专利名称：基于酰胺的胰高血糖素超家族肽前药的制作方法
基于酰胺的胰高血糖素超家族肽前药相关申请的交叉引用本申请要求保护2010年6月24号提交的美国临时专利申请号61/358，188的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用以其整体结合到本文中。以电子方式提交的材料的引用结合通过引用以其整体结合是计算机可读形式的核苷酸/氨基酸序列表，其与本文同时提交并如下标识:创建于2010年6月21号的命名为“序列表213134”的一个957KBACII (文本)文件。背景发明基于肽的药物是十分有效的药物，其作用持续时间相对较短，治疗指数可变。本公开内容涉及基于肽的前药，其中对前药衍生物进行设计以延迟起效并延长药物半寿期。起效延迟是有利的，因为允许前药在其活化前进行全身分布。因此，给予前药排除了在给药时由峰值活性引起的并发症，并提高母体药物的治疗指数。肽和蛋白质激动剂的受体识别和后续加工是许多基于肽和蛋白质的药物降解的主要途径。因此肽药物与其受体结合将引起生物刺激，但同时也将通过肽或蛋白质的酶促降解，引起肽/蛋白质诱导的药理作用的随后钝化。按照本公开内容，可根据抑制前药被相应受体识别的策略来制备延长肽或蛋白质的生物学半寿期的前药。本文公开的前药最终将以化学方法转化成可被受体识别的结构，其中这种化学转变的速度将决定起效时间和体内生物作用的持续时间。在本申请中公开的分子设计取决于分子内的化学反应，该反应不依赖其它的化学添加剂或酶。前胰高血糖素原是158个氨基酸的前体多肽，其在不同组织中加工形成许多不同的胰高血糖素原衍生的肽，包括参与包括葡萄糖稳态、胰岛素分泌、胃排空和肠生长以及食物摄取的调节在内的各种生理功能的胰高血糖素(SEQ ID NO:701)、胰高血糖素样肽-UGLP-1 ;如SEQ ID NO:703和SEQ ID NO:704提供的氨基酸7_36)、胰高血糖素样肽-2(GLP-2 ；SEQ ID NO:708)和泌酸调节肽(OXM ；SEQ ID NO:706)。胰高血糖素是29个氨基酸的肽，其相当于前胰高血糖素原的氨基酸33-61，而产生的GLP-1为37个氨基酸肽，相当于前胰高血糖素原的氨基酸72-108。GLP-1 (7-36)酰胺(SEQ ID NO:704 ;(:端为精氨酸酰胺)或GLP_1(7_37)酸(SEQ ID NO:703 ;C端为甘氨酸)是GLP-1的生物学上的有效形式，在GLP-1受体上具有基本相等的活性。胰高血糖素是用于重度低`血糖症急性治疗的救生药物。据报告，泌酸调节肽具有抑制食欲和减轻体重的药理能力。用GLP-1受体激动剂或稳定的GLP-1类似物的临床研究证实，肽的这个家族为II型糖尿病的有效治疗物。另外，从本质上讲，它可能比胰岛素疗法更安全，因为它的葡萄糖依赖作用从而排除了低血糖症的可能性。结构-活性关系研究显示，这三种肽(胰高血糖素、GLP-1和泌酸调节肽)每一种的N端组氨酸对于完整作用尤其重要，而且N端延伸形式严重削弱生物学效价。已知在结构上类似于胰高血糖素和GLP-1并具有相似活性的其它肽。例如，毒蜥外泌肽-4是存在于希拉毒蜥(Gila monster)唾液中的肽,其在结构上像GLP-1,并与胰高血糖素和GLP-1 —样，增加胰岛素释放。另外，肠抑胃肽(GIP)亦称葡萄糖依赖性促胰岛素肽，是激素的促胰液素家族的成员。GIP来源于由GIP基因编码的153个氨基酸的前蛋白，并作为有生物活性的42个氨基酸肽(SEQ ID NO:707)循环。GIP基因在小肠以及唾液腺中表达，并且是胃酸分泌的弱抑制剂。除其在胃中的抑制作用以外，在葡萄糖存在下，当以生理剂量给予时，GIP通过胰岛β细胞增加胰岛素释放。一般认为，GIP作为刺激胰腺胰岛素释放的肠因子起作用，可在保持葡萄糖稳态中发挥生理作用。骨钙蛋白(SEQ ID NO:709)是存在于骨和牙质中的非胶原蛋白。它由成骨细胞分泌，并被认为在矿化和钙离子稳态中起一定作用。据报告，骨钙蛋白在机体内起激素作用，引起胰腺中的β细胞释放更多的胰岛素，同时指导脂肪细胞释放激素脂连蛋白，这增加了对胰岛素的敏感性。与诸如骨钙蛋白、GIP、胰高血糖素、GLP-1和泌酸调节肽等生物活性肽的治疗应用有关的一个缺点是其在血浆中的半寿期极短(胰高血糖素和GLP-1为约2分钟)。因此，为了获得适当的血糖控制，需要长时间地连续给予天然胰高血糖素相关肽。胰高血糖素和GLP-1相关肽短的半寿期是被二肽基肽酶IV(DPP-1V)快速降解所引起的，该酶在第二和第三氨基酸之间切割。这种切割 不仅仅使天然肽失活，而且在胰高血糖素和GLP-1的情况下，在其相应的受体方面，缩短形式可能是功能性拮抗剂。因此，存在对疗效较久的GIP、胰高血糖素、GLP-1和泌酸调节肽以及相关肽的变体的需要，以实现这些药物作用机制的全部治疗潜力。发明概述按照一些实施方案，提供选自以下的生物活性多肽的前药衍生物:胰高血糖素、毒蜥外泌肽-4、GLP-U GLP-2、GIP、血管活性肠肽(VIP)、垂体腺苷酸环化酶激活多肽27(PACAP-27)、组氨酸甲硫氨酸肽(PHM)、泌酸调节肽、促胰液素、骨钙蛋白、生长激素释放激素以及前述活性多肽的类似物、衍生物和缀合物。前药衍生物包含通过酰胺键与生物活性多肽的活性部位共价连接的二肽前药元件。在一些实施方案中，二肽在干扰生物活性多肽与其相应的受体或辅因子相互作用的能力的位置上与生物活性多肽共价结合。在一些实施方案中，二肽前药元件与生物活性肽的氨基端连接。随后在生理条件下和在缺乏酶活性时除去二肽，恢复多肽的全部活性。在一些实施方案中，提供具有A-B-Q通用结构的前药。在这个实施方案中，Q为选自胰高血糖素超家族肽的生物活性肽，包括胰高血糖素相关肽、骨钙蛋白以及上述生物活性肽的类似物、衍生物和缀合物；A-B表示通过酰胺键与生物活性肽连接的二肽前药。更具体地讲，在一些实施方案中，A为氨基酸或羟酸，B为N-烷基化氨基酸，其通过在(A-B中的)B的羧基和Q的胺之间形成酰胺键与Q连接。此外，在一些实施方案中，A、B或A-B与之连接的Q的氨基酸是非编码氨基酸，且在生理条件下，在PBS中，A-B自Q的化学裂解在约I小时-约720小时内完成至少约90%。在另一个实施方案中，在生理条件下，在PBS中，A-B自Q的化学裂解在约I小时或约I周之内完成至少约50%。在一些实施方案中，选择A和B以抑制A-B 二肽从Q上被哺乳动物血清中存在的酶的酶促切割。在一些实施方案中，选择A和/或B使得在生理条件下在PBS中，A-B自Q的裂解半寿期不超过在包含DPP-1V蛋白酶的溶液中A-B自Q的裂解半寿期的2倍(即与在酶不存在的相同条件相比，在存在DPP-1V蛋白酶和生理条件下，A-B自Q的裂解发生的速度不大于2倍)。在一些实施方案中，A和/或B为D立体异构体构型的氨基酸。在一些示例性的实施方案中，A为D立体异构体构型的氨基酸，而B为L立体异构体构型的氨基酸。在一些示例性的实施方案中，A为L立体异构体构型的氨基酸，而B为D立体异构体构型的氨基酸。在一些示例性的实施方案中，A为D立体异构体构型的氨基酸，B为D立体异构体构型的氨基酸。在一些实施方案中，二肽前药元件(A-B)包含具有下式I通用结构的化合物:
权利要求
1.一种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ； 其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
2.权利要求1的前药，其中B选自甘氨酸(N-甲基)、甘氨酸(N-乙基)、甘氨酸(N-丙基)、甘氨酸(N- 丁基)、甘氨酸(N-戊基)、甘氨酸(N-己基)、甘氨酸(N-庚基)和甘氨酸(N-辛基)。
3.权利要求2的前药，其中B为甘氨酸(N-甲基)。
4.权利要求2的前药，其中B为甘氨酸(N-己基)。
5.一种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ； 其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
6.权利要求5的前药，其中R4选自CH3>CH2 (C1-C4烷基)、CH2 (C1-C4)烯基、CH2 (C0-C4烷基)OH、CH2 (C0-C4 烷基)SH、CH2 (C0-C3 烷基)SCH3、CH2 (C0-C3 烷基)CONH2、CH2 (C0-C3 烷基)C00H、CH2 (C0-C4 烷基)NH2 和 CH2 (C0-C3 烷基)NHC (NH2+) NH2。
7.权利要求6的前药，其中B选自丙氨酸(N-C1-Cltl烷基)、亮氨酸(N-C1-Cltl烷基)、甲硫氨酸(N-C1-Cltl烧基)、天冬酰胺(N-C1-Cltl烧基)、谷氨酸(N-C1-Cltl烧基)、天冬氨酸(N-C1-C10烧基)、谷氨酰胺(N-C1-Cltl烧基)、组氨酸(N-C1-Cltl烧基)、赖氨酸(N-C1-Cltl烧基)、精氨酸(N-C1-Cltl烷基)、丝氨酸(N-C1-Cltl烷基)和半胱氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
8.权利要求7的前药，其中B选自丙氨酸(N-C1-C6烷基)、亮氨酸(N-C1-C6烷基)、甲硫氨酸(N-C1-C6烧基)、天冬酰胺(N-C1-C6烧基)、谷氨酸(N-C1-C6烧基)、天冬氨酸(N-C1-C6烧基)、谷氨酰胺(N-C1-C6烧基)、组氨酸(N-C1-C6烧基)、赖氨酸(N-C1-C6烧基)、精氨酸(N-C1-C6烷基)、丝氨酸(N-C1-C6烷基)和半胱氨酸(N-C1-C6烷基)。
9.权利要求8的前药，其中B选自丙氨酸(N-甲基)、亮氨酸(N-甲基)、甲硫氨酸(N-甲基)、天冬酰胺(N-甲基)、谷氨酸(N-甲基)、天冬氨酸(N-甲基)、谷氨酰胺(N-甲基)、组氨酸(N-甲基)、赖氨酸(N-甲基)、精氨酸(N-甲基)、丝氨酸(N-甲基)和半胱氨酸(N-甲基)。
10.权利要求5的前药，其中R4选自CH2(Cq-C3烷基)(C3-C6环烷基)、CH2(Ctl-C3烷基)(C2-C5 杂环基)、CH2 (C0-C3 烷基)(C6-Cltl 芳基)R7, CH2 (C1-C3 烷基)(C3-C9 杂芳基)和CH2 (C0-C12烷基)(W1) C1-C12烷基，其中W1为选自N、S和O的杂原子，且其中R7选自H和OH。
11.权利要求10的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-C1-Cltl烷基)、酪氨酸(N-C1-Cltl烷基)和色氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
12.权利要求11的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-C1-C6烷基)、酪氨酸(N-C1-C6烷基)和色氨酸(N-C1-C6烷基)。
13.权利要求12的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-甲基)、酪氨酸(N-甲基)和色氨酸(N-甲基)。
14.权利要求5的前药，其中B为脯氨酸。
15.一种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ； 其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
16.权利要求15的前药，其中R4为OKC1-C8烷基)2或者OKC1-C8烷基)0H。
17.权利要求16的前药，其中B选自异亮氨酸(N-C1-Cltl烷基)、缬氨酸(N-C1-Cltl烷基)和苏氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
18.权利要求17的前药，其中B选自异亮氨酸(N-C1-C6烷基)、缬氨酸(N-C1-C6烷基)和苏氨酸(N-C1-C6烷基)。
19.权利要求18的前药，其中B选自异亮氨酸(N-甲基)、缬氨酸(N-甲基)和苏氨酸(N-甲基)。
20.权利要求1的前药，其中所述脂族氨基为Q的N端氨基酸上的α氨基。
21.权利要求1的前药，其中所述脂族氨基为Q的侧链上的脂族氨基。
22.—种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ； 其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
23.权利要求22的前药，其中B选自甘氨酸(N-甲基)、甘氨酸(N-乙基)、甘氨酸(N-丙基)、甘氨酸(N- 丁基)、甘氨酸(N-戊基)、甘氨酸(N-己基)、甘氨酸(N-庚基)和甘氨酸(N-辛基)。
24.权利要求23的前药，其中B为甘氨酸(N-甲基)。
25.权利要求23的前药，其中B为甘氨酸(N-己基)。
26.一种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ；其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
27.权利要求26的前药，其中R4选自CH3iCH2(C1-C4烷基)、CH2 (C1-C4)烯基、CH2 (C0-C4烷基)OH、CH2 (C0-C4 烷基)SH、CH2 (C0-C3 烷基)SCH3、CH2 (C0-C3 烷基)CONH2、CH2 (C0-C3 烷基)C00H、CH2 (C0-C4 烷基)NH2 和 CH2 (C0-C3 烷基)NHC (NH2+) NH2。
28.权利要求27的前药，其中B选自丙氨酸(N-C1-Cltl烷基)、亮氨酸(N-C1-Cltl烷基)、甲硫氨酸(N-C1-Cltl烧基)、天冬酰胺(N-C1-Cltl烧基)、谷氨酸(N-C1-Cltl烧基)、天冬氨酸(N-C1-C10烧基)、谷氨酰胺(N-C1-Cltl烧基)、组氨酸(N-C1-Cltl烧基)、赖氨酸(N-C1-Cltl烧基)、精氨酸(N-C1-Cltl烷基)、丝氨酸(N-C1-Cltl烷基)和半胱氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
29.权利要求28的前药，其中B选自丙氨酸(N-C1-C6烷基)、亮氨酸(N-C1-C6烷基)、甲硫氨酸(N-C1-C6烧基)、天冬酰胺(N-C1-C6烧基)、谷氨酸(N-C1-C6烧基)、天冬氨酸(N-C1-C6烧基)、谷氨酰胺(N-C1-C6烧基)、组氨酸(N-C1-C6烧基)、赖氨酸(N-C1-C6烧基)、精氨酸(N-C1-C6烷基)、丝氨酸(N-C1-C6烷基)和半胱氨酸(N-C1-C6烷基)。
30.权利要求29的前药，其中B选自丙氨酸(N-甲基)、亮氨酸(N-甲基)、甲硫氨酸(N-甲基)、天冬酰胺(N-甲基)、谷氨酸(N-甲基)、天冬氨酸(N-甲基)、谷氨酰胺(N-甲基)、组氨酸(N-甲基)、赖氨酸(N-甲基)、精氨酸(N-甲基)、丝氨酸(N-甲基)和半胱氨酸(N-甲基)。
31.权利要求26的前药，其中R4选自CH2(C0-C3烷基)(C3-C6环烷基)、CH2 (C0-C3烷基)(C2-C5 杂环基)、CH2 (C0-C3 烷基)(C6-Cltl 芳基)R7, CH2 (C1-C3 烷基)(C3-C9 杂芳基)和CH2 (C0-C12烷基)(W1) C1-C12烷基，其中W1为选自N、S和O的杂原子，且其中R7选自H和0H。
32.权利要求31的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-C1-Cltl烷基)、酪氨酸(N-C1-Cltl烷基)和色氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
33.权利要求32的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-C1-C6烷基)、酪氨酸(N-C1-C6烷基)和色氨酸(N-C1-C6烷基)。
34.权利要求33的前药，其中B选自苯丙氨酸(N-甲基)、酪氨酸(N-甲基)和色氨酸(N-甲基)。
35.权利要求26的前药，其中B为脯氨酸。
36.一种前药，所述前药包含以下结构:A-B-Q ； 其中Q为胰高血糖素超家族肽； 其中A-B包含以下结构:
37.权利要求36的前药，其中R4为OKC1-C8烷基)2或者OKC1-C8烷基)0H。
38.权利要求37的前药，其中B选自异亮氨酸(N-C1-Cltl烷基)、缬氨酸(N-C1-Cltl烷基)和苏氨酸(N-C1-Cltl烷基)。
39.权利要求38的前药，其中B选自异亮氨酸(N-C1-C6烷基)、缬氨酸(N-C1-C6烷基)和苏氨酸(N-C1-C6烷基)。
40.权利要求39的前药，其中B选自异亮氨酸(N-甲基)、缬氨酸(N-甲基)和苏氨酸(N-甲基)。
41.上述权利要求中的任一项所述的前药，其中R1和R2独立选自C1-Cltl烷基、C2-Cltl烯基、(C1-Cltl 烷基)OH、(C1-C10 烷基)SH、(C2-C3 烷基)SCH3、(C1-C4 烷基)CONH2、(C1-C4 烷基)COOH、(C1-C4 烷基)NH2、(C1-C4 烷基)NHC (NH2+) NH2、(C0-C4 烷基)(C3-C6 环烷基)、(C0-C4 烷基)(C2-C5 杂环基)、(Ctl-C4 烷基)(C6-Cltl 芳基)R7、(C1-C4 烷基)(C3-C9 杂芳基)和 C1-C12 烷基(W1) C1-C12烷基，其中W1为选自N、S和O的杂原子，或者R1和R2与它们所连接的原子一起形成C3-C12环烷基，且其中R7选自H和0 H。
42.权利要求41的前药，其中A为氨基异丁酸。
43.上述权利要求中的任一项所述的前药，其中R1为H，R2选自HX1-Cltl烷基、C2-Cltl烯基、(C1-Cltl 烷基)OH、(C1-C10 烷基)SH、(C2-C3 烷基)SCH3、(C1-C4 烷基)CONH2、(C1-C4 烷基)COOH、(C1-C4 烷基)NH2、(C1-C4 烷基)NHC (NH2+) NH2、(C0-C4 烷基)(C3-C6 环烷基)、(C0-C4 烷基)(C2-C5 杂环基)、(Ctl-C4 烷基)(C6-Cltl 芳基)R7、(C1-C4 烷基)(C3-C9 杂芳基)和 C1-C12 烷基(W1) C1-C12烷基，其中R7选自H和0H，其中W1为选自N、S和O的杂原子，或者R1和R2与它们所连接的原子一起形成C3-C12环烷基，或者R2和R5与它们所连接的原子一起形成4、5或者6元杂环。
44.权利要求43的前药,其中A选自赖氨酸、半胱氨酸和丙氨酸。
45.权利要求43或者44的前药，其中A具有d_立体化学结构。
46.上述权利要求中的任一项所述的前药，其中A-B选自Aib-Gly(N-己基)、dLys-Gly (N-己基)、dCys-Gly (N-己基)、dAIa-GIy (N-己基)、Aib-Gly (N-甲基)、dLys-Gly (N-甲基)、dCys-Gly (N-甲基)、dAIa-GIy (N-己基)、Aib-Phe (N-甲基)、dLys-Phe (N-甲基)、dCys-Phe (N-甲基)或 dAIa-Phe (N-甲基)。
47.上述权利要求中的任一项所述的前药，其中Q选自SEQID NO:1-564,566-570,573-575、577、579-580、585-612、616、618-632、634-642、647、657-684、701-732、742-768、801-878、883-919、1001-1262、1301-1371、1401-1518、1701-1708、1710、1711、1731-1734、1738、1740、1741、1745 和 1747-1776。
48.权利要求47的前药，其中Q选自SEQID NO: 742-768。
49.上述权利要求中的任一项所述的前药，其进一步包含与该前药共价连接的亲水部分。
50.权利要求49的前药，其中该亲水部分为聚乙二醇。
51.权利要求50的前药，其中该聚乙二醇共价连接至A-B。
52.权利要求51的前药，其中该聚乙二醇通过间隔基共价连接至A-B。
53.上述权利要求中的任一项所述的前药，其进一步包含与该前药共价连接的酰基或者烧基。
54.权利要求52的前药，其中所述酰基或者烷基共价连接至A-B。
55.权利要求54的前药，其中所述酰基或者烷基通过间隔基共价连接至A-B。
56.上述权利要求中的任一项所述的前药，其中A-B自Q的化学裂解半寿期(t1/2)在生理条件下在PB S中为约6小时至约72小时。
全文摘要
本发明提供胰高血糖素超家族肽的前药制剂，其中通过使二肽经由酰胺键与胰高血糖素超家族连接来修饰胰高血糖素超家族肽。本文公开的前药具有延长的半寿期，并且在生理条件下通过由化学不稳定性驱动的非酶促反应转化为活性形式。
文档编号A61K38/26GK103179979SQ201180031415
公开日2013年6月26日 申请日期2011年6月14日 优先权日2010年6月24日
发明者R.D.戴马志, 谷斌斌 申请人:印第安纳大学研究及科技有限公司