生物正交药物活化的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于治疗的前药活化方法，其中使用相互间表现生物正交反应性的非生物反应性化学基团。本发明还涉及前药药盒，其包含至少一种前药和至少一种活化剂，其中所述前药包含药物和第一生物正交反应基团(触发剂)，并且其中所述活化剂包含第二生物正交反应基团。本发明还涉及在上述方法和药盒中使用的靶向治疗。本发明特别涉及抗体-药物缀合物以及双特异性和三特异性抗体衍生物。
【专利说明】生物正交药物活化
发明领域
[0001]本发明涉及基于通过非生物的生物正交化学反应(abiotic, bio-orthogonalchemical reaction)活化的无活性药物(inactivated drug)(如前药)的治疗方法。
[0002]发明背景
[0003]在医学领域，使用在人体或动物体内特定部位活化的无活性化合物(如前药)是广为人知的。另外，无活性药物(如前药)的靶向递送也已有深入研究。已对有效药物在靶位和/或期望的时间选择性释放的药物递送系统的研究投入了大量精力。一种方法为通过局部和特定的酶活性特异性地选择性活化(全身性)前药。然而，很多情况下，关注的靶位缺乏适合的过表达酶。另一种方法为通过称作抗体导向酶前药疗法(antibody-directedenzyme prodrug therapy, ADEPT)的技术将酶运送到祀组织。在该途径中，酶通过与抗体(与肿瘤相关抗原结合)缀合来靶向至肿瘤部位。在全身性给药该缀合物，其在靶点集中并清除未结合的缀合物后，将设计的前药全身性给药并局部活化。该方法需要必定不被内源酶催化完成的反应。满足这些要求的非哺乳动物来源的酶很可能为高免疫原性，这使其不能重复给药。或者，前药可靶向疾病部位，然后经历疾病特异性或非特异性内源性活化过程(如pH、酶、含巯基化合物)。
[0004]靶向抗癌治疗被设计为相对于常规癌症化学疗法降低非特异性毒性并且提高有效性。该途径通过单克隆抗体(HlAbs)的强大靶向能力以特异性地将高活性的缀合小分子治疗剂递送至癌细胞来实现。在尝试处理毒性问题中，已将化学治疗剂(药物)与靶向分子(如与肿瘤细胞高度特异性结合的抗体或蛋白质受体配体)连接，以形成被称作抗体-药物缀合物(ADC)或免疫缀合物(immunoconjugate)的化合物。理论上免疫缀合物应为低毒性，因为它们将细胞毒性药物靶向至表达特定细胞表面抗原或受体的肿瘤。该策略已实现有限的成功，部分因为当将毒性药物缀合至大的抗 体或蛋白质受体配体上时，所述细胞毒性药物倾向于为无活性或低活性。免疫缀合物的有前景的进展已将细胞毒性药物通过连接基(linker)连接至抗体,所述连接基在肿瘤部位或肿瘤细胞内部断裂(Senter等人,CurrentOpinion in Chemical Biology2010, 14:529 - 537)。理想地，mAb 会特异性与抗原结合,所述抗原在肿瘤细胞上大量表达，但在正常组织有限表达。特别使那些对于临床应用毒性过大的药物得以使用。多数该领域的近期工作集中于高活性细胞毒性剂的使用。这需要连接基技术的研发，该连接基技术提供条件稳定性，从而其在与肿瘤结合后进行药物的释放，而不是在循环中进行。
[0005]药物作为缀合物是无活性的，但当其在靶点集中后，药物通过如pH或酶释放，这可为靶点特异性的，但也可为更普遍的。药物释放可由细胞外机制(如肿瘤组织中的低pH、缺氧、特定酶)实现，但通常可通过需要抗体缀合物首先内化的细胞内(大多为溶酶体)释放机制(如谷胱甘肽、蛋白酶、分解代谢)来实现更有选择性的药物释放。特定的细胞内释放机制(如谷胱甘肽、组织蛋白酶)通常(根据其性质)生成母体药物，其可逃出细胞并攻击附近细胞。这被看作是一些抗体-药物缀合物的重要作用机制，特别是在有不同受体表达的肿瘤或mAb穿透性较差的肿瘤中。可裂解的连接基的实例为:腙(对酸不稳定)、肽连接基(组织蛋白酶B可裂解)、有位阻的二硫基团(巯基可裂解)。此外，不可裂解的连接基也可用于mAb-药物缀合物。这些构建体在分解代谢时释放它们的药物，可能生成仍连接至一个氨基酸上的药物分子。仅一部分药物作为这样的缀合物会恢复它们的活性。此外，这些氨基酸-连接的药物不能逃离细胞。然而，由于该连接基是稳定的，因此这些构建体通常被认为是最安全的并且根据药物和靶点可为非常有效的。
[0006]目前的抗体-药物缀合物释放策略有它们的局限性。细胞外药物释放机制通常太无特异性(如PH敏感连接基)，其导致毒性。细胞内释放依赖于mAb-药物的效率(如受体调节的内化)，然而数种癌症缺乏以足够高重复数存在的癌症特异性且有效地内化的靶点。细胞内释放还依赖以足够高的量存在的活化酶(蛋白酶)或分子(巯基化合物，如谷胱甘肽)。细胞内释放后，在特定情况下，药物可从细胞逃离至靶点附近细胞。在不是每个细胞表达足够高量的祀受体的异源性肿瘤(heterogeneous tumor)中，这种效果被认为是有利的。在由于如升高的组织间隙压(其阻碍对流流动)而难以穿透的肿瘤中，这也是重要的。这对于大的如mAb (缀合物)的构建体特别是问题。在有结合部位屏障存在的情况下，这种机制也是至关重要的。一旦靶向剂离开脉管系统并且与受体结合，它在肿瘤内的运动会受限制。mAb缀合物被限制在血管周空间的可能性与其对它的靶点的亲和力有关。可通过增加mAb剂量改善穿透，然而这种途径受如在肝中的毒性剂量的限制。此外，从死细胞脱落的抗原可存在于肿瘤间质空间，在此它们可阻止mAb缀合物与它们的靶细胞结合。另外，许多靶点受无效内化阻碍，并且不同的药物不能以相同的方式连接至mAb。此外，已证明设计由靶点中的内源性元素选择性裂解，同时对于到靶点途中的内源性元素稳定(特别对于完整mAb清除慢的情况)的连接基是麻烦的。因此，最优的药物、连接基、mAb和靶点的组合需要基于个例选择并优化。
[0007]另一个可受益于有效前药途径的应用领域为T细胞结合抗体构建体(T-cellengaging antibody construct)(如双特异性或三特异性抗体片段)领域，其通过使免疫系统参与而作用于癌症。早已考虑到使活化的T细胞与癌细胞直接接触提供杀死癌细胞的有效方法(Thompson 等人，Biochemical and Biophysical ResearchCommunications366 (2008) 526 - 531)。在大量为此构建的双特异性抗体中，大部分包含两个抗体结合位点，一个位点祀向肿 瘤，并且另一个祀向T细胞(Thakur等人，CurrentOpinion in Molecular Therapeutics2010, 12 (3)，340-349)。然而，对于包含活性 T 细胞结合位点的双特异性抗体，会发生周围的T细胞结合。这不仅阻碍了缀合物到达肿瘤，还导致细胞因子风暴和T细胞耗竭。光活化的抗T细胞抗体被用来克服这些问题，其中所述抗T细胞活性仅在其需要的时间和位置(即通过肿瘤结合臂在肿瘤集中后)用紫外线辐射后恢复。抗-人CD3(T细胞靶向)抗体可用光裂解的1-(2-硝基苯基)乙醇(NPE)包衣可逆地抑制(Thompson 等人，Biochemical and Biophysical ResearchCommunications366 (2008) 526 - 531)。然而,基于光的活化限制于身体上光可穿透的部位，并且不容易修改以治疗全身性疾病(如转移癌)。可受益于前药途径的密切相关构建体为三特异性T细胞结合的抗体构建体，例如除了癌症靶向剂的CD3-和CD28T细胞结合基团(T-cell engaging moiety)。这样的构建体毒性太大不能像这样使用，并且⑶3或CD28或者两者的结合域需要掩蔽。
[0008]以下是期望的:可选择性地且可预期地在靶位活化靶向药物，而不依赖于同源穿透和靶向，并且不依赖于在到靶点的途中和在靶点内可能变化以及不同病症和不同患者可能变化的内源性参数。
[0009]为了避免目前前药活化的缺点，在Bioconjugate Chem2008, 19,714-718中已提出利用非生物的生物正交化学反应(也就是Staudinger反应)引发前药的活化。简而言之，在所引出的概念中，前药为药物和触发剂的缀合物，该药物-触发剂缀合物不是内源性(如酶或特定的pH)活化，而是通过活化剂(即与前药中的触发基团(Trigger moiety)反应的物质)的受控的给药来活化，从而引发药物从触发剂的释放(或者反之亦然，从药物释放触发剂，但是人们可观察该释放过程)。然而结果证明对于此概念，Staudinger方法效果不好，并且鉴于利用Staudinger反应的释放机制的特定本质，其适用性是有限的。使用Staudinger反应的其它缺点为它们有限的反应速率，以及这些反应膦组分的氧化不稳定性。因此，期望提供用于非生物的生物正交反应的反应物，其在生理条件下稳定，相互间更易反应，并且可通过多种机制引发结合药物的释放，从而提供更通用的活化药物释放方法。
[0010]在癌症治疗中，使用不依赖于内源性活化机制(如pH、酶)的生物相容性化学反应用于选择性前药活化是强大的新工具。在需要的时间和位置的前药选择性活化可控制体内的许多过程，包括癌症。从而疗法(如抗肿瘤抗体疗法)可变得更具特异性，提供正常细胞和肿瘤间的增强的治疗对比，以减少不良副作用。在T-细胞结合的抗癌抗体的内容中，本发明提供失活抗体构建体(即前药)的全身性给药和肿瘤靶向，减少偏离靶点的毒性。在肿瘤充分摄取并且抗体在非靶点区域清楚后，通过给药活化剂将肿瘤结合抗体活化，活化剂与触发剂或者抗体或特定抗体域上的触发剂反应，导致触发剂的移除以及T细胞结合功能的恢复。这导致了 T细胞的活化和抗癌作用(即这为药物释放)。
[0011]发明概述
[0012]为了更好地满足一个或多个上述期望，一方面，本发明提供双烯作为用于在生理环境中释放连接至反式-环辛烯的物质的活化剂的用途。与此相关，本发明还涉及用作活化剂的双烯，其用于在生理环境下释放连接至反式-环辛烯的物质，并且本发明还涉及在生理环境下激活连接至反式-环辛烯的物质的释放的方法，其中双烯用作活化剂。
[0013]另一方面,本发明还提供反式-环辛烯与双烯间的反电子需求的Diels-Alder反应作为用于在生理环境中释放结合物质的化学工具的用途。
[0014]另一方面，本发明为用于前药的给药和活化的药盒，所述药盒包含直接或间接连接至触发基团的药物和所述触发基团的活化剂，其中所述触发基团包含亲双烯体，并且所述活化剂包含双烯，所述亲双烯体包含反式-环辛烯环，所述环任选地含有一个或多个杂原子，并且选择所述双烯以使其能够与所述亲双烯体以反电子需求的Diels-Alder反应的形式反应。通过触发剂与活化剂的逆Diels-Alder反应来活化前药，导致药物的释放。
[0015]另一方面，本发明提供包含药物化合物的前药，所述药物化合物直接或间接连接至反式-环辛烯基团。
[0016]再一方面，本发明提供将药物化合物修饰为可通过非生物的生物正交反应触发的前药的方法，所述方法包括提供药物以及将所述药物化学连接至反式-环辛烯基团的步骤。
[0017]再一方面，本发明提供治疗方法，其中通过向患有可通过药物调节的疾病的患者给药包含在其活化后所述药物会被释放的触发基团的前药来治疗所述患者，其中所述触发基团包含反式-环辛烯环，所述环任选地包含一个或多个杂原子，并且选择所述双烯以便能与所述亲双烯体以反电子需求的Diels-Alder反应的形式反应。
[0018]另一方面，本发明提供包含八元非芳族环状单烯基团(优选环辛烯基团，更优选反式-环辛烯基团)的化合物，其用于动物或人中的前药疗法，所述基团包含与药物连接的键。
[0019]逆Diels-Alder 反应(retro Diels-Alder reaction)
[0020]下面给出的反应路线为(3，6)- 二 - (2-吡啶基)-S-四嗪双烯和反式-环辛烯亲双烯体的[4+2]Diels-Alder反应，然后进行逆Diels-Alder反应，其中形成产物和双氮。反应产物可互变异构化，这也如该路线所示。因为反式-环辛烯衍生物不包含如在经典Diels Aider反应中的吸电子基团，该类型Diels Aider反应区别于经典的Diels Aider反应，通常称作“反电子需求的Diels-Alder反应”。在下文中，两个反应步骤顺序(即开始的Diels-Alder环加成(通常为反电子需求的Diels Aider环加成)和随后的逆Diels Aider反应)会被简称作“逆Diels Aider反应”或“逆-DA”。有时会缩写为“rDA”反应。从而反应产物为逆Diels-Alder加成化合物或rDA加成化合物。
[0021]
【权利要求】
1.双烯作为用于在生理环境中释放连接至反式-环辛烯的物质的活化剂的用途。
2.反式-环辛烯与双烯间的反电子需求的Diels-Alder反应作为用于在生理环境中提供结合形式的化学物质如药物并且使其能够释放的目的的化学工具的用途。
3.权利要求1或2的用途，其中所述双烯选自:
4.用于前药的给药和活化的药盒，所述药盒包含直接或间接连接至触发基团的药物基团和所述触发基团的活化剂，其中所述触发基团包含亲双烯体，并且所述活化剂包含双烯，所述亲双烯体包含反式-环辛烯环，所述环任选地含有一个或多个杂原子，并且选择所述双烯以使其能够与所述亲双烯体以反电子需求的Diels-Alder反应的形式反应。
5.权利 要求4的药盒,其中所述亲双烯体包含式(Ia)的结构:
6.权利要求4的药盒，其中所述环辛烯满足式(Ib):
7.权利要求6的药盒，其中所述亲双烯体为选自下列结构的化合物:
8.权利要求4-7中任一项的药盒，其中所述活化剂包含双烯，所述双烯选自式(2)-(4)的双烯，其中所述双烯在R1和/或R2和/或A和/或B和/或X和/或Y基团中包含至少一个亲核位点，所述亲核位点优选存在于R1和/或R2基团中:
9.权利要求 8的药盒，其中所述双烯选自:
10.权利要求4-9中任一项的药盒，其中所述药物Dd或所述连接基Ld或所述触发基团Te中的至少一个包含靶向剂Tt，其优选为抗体。
11.权利要求4-9中任一项的药盒，其中所述Ld或所述触发基团Tk中的至少一个包含掩蔽基团MM，其优选为肽。
12.权利要求4-11中任一项的药盒，其中所述药物为T细胞结合抗体构建体。
13.权利要求1-10中任一项的药盒，其中所述前药为抗体-毒素缀合物或抗体-药物缀合物。
14.前药，其包含直接或间接地连接至反式-环辛烯基团的药物化合物，所述反式-环辛烯基团优选如权利要求5-7中任一项所定义。
15.将药物化合物修饰为可通过非生物的生物正交反应触发的前药的方法，其包括提供药物，以及将所述药物化学连接至反式-环辛烯基团，所述反式-环辛烯基团优选如权利要求5-7中任一项所定义。
16.治疗方法，其中通过向患有可通过药物调节的疾病的患者给药包含在其活化后所述药物会被释放的触发基团的前药来治疗所述患者，其中所述触发基团包含反式-环辛烯环，所述环任选地包含一个或多个杂原子，并且选择所述双烯以便能与所述亲双烯体以反电子需求的Diels-Alder反应的形式反应。
17.包含八元非芳族环状单烯基团(优选环辛烯基团，更优选反式-环辛烯基团)的化合物，其用于动物或人中的前药疗法，所述基团包含与药物连接的键。
18.权利要求1或2的用途，其中所述反式-环辛烯如权利要求5-7中任一项所定义，并且所述双烯如权利要求 8或9中所定义。
【文档编号】A61K47/48GK103889459SQ201280035096
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月16日
【发明者】M·S·罗比亚尔, H·M·扬森, W·坦恩赫费尔, R·M·费斯特根 申请人:皇家飞利浦有限公司