CN101416062A - 法呢基途径的生物标志物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新的生物标志物,其可以用于确定物质干扰法呢基途径的程度。
Description
二膦酸盐(bisphosphonates),尤其是氨基二膦酸盐抑制甲羟戊酸途径中的关键酶,法呢二磷酸(FPP)合成酶(Green JR.二膦酸盐:临床前综述(Bisphosphonates:preclinical review).The Oncologist 2004;9(Suppl4):3-13)。对该酶的抑制导致蛋白质异戊二烯化的减少(Rogers MJ,Gordon S,Benford HL,Coxon FP,Luckman SP, J,Frith JC.Cellular and molecular mechanisms of action of bisphosphonates(二膦酸盐作用的细胞和分子机制).Cancer(癌症).2000;88(12 Suppl):2961-78)。结果,影响了FPP的产生并因此影响了角鲨烯和类固醇(胆固醇)的生物合成。此外,涉及将法呢基或香叶基香叶基基团转移到蛋白质的半胱氨酸氨基酸残基上的信号传导蛋白的异戊二烯化也被阻碍。异戊二烯化是涉及许多代谢途径的一些关键蛋白的充分激活所必需的翻译后修饰,所述代谢途径是细胞存活,细胞骨架组构和癌症进展的基础(Green JR.Bisphosphonates:preclinical review(二膦酸盐:临床前综述).The Oncologist 2004;9(Suppl4):3-13;Wakeling AE.Inhibitors of growth factor signalling(生长因子信号传导的抑制剂).Endocr Relat Cancer.2005 Jul;12 Suppl 1:S183-7)。其中二膦酸盐干扰的途径描述在例如Reszka和Rodan,Mini-Reviews inMedicinal Chemistry(在药物化学中的小综述),2004,第4卷,第712页,图3中。
猫尿氨酸(2-氨基-7-羟基-5,5-二甲基-4-硫代庚酸)(HOOCCH(NH2)CH2SC(CH3)2CH2CH2OH)是一种已知在雄性猫尿中大量存在的重要的含硫的氨基酸。已经推测猫尿氨酸起着吸引雌猫的雄性信息素的作用(Hendriks WH,Woolhouse AD,Tartelin MF,Moughan PJ(1995b)Synthesis of felinine,2-amino-7-hydroxy-5,5-dimethyl-4-thiaheptanoic acid(猫尿氨酸,2-氨基-7-羟基-5,5-二甲基-4-硫代庚酸的合成).Bioorg Chem(生物有机化学)23:89-100)。到目前为止,没有显示猫尿氨酸存在于除了猫之外的物种中。
猫尿氨酸的衍生物,γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸的肾代谢物最近在家养猫的血液中被鉴定出来(W.H.Hendricks,D.R.Harding,K.J.Rutherfuurd-Marwick(2004),Isolation and characterization of renalmetabolites of,γ-glutamylfelinylglycine in the urine of the domestic cat(Feliscatus)(γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸的肾代谢物在家养猫(Felis catus)尿中的分离和表征),Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol 139,245-251)。这种三肽在其它动物物种中以类似于谷胱甘肽-S-缀合物的方式由肾代谢。除了前述游离猫尿氨酸的存在之外,在猫尿中还显示一些包含猫尿氨酸的代谢物的存在,包括N-乙酰基猫尿氨酸,felinyl甘氨酸和未改变的γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸。γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸在猫中的肾代谢以与谷胱甘肽S-缀合物在其它动物物种中类似的方式进行,尽管检测到felinyl甘氨酸说明可能存在微小的差别。
发明描述
本发明涉及一种新的生物标志物,其可以用于确定化合物干扰类固醇代谢的程度的方法中。所述生物标志物可以是2-氨基-7-羟基-5,5-二甲基-4-硫代庚酸,也称为猫尿氨酸的任何天然存在的衍生物。所述衍生物包括下式的化合物:
其中R,R’,R”和R”’独立地是:H,CH3,COCH3,COH,OCH3,OC2H5,Gly,Gln,Glu,Ala,Val,Met,磷酸根,或焦磷酸根。
所述标志物的优选的实施方案是γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸(3-甲基丁醇gluthatione),felinyl甘氨酸,猫尿氨酸或N-乙酰基-猫尿氨酸。
前述的标志物用在确定物质干扰类固醇代谢的程度的方法中,所述方法包括:
确定所述标志物在用所述物质处理受试者的体液,和完整的组织或组织提取物中的存在或不存在,其中N-乙酰基-猫尿氨酸的存在指示干扰类固醇代谢的物质,而N-乙酰基-猫尿氨酸的不存在指示不干扰类固醇代谢的物质。
体液可以是来自身体的任何流体,如血液,血浆,血清或尿液。完整的组织是任何类型的组织,其在根据本发明进行分析前从身体中移出。组织提取物是来自从身体中移出的组织的任何提取物,其使用本领域众所周知的提取方法获得。本文所述的方法是在它们从身体中移出后,在样品(体液,完整的组织,组织提取物)上进行的离体(ex-vivo),原位或体外方法。
在本发明的一个实施方案中,确定干扰法呢二磷酸产生的程度。优选地,所述体液是尿液,血浆或血清。在最优选的实施方案中,在受试者的尿液中确定N-乙酰基-猫尿氨酸的存在或不存在。
术语“干扰类固醇代谢的程度”涉及猫尿氨酸衍生物的产生和类固醇代谢之间的关联,如FPP的抑制。因此。更高水平的猫尿氨酸衍生物与强烈的干扰(例如FPP的较强烈抑制)相关,而猫尿氨酸衍生物的低或不可检测的水平与较弱干扰相关(例如FPP的更小的抑制,其可以由不同的抑制机制造成并且导致更低的抑制,例如蛋白质异戊二烯化的更小的抑制)。因此,存在在猫尿氨酸衍生物产生和法呢二磷酸产生之间的关联。
用于本文的术语“受试者”涉及任何哺乳动物,优选地涉及人受试者。尽管要理解的是,本文所述的方法没有直接在受试者身体上进行的。因此,它们不是体内方法。
发现,N-乙酰基-猫尿氨酸可以用于区别不同的二膦酸盐,伊班膦酸盐和唑来膦酸盐。
二膦酸盐是焦磷酸盐的类似物,其中偕位(geminal)氧已经被碳取代(见,图1在Mini-Reviews in Medicinal Chemistry(在药物化学的小综述)2004,第4卷,第712页中)。
伊班膦酸盐结构见例如图2,在Mini-Reviews in Medicinal Chemistry(在药物化学的小综述)2004,第4卷,第712页中。
唑来膦酸盐结构见例如图2,在Mini-Reviews in Medicinal Chemistry(在药物化学的小综述)2004,第4卷,第712页中。
尽管它们都可以抑制FPP合成酶,并且因此干扰固醇合成,它们抑制的程度不同。因此,发现在给定的时间间隔,唑来膦酸盐刺激导致在尿中存在高水平的N-乙酰基-猫尿氨酸,而关于伊班膦酸盐刺激,在尿中没有检测到N-乙酰基-猫尿氨酸水平。因此,根据本发明,还提供了在用伊班膦酸盐或唑来膦酸盐处理的受试者中区分伊班膦酸盐和唑来膦酸盐的方法,所述方法包括在用所述物质处理的受试者的体液,完整组织或组织提取物中确定N-乙酰基-猫尿氨酸或猫尿氨酸的另一种天然衍生物的存在或不存在,其中N-乙酰基-猫尿氨酸或猫尿氨酸的另一种天然衍生物的不存在指示患者是用伊班膦酸盐还是用唑来膦酸盐处理。优选地,身体提取物是尿液,血浆或血清。在最优选的实施方案中,在受试者的尿中确定N-乙酰基-猫尿氨酸的存在或不存在。
可以通过NMR或LC/GC-MS获得鉴定和量化。
根据本发明,N-乙酰基-猫尿氨酸或任何天然存在的猫尿氨酸的衍生物也可以用作用于二膦酸盐诱导毒性,尤其是肾毒性的标志物。在唑来膦酸盐处理的动物中,在组织病理学方面观察到了肾毒性和肝毒性,但是关于伊班膦酸盐则没有观察到这些。
此外,本发明提供将具有下式的猫尿氨酸衍生物用作标志物的应用,
其中R,R’,R”和R”’独立的是:H,CH3,COCH3,COH,OCH3,OC2H5,Gly,Gln,Glu,Ala,Val,Met,磷酸根,或焦磷酸根,所述标志物用于信号传导蛋白的翻译后修饰蛋白异戊二烯化的改变。
许多代谢途径取决于蛋白质异戊二烯化。因此,蛋白质异戊二烯化的减少影响所述代谢途径。
附图简述:
图1a,b):N-乙酰基-猫尿氨酸在猫中的合成途径。报道了猫种类的合成N-乙酰基-猫尿氨酸的途径。提议了两种合成,都需要异戊烯基(与类固醇合成相关!)。假定一种合成在肾中发生,另一种合成开始在肝中,其中通过血液将三肽运输到肾中并代谢为n-乙酰基-猫尿氨酸。黄色的框标记在肾中假定的结构和反应,蓝色的框标记在肝中假定发生的反应,绛红色的框标记三肽,所述三肽通过血液从肝中运输到肾中。通过在血浆中寻找三肽应该可能在肝合成和纯的肾合成中进行区分。
图2:在给药前,三只大鼠的NMR光谱。
图3a)-c):相对于肌酸酐的bin 1.32ppm(N-乙酰基猫尿氨酸的甲基信号)的时间进程:注意:伊班膦酸盐给药的大鼠显示在bin 1.32中没有增加!
图4a)-c):大鼠尿NMR光谱的统计学分析揭示在1.32ppm的重要信号
图5:在给药后96小时三只大鼠的NMR光谱:在1.32ppm仅对于唑来膦酸盐给药大鼠可见的新信号。
图6:用6mg/kg唑来膦酸盐给药的大鼠尿液中关于N-乙酰基猫尿氨酸的结构阐释的2D,1H,13C HMBC光谱。
图7:大鼠尿液的LC-MS研究:大鼠对照组;关于预期质量的N-乙酰基猫尿氨酸没有观察到信号(绿色萃取离子色谱和室温下9.6分钟的中间(middle)MS示踪)(m/z 248,以阴性模式)。
图8:大鼠尿液的LC-MS研究:在给药后96小时,用6mg/kg唑来膦酸盐给药组的大鼠:对于预期质量的N-乙酰基猫尿氨酸观察到强烈的信号(红色萃取离子色谱和室温下9.6分钟的中间MS示踪)(m/z 248,以阴性模式)。MS/MS显示预期的断裂模式(m/z 119)。
图9:大鼠尿液的LC-MS研究:在给药后96小时,在用3mg/kg伊班膦酸盐给药组的大鼠中,关于预期质量的N-乙酰基猫尿氨酸没有发现信号(m/z 248以阴性模式)。
图10:大鼠尿液的LC-MS研究:加入N-乙酰基猫尿氨酸的大鼠对照组;关于预期质量的N-乙酰基猫尿氨酸发现强烈的信号(m/z 248,以阴性模式)。
实施例
1.1 测试系统
基本原理 用于所有COMET研究的标准品系
来源 Charles River Deutschland GmbH Sulzfeld/德国
组分配 组1-5:每组10只雄性
动物总数量 50只雄性
在递送的年龄 约6周(在处理开始的8周)
区分 笼子编号和耳朵刺的标记
随机化 计算机产生的随机算法
1.2 分配
*仅用赋形剂处理对照动物.
1.3 饲养管理
条件 标准实验室条件。以每小时10-15次换气来进行空气调节,持续监测环境在温度22±3℃和相对湿度在30-70%的目的范围。12小时荧光光照/12小时黑暗周期,在光照阶段播放音乐。
住宿 在顺应期的大部分天数里,将每只动物置于具有金属网眼顶部和标准的软木垫的Makrolon3型的笼子(′Lignocel′Schill AG,CH-4132 Muttenz/瑞士)中,并在顺应期的三天(第7天,第4天和第1天)和整个取样阶段,将每只置于代谢笼(>300g,Tecniplast,意大利)中。
饮食 随意取用Purina chow 5002经过检验的啮齿类动物饮食,其是非小丸的(non-pelleted)(PMI Nutition International,LLC P.O.Box 19798,布伦特伍德,MO 63144美国)。从顺应期开始时即向动物提供。
水 随意取用来自Itingen的公用自来水。在附录I中显示代表性的细菌学、化学和污染物分析结果。
见第110-113页
1.4 测试项目
化合物1:在盐水溶液中的伊班膦酸盐
化合物2:在盐水溶液中的唑来膦酸盐
对照/赋形剂:盐水溶液(0.9%)
1.5 尿取样
以下面的取样计划表中给出的间隔,在0-4℃(通过Tecniplast取样/冷却装置自动冷却)在代谢笼中收集尿样品到样品管中,所述样品管包含1ml的叠氮化铯水溶液(1%)。在等分前,确定尿液的体积。
*:该样品经历如下所述的另外的特殊的尿液分析
在达到取样阶段末期后立即确定体积并将样品在3000u/分钟[500g]离心10分钟。
1.6 通过NMR和LC-MS确定N-乙酰基-猫尿氨酸
基于1D和2DNMR光谱鉴定尿样品中的N-乙酰基-猫尿氨酸。在Bruker AV 600分光计上在600.13MHz上获得光谱并在Bruker DRX-500分光计上在500.13MHz获得光谱。制备并测量尿样品并如别处所述评价数据(Keun,H.C.;Ebbels,T.M.D.;Antti,H.;Bollard,M.E.;Beckonert,O.;Schlotterbeck,G.;Senn,H,;Niederhauser,U.;Holmes,E.;Lindon,J.C.;Nicholson,J.K.Chem.Res.Toxicol.2002,15,1380-1386)。
将400微升的尿的等分试样转移到孔板中。为了调整尿的pH,将200微升的缓冲液[约0.2M Na2HPO4/NaH2PO4,约1mM TSP(3-三甲基甲硅烷基-D4-丙酸),约3mM叠氮化钠]加入每个孔中。在4℃,在约3,000rpm将制备的孔板进行离心5-10分钟以去除不溶的物质。
在300K测量进行Metabonomic分析的1H NMR光谱(例如,在500Mhz,64k数据点,12019.2Hz光谱宽度)。通过使用标准的脉冲-顺序(例如noesyprld,以2秒放松延迟辐射,并在100ms的混合时间中)抑制水共振。对于每个样品,加入需要的许多瞬时,以提供具有足够高信号:噪音比的光谱。通过使用匹配的窗功能(例如1b=1),随后通过(自动或手动的)相位调整和基线校正进行傅立叶转换。关于加入的TSP(定义为0.0ppm)进行参照。用Bruker XWinNMR3.5软件进行光谱的获得和处理。
减少每个记录的光谱的大小来进行简单的统计学分析(例如,对于根据标准方法记录的NMR光谱,通过在0.2-10.0ppm之间的等距整合来计算245个变量)。在分析前,排除或合并包含误导信息(例如,溶剂,覆盖4.5-6.0ppm的区域的尿素)的区域(例如,2.66-2.74ppm的区域充当指示柠檬酸盐的值)。考虑尿浓度中的变化,将所有减少数据的光谱标准化到不变的100个单位的整合强度。
多变量数据分析鉴定信号,信号的模式和其衍生出的代谢物,它们在个体和个体的组之间显著不同。由此,将广泛PCA(主要成分分析)用于鉴定信号的显著模式并且将这些模式分配到样品和样品的组中。还将PLS(对潜在结构的预期,部分最小二乘方)用于发现信号的显著模式,其中与PCA相反,将给药组的信息用于加强显著变化的鉴定。以代谢物的内部数据库的辅助,以途径绘图方法(KEGG数据库)的辅助和以当可能时对于未知代谢物的分光镜结构的辅助阐释进行分配。
在用唑来膦酸盐给药的大鼠的光谱中发现N-乙酰基-猫尿氨酸(见图5)。在1DNMR光谱中观察到在1.32ppm的信号,并在2D NMR实验的基础上阐释结构(见图6)。
LC-MS
此外,还在尿样品的LC-MS实验中确定N-乙酰基-猫尿氨酸。
使用与装配了电喷射界面的Bruker Esquire 3000+质谱仪偶联的Agilent 1100HPLC系统进行尿的LC-MS分析。用蒸馏水将尿样品稀释4倍并从维持在4℃的孔板将2μl注射到150mm x 3.9mmWaters AtlantisdC18 3μm HPLC柱上,所述柱维持在30℃的烘箱中。将所述柱以1ml/分钟的流速洗脱;流动相A由20mM乙酸铵组成,流动相B由乙腈组成。将以100%A起始5分钟的梯度洗脱在15分钟内线性增加到95% B并在95% B维持3分钟,在1分钟内回到100% A,接着在最后的5分钟内再平衡,随后注射下一个样品。以81/分钟的干燥气流,27psi的喷雾器压力和330℃的干燥温度,以阴性模式(negative mode)运行质谱仪。设定仪器以获得m/z 50-800的质量范围。在该条件下,在给药唑来膦酸盐的大鼠的样品中,在9.6分钟的停留时间发现预期为m/z 248的N-乙酰基-猫尿氨酸(见图8)。MS/MS实验揭示预期的片段m/z 119。在LC-MS中,还可以以阳性模式(positive mode)测量N-乙酰基-猫尿氨酸。在本文,在m/z 250发现相应的M+H+质量。
Claims (9)
2.权利要求1的方法,其中所述干扰在体液中进行确定,所述体液是尿,血浆或血清。
3.权利要求1或2任一项的方法,其中所述猫尿氨酸衍生物是γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸(3-甲基丁醇gluthatione),felinyl甘氨酸,猫尿氨酸或N-乙酰基-猫尿氨酸。
5.权利要求4的方法,其中所述体液是尿,血浆或血清。
6.权利要求4或5的方法,其中所述猫尿氨酸衍生物是γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸(3-甲基丁醇gluthatione),felinyl甘氨酸,猫尿氨酸或N-乙酰基-猫尿氨酸。
8.权利要求7的应用,其中所述猫尿氨酸衍生物是γ-谷氨酰基felinyl甘氨酸(3-甲基丁醇gluthatione),felinyl甘氨酸,猫尿氨酸或N-乙酰基-猫尿氨酸。
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