渗透色谱表征所得pAA(R)(Mw=39.5kDa,多分散性=1.91;多糖标准)。通过比较在超声前和超声后与游离RNH2背景NMR信号的总强度,观察产生的结合的RNH2。通过峰(聚合物连接物的峰形相对较宽)和化学位移容易从未反应的RNH2的1HNMR信号分辨pAA(R)中的R的1HNMR信号(接近酰胺基团的CH2和CH基团的δ值位移至低场)。作为酰胺基团的结合的RNH2的百分率以RNH2为基础:用5种不同胺类RNH2(4-氨基苯甲酸,6-氨基己酸,N-甲基羟胺,(L)-精氨酸和1(NeuAc-L1-NH2))进行实验得到的平均值是~90%(±5)。因为酰胺形成和酐基团水解是竞争发生,前一种方法的效力受各种RNH2的相对反应性影响,并且对RNH2水溶液的pH(对芳香和脂肪胺,最佳pH分别~7和12)和RNH2比pAAn摩尔当量数(最佳mol eq.<0.2)敏感。
pAA(pAA(1)-pAA(4))的共聚衍生物用半固体相合成方法,该方法通过使用具有不同连接基团的NeuAc衍生物引入NeuAc-L作为侧链制备(1-4;NeuAc-Ln-NH2;参见附图1或流程1)(用于合成NeuAc-L-NH2 1和2,参见Sparks,M.A.;Williams,K.W.;Whitesides,G.M.《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1993,36,778;Ogura,H.,等人《碳水化合物研究》(Carbohydr.Res.)1986,158,37;Lees,W.J.等人《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.)1994,37,3419.NeuAc-L-NH2(3,4),其制备如下。3和4被用于引入到聚合物的侧链,因为在连接的中间的芳香部分可提高单体NeuAc-L与HA位点的结合亲和力:Watowish,S.J.;Skehel,J.J.;Wiley,D.C.Structure 1994,2,719)。
Figure A9880408501382
NeuAc         R=OH;N-乙酰基神经氨酸或唾液酸1             R=(CH2)3S(CH2)2NH2;     NeuAc-L1-NH22             R=O(CH2)2O(CH2)2NH2;    NeuAc-L2-NH2
Figure A9880408501391
流程1
声波处理后,用依据鸡红细胞和流感病毒A(X-31)的测定方法(参见例如Choi,S-K.;Mammen,M.;Whitesides,G.M.《化学与生物》(Chem.& Biol.)1996,3,97,Lees,W.J.《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1995,37,3429;并且在此引作参考)立即评价聚合物粗品溶液的血细胞凝集抑制(HAI)活性。
下表9给出NeuAc-L-NH2在各种摩尔当量时KHAI i值(溶液中,防止血细胞凝集的pAA(NeuAc-L)的NeuAc-L基团的最低浓度)。NeuAc-L-NH2的摩尔当量直接与在聚合物中含有侧链Neu-Ac的摩尔比χNueAc-L相关。表9还显示pAA的3种其它衍生物(pAA(2)-pAA(4))在(sub)毫摩尔范围内的HAI活性。比较而言,所有单体唾液酸(1-4)的HAI活性均低,KHAI i≥5mM。
表9显示pAA(NeuAc-L)的血细胞凝集抑制活性和pAA(NeuAc-L;R)库。
                      表9pAA(NeuAc-L)的血细胞凝集抑制活性和pAA(NeuAc-L;R)库
                                         NeuAc-L-NH2的聚合物          RNH2的摩尔当量              摩尔当量           KHAI i(μM)2pAA(1)                                       0                  15000b
                                         0.04(1)            27
                                         0.06(1)            13
                                         0.08(1)            3.9
                                         0.10(1)            3.4
                                         0.11(1)            4.4
                                         0.12(1)            1.1
                                         0.14(1)            1.1
                                         0.17(1)            0.50
                                         0.21(1)            0.30pAA(2)                                       0.11(2)            0.80pAA(3)                                       0.11(3)            0.20pAA(4)                                       0.11(4)            3.1pAA(1;R)       0.12(RNH2)                  0.10(1)
            RNH2
            3-氨基苯甲酸                 1.5
            3-氨基5-羟基苯甲酸           3.1
            4-氨基苯甲酸                 3.1
            4-氨基-2-羟基苯甲酸          3.1
            4-氨基苯磺酸                 1.5
            2-氨基烟酸                   1.5
            N-甲基羟胺                   1.5
            (D)-2-氨基-2-脱氧葡萄糖      2.2
            (D)-2-氨基-2-脱氧甘露糖      0.055
            1-氨基-1-环丙羧酸            1.1
            1-氨基-1-环戊羧酸            0.20
            1-氨基-1-环己羧酸            0.028
            氨基环己烷                   0.0043
            (L)-精氨酸                   1.5
            (L)-谷氨酸盐                 2.5
                                                     表9(续表)
              (L)-组氨酸                      1.5
              (D)-4-羟基脯氨酸                1.5
              (DL)-亮氨酸                     0.30
              (L)-苯丙氨酸                    0.024
              (L)-4’-硝基苯丙氨酸            0.048
              (L)-苯丙氨酸甲酯                0.024
              1-氨基-2-苯基乙烷               0.0021
              (L)-3-(2’-萘)丙氨酸            0.00050
              (L)-色氨酸                      0.0043
              (L)-Gly-(L)-Gly-(L)-Gly         3.1
              (L)-Gly-(L)-Phe                 1.5pAA(3;R)         0.13(RNH2)0.11(3)
              RNH2
              1-氨基-2-苯基乙烷               0.0015
              (L)-3(2’-萘)丙氨酸             0.00070B部分-具有两种类型“A”基团的多价呈递物
通过声波处理NeuAc-L-NH2,RNH2和pAAn三种成分将A部分的方法(公式1)扩展到制备三元-聚合物,pAA(NeuAc-L;R)(其多价呈递NeuAc-L和另一个R)。
表9(上)概括了从NeuAc-L-NH2(摩尔当量=0.10)与26种不同的RNH2(摩尔当量=0.12)之一结合得到pAA(NeuAc-L;R)的KHAI i值。
几种pAA(1;R)(和pAA(3;R))显示的活性比其中没有R基团的母体共聚物pAA(1)提高了100-约7000倍(注释:HAI测定需要使用一定的病毒,并且不能精确测定KHAI i值<1nM的抑制剂的效率)。尽管我们从粗品pAA(NeuAc-L;R)直接测定其活性,但是几个空白实验证实这些三元-聚合物(不是pAA(NeuAc-L))具有高活性。一般疏水或芳香氨基酸衍生物的加入大大提高活性。我们已经证明某些结构特征(不仅疏水性)对于减小KHAI i值特别有效。我们总结出某些非-唾液苷基团,尽管其本身不显示HAI活性,但是其提高pAA(NeuAc-L;R)的活性高达约104倍。
最好的pAA(NeuAc-L;R)属于一类新的血细胞凝集抑制剂,其在相对NeuAc-L(约5%)和R(约6%)的中等摩尔比时通常具有高活性:每1%摩尔比的NeuAc-L或R等于约6个侧链(每聚合物分子)。该发现强调在调节这些多价呈递物的活性中结合侧链的重要性。
在A & B部分流程中描述的方法通过在微滴定板的孔中进行合成和测定pAA衍生物并且评价这些聚合物的生物活性。这些方法使得存在多结合侧链的聚合物库在控制摩尔比时筛选容易。因为微滴定板测定在生物和药物科学中是常规的,该方法通常用于筛选和获得可能受多价抑制剂影响的凝集相互作用和其它方法的先导物质(leads)。这种方法是合成和筛选生物活性的多价抑制剂的快速经济的方法。实施例2-有利于抑制血小板凝集的A多价呈递物的制备
RGD(L-Arg-L-Gly-L-Asp)是纤维蛋白原与血小板结合的识别序列。RGD类似物抑制纤维蛋白原与血小板膜糖蛋白IIb/IIIa复合物之间的相互作用,因此作为血小板凝集抑制剂(参见Pillips,D.R.和《细胞》(Cell),65:359(1991))。
存在RGD作为配体的多价呈递物制备如下:将固定在C-末端的固体载体上的RGD根据已知的固相肽合成(SPPS)方法制备,例如在Wang树脂上。载有固体的RGD与琥珀酸酐反应得到固定的琥珀酰化的RGD,然后与单-BOC-保护的1,6-二氨基己烷(例如DCC/HOBt)反应。通过酸处理从树脂上裂解衍生的RGD和除去BOC的副产物(concomitant),接着纯化(例如通过HPLC)得到用具有末端氨基的连接部分功能化的RGD。将聚琥珀酰亚胺(根据已知方法制备:参见例如美国专利5,484,878从天门冬制备聚琥珀酰亚胺)悬浮在溶剂中如二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基乙酰胺,将连接剂-功能化的RGD加到悬浮液中,同时搅拌。聚琥珀酰亚胺氨基解完成后,用碱水溶液稀释反应混合物以水解未氨基解的聚琥珀酰亚胺,透析除去杂质,得到具有携带RGD连接剂功能化的聚(天门冬氨酸)主链。通过调节反应混合物的pH、在反应混合物中存在的RGD-连接剂的量、反应时间等控制具有RGD的主链的取代程度,通过氨基解产生的聚(天门冬氨酸)聚合物的大小。
筛选所得RGD-聚(天门冬氨酸)多价呈递物,根据本领域已知方法,例如血小板凝集测定法测定多价呈递物对纤维蛋白原聚合血小板膜糖蛋白IIb/IIIa复合物的影响。实施例3-防止蓖麻毒蛋白粘连红细胞的多价聚合半乳糖苷缩写
PBS-磷酸盐缓冲盐水;Et-乙基;MeOH-甲醇;h-小时;i-Pr-异丙基;pBMA-丁二烯马来酸共聚物;RCA-蓖麻凝集素;BHA-菠萝蛋白酶裂解的血细胞凝集素;LDH-乳酸盐脱氢酶。一般方法
使用的所有普通化学品从供应商得到没有经过进一步纯化,除非另有注释。除非另有说明,所有化学品从Aldrich Chemical Co St.Louis,Missoure购买。2周龄小鸡的红血细胞(RBCs或红细胞)从Spafas Inc.购买。将红细胞(以储存缓冲液的悬浮液(约5%v/v)形式提供)用磷酸盐缓冲盐水(PBS:137mM NaCl,2.68mM KCl,7.75mM Na2HPO4,1.47mM KH2PO4,pH 7.2)洗涤然后悬浮在PBS(约5%v/v)中。包括荧光素异硫氰酸盐(FITC)-标记的蓖麻毒蛋白(FITC-标记的RCA120,FITC-标记的RCA60)的蓖麻毒蛋白(RCA120,RCA60)从Sigma Co.购买。
Gal-βO-L1NH2和Gal-αC-L2NH2(流程1)的合成:向含有在冷却冰浴中β-D-半乳糖五乙酸酯(7.8g,19.98mmol)和烯丙醇(5.6ml,58.82mmol)的二氯甲烷(180mL)溶液中滴加BF3·Et2O(4.0mL,32.32mmol)。搅拌(4h,0℃;然后30h,约20℃)后,将混合物倒入冷却的饱和NaHCO3(200mL)中。振荡后,分出有机相,并且再用饱和NaHCO3(200mL)洗涤。用MgSO4干燥后,真空蒸出二氯甲烷溶液产生淡黄色油(Rf=0.57的5%MeOH/CH2Cl2)将粗产物溶解在甲醇(100mL)中,接着加入LiOH(2.88g,120mmol)的水(50mL)。搅拌(12h,约20℃),通过加入6.0MHCl(约20mL)中和反应混合物。真空浓缩混合物的水溶液得到稠油性剩余物,将其用快速柱色谱纯化(硅胶;5%至40%MeOH/CH2Cl2)。得到产物Gal-βOCH2CH=CH2,两步总产率为91%(4.0g),为黄色油。(Rf=0.80in 30% MeOH/CH2Cl2)。1H-NMR(300.1MHz,CD3OD):δ(ppm)6.00-5.89(m,1H),5.36-5.29(dd,J=17.2,3.2,1H),5.18-5.12(dd,J=12.1,3.2Hz,1H),4.40-4.34(dd,J=13.0,5.2Hz,1H),4.27-4.25(d,J=7.3Hz,1H;Hlax),4.17-4.10(dd,J=13.0,6.1Hz,1H),3.90-3.83(m,1H),3.80-3.68(m,3H),3.56-3.50(m,2H),FAB-MS(甘油):m/z 221[M+H]+;HRMS:计算值C9H17O6 221.1024实测值221.1025。
将Gal-βOCH2CH=CH2(4.0g,18.17mmol),HSCH2CH2NH2·HCl(6.19g,54.5mmol)和4,4’-叠氮双(4-氰基戊酸)(0.4g,1.43mmol)的水(50mL)-甲醇(5mL)溶液真空脱气10分钟,然后用N2饱和(将N2鼓入溶液30分钟)。将含有混合物的反应烧瓶放在光化学反应器中(Rayonet),然后在254nm照射10小时。通过加入2.0MNaOH(28mL)中和照射混合物,并立即蒸发除去挥发物。蒸发得到淡黄色油,将其用快速柱色谱纯化(10%MeOH/CH2Cl2至5%i-PrNH2/40%MeOH/CH2Cl2)。得到油状加合物(Gal-βO-L1NH2)。(Rf=0.33 in 5%I-PrNH230% MeOH/CH2Cl2.).1H-NMR(250.1MHz,CD3OD):δ(ppm)4.22-4.19(d,J=7.4Hz,1H;Hlax),4.0-3.95(ddd,J=9.9,6.1,6.1Hz,1H),3.87-3.81(m,1H),3.78-3.63(m,4H),3.53-3.43(m,2H),2.81-2.76(t,j=6.5Hz,1H),2.67-2.59(q,J=7.1Hz,4H),1.92-1.82(quin,J=6.6Hz,2H);13C-NMR(100.6MHz,CD3OD):?(ppm)76.6,75.8,72.5,70.3,69.2,62.5,41.6,35.6,31.2 29.0;FAB-MS(甘油):m/z 298[M+H]+;HRMS:计算值C11H24NO6S 298.1323,实测值298.1324。
Gal-αC-L2NH2:Gal-αCCH2CH=CH2的制备通过β-半乳糖五烟酸酯的α-C-烯丙基化,然后乙酸酯的水解进行(Giannis,A.;Sandhoff,K.《四面体通讯》(Tetrahedran Lett.)1985,26,1479-1482)。(1H-NMR(400.0MHz,CD3OD):δ(ppm)59.1-5.83(m,1H),5.13-4.99(m,2H),4.00-3.96(m,2H),3.95-3.88(m,1H),3.76-3.67(m,4H),2.49-2.34(m,2H);13C-NMR(100.6MHz,CD3OD):δ(ppm)136.7,116.9,75.7,74.0,71.9,70.1,70.0,62.0,31.0;FAB-MS(甘油):m/z 227[M+H]+;从Gal-αCCH2CH=CH2如上所述制备Gal-αC-L2NH21H-NMR(400.0MHz,CD3OD):δ(ppm)3.95-3.63(m,7H),3.12(t,J=6.9,2H),2.81(t,J=3.4,Hz,2H),2.66-2.59(m,2H),1.81-1.62(m,4H),13C-NMR(100.6MHz,CD3OD):δ(ppm)75.7,74.0,71.9,70.4,70.2,62.5,39.9,32.1,26.8,24.8,20.9;FAB-MS(甘油):m/z 282[M+H]+;HRMS:计算值C11H24NO5S 282.1375实测值282.1374。
pAA(Gal-β),pBMA(Gal-β),和pBMA(Gal-α)(附图5)的合成:pAA(Gal-β):下述合成pAA(Gal-β;0.4)的方法是合成pAA(Gal)的一般方法。向含有聚(N-丙酰氧基琥珀酰亚胺)或pNAS(500mg,等于3mmol NAS)(Mannen,M.;Dahmann,G.;Whitesides,G.M.《(药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1995.38,4179)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF,8mL)溶液中加入溶解在DMF(2mL)中的Gal-βO-L1NH2(356mg,1.2mmol),接着加入i-Pr2NEt(0.2mL,1.2mmol)。搅拌(2h,约20℃)后,加入1.0M NaOH(3mL)碱化混合物,接着在约20℃再搅拌2小时。反应结束后,将反应混合物转移至透析袋中(MW cutoff约12-14kDa;Spectrum得自Sprcturm Medical Industries,Inc.),并且在约20℃透析3小时:H2O(2×4L),0.05M NaOH(4L),0.5MNH4Cl(4L),和H2O(2×4L)。冻干袋中的物质得到pAA(Gal-β;0.4),其为蓬松白色固体(499mg)。1H-NMR(500.1MHz,D2O):δ(ppm)4.3(d,J=7.5Hz,Hlax),3.89(br s),3.85(s),3.8-3.5(m),3.4(br m),3.3(br s),2.6(br s),2.2-1.9(br d),1.7-1.3(br m);%S:计算值pAA(Gal-β;0.4)6.97,实测值282.1374。根据下列相同方法制备pAA(Gal-?)。%S:pAA(Gal-β;0.2)的计算值5.00,实测值5.12;pAA(Gal-β;0.6)的计算值8.02,实测值8.06;pAA(Gal-β;0.8)的计算值8.67,实测值8.58;pAA(Gal-β;1.0)的计算值9.11,实测值9.05。
pBMA(Gal-β),和pBMA(Gal-α)的合成:根据上述略有不同的方法合成这些聚合物,其中用pNAS作为前体聚合物替代聚(丁二烯-共-马来酸)或pBMAn。将等分的pBMAn(以丙酮的溶液提供(Polysciences,Inc.))真空干燥并在使用前再溶解于DMF。pBMA(Gbl-β;0.09):1H-NMR(500.1MHz,D2O):δ(ppm)5.6(br s),5.4(br s),3.9-3.5(br m),3.4-3.3(br m),3.0-2.9(br m),2.7-2.5(br m),2.4-2.1(br s),1.8(br s,3.9-3.5(br m).pBMA(Gbl-α;0.09):1H-NMR(500.1MHz,D2O):δ(ppm)5.6(br s),5.5-5.3(br d),4.3-3.7(br m),3.6(br m),3.3(br s),2.9(br s),2.8-2.4(br s),2.4-2.0(br s),1.8-1.4(brm),1.0(br s)。%S:pAA(Gal-α;0.05)的计算值1.62,实测值1.55;pAA(Gal-α;0.09)的计算值2.62,实测值2.69;pAA(Gal-α;0.17)的计算值4.11,实测值4.12;pAA(Gal-α;0.22)的计算值4.81,实测值4.85。
小鸡RBCs的蓖麻毒蛋白介导的凝集作用,及其通过pAA(Gal)防止:(i)蓖麻毒蛋白与小鸡RBCs粘连:将RBCs(0.5%v/v,0.4mL)的PBS,pH7.2与在1mL Eppendorf小瓶中的荧光蓖麻毒蛋白FITC-标记的RCA120(40nM)或FITC-标记的RCA60(1.4μM)的PBS溶液充分混合。在4℃温育2小时后,将混合物在2000rpm离心2分钟,用1.0mL PBS洗涤红血小板,并且再轻轻悬浮在PBF(0.2mL)中。通过将等分的悬浮血小板放在玻璃片上得到RCA吸收的RBCs的吸收和荧光的光图形,用光学和荧光显微镜(Leica DMRX)检测样品。
(ii)用pAA(Gal-β)使RBSc免于蓖麻毒蛋白的细胞吸收:将FITC-标记的RCA120(80nM;0.2mL)的PBS溶液与在Eppendorf小瓶中的pAA(Gal-β;0.4)(90gmL-1或[Gal]等于约200μM)的PBS溶液混合。温育(30分钟,4℃)后,将蓖麻毒蛋白-聚合物混合物加到RBSc(0.5%v/v;0.4ml)的PBS悬浮液中,接着轻轻搅拌并在4℃温育2小时。将温育的混合物在2000rpm离心2分钟。将除去上清液后得到的红血小板用1.0mL PBS洗涤,并再悬浮在0.2mL PBS中,然后用光学显微镜检测。
血细胞凝集作用(蓖麻毒蛋白-诱发)抑制(HAI〕测定:用2倍50μL蓖麻毒溶液(mg mL-1)的系列稀释液在12孔(8×12-孔圆锥形底微滴定板;ICN Flow)中测定制备的蓖麻毒蛋白的PBS溶液(RCA120=16nM;RCA60=1.9μM)的滴定度。向每个孔中加入50μLPBS,接着加入鸡红细胞的PBS(100μL)溶液。混合溶液并在约20℃温育1小时。血凝素(HA)的终点定义为最后孔,其中有足够量的蓖麻毒蛋白凝集红细胞。将聚合半乳糖苷(1-2mg mL-1;[Gal]约2-6mM)或单价半乳糖苷(5mM)的储备PBS溶液(50μL)通过含有50μLPBS的12微滴定孔2-倍系列稀释。聚合或单体的半乳糖苷溶液系列稀释后,每个孔(50μL)与50μL RCA120(16nM)或RCA60(1.9μM)混合。在约20℃温育30分钟后,将100μL鸡红细胞悬浮液(0.5v/v)加到每个孔中,接着轻轻搅拌并温育(1小时,约20℃)。HAI的终点是最后一个孔,其中观察到凝集的血小板。该终点(KHAI i)定义为抑制蓖麻毒蛋白诱发的红细胞凝集的溶液中的半乳糖苷的最小浓度。根据至少15次独立实验计算KHAI i值。结果和讨论
存在半乳糖苷的聚合物的合成:合成作为聚合多价D-半乳糖苷单体前体的D-半乳糖苷的两个衍生物(Gal-βO-L1NH2和Gal-αC-L2NH2):Gal-βO-L1NH2含有介于半乳糖苷(Gal)基团和胺-末端连接体(流程1)之间的β-O-连接;Gal-αC-L2NH2含有α-C-葡萄糖苷。选择Gal-αC-L2NH2作为β-O-半乳糖苷的C1-差向异构体类似物,是由于其能够容易以高立体选择性和大规模地制备。Gal-αC-L2NH2的C-葡萄糖苷连接提供了对抗化学和酶解的另外的优点。用D-半乳糖苷的两个差向异构体比较其与蓖麻毒蛋白的结合亲和力。两种类型的聚合物-聚(丙烯酸)(pAA∶Mw=~140kDa,Mw/Mn=1.91)(Mammen,M.;Dahmann,G.;Whitesides,G.M.《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1995,38,4179-4190)和丁二烯马来酸共聚物(pBMA;Mw=10-15kDa)用作聚合支架以呈递作为侧链的单价半乳糖苷的多重复制结构。这些聚合物称为pAA(Gal-β),pAA(Gal-α),pBMA(Gal-β),和pBMA(Gal-α)。选择pAA-基聚合物预计其至少在高离子强度时相对可伸缩;预计pBMA-衍生的聚合物不太可变。用上述方法通过聚(N-丙酰氧基琥珀酰亚胺)(pNAS)(Mammen,M.;Dahmann,G.;Whitesides,G.M.《药物化学杂志》(J.Med.Chem.)1995,38,4179-4190)与Gal-βO-L1NH2在DMF中反应(约20℃,2d),并且用过量的1.0M NaOH使反应停止得到pAA(Gal-β)。通过使聚合物上每当量活性酯基的pNAS与χ当量Gal-βO-L1NH2反应(χ=0.2,0.4,0.6,0.8和1.0)制备各种pAA’s(Gal-β;0.2-1.0)。参数χ还等于聚合物中Gal的摩尔比,并且被定义为含有Gal侧链的数量除以侧链总数(流程1)。相同的策略被用于丁二烯马来酸酐共聚物(pBMAn)产生的pBMA(Gal-β;0.05-0.22)和pBMA(Gal-α;0.05-0.22)。所有聚合物通过透析(MW截断~3.5kDa)纯化,并且利用1H-NMR光谱和燃烧分析(硫)表征。根据聚合物的燃烧分析,Pnas和pBMAn的酰胺形成反应的产率分别为≥95%(对于pNAS)和≥65%。
呈递半乳糖苷的聚合物抑制蓖麻毒蛋白与红细胞的结合:将2周龄小鸡的红血细胞(RBCs)用作哺乳动物细胞的模型***。红细胞无核,并且不合成蛋白。但是,它们提供蓖麻毒蛋白靶向细胞的好模型,并且提供研究蓖麻毒蛋白与细胞表面粘连的***:红细胞表面存在许多含β-半乳糖苷的糖共轭物(每个人RBC约2-3×106Gal残基)(Sandvig,K.;Olsnes,S.;Phil,《生物化学会志》(A.J.Biol.Chem.)1976,251,3977-3984)。
获得代表性吸收和荧光图形并且证明蓖麻毒蛋白与RBCs结合及引起其凝集和溶解。用荧光异硫氰酸盐(FITC)标记的蓖麻毒蛋白确认凝集和溶解是由于蓖麻毒蛋白的作用。还证明多价半乳糖苷pAA(Gal-β;0.4)阻止这些作用。
用磷酸盐缓冲盐水悬浮液形式的(PBS)pH7.2小鸡红细胞(0.5%体积比)和蓖麻毒蛋白(RCA120~16nM;RCA60~1.9μM),测定聚合半乳糖苷抑制蓖麻毒蛋白介导的凝集作用。表10概括了各种摩尔比的含碳水化合物侧链(χ碳水化合物)的纯化的聚合物的血细胞凝集抑制(HAI)活性KHAI i(定义为阻止血细胞凝集所需的抑制剂的最低浓度)。aKHAI i值是指能抑制蓖麻毒蛋白诱发小鸡红细胞凝集的含碳水化合物侧链的聚合物的最低浓度。每个值代表5次独立测定的平均值;每个值的实验不确定度约为±50%。b在所示浓度未观察到抑制。c该值代表能抑制蓖麻毒蛋白诱发小鸡红细胞凝集的羧酸侧链的含聚合物的溶液浓度。
表10多价聚合半乳糖苷对蓖麻毒蛋白诱发小鸡红细胞凝集的抑制作用
抑制剂          Ki HAI(μM)a 抑制剂             Ki HAI(μM)a
RCA120     RCA60     RCA120    RCA60
Gal-β-OmeGal-α-OmeGal-βO-L1NH2Gal-αC-L2NH2GlcNAc-βO-L1NH2PAA(Gal-β;0)PAA(Gal-β;0.2)PAA(Gal-β;0.4)PAA(Gal-β;0.6)PAA(Gal-β;0.8)PAA(Gal-β;1.0) 20040037250>9000b>35000b,c0.160.140.180.270.56     42501639>9000b>35000b,c8.1172042180 pBMA(Gal-β;0)pBMA(Gal-β;0.05)pBMA(Gal-β;0.09)pBMA(Gal-β;0.17)pBMA(Gal-β;0.22)pBMA(Gal-α;0.05)pBMA(Gal-α;0.09)pBMA(Gal-α;0.17)pBMA(Gal-α;0.22)pAA(GlcNAc-β;0.2)pAA(NeuAc-α;0.2)pBMA(NeuAc-α;0.2)     >30000b,c2.0145.00.73>1602806112>290b>170b>200b    ≥30000b,c1.012>80≥94≥16033175.0>290b>170b>200b
单价Gal-βO-L1NH2给出的抗RCA120和RCA60的KHAI i值分别比Gal-β-OMe的低5倍和3倍。含有β-O-端基异构构型的单价半乳糖苷的活性比对应的β-半乳糖苷的好,尽管差异不大。观察结果表明,Gal残基与蓖麻毒蛋白Gal结合位点的结合对端基异构构型(β≥α)或对粘连到端基异构碳原子的原子本性(O≥C)的敏感性不高。
pAA(Gal-β;0.2-1.0)显示抗RCA120以低于微摩尔浓度的Gal部分在溶液中诱发的凝集的HAI活性(由KHAI i值表示)。同样的聚合物抗RCA60的HAI活性比抗RCA120的低约50-300倍;抗RCA60活性最多比单体Gal衍生物的好50倍。相比之下,pAA(Gal-β;0.4)的抗RCA120活性比单价Gal-β-OMe的约高1500倍,比Gal-βO-L1NH2的约高270倍。(亚)微摩尔浓度的pBMA(Gal-β;0.05-0.22)显示抗RCA120和RCA60HAI活性;抗RCA120的活性好于抗RCA60的。但是,pBMA(Gal-α;0.05-0.22)的抗RCA60HAI活性比抗RCA120的约好4倍。在pBMA上构建的多价半乳糖苷中,pBMA(Gal-β;0.22)和pBMA(Gal-α;0.22)分别是抗RCA120和RCA60活性最强的抑制剂。
pBMA(Gal)是相对较小的聚合物,分子量约为10-15kD,而且有一个生物相容的聚合物骨架(pBMA)(Conroy,C.W.;Wynns,G.C.;Maren,T.H.,《生物有机化学(Bioorg.Chem.)》,1996,24,262-272)。
作为对照物,对其它聚合物也进行了呈递多个相同非半乳糖苷碳水化合物(pAA(NeuAc-α;0.2)(Mammen,M.;Dahmann,G.;Whitesides,G.M.,《医药化学杂志(J.Med.Chem.)》,1995,38,4179-90),pAA(NeuAc-α;0.2-1.0),pAA(NeuAc-β;0.2-1.0))的试验,结果没有一个在表10可比浓度(KHAI i>300μM)对蓖麻毒蛋白引起的红细胞凝集表现出抑制作用。因此得出结论:蓖麻毒蛋白引发的红细胞凝集被呈递半乳糖苷的聚合物有选择地抑制。α和β端基异构体的效能似乎是相等的。这个结果说明,被聚合半乳糖苷抑制主要是由于半乳糖苷配体与蓖麻毒蛋白的Gal受***点专一结合。我们认为,聚合的多价半乳糖苷相对于单价半乳糖苷活性较高部分是由于半乳糖苷配体与多个受***点的多价(熵提高的)结合。
图6汇总了聚合物抗蓖麻毒蛋白的HAI活性。图6a(关于RCA120)表现出聚合半乳糖苷的KHAI i值是该聚合物的Gal(χGal)摩尔比的非线性函数。在RCA60抑制血凝作用中聚合物的活性与χGal之间的关系似乎与所述的RCA120抑制作用密切相关。聚合物的KHAI iGal相互关系还依赖于聚合物骨架的类型:大而柔韧的pAA(Gal-β)的曲线平滑;小而扩展的pBMA(Gal)的曲线尖锐且为部分拟线性关系。呈递低密度Gal侧链(每个聚合物链上约有20个Gal)的pAA(Gal-β;0.01)(聚合度=DP约2000)表现出的活性KHAI i约为2.0μM,比单价Gal-βO-L1NH2的高19倍。我们把pAA(Gal-β;0.01)相对于单价Gal-βO-L1NH2活性的增加归功于其聚合物骨架的柔性,因此,归功于其调节半乳糖苷配体之间距离的能力;这种柔性促进其与蓖麻毒蛋白受***点的多价结合。
在我们用来测定呈递Gal的聚合物抑制凝集作用的能力的条件下RCA120的滴度——能够凝集RBCs(200μL,0.25%v/v,悬浮于PBS溶液)的最小浓度——是4nM,RCA60的滴度是480nM。两者的差异表明RCA60(一个B链;约3个Gal受***点)的凝聚力比RCA120(两个B链;约6个Gal受***点)的弱。在防止蓖麻毒蛋白诱导的红细胞凝集方面单价半乳糖苷抗RCA60比抗RCA120更有效。由于对凝集作用的抑制反映了单价半乳糖苷与蓖麻毒蛋白的Gal受***点的竞争性结合,所以,这种活性上的差异说明对于蓖麻毒蛋白与细胞的粘连至少有两个假设。第一,所观测到的单体半乳糖苷抗RCA60和抗RCA120HAI活性的差异可能是由于单体半乳糖苷对RCA60和RCA120上Gal受***点的内亲和力的差异。但是,用平衡透析和荧光技术对半乳糖苷的几种单体衍生物与两个蓖麻毒蛋白的结合情况的研究结果表明,两种蓖麻毒蛋白对单价半乳糖苷有着相似的亲和力(相差的倍数小于10)(Baenziger,J.U.,Fiete,D.,《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.),1979,254,9795-9;Houston,L.L.,Dooley,T.P.,《生物化学杂志》,1982,257,4147-51;Rivera-Sagredo,A.,Solis,D.,Diaz-Maurino,T.,Jimenez-Barbero,J.,Martin-Lomas,M.,《欧洲生物化学杂志》(Eur.J.Biochem.),1991,197,217-228)。第二,单价半乳糖苷抗RCA60的KHAI i值比抗RCA120的低可能与抑制凝集所需的蓖麻毒蛋自上被阻断的Gal受***点的数目(n)相对于蓖麻毒蛋白上Gal受***点的总数,即n/3(RCA60)或n/6(RCA120)有关。也就是说,如果阻断RCA60和RCA120上相同数目的Gal位点,则RCA60上被阻断的Gal位点占较大比例,因此在消除RCA60的凝集能力方面比RCA120更有效。
聚合的半乳糖苷给出的KHAI i值是RCA120的比RCA60的低。单价呈递中半乳糖苷部分的活性的相对提高(即,聚合物的KHAI i值与单体的相对值)是RCA120的比RCA60的高。这些结果说明,多价配体作为抑制剂在抗高化合价靶(RCA120)时比抗低化合价的靶(RCA60)更有效。
对于RCA60,一些聚合物(pAAGal-β;0.6-1.0),pBMA(Gal-β;0.17-0.22),pBMA(Gal-α;0.05))在阻断蓖麻毒蛋白介导的凝集方面(在每个Gal基上)比相应的多价半乳糖苷效果差。这些结果支持这样的结论,即对于一些聚合的多价抑制剂,结合由BHA(3个受***点),LDH(4个受***点)和RCA60(约3个受***点)呈递的少量受***点的熵提高不明显,而且聚合物骨架上呈递的配体对受体的亲和力可能比没有拖累聚合物的配体要低(可能由于聚合物骨架与蛋白质之间的不确定相互作用)。
许多聚合物在阻断蓖麻毒蛋白介导的凝集(在每个Gal基上)方面比相应的单价半乳糖苷更有效这一事实说明,是除受***点被部分占领以外的众多因素决定KHAI i值。由于每个聚合物呈递多个Gal部分,所以,聚合物与蓖麻毒蛋白的结合当然可以相当紧密,即使与各单个Gal基团的结合相对弱一些。这里的呈递实验不直接测量蓖麻毒蛋白上Gal受体被占有的情况,因此,对血凝作用的抑制既可以是因为这些结合Gal的受***点的熵提高的结合,也可以是因为非受体导致的效果,如靠空间抑制。
某些天然的结构复杂的糖蛋白和寡糖紧紧结合在蓖麻毒蛋白的B链上。通过酶作用从胎球蛋白(一类呈递多种碳水化合物簇的糖蛋白)衍生的糖肽就是一个例子:这些化合物对蓖麻毒蛋白(和对B链)的离解常数Kd约为10至0.1μM(Baenziger,J.U.,Fiete,D.,《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.),1979,254,9795-9)。这些糖肽是呈递多个相同半乳糖苷和N-乙酰基半乳糖胺部分的多分支寡糖和寡肽。因此,根据每个分子中半乳糖苷的数量和分子内分布,含半乳糖苷糖共轭物是结构上多价的,而且我们认为,这些结构性质可以解释对于蓖麻毒蛋白这些糖肽相对于多糖半乳糖苷有较高结合亲和力的原因。本发明呈递半乳糖苷的聚合物pAA(Gal)和pBMA(Gal)具有良好的合成特性和血细胞凝集抑制活性,且KHAI i值高达约0.1μM的多价物质。这些聚合物很容易合成,而且,与胎球蛋白衍生的对酶敏感的糖肽相比这些呈递C-半乳糖苷的聚合物的化学和酶性质是相对稳定的。
总之,上述结果说明,呈递多个相同的作为侧链的β-D-半乳糖简单衍生物的合成聚合物有效地抑制了蓖麻毒蛋白与鸡红细胞的粘连,这一结果与光学/荧光显微镜的检测结果以及血细胞凝集抑制(HAI)测定法的定量测量结果相符。一旦将单价半乳糖苷——它们本身蓖麻毒蛋白-细胞粘连作用较弱的抑制剂——换成聚合的多价半乳糖苷,聚合物结合的半乳糖苷残基对RCA120的HAI活性将增加约102至103倍,但对RCA60的仅增加50倍,以这些糖单元在测定溶液中的总浓度为基准计算。聚合的半乳糖苷的活性受多种因素影响,如聚合物含Gal侧链的摩尔比,半乳糖苷的C-1差向异构构型(β≥α)和聚合物骨架。实施例4  聚合的多价N-乙酰基葡糖胺诱导的
     鼠***顶体胞吐作用缩写:Gal-逆转录酶,β-1,4-半乳糖基逆转录酶;ZP,透明带;GlcNAc,N-乙酰基葡糖胺;Gal,半乳糖;pA,聚(丙烯酰胺);pAA,聚(丙烯酸);pAA(GlcNAc-β),呈递多个相同的作为酰胺侧链的β-O-连接的GlcNAc的聚(丙烯酸);pAA(Gal-β),呈递多个相同的作为酰胺侧链的β-O-连接的Gal的聚(丙烯酸)。材料和方法
聚合的多价N-乙酰基葡糖胺(GlcNAc)和半乳糖苷(Gal):根据上述实施例3制备聚合的多价化合物的类似方法制备呈递多个相同的作为酰胺侧链的GlcNAc或Gal的聚(丙烯酸)(pAA(GlcNAc;χ)和pAA(Gal;χ),其中,χ=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)。pAA(GlcNAc)和pAA(Gal)分别指呈递多个相同的作为酰胺侧链的GlcNAc-β-L1NH2和Gal-β-L1NH2的聚(丙烯酸)。
鼠***顶体反应过程:
将鼠***在35℃适应30min,然后在有或没有聚合物存在下在37℃保温。每个实验有下列对照组:
1)仅用来评价“自发”顶体反应程度的磷酸盐缓冲液(在测定期间一般小于5%,而且要从所有其它测定中减去);
2)聚合物骨架——聚(丙烯酰胺)或pA——所用质量与用于生成pAA(GlcNAc)中所需摩尔量的GlcNAc的质量相同;
3)透明带糖蛋白(ZP),“天然”诱导物;及
4)在0,15min,30min和60min几个时间点启动反应混合物的钙离子载体A23187;
顶体反应的***与ZP和离子载体的乘积(%)分别为27.1(±0.10)和53.7。聚(丙烯酰胺)或pA被作为负对照组进行试验:X轴的值表示pA甲酰胺的浓度。***样品在玻璃片上干燥,对无损顶体染色,测定每个样品的200个***中染色细胞与未染色的数量之比。结果及讨论
多价GlcNAc诱导的顶体胞吐作用:
图8汇总了在诱导顶体反应中的单价GlcNAc和多价GlcNAc的活性(顶体反应的***,%)。pAA(GlcNAc;0.2)在GlcNAc浓度为100μM时诱导顶体反应显著(9-17%),而在相同条件下单价GlcNAc或聚合物骨架(pA)诱导顶体反应的量不足平均值(<5%)。本实施例说明,***顶体反应显然需要Gal-逆转录酶与卵子包衣上的GlcNAc残基的多价结合(在表面上空间聚集),并且可以由呈递多个相同的简单的GlcNAc的O-连接的衍生物的合成聚合物诱发。
图9a汇总了pAA(GlcNAc;χ)(χ=0.2,0.3,0.6和1.0)和pAA(Gal;χ)(χ=0.3,0.6和1.0)系列在诱导鼠***顶体反应方面的活性(顶体反应的***,%)。聚合物pAA(GlcNAc)在0.1-100μM([GlcNAc])浓度时显示调节活性的能力较弱(4-10%)。在100μM以上它们显示活性增强(17-27%)。另外,结果表明,在GlcNAc浓度约为100μM时pAA(GlcNAc)的活性(顶体反应的***,%)迅速增加。图9a还显示呈递O-连接的半乳糖苷的聚(丙烯酸),即pAA(Gal)的活性。低(或无)活性可能是由于pAA(Gal)的Gal残基对Gal逆转录酶的低(或无)亲和力结合。
图9b是100μM pAA(GlcNAc;χ)(χ=0.2,0.3,0.6和1.0)的活性(顶体反应的***,%)与pAA(GlcNAc)的GlcNAc的摩尔分数(χ)的绘图。该图由图9a派生,而且,14%的pAA(NeuAc;1.0)是估计值。该利用了100μM([GlcNAc])浓度,因为它是使pAA(GlcNAc)活性大大增加的阈浓度。活性与χ之间的相关性是非线性的;(a)在χ=0和χ=0.2之间时活性迅速增加;(b)在达到最大活性(23%)后活性逐渐减小。
图10汇总了多价聚合的GlcNAc对***-卵子结合的抑制活性。测定浓度为100μM([GlcNAc])的三种聚合物(pAA(GlcNAc;χ=0.3,0.6和1.0))对体外***-卵子结合的抑制活性,三种聚合物将每个卵子结合的***数从26(对照组和pA)分别降低到约10,5和5。结果表明,聚合的多价GlcNAc诱导鼠***的顶体反应,并抑制***-卵子结合。聚合物骨架,pA被用作对照组(浓度100μM,[-CONH2])。结论
(1)pAA(GlcNAc)诱导顶体胞吐作用,而单价GlcNAc不能;多价性包含在顶体过程中。
(2)将非特定配体呈递给Gal逆转录酶的pAA(Gal)没有诱导顶体胞吐作用的效力。
(3)活性(顶体反应的***,%)与某些浓度GlcNAc的pAA(GlcNAc)的摩尔分数(χ)有非线性关系。
(4)pAA(GlcNAc)抑制***-卵子结合;此机理可能包括多价GlcNAc诱导的***顶体反应。实施例5  用半固相反应制备pMVMA(NeuAc)(见图11a)
通过RNH2(NeuAc-L1NH2)与甲基乙烯基醚马来酸酐共聚物(或pMVMAn)反应制备甲基乙烯基醚马来酸共聚物(NeuAc-L1)(或pMVMA(NeuAc-L1))的共聚物溶液,或用不同摩尔当量(mol equiv)的RNH2与pMVMAn的酸酐基团(mol equiv={RNH2的摩尔数}/{pMVMAn的酸酐基团的摩尔数})和用胺水溶液调节pH值至12。mol equiv>0的共聚物pMVMA(NeuAc)在有96个圆锥底孔的微滴定板中制备如下:(i)将3mg pMVMAn(Mn=67000,80000,311000,485000或1130000gmol-1)放入孔中;(ii)用各种量(10-38mL)的0.1M RNH2(NeuAc-L1NH2)的PBS缓冲液(pH12)浸泡孔中粉末;(iii)立即密封滴定板,然后超声处理混合物0.5h。在进行流感病毒诱导的鸡红血球凝集的抑制性测定之前,在生成了各种共聚物溶液(约pH3)的孔中加入30mL 1.0M NaOH,将溶液调至中性至约pH7,并用PBS(pH7.2)补充到100或200mL(总体积)。实施例6  用半固相反应制备pMVMA(NeuAc;R)(见图11b)
用类似实施例5所用方法制备三元聚合物pMVMA(NeuAc-L1;R)。超声处理pMVMAn,NeuAc-L1NH2和R2NH2(脂族胺,芳族胺,氨基酸,氨基糖或肽)三种成分的混合物。mol equiv(mol equiv=(NeuAc-L1NH2和R2NH2)/pMVMAn的酸酐基团)>0的三元聚合物pMVMA(NeuAc;R2)在有96个圆锥底孔的微滴定板中制备如下:(i)将3mg pMVMAn(Mn=67000,80000,311000,485000或1130000gmol-1)放入孔中;(ii)用10mL 0.1M NeuAc-L1NH2和各种量(2-20mL)的0.1M RNH2(例如,萘基丙氨酸,苯基丙氨酸,环己基胺,苯基乙胺,4-氨基苯甲酸或甘露糖胺)的PBS缓冲液(pH12)浸泡孔中粉末;(iii)立即密封滴定板,然后超声处理混合物0.5h。在进行流感病毒诱导的鸡红血球凝集的抑制性测定之前,在生成了各种共聚物溶液(约pH3)的孔中加入30mL 1.0M NaOH,将溶液调至中性至约pH7,并用PBS(pH7.2)补充到100或200mL(总体积)。实施例7  用半固相反应制备pAA(Gal)(见图11c)
通过RNH2(Gal-β-L2NH2;Gal-α-L3NH2)与聚(丙烯酸酐)(pAAn;Mn=20700gmol-1,Mw=39500gmol-1)反应制备pAA(Gal)共聚物溶液,用不同摩尔当量(mol equiv)的RNH2与pAAn的酸酐基团(molequiv={RNH2的摩尔数}/{pAAn的酸酐基团的摩尔数})和用胺水溶液调节pH值至12。mol eqmv>0的共聚物pAA(Gal)在有96个圆锥底孔的微滴定板中制备如下:(i)将6mg pAAn放入孔中;(ii)用各种量(10-100mL)的0.1M RNH2(Gal-β-L2NH2或Gal-α-L3NH2)的PBS缓冲液(pH12)浸泡孔中粉末;(iii)立即密封滴定板,然后超声处理混合物0.5h。在进行流感病毒诱导的鸡红血球凝集的抑制性测定之前,在生成了各种共聚物溶液(约pH3)的孔中加入60mL1.0M NaOH,将溶液调至中性至约pH7,并用PBS(pH7.2)补充到100或200mL(总体积)。实施例8  用半固相反应制备pBMA(Gal)(见图6d)
用类似实施例7所用方法制备共聚物丁二烯马来酸共聚物(Gal)(或pBMA(Gal))。通过RNH2(Gal-β-L2NH2;Gal-α-L3NH2)与丁二烯马来酸酐共聚物(pBMAn;Mw=10000-15000gmol-1)反应制备pBMA(Gal)共聚物溶液,用不同摩尔当量(mol equiv)的RNH2与pBMAn的酸酐基团(mol equiv={RNH2的摩尔数}/{pBMAn的酸酐基团的摩尔数})和用胺水溶液调节pH值至12。mol equiv>0的共聚物pBMA(Gal)在有96个圆锥底孔的微滴定板中制备如下:(i)将6mg pBMAn放入孔中;(ii)用各种量(10-100mL)的0.1MRNH2(Gal-β-L2NH2或Gal-α-L3NH2)的PBS缓冲液(pH12)浸泡孔中粉末;(iii)立即密封滴定板,然后超声处理混合物0.5h。在进行流感病毒诱导的鸡红血球凝集的抑制性测定之前,在生成了各种共聚物溶液(约pH3)的孔中加入60mL 1.0M NaOH,将溶液调至中性至约pH7,并用PBS(pH7.2)补充到100或200mL(总体积)。实施例9:用半固相反应制备pAA(SLX e)(参见附图12a)
用类似实施例7所用方法制备共聚物pAA(SLX e)。用RNH2(SLX e-NH2)与pAAn反应用不同摩尔当量(mol equiv)的RNH2与pAAn的酐基团(mol equiv={RNH2的摩尔数}/{pAAn的酐基团摩尔数})和用胺水溶液调节pH为12制备共聚物pAA(SLX)的溶液。mol equiv>0的共聚物pAA(SLX)在96圆锥形底孔的微滴定板中制备如下:(i)将6mg pAAn(Mn=20700gmol-1,Mw=39500gmol-1)放在孔中:(ii)用可变量的(10-100mL)0.1M RNH2(SLX eRNH2)的PBS缓冲液(pH 12)浸湿粉末;(iii)立即封住板,然后超声处理混合物0.5小时。将在孔中制备的共聚物的每个反应混合物(pH约3)通过加入60mL 1.0M NaOH中和至pH约7并用PBS(pH 7.2)调节至100或200mL(总体积),然后进行中性白细胞与内皮细胞粘连抑制测定。实施例10:用半固相反应制备pAA(杆菌肽;R)(参见附图12b)
用类似实施例6所用方法制备三元-聚合物pAA(杆菌肽;R)。将包括pAAn,杆菌肽和R2NH2(脂肪胺类,芳香胺类,氨基酸类,氨基糖类,或肽类)的三组分混合物超声处理。杆菌肽和RNH2与pAAn的酐基的mol equiv>0的三元-聚合物pAA(杆菌肽;R)在96圆锥形底孔的微滴定板中制备如下:(i)将3mgpAAn(Mn=20700gmol-1,Mw=39500gmol-1)放在孔中:(ii)用10mL0.1M杆菌肽和可变量的(2-20mL)0.1M RNH2(实例:萘基丙氨酸,苯丙氨酸,环己胺,苯乙胺,4-氨基苯甲酸,或甘露糖胺)的PBS缓冲液(pH 12)浸湿粉末;(iii)立即封住板,然后超声处理混合物0.5小时。将在孔中制备的三元-聚合物的每个溶液(pH约3)通过加入30mL 1.0M NaOH中和至pH约7并用PBS(pH 7.2)调节至100或200mL(总体积),然后进行细菌生长抑制测定。等价物
本领域技术人员将认识,或能够只用常规实验确定这里所述具体实例和方法的许多等价物。这些等价物将包括在下面权利要求范围内。

Claims (43)

1.一种用于患者治疗疾病或适应症的多价呈递物的制备方法,包括:
(a)构建和排列多个基团A于框架上形成用以治疗疾病和适
   应症的多价呈递物,所述构建和排列是建立在由于所述基
   团A与靶结合位点B集合的多价相互作用掩盖了患者内
   靶结合位点B集合而产生治疗作用的基础上,其中所述掩
   盖可选择性地由多个多价呈递物与靶结合位点B集合的
   共形界面相互作用造成;
(b)多个基团A在框架上构建和排列,所述方法可选择性地
   还包括一个或多个下述步骤:该构建和排列建立在多价呈
   递物在靶结合位点B阵列周围形成凝胶样屏障的能力
   上,其中屏障是通过多价呈递物与靶结合位点B集合的共
   形界面相互作用而形成的;
(c)在框架上构建和排列多个基团A,该构建和排列建立在多
   价呈递物与患者内界面上已知的或预期的空间排列的靶
   结合位点B集合的相互作用的能力上;
(d)基于对单个基团A与多个靶结合位点B之间的相互作用
   的分析选择一种结合能力弱的基团A,条件是多个基团A
   到达集合结合阈,其中结合是通过多价呈递物与靶结合位
   点B集合的共形界面相互作用形成的;
(e)在框架上构建和排列多个基团A,该构建和排列建立在给
   多价呈递物赋予柔性的基础上,使其与靶结合位点B集合
   相一致;
(f)选择一种框架,使其能够将所需的特性赋予多价呈递物,
   其中所述的所需特性任意选自多价呈递物的柔性和可溶
   性的提高。
2.权利要求1的方法,其中,多个基团A通过连接物粘连在框架上,所述方法任选还包括一个或多个以下步骤:(a)根据连接物将柔性赋予多价呈递物的能力选择连接物的类型;(b)根据连接物将基团A提供给患者中靶结合位点B集合的能力选择连接物的类型;(c)根据影响连接物将基团A提供给患者中靶结合位点B集合的能力的因素选择连接物的长度和类型,所述因素任意选自疏水性,亲水性,连接物的直径,其中所述连接物的疏水性或亲水性的选择是根据患者体内环境的疏水性或亲水性,条件是能够接近靶结合位点B,而所述连接物直径的选择是根据患者体内通道的已知或预期直径,条件是能够接近靶结合位点B。
3.一种治疗疾病或适应症的方法,包括:给患者施用多个基团A,任选以多价呈递物形式,通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的共形界面相互作用实现对疾病或适应症的治疗,共形界面相互作用使患者体内的靶结合位点B的集合或阵列被掩盖。
4.多个基团A,任选采用多价呈递物形式,在制备用于在个体中治疗疾病或适应症的药物中的用途,其中是通过多价呈递物与患者体内的靶结合位点B集合的共形界面相互作用实现疾病或适应症的治疗,共形界面相互作用使患者体内的靶结合位点B的集合或阵列被掩盖。
5.多个基团A,其中任选采用多价呈递物形式,用于治疗疾病或适应症,用于对患者给药,通过多价呈递物与患者体内的靶结合位点B集合的共形界面相互作用实现疾病或适应症的治疗,共形界面相互作用使患者体内的靶结合位点B的集合或阵列被掩盖。
6.一种治疗疾病或适应症的方法,包括:给患者施用多个基团A,使得通过多价呈递物与患者体内多个结合位点B相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物含有粘着在框架上的多个基团A,而且所述多价呈递物符合下列要求:i)  基团A是功能团并且起药物作用,可独自或与框架联合
使用;ii) 粘着在框架上的基团A至少要被呈递一个,优选2或3
个,附加优点针对相互作用,相对于单个基团A向一些
靶结合位点B的呈递;iii)该附加优点是协同优点,该优点比分散在均匀溶液中的相
同基团A单体的集合可能提供的附加优点要大;及其中所述的附加优点任意选自由较低浓度基团A提供充分的生物效果,提高针对靶与非靶位点的专一性,在结合方面的正协同性,结合的熵升高和具有低解离率的呈递物的制备。
7.多个基团A在制备用于治疗疾病或适应症的药物中的用途,使得通过多价呈递物与患者体内多个结合位点B相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物含有粘着在框架上的多个基团A,而且所述多价呈递物符合下列要求:i)  基团A是功能团并且起药物作用,可独自或与框架联合
使用;ii) 粘着在框架上的基团A至少要被呈递一个,优选2或3
个,附加优点针对相互作用,相对于单个基团A向多个
靶结合位点B的呈递;iii)该附加优点是协同优点,该优点比分散在均匀溶液中的相
同基团A单体的集合可能提供的附加优点要大;及
其中所述的附加优点任意选自由较低浓度基团A提供充分的生
物效果,提高针对靶与非靶位点的专一性,在结合方面的正协
同性,结合的熵升高和具有低解离率的呈递物的制备。
8.用于治疗患者体内疾病或适应症的多个基团A,以这样的方式给患者给药使得通过多价呈递物与患者体内一些结合位点B相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物含有粘着在框架上的多个基团A,而且所述多价呈递物符合下列要求:i)  基团A是功能团并且起药物作用,可独自或与框架联合
使用;ii) 粘着在框架上的基团A至少要被呈递一个,优选2或3
个,附加优点针对相互作用,相对于单个基团A向多个
靶结合位点B的呈递;iii)该附加优点是协同优点,该优点比分散在均匀溶液中的相
同基团A单体的集合可能提供的附加优点要大;及
其中所述的附加优点任意选自由较低浓度基团A提供充分的生
物效果,提高针对靶与非靶位点的专一性,在结合方面的正协
同性,结合的熵升高和具有低解离率的呈递物的制备。
9.一种治疗疾病或适应症的方法,包括:给患者施用至少两种不同类型的基团(A1和A2),通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1和A2),其中,基团A1和A2之一不能是碳水化合物。
10.至少两种不同类型的基团(A1和A2)在制备用于治疗疾病或适应症的药物中的用途,其中所述基团(A1和A2)被用于患者进而通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1和A2),其中,基团A1和A2之一不能是碳水化合物。
11.至少两种不同类型的两个基团(A1和A2),用于治疗疾病或适应症,其中所述基团被用于患者进而通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1和A2),其中,基团A1和A2之一不能是碳水化合物。
12.一种治疗疾病或适应症的方法,包括:给患者施用至少三种不同类型的基团(A1,A2和A3),通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1,A2和A3)。
13.至少三种不同类型的基团(A1,A2和A3),在制备用于治疗疾病或适应症的药物中的用途,进而通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1,A2和A3)。
14.至少三种不同类型的基团(A1,A2和A3),用于治疗疾病或适应症,所述基团被用于患者进而通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用实现对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团(A1,A2和A3)。
15.一种促进治疗疾病或适应症的方法,包括:给患者施用一些基团A,使得通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用促进对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团A,其中,基团A不是碳水化合物,碳水化合物衍生物,抗体或其片断,Y不是葡聚糖,而多价呈递物不是疫苗;或基团A不是碳水化合物或多粘菌素B。
16.一些基团A在制备用于治疗疾病或适应症的药物中的用途,使得通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用促进对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团A,其中,基团A不是碳水化合物,碳水化合物衍生物,抗体或其片断,Y不是葡聚糖,而多价呈递物不是疫苗;或基团A不是碳水化合物或多粘菌素B。
17.一些基团A,用于治疗疾病或适应症,给治疗患者给药使得通过多价呈递物与患者体内结合位点B集合的相互作用促进对疾病或适应症的治疗,所述多价呈递物在框架上含有基团A,其中,基团A不是碳水化合物,碳水化合物衍生物,抗体或其片断,Y不是葡聚糖,而多价呈递物不是疫苗;或基团A不是碳水化合物或多粘菌素B。
18.根据权利要求3,6,9,12和15之一的方法,所述方法包括下面一个或多个任选的变化:(a)施用粘着在作为多价呈递物之一部分的框架上的基团A;(b)多价呈递物在体内聚集;(c)多个靶结合位点B出现在同一个界面上;(d)多个靶结合位点B出现在不同的界面上;(e)靶结合位点B包括一种以上结合位点;(f)相对于与结合位点B的专一结合而言多价呈递物表现出基团A与非B型结合位点的减弱的非专一结合;(g)较低浓度的基团A的多价呈递物比基团A为相同摩尔浓度的单价呈递基团A更有效;(h)空间抑制,任选非竞争性,用来提高治疗效果;(i)多价呈递的基团A对于靶结合位点B有比单价呈递的基团A更高的亲和力;(j)多价呈递物介导靶结合位点B存在的本体聚集;(k)多价呈递物的框架含有非共价键,所述框架任选包含选自下述物质的组分:脂质体,脂质体衍生物,胶粒,胶体,蛋白聚集物和细胞;(l)多价呈递物的框架含有共价键,所述框架任选包含选自下述物质的生物颗粒:糖,蛋白质,脂类和小分子生物颗粒;(m)多价呈递物的框架含有连接物,任选酰胺作连接物;(n)框架包含选自下列基团的化学部分:可水解连接物,dendrimer,聚合物,任选由下列成员组成:聚(酯),聚(酸酐),碳水化合物,多醇,聚(丙烯酸酯),聚(异丁烯酸酯),聚(醚)和聚(氨基酸),聚(谷氨酸),聚(天冬氨酸),葡聚糖,硫酸葡聚糖,聚(马来酸酐-共-乙烯基醚),聚(琥珀酰亚胺),聚(丙烯酸酐),聚(乙二醇),聚(乳酸),聚(羟基乙酸),聚(乙烯基吡咯烷酮),聚(苯乙烯-马来酸酐),聚(α-烯烃-马来酸),透明质酸,羧甲基纤维素钠,硫酸软骨素,聚(丙烯酰胺),聚(甘油),淀粉以及它们衍生物,共聚物和均聚物,所述聚合物任选通过共价键与基团A相连;(o)所述多价呈递物是水溶性的,任选在毫克/毫升范围或克/毫升范围;(p)多价呈递物在患者体内分布的体积是可预测的;(q)多价呈递物的分子量大于60kD;(r)多价呈递物的性质好于单价呈递的基团A,所述的性质指作用时间或治疗指数;(s)多价呈递物在一些特殊部分比在患者体内单价呈递的基团A有更长的半衰期,如在血液,中枢神经***,肺,GI道和肾中;及(t)多价呈递物的平均流体动力学直径大于50埃。
19.权利要求4,7,10,13和16之一的基团A的用途,所述用途包括下面一个或多个任选的变化:(a)施用粘着在作为多价呈递物之一部分的框架上的基团A;(b)多价呈递物在体内聚集;(c)多个靶结合位点B出现在同一个界面上;(d)多个靶结合位点B出现在不同的界面上;(e)靶结合位点B包括一种以上结合位点;(f)相对于与结合位点B的专一结合而言,多价呈递物表现出基团A与非B型结合位点的减弱的非专一结合;(g)较低浓度的基团A的多价呈递物比基团A为相同摩尔浓度的单价呈递基团A更有效;(h)空间抑制,任选非竞争性,用来提高治疗效果;(i)多价呈递的基团A对于靶结合位点B有比单价呈递的基团A更高的亲和力;(j)多价呈递物介导靶结合位点B存在的本体聚集;(k)多价呈递物的框架含有非共价键,所述框架任选包含选自下述物质的组份:脂质体,脂质体衍生物,胶粒,胶体,蛋白聚集物和细胞;(l)多价呈递物的框架含有共价键,所述框架任选包含选自下述物质的生物颗粒:糖,蛋白质,脂类和小分子生物颗粒;(m)多价呈递物的框架含有连接物,任选酰胺作连接物;(n)框架包含选自下列基团的化学部分:可水解连接物,dendrimer,聚合物,任选由下列成员组成:聚(酯),聚(酸酐),碳水化合物,多醇,聚(丙烯酸酯),聚(异丁烯酸酯),聚(醚)和聚(氨基酸),聚(谷氨酸),聚(天冬氨酸),葡聚糖,硫酸葡聚糖,聚(马来酸酐-共-乙烯基醚),聚(琥珀酰亚胺),聚(丙烯酸酐),聚(乙二醇),聚(乳酸),聚(羟基乙酸),聚(乙烯基吡咯烷酮),聚(苯乙烯-马来酸酐),聚(α-烯烃-马来酸),透明质酸,羧甲基纤维素钠,硫酸软骨素,聚(丙烯酰胺),聚(甘油),淀粉以及它们衍生物,共聚物和均聚物,所述聚合物任选通过共价键与基团A相连;(o)所述多价呈递物是水溶性的,任选在毫克/毫升范围或克/毫升范围;(p)多价呈递物在患者体内分布的体积是可预测的;(q)多价呈递物的分子量大于60kD;(r)多价呈递物的性质好于单价呈递的基团A,所述的性质指作用时间或治疗指数;(s)多价呈递物在一些特殊部分比在患者体内单价呈递的基团A有更长的半衰期,如在血液,中枢神经***,肺,GI道和肾中;及(t)多价呈递物的平均流体动力学直径大于50埃。
20.根据权利要求5,8,11,14和17之一的基团A,所述治疗包括下面一个或多个任选的变化:(a)施用粘着在作为多价呈递物之一部分的框架上的基团A;(b)多价呈递物在体内聚集;(c)多个靶结合位点B出现在同一个界面上;(d)多个靶结合位点B出现在不同的界面上;(e)靶结合位点B包括一种以上结合位点;(f)相对于与结合位点B的专一结合而言,多价呈递物表现出基团A与非B型结合位点的减弱的非专一结合;(g)较低浓度的基团A的多价呈递物比基团A为相同摩尔浓度的单价呈递基团A更有效;(h)空间抑制,任选非竞争性,用来提高治疗效果;(i)多价呈递的基团A对于靶结合位点B有比单价呈递的基团A更高的亲和力;(j)多价呈递物介导靶结合位点B存在的本体聚集;(k)多价呈递物的框架含有非共价键,所述框架任选包含选自下述物质的组分:脂质体,脂质体衍生物,胶粒,胶体,蛋白聚集物和细胞;(l)多价呈递物的框架含有共价键,所述框架任选包含选自下述物质的生物颗粒:糖,蛋白质,脂类和小分子生物颗粒;(m)多价呈递物的框架含有连接物,任选酰胺作连接物;(n)框架包含选自下列基团的化学部分:可水解连接物,dendrimer,聚合物,任选由下列成员组成:聚(酯),聚(酸酐),碳水化合物,多醇,聚(丙烯酸酯),聚(异丁烯酸酯),聚(醚)和聚(氨基酸),聚(谷氨酸),聚(天冬氨酸),葡聚糖,硫酸葡聚糖,聚(马来酸酐-共-乙烯基醚),聚(琥珀酰亚胺),聚(丙烯酸酐),聚(乙二醇),聚(乳酸),聚(羟基乙酸),聚(乙烯基吡咯烷酮),聚(苯乙烯-马来酸酐),聚(α-烯烃-马来酸),透明质酸,羧甲基纤维素钠,硫酸软骨素,聚(丙烯酰胺),聚(甘油),淀粉以及它们衍生物,共聚物和均聚物,所述聚合物任选通过共价键与基团A相连;(o)所述多价呈递物是水溶性的,任选在毫克/毫升范围或克/毫升范围;(p)多价呈递物在患者体内分布的体积是可预测的;(q)多价呈递物的分子量大于60kD;(r)多价呈递物的性质好于单价呈递的基团A,所述的性质指作用时间或治疗指数;(s)多价呈递物在一些特殊部分比在患者体内单价呈递的基团A有更长的半衰期,如在血液,中枢神经***,肺,GI道和肾中;及(t)多价呈递物的平均流体动力学直径大于50埃。
21.根据权利要求3,6,9,12和15之一的方法,其中,多价呈递物防止或抑制下列相互作用:细胞-细胞相互作用,受精作用,细胞-病原体相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,中性粒细胞-内皮细胞相互作用,炎症,癌转移和血小板-血小板相互作用,其中所述多价呈递物任选调整细胞迁移或阻断选自整联蛋白和血小板受体的生物部分,及所述方法任选用于治疗选自急性血栓形成,凝固性过低和凝固性过高的适应症。
22.根据权利要求4,7,10,13和16之一的基团A的用途,其中,多价呈递物防止或抑制下列相互作用:细胞-细胞相互作用,受精作用,细胞-病原体相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,中性粒细胞-内皮细胞相互作用,炎症,癌转移和血小板-血小板相互作用,其中所述多价呈递物任选调整细胞迁移或阻断选自整联蛋白和血小板受体的生物部分,及所述方法任选用于治疗选自急性血栓形成,凝固性过低和凝固性过高的适应症。
23.根据权利要求5,8,11,14和17之一的基团A,其中,多价呈递物防止或抑制下列相互作用:细胞-细胞相互作用,受精作用,细胞-病原体相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,病原体-细胞外基质相互作用,中性粒细胞-内皮细胞相互作用,炎症,癌转移和血小板-血小板相互作用,其中所述多价呈递物任选调整细胞迁移或阻断选自整联蛋白和血小板受体的生物部分,及所述方法任选用于治疗选自急性血栓形成,凝固性过低和凝固性过高的适应症。
24.一种抑制妊娠的方法,包括:给患者施用多个基团A,其中基团A任选含有GlcNAc,进而通过多价呈递物与多个靶结合位点B相互作用实现对妊娠的抑制,所述多价呈递物在框架上含有基团A。
25.多个基团A,在制备用于抑制妊娠的药物中的用途,包括:给患者施用多个基团A,其中基团A任选含有GlcNAc,进而通过多价呈递物与多个靶结合位点B相互作用实现对妊娠的抑制,所述多价呈递物在框架上含有基团A。
26.用于抑制妊娠的多个基团A,其中基团A任选含有GlcNAc,给患者施用后,通过多价呈递物与多个靶结合位点B相互作用实现对妊娠的抑制,所述多价呈递物在框架上含有基团A。
27.权利要求3,6,9,12和15之一的方法,其中,多价呈递物能防止下列生物相互作用:细胞-病原体粘着和病原体-细胞外基质粘着,其中病原体任意选自细菌,真菌,病毒和寄生虫。
28.权利要求4,7,10,13和16之一的基团A的用途,其中,多价呈递物能防止下列生物相互作用:细胞-病原体粘着和病原体-细胞外基质粘着,其中病原体任意选自细菌,真菌,病毒和寄生虫。
29.权利要求5,8,11,14和17之一的基团A,其中,多价呈递物能防止下列生物相互作用:细胞-病原体粘着和病原体-细胞外基质粘着,其中病原体任意选自细菌,真菌,病毒和寄生虫。
30.一种多价呈递治疗剂的药物组合物,含有可用下式表示的多价呈递物,
                   (Y)-(X-A)n
其中,Y是框架,选择性地为聚合框架,X是直键或连接基团,
所述连接基团任选是独立部分而不是Y或A的一部分,A是被呈递的功能团,及n是大于10的整数,而且任选还包括一种或多种下列变化:(a)所述整数是如此选择,而且(X-A)部分粘着在Y上,使得多价呈递物在用于治疗患者时与靶结合位点B集合相符合,而且在用于患者时任选掩盖靶结合位点B阵列;(b)所述整数是如此选择,使得多价呈递物在用于治疗患者时与靶结合位点B集合相符合;及(c)所述组合物任意还含有可药用载体。
31.一致的多价呈递物,含有形成多价呈递物的框架上的多个基团A,所述多价呈递物如此一致,使得它掩盖了患者体内的靶结合位点集合。
32.一种药物组合物,含有至少两种不同的多价呈递物和可药用载体。
33.一种调整多个粘结表面的生物分子与多个第二种分子之间粘连作用的方法,包括:以多个粘结表面的生物分子与一个多价呈递物的组合形式提供,所述多价呈递物任选是非糖类而且有大于约100的提高因子β,含有一个框架,框架上粘连着多个第三种分子,其中所述第三种分子通过同时将所述第三种分子粘结到一部分所述粘结表面的生物分子上并通过用没有粘结第三种分子的一部分所述粘结表面的生物分子的所述框架进行空间阻断来调整所述粘结表面的生物分子与所述第二种分子之间的粘连作用,其中所述的粘连作用任选发生在细胞与选自细菌,病毒,流感病毒,第二种细胞和多价分子的实体之间。
34.多价呈递物,其中选自:pAA(Gal-β),pAA(Gal-α),pBMA(Gal-β),pBMA(Gal-α)和pAA(GlcNAc-β)。
35.一种防止蓖麻毒蛋白粘着红细胞的方法,包括将所述蓖麻毒蛋白与有效量的选自pAA(Gal-β),pAA(Gal-α),pBMA(Gal-β)和pBMA(Gal-α)的多价呈递物接触。
36.一种制备pAA(Gal-β)或pBMA(Gal-β)多价呈递物的方法,包括:(a)将Gal-βO-L1NH2与聚(N-丙烯酰基琥珀酰亚胺)或聚(丁
二烯-共-马来酸酐)反应,以及(b)淬灭所述反应。
37.一种制备pAA(Gal-α)或pBMA(Gal-α)多价呈递物的方法,包括:(a)将Gal-αC-L2NH2与聚(N-丙烯酰基琥珀酰亚胺)或聚
(丁二烯-共-马来酸酐)反应,及(b)淬灭所述反应。
38.一种抑制个体受精的方法,包括给所述个体施用有效量的pAA(GlcNAc-β)多价呈递物。
39.pAA(GlcNAc-β)多价呈递物,在制备用于抑制受精的组合物中的用途。
40.用于抑制受精的多价呈递物,所述多价呈递物是pAA(GlcNAc-β)并按抑制受精有效量给个体施用。
41.一种制备pAA(GlcNAc-β)多价呈递物的方法,包括:(a)将GlcNAc-β-L1NH2与聚(N-丙烯酰基琥珀酰亚胺)反
应,以及(b)淬灭所述反应。
42.一种制作多价呈递物阵列的方法,包括:(a)将第一种多价呈递物的第一个活化的框架部分和第二种多价呈递物的第一个活化的框架部分加到第一和第二反应容器中;(b)将第一种多价呈递物的第一个功能团部分和第二种多价呈递物的第一个功能团部分加到所述的第一和第二反应容器中;(c)允许活化的成分进行反应因此形成至少两种不同多价呈递物的阵列;该方法任选还包括一个或多个下列步骤:(d)将所述第一种多价呈递物的第一个间隔基团加到所述的第一反应容器中;(e)将所述第二种多价呈递物的第一个间隔基团加到所述的第二反应容器中;(f)将所述第一种多价呈递物的一个辅助基团加到所述的第一反应容器中;(g)将所述第二种多价呈递物的一个辅助基团加到所述的第二反应容器中;该方法任选还包括下列一个或多个变化:(l)重复上述步骤,其中“n”个所述第一种和第二种多价呈递物的功能团被分别加到所述第一和第二反应容器中;(2)重复上述步骤,其中“n”个所述第一种和第二种多价呈递物的间隔基团被分别加到所述第一和第二反应容器中;(3)重复上述步骤,其中“n”个所述第一种和第二种多价呈递物的辅助基团被分别加到所述第一和第二反应容器中。
43.可用权利要求1,2,36,41或42之一的方法制备的多价呈递物或多价呈递物阵列。
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