CN101437505A - 去甲二氢愈创木酸衍生物在治疗抗药性癌症、病毒和微生物感染中的用途 - Google Patents
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Abstract
使用去甲二氢愈创木酸(NDGA)衍生物用于防止细胞中MDR1基因表达和PgP蛋白合成或逆转细胞中多药抗药性的组合物和方法，以及使用NDGA衍生物联合另外的化疗剂治疗抗药性癌症和传染的组合物和方法。
Description
发明背景
本发明涉及防止或逆转细胞中多药抗药性的化合物和方法。
发现天然产生的植物木酚素的合成衍生物，四-o-甲基去甲二氢愈创木酸(四-o-甲基NDGA或M4N)具有抗病毒和抗癌活性，不是通过结合必需的病毒或细胞周期相关的蛋白质，而是通过以突变不敏感的方式阻断这些生长相关基因的转录，给予了M4N长期使用的有效性(1-3，15)。M4N在细胞培养物和Thy-/Thy-小鼠中五种人癌症异种移植物(乳腺癌、MCF-7、肝癌Hep3B、结直肠癌HT-29、前列腺癌LNCaP和慢性骨髓性白血病K562)中都能够抑制SP1-调节的Cdc2和存活蛋白基因表达，其随后诱导细胞停止在细胞周期的G2/M期并以及时的方式凋亡(4，5)。在这个过程的最初阶段中，如果在M4N存在下用这对基因的SP1-无关的、CMV启动子-驱动的构建体来转染这些细胞，M4N处理的癌细胞可以恢复它们的复制和抗凋亡能力。这种发现与如下模型一致：M4N对这两个基因转录效果的模型是启动子SP1-依赖性的(4)。在通过IP和IV途径注射和通过口喂M4N时，发现小鼠组织中M4N的分布和累积是选择性的且血液中的药物水平非常低和只是暂时存在(5)。在使用皮下、阴道内和IV制剂的所有毒性研究中，狗和兔中的含量也只是勉强可检测的。在迄今为止进行的所有毒理学研究中，没有观察到例如使用顺铂或其他非选择性细胞毒性剂看到的先祖细胞类型消除的证据。在迄今为止的临床试验中，M4N没有引起全身副作用，如胃肠道问题、贫血和脱发(6)。
多药抗药性基因1(MDR1)编码170kda膜蛋白腺苷三磷酸酶P-糖蛋白(Pgp)药物转运蛋白(7)。MDR1是ATP-结合盒(ABC)家族(8)的一个成员，对于该家族在化疗处理后排出细胞毒性化合物的能力是通常已知的(9)。Pgp蛋白质的底物包括药物，如多柔比星(Dox)(也称为阿霉素)、长春碱、紫杉醇、长春新碱的和许多其他的药物(10)。最近已经广泛研究了基于MDR-1基因表达的机理。在应答环境信号中，发现高水平的MDR-1表达取决于一组在MDR1启动子位点以增强体形式与独特的DNA序列相互作用的转录因子。在Dox诱导时，MDR-1的转录快速进行。在该过程中，已经表明了转录因子NF-Y1结合Sp1/Sp3来募集P/CAF组蛋白乙酰转移酶至MDR启动子位点。组蛋白乙酰化进一步促进了与活性MDR1转录相容的局部染色质结构的形成(10)。许多研究实验室积极地进行着对于可以抑制MDR1和Pgp合成的化合物的寻找。例如，已经发现化合物ET-743，其靶向NF-Y1/PCAF复合物，能够抑制MDR-1基因激活(11)。与Sp1/EGR1/WT1竞争的用于结合MDR-1启动子GC元件的阻遏物K2-5F显著降低了MDR-1表达(12)。
抗药性是与使用细胞毒性药物如Dox、长春碱、紫杉醇、长春新碱和其它药物的癌症治疗相关的主要问题之一。Dox的长期使用，例如，导致在原发性和转移性肿瘤中产生由高MDR-1基因表达和细胞腺苷三磷酸酶药物转运蛋白Pgp累积引起的抗药性。Pgp起作用以从肿瘤细胞中排出药物，导致更少的药物处于能够抑制肿瘤生长的部位。
概述
本发明包括，特别是，用于治疗细胞和生物中抗药性(例如，多药抗药性)，和用于治疗癌症和其他疾病的组合物、用途和方法，在所述疾病中细胞或微生物已经产生或可能产生一种或多种化疗剂或药物的抗药性。
因此，本发明包括NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐用于防止细胞中药物转运蛋白Pgp的合成和功能中的至少一种的用途；该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
本发明还包括NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐联合至少一种第二化疗剂来治疗癌症的用途，该NDGA具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；
所述氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
本发明进一步包括NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐防止或克服癌细胞中多药抗药性的用途；该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环结合，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
还包括克服微生物中抗药性的方法，它包括将有效量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐给予所述微生物或含有该微生物的宿主，其中该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地1-10个碳原子的连接体与苯环连接；条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
此外，本发明包括治疗动物中抗药性感染的方法，它包括将有效量的化合物或该化合物生理学上可接受的盐和至少一种感染抵抗的治疗剂一起给药于该动物，该化合物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
本发明包括组合物，该组合物含有化合物或该化合物生理学上可接受的盐，该化合物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个是通过氧原子与苯环连接的β-氨基酸残基；或
ii)R1-R4中的一个是糖残基，其任选地通过氧原子和1-10个-CH2-基团与苯环连接。
此外，本发明包括组合物，该组合物含有NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂，该NDGA衍生物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；
所述氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
本发明还包括测定NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和用于治疗癌症的第二化疗剂的最佳剂量组合的方法，其中该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-；CH3O-；CH3(C＝O)O-；氨基酸残基；取代的氨基酸残基；糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子和氧原子的连接体与苯环连接；该方法包括
(a)将一系列不同剂量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂的组合物施用到癌细胞的培养物中；
(b)测量细胞的生长速率；
(c)使用等效应图(isobologram)方法或组合指数法来测定使用次最佳浓度的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂获得可比较功效的最佳组合剂量。
在以下部分和权利要求中更全面地描述了本发明的这些和其他方面。
附图简要说明
图1.M4N处理对MCF细胞和NCI/ADR-RES细胞生长的效应。A.培养物中。B.Thy-/Thy-小鼠的异种移植物中。
图2.M4N处理对MCF-7和NCI/ADR细胞中Cdc2和存活蛋白产生的作用-蛋白质印迹分析。
图3.M4N、Dox、紫杉醇及其组合在NCI/ADR-RES细胞中的剂量-效应曲线。A.M4N和多柔比星(Dx)，单独和组合。B.M4N和紫杉醇(Px)，单独和组合。x-轴表示以μmol/l计的药物剂量，y-轴表示Fa，受影响(生长抑制)细胞的分数。
图4.M4N与Dox或紫杉醇组合在NCI/ADR-RES细胞中的分析。A.不同效果水平(Fa)的M4N和多柔比星(Dx)组合的等效应图。B.不同效果水平(Fa)的M4N和紫杉醇(Px)组合的等效应图。
图5.M4N与Dox或紫杉醇组合在NCI/ADR-RES细胞中的分析。A.M4N和多柔比星(Dx)组合的CI曲线。B.M4N和紫杉醇(Px)组合的CI曲线。
图6.M4N对NCI/ADR-RES人乳腺癌细胞中MDR1基因表达和Pgp水平的作用。A.通过总RNA的RT-PCR产生的MDR1和GAPDH(归一化对照)cDNA的琼脂糖凝胶分析，该总RNA来自用0、5、10和20μM M4N处理三天的细胞。柱状图中的结果归一化为GAPDH。B.用0、5、10和20μM M4N处理三天的细胞中Pgp和细胞周期蛋白B1(归一化对照)的蛋白质印迹分析。柱状图中的结果归一化为细胞周期蛋白B1的标准化。
图7.M4N对MCF-7细胞中通过多柔比星诱导的MDR1基因表达的作用。在5μM M4N存在或不存在下，使MCF-7细胞保持未处理或用0.05μM多柔比星处理两天，然后分析总RNA和蛋白质的MDR1基因表达和Pgp蛋白水平。A.通过RT-PCR产生的MDR1和GAPDH(归一化对照)cDNA的琼脂糖凝胶分析。STD，来自NCI/ADR-RES细胞的cDNA。B.Pgp和细胞周期蛋白B1(归一化对照)蛋白水平的蛋白质印迹分析。STD，来自NCI/ADR-RES细胞的蛋白质的分析。
图8.Pgp-介导的罗丹明123排出的抑制。测试在0、1.25、2.5、3.75和5.0μM M4N存在下孵育三天的NCI/ADR-RES细胞保持罗丹明123的能力。将细胞中剩余罗丹明123的百分比对时间作图。
图9.(A)麦芽糖-M3N对人肿瘤细胞系增殖的效应。用不同浓度的麦芽糖-M3N处理HT29、LNCaP、Hep3B、K562和MCF7 72小时。通过MTT测定法来测量细胞存活力百分比并将其表示为一式三份数据点的平均值±SD。(B)用DAPI将未处理的或用60μM麦芽糖-M3N处理72小时的Hep3B细胞染色。箭头表示凋亡体。
图10.麦芽糖-M3N对人肿瘤细胞系中Cdc2和存活蛋白表达的作用。从对照细胞[C]或暴露于麦芽糖-M3N 24和72小时的细胞[M]制得总蛋白提取物并通过蛋白质印迹分析来分析CDC2和存活蛋白水平。将β-肌动蛋白用作负荷对照。
图11.肿瘤内麦芽糖-M3N处理对C3肿瘤的凋亡，以及CDC2和存活蛋白水平的效应。从每日肿瘤内注射所示浓度的麦芽糖-M3N或安慰剂(0.15M NaCl)处理4天的小鼠切除肿瘤。将固定的肿瘤切片并使用对CDC2和存活蛋白特异性抗体通过H&E染色和免疫化学分析来分析。
图12.M4N和麦芽糖M3N(Mal-M3N)单独以及结合紫杉醇(Px)对裸鼠中NCI/ADR-RES乳腺癌异种移植物肿瘤的Pgp蛋白水平的效应。用i.p.注射M4N(320μmol/m2)、Mal-M3N(320μmol/m2)或Px(16μmol/m2)，单独或组合，每日处理小鼠，处理两周，将来自该小鼠的甲醛固定的肿瘤切片并使用人对Pgp特异性抗体通过H&E和免疫化学染色来分析。
发明描述
本发明使用去甲二氢愈创木酸衍生物，如四-o-甲基NDGA，(M4N)来停止Pgp蛋白的形成和/或功能。发明人发现M4N抑制Dox-诱导的MDR基因表达、Pgp蛋白的合成并防止Dox从药物处理过的细胞中“泵出”。M4N处理使Dox更可利用于靶向细胞周期S期的TopII/DNA复合物。因此，可以协同使用低浓度的M4N和Dox来控制癌生长。
此外，发现M4N及其衍生物在NCI/ADR-RES细胞的人乳腺癌异种移植物的消除中非常有效，NCI/ADR-RES细胞是已经获得对Dox强烈抗药性的一种细胞系。M4N阻断了NCI/ADR-RES细胞中的Cdc2和存活蛋白基因表达，并且显著地，M4N也能够防止MDR1基因的表达。其他NDGA衍生物，如下所述，应当也呈现这些特性。
如在此所用的“去甲二氢愈创木酸衍生物”的意思是指以下结构的化合物及其生理学上可接受的盐：
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-，条件是R1、R2、R3和R4各自不同时是HO-；氨基酸残基；取代的氨基酸残基。还包括该式的化合物及其生理学上可接受的盐，其中R1、R2、R3和R4中的一个是糖残基且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-。该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基可以任选地通过1-10个，更常见1-6个碳原子的连接体与苯环连接，最常见具有连接该碳连接体至苯环的氧原子。通常连接体包括2-4个-CH2-基团，例如，(糖残基)-CH2-CH2-O-(苯基)。R1-R4可以相同或不同，除了在特定的应用(例如，癌症的治疗)中，其中R1、R2、R3和R4各自不能同时是HO-。优选R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基；取代的氨基酸残基；糖残基。
用作取代基的氨基酸包括天然产生和合成的氨基酸。这些包括，特别是，丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸、5-羟基赖氨酸、4-羟基脯氨酸、甲状腺素、3-甲基组氨酸、ε-N-甲基赖氨酸、ε-N，N，N-三甲基赖氨酸、氨基己二酸、γ-羧基谷氨酸、磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸、磷酸酪氨酸、N-甲基精氨酸和N-乙酰赖氨酸。包括R和L型以及混合的R和L型的α氨基酸。其它可能的取代基包括在氨基和羧基之间存在2个或更多个(通常2-4个)-CH2-基团的氨基酸，如以下更详细描述的，及其衍生物。因此，氨基酸残基可以是α、β、γ或更高阶氨基酸的残基，优选在其他方面对应天然产生的氨基酸的氨基酸残基。氨基酸残基优选通过连接残基中羰基的氧原子连接苯环。
打算将取代的氨基酸残基和氨基酸的衍生物包括那些残基：其中一个或多个氢原子已经被甲基或其他直链或支链低级烷基(1-6个碳原子)、硫酸根或磷酸根基团等替代，例如，其中在氨基上进行了二甲基取代。
由于M4N在水溶液中有限的溶解度，为了更易于配制和施用药物组合物，存在对具有相似特性的水溶性化合物的需要。例如，通过M3N的糖基化来获得其中R1-R4中的一个是糖例如单糖或二糖的化合物，可以实现溶解度的提高。出于空间原因，已经发现优选包括在糖和连接苯基的氧原子之间含有1-10个，更常见1-6个碳原子，通常2-4个-CH2-基团的连接基团。有用的糖的实例是麦芽糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、葡糖胺以及其中糖的OH基团被其他基团如O-甲基、O-乙酰基、氨基、羧基、低级烷基、低级酰基(1至6个碳原子)、磷酰基和/或磺基置换的它们的衍生物，或相同或不同种类的2个或更多个糖的寡糖。这样化合物的实例是其中R1或R2是麦芽糖或半乳糖且剩余的R基团是-OCH3的那些，如以下的化合物(分别被称为半乳糖-M3N和麦芽糖-M3N)：
待治疗的肿瘤包括呈现抗药性，特别是由细胞中MDR1基因的存在/超表达引起的抗药性的任何癌性或非癌性肿瘤(Ling，V.Multidrugresistance：Molecular Mechanisms and Clinical Relevance(多药抗药性：分子机理和临床关联)，Cancer Chemother.Pharmacol.40：53-58，1997)。这样的肿瘤包括，特别是，乳腺癌、转移性肺癌、原发性黑素瘤、卵巢癌、多发性骨髓瘤和非霍奇金淋巴瘤。
打算将术语“癌性肿瘤”包括可能已经经受或可能没有经受转移的任何恶性肿瘤。打算将术语“非癌性肿瘤”包括任何良性肿瘤。按照本领域技术人员通常理解的来使用这些术语。
可以通过本发明的组合物和方法治疗的良性和恶性肿瘤的其他实例可以在Cancer Biology(癌生物学)的表1-1中找到(Raymond W.Ruddon，Cancer Biology(癌生物学)，第3版，Oxford Univ.Press，1995，在此引入作为参考)。待治疗的肿瘤包括已知具有病毒起因的那些，以及不具有病毒起因的那些。预期本发明的组合物和方法在实体肿瘤的治疗中特别有用。
“多药抗药性”或“MDR”意思是指对一种或多种治疗化合物抗药性的细胞、微生物等，该化合物打算用来灭活或杀灭那些细胞或微生物包括，例如呈现高MDR-1基因表达的那些。术语“抗药性”还用来指已知对特定治疗化合物抗药性的细胞、微生物等。
考虑到局部(例如，局部或通过局部注射至肿瘤中)或通过全身传送(例如，口服、腹膜内、静脉内、皮下或肌内)来给药NDGA衍生物或含有该衍生物的药物组合物，通常和药学上可接受的稀释剂、赋形剂和载体一起。可以将非水溶性衍生物在合适的溶剂中配制成药物组合物，用于注射至肿瘤中，例如，以DMSO溶液的形式。也可以使用局部给药的其他方式，如局部应用或靶向传送至肿瘤部位。
水溶性的化合物和组合物可以在任何药学上可接受的水溶液如磷酸盐缓冲溶液(PBS)中配制。也可以将NDGA衍生物用于基于脂质或基于水的制剂中，用于全身传送，如本领域已知并使用的。
NDGA衍生物可以非极性化合物的形式或以游离酸/碱的形式、或四氢氯化物的形式或其他生理学上可接受的盐来使用。
本发明的化合物可以结合其他诊断或治疗化合物并和药学上可接受的稀释剂、赋形剂和载体一起使用，这是指本领域技术人员清楚的。
根据本发明，“药学上可接受的稀释剂、赋形剂和载体”意思是本领域技术人员已知的与NDGA衍生物相配伍并适用于局部或全身给药于动物这样的化合物，动物特别是人或其他哺乳动物。可以通过制药领域公知的任一种方法制得用于口服或肠胃外给药的有用溶液，例如，这些方法描述于Remington’s Pharmaceutical Sciences(雷明顿药物科学)中，(Gennaro，A.编辑)，Mack Pub.(1990)。
获得所需治疗效果而给药的化合物的量可以改变，但是本领域技术人员容易决定。剂量、给药频率和治疗长度取决于各种情况，主要是取决于肿瘤的大小和类型。预期常规剂量为约10-104μmol/m2患者或受治疗者的体表面积，更常见102-103μmol/m2患者或受治疗者的体表面积。
除了凭借自身是有效的抗癌剂外(美国专利No.6,214,874，6,417,234，6,608,108)，NDGA衍生物显示出能够解决许多与临床中常用的细胞毒性药物相关的药物药物抗药性问题。通过使用这些相对非毒性的衍生物并结合低浓度的其他细胞毒性药物可以获得高效的癌症控制。因此，NDGA衍生物可以用作第一化疗剂，与用作癌性或良性肿瘤化疗剂的各种细胞毒性剂，例如，Dox、长春碱、紫杉醇和长春新碱一起使用。如在此所用的，这样的其他化疗剂将称为“第二”化疗剂。当结合NDGA衍生物时，降低浓度的这些第二化疗剂足以获得高功效。包括于在此所用的“第二化疗剂”意思内的其他常用化疗剂的列表可以在Blagosklonny，Cell Cycle 3：e52-e59(2004)中找到；其他细胞毒性化合物是本领域技术人员已知的。
在此所述的NDGA衍生物还可以用于治疗抗药性病毒、细菌和其他相似的感染，通过给药这些衍生物结合由于抗药性基因的存在或超表达而微生物已经对其变得抗药性的药物化合物。
因此，本发明提供了使用NDGA衍生物防止细胞中药物转运蛋白Pgp的合成和功能中至少一种的用途，该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-，条件是R1、R2、R3和R4各自不同时是HO-；氨基酸残基；取代的氨基酸残基；和该衍生物的生理学上可接受的盐。用于该用途的还包括该式的化合物，其中R1、R2、R3和R4中的一个是糖基且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-，以及该化合物的生理学上可接受的盐。氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个，更常见1-6个碳原子和氧原子的连接体与苯环连接，如上所述。优选R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基；取代的氨基酸残基；和糖残基。
氨基酸残基可以是，例如，天然产生的氨基酸或其衍生物的残基，或在氨基和羧基之间存在至少两个-CH2-基团的氨基酸或其衍生物的残基。在一个实施方案中，使用四-o-甲基去甲二氢愈创木酸(M4N)。例如，可通过化疗剂，如Dox、长春碱、紫杉醇和长春新碱来引起化学诱导。细胞可以是，例如，肿瘤细胞，或感染性微生物，如病毒、细菌、寄生物或真菌。
例如，可以通过抑制细胞中的化学诱导、防止MDR1的转录和/或防止Pgp的合成来防止Pgp的合成或功能。细胞可以是，例如，肿瘤细胞，或感染性微生物，如细菌、病毒、寄生物或真菌。
相应地，本发明提供了防止细胞中药物转运蛋白Pgp的合成和功能中至少一种的方法，该方法包括将有效量的上述NDGA衍生物中的一种给予细胞。
上述衍生物还可以结合一种或多种化疗剂使用来治疗癌症。这些第二化疗剂可以是，例如，Dox、长春碱、紫杉醇或长春新碱。已经发现约2:1至约100:1，更常见约10:1至约50:1(例如，约20:1)的特定比例的NDGA衍生物与第二化疗剂特别有利，因为它们提供了每种药剂最小剂量的最佳结果。在本上下文中，“约”意思是指±25％，即，例如，对于约20:1的比例来说为15:1至24:1的比例。
因此，将清楚的是，上述的NDGA衍生物可用于防止或克服癌细胞中的多药抗药性，并且本发明提供了克服癌细胞中抗药性的方法和用途，包括将有效量的上述NDGA衍生物给予癌细胞，用于防止或克服MDR。抗药性可以是，例如，对Dox、长春碱、紫杉醇、长春新碱以及用于治疗癌症的其他药物的抗药性。
因此，本发明还提供了治疗癌症的方法，它包括给予NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐结合第二化疗剂来治疗癌症，其中该NDGA衍生物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子和氧原子的连接体与苯环连接。
这类第二化疗剂可以是，例如，Dox、长春碱、紫杉醇和/或长春新碱。癌症可以是人癌症，例如，乳腺癌、肺癌、黑素瘤、卵巢癌、多发性骨髓瘤和非霍奇金淋巴瘤，或可以是非人动物尤其是哺乳动物中的癌症。
本发明还提供了克服微生物中抗药性的方法，它包括将有效量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐给予所述微生物或含有该微生物的宿主，其中该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子的连接体与苯环连接；条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
微生物可以是，例如，病毒、细菌、寄生物或真菌。
因此，本发明还提供了治疗动物中抗药性感染的方法，它包括将有效量的如上所述的NDGA衍生物和至少一种感染抗药性的药物(例如，抗生素)给药于动物。感染可以是，例如，病毒、细菌、寄生物或真菌感染。
本发明还提供了用于上述目的的化合物和组合物。特别地，本发明提供了化合物或该化合物生理学上可接受的盐，该化合物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括通过氧原子与苯环连接的β-、γ-或更高阶氨基酸残基；或
ii)R1-R4中的一个是糖残基，任选地通过氧原子和1-10个-CH2-基团与苯环连接；和
剩余的R基团是-OCH3。
本发明这方面的一个实施方案中，R1-R4中的至少一个是β-、γ-或更高阶氨基酸残基，任选地通过氧原子和1-10个-CH2-基团与苯环连接。剩余的R基团可以是，例如，HO-、CH3O-或CH3(C＝O)O-。在另一个实施方案中，R1-R4中的一个是糖部分，并且剩余的基团独立地选自HO-、CH3O-或CH3(C＝O)O-。
在一个实施方案中，R1-R4中的至少一个是β-氨基酸，并且剩余的R基团是CH3O-。β-和γ-氨基酸指的是在氨基和羧基之间各自具有2个或3个-CH2-基团的氨基酸。在一个实施方案中，β-和γ-氨基酸残基分别对应于在氨基和羧基之间存在一个或两个另外的-CH2-基团的天然产生氨基酸。
在一个实施方案中，R1-R4中的一个是单糖或二糖，例如，半乳糖或麦芽糖。这些类型的衍生物的实例是麦芽糖-M3N和半乳糖-M3N，如上所述，麦芽糖-CH2-CH2-O-M3N，和半乳糖-CH2-CH2-O-M3N。
本发明化合物的其他实例是5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基4-(二甲氨基)丁酸酯和5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基-4-(二甲氨基)丙酸酯。
本发明的这些和其他化合物可以任选地与第二化疗剂、抗生素和/或药学上可接受的赋形剂或载体配制成组合物。在这点上，已经发现NDGA衍生物和其他化疗剂的特定组合可以以特定的摩尔比最佳地传送，例如约2:1至约100:1，例如约20:1，具有该两种化合物次最佳浓度的预定协同作用。因此，在一个实施方案中，以这些优选的比例，例如，2.4:1、20:1、50:1，来配制本发明的药物组合物。
因此，本发明还包括组合物，该组合物含有NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂，该NDGA衍生物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；
该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
本发明的另一方面提供了测定NDGA衍生物和其他化疗剂这样的有利比例的方法，和含有这些比例的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂的组合物。该方法包括以下步骤：
(a)将一系列不同剂量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂的组合物施用到癌细胞的培养物中；
(b)测量所述细胞的生长速率；
(c)使用等效应图法或组合指数方法来测定使用次最佳浓度的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂获得可比较功效的最佳组合剂量；和
(d)配制含有最佳剂量的组合物。
优选，将最佳配制的组合物给药于需要治疗的患者。
例如，已经发现麦芽糖-M3N或M4N和紫杉醇的最佳组合为320μmol/m2：16μmol/m2。
本申请要求享有美国临时申请no.60/616,114的优先权，在此将其引入作为参考。
实施例
现在参照以下特定的、非限制性的实施例来更详细地描述本发明。
以下的实施例证明了M4N和其他NDGA衍生物能够通过阻断Sp1调节的MDR-1基因表达来控制Pgp的合成。结果显示了M4N在防止MDR-1基因的Dox诱导和维持MCF-7细胞的药物敏感性中是有效的。M4N和Dox显示出抑制MCF-7细胞生长的协同效果。此外，在M4N处理后，NCI/ADR-RES细胞中的细胞生长、MDR基因表达和Pgp蛋白的合成全部得到很大程度的降低。此外，实施例显示了NDGA衍生物和第二化疗剂的组合是协同作用的且在降低体内肿瘤生长中是高度有效的。
实施例1
M4N处理阻断了培养物和Thy-/Thy-小鼠的异种移植物中MCF-7和NCI/ADR细胞的细胞增殖。
方法
将MCF-7细胞(人乳房癌细胞系，可从ATCC P.O.Box 1549，Manassas，VA20108获得)以1.5×104细胞/孔接种于24-孔平板中的500μl含有10％胎牛血清(FBS)以及抗生素青霉素和链霉素的Dulbecco’s改良Eagle’s培养基(DMEM)中。第二天加入不同浓度的M4N。孵育另外的3天后，通过MTT测定法来测定细胞增殖。对于异种移植物研究，将5-6周龄的雌性无胸腺裸鼠(nu/nu)在它们的胁腹皮下(s.c.)植入悬浮于Hank’s平衡盐溶液(HBSS)中的2×106个MCF-7细胞或2×106个NCI/ADR细胞(从Tumor RepositoryDevelopmental Therapeutic Program，NCI-Frederick，MD获得)。当肿瘤呈现出7-8mm平均直径时，给小鼠喂养无菌食物球中的M4N(每个球含2.5ml加热的玉米油中约300mg M4N，混合了9克基础混合粉，Harlar Teklad Co.，2.0ml的H2O)。将小鼠分配到接受溶解于6％ Cremaphor EL、6％乙醇和88％盐水中的M4N的处理组，和只接受载体的对照组。进行分配使得对照组和实验组都含有带有相当大小肿瘤的小鼠。小鼠每日接受100μL含有2mg M4N的单次腹膜内(i.p.)注射，持续3周。对照小鼠接受等体积载体。每七天测量一次肿瘤的两个垂直尺寸(L和W)，根据以下公式计算肿瘤体积：V＝(L×W/2)3×π/6。将来自各只小鼠的结果合并并测定平均肿瘤体积。通过Student’s t-检验来评价肿瘤体积平均差异的统计学显著性。
结果
如图1中所示的，M4N能够抑制培养物(图1A)和肿瘤异种移植物(图1B)中MCF-7和NCI/ADR-RES细胞生长。M4N在抑制MCF-7的生长中比抑制NCI/ADR-RES的生长更有效。为了在72小时内实现全部的细胞停止，对于NCI/ADR-RES需要40μM的M4N，而对MCF-7细胞仅20μM的M4N就足够了。通过每日IP注射M4N或通过在食物球中加入M4N口喂而进行的21天系统处理后，M4N还极大地降低了该两种类型的异种移植物的肿瘤大小(图1B)。
实施例2
M4N处理后极大地降低了MCF-7和NCI/ADR细胞中的Cdc2和存活蛋白表达。
方法
用所示的M4N浓度处理后，用PBS洗涤MCF-7和NCI/ADR细胞单层并用PBS中的10mM EDTA和10mM EGTA收集。将洗涤过的细胞沉淀并在含有蛋白酶抑制剂混合物(Sigma Chemical Co.，St.Louis，MO.)的RIPA缓冲剂(50mM tris-HCl，pH7.4，150mM NaCl，1％曲通x-100，1％脱氧胆酸钠，0.1％ SDS和1mM EDTA)中裂解。用Bio-Rad蛋白浓度测定溶液来测定蛋白浓度。将二十五微克蛋白在14％ SDS PAGE凝胶上分离并使用半干电印迹装置电印迹在Hybond增强化学发光(ECL)硝基纤维素膜(Amersham Biosciences，Piscataway，NJ)上。以0.2μg/mL的终浓度使用抗Cdc2(OncogeneResearch Products，cat.#DO4431-1)、存活蛋白(Santa CruzBiotechnology，cat.#SCBT 10811)和细胞周期蛋白B(Santa CruzBiotechnology，Santa Cruz，CA，cat.#SCBT H-433)的兔多克隆一抗和小鼠多克隆一抗肌动蛋白(Santa Cruz Biotechnology，cat.#SC-8432)。二抗是缀合辣根过氧化物酶的抗兔子或抗小鼠IgG。用ECL蛋白质印迹检测试剂盒(Amersham)产生滤光片。将化学发光滤光片对着X-射线膜放置，用于蛋白质条带的检测。
结果
除了对肿瘤生长的效果(图1)，M4N处理大大地抑制了MCF-7(图2A)和NCI/ADR-RES细胞(图2B)中的Cdc2和存活蛋白基因表达。在M4N(15μM)处理3天时，MCF-7细胞中存在>95％的Cdc2抑制和>60％的存活蛋白抑制。M4N(40μM)处理2天后，NCI/ADR-RES细胞中的Cdc2和存活蛋白也得到了极大的降低(图2B)。
实施例3
M4N对MDR的诱导和表达
方法
细胞培养和药物添加
从ATCC获得人乳腺癌细胞系，MCF-7。从DTP人肿瘤细胞系筛选(Human Tumor Cell Line Screen)(Developmental TherapeuticsProgram，NCI)获得多药抗药性细胞系，NCI/ADR-RES。将两种细胞系维持于补充了10％胎牛血清以及抗生素青霉素和链霉素的Dulbecco’s改良Eagle’s培养基中。如先前所述的(1，13)合成NDGA衍生物，M4N。在二甲亚砜(DMSO)中制备M4N和紫杉醇(Sigma-Aldrich，St.Louis，MO)的储液并加入细胞培养基中，使得DMSO的终浓度为百分之一。制得Dox(Sigma-Aldrich)的含水储液并在稀释至生长培养基中之前过滤灭菌。
细胞毒性测试
将NCI/ADR-RES以每孔2×104细胞的密度接种于24孔平板中并在24h后给培养基补充M4N、Dox、紫杉醇或M4N和Dox或M4N和紫杉醇的组合物。以1.5至48μM之间的浓度来使用M4N。对于M4N和Dox的组合，使用2.4:1(M4N：Dox)的固定比例，对于M4N和紫杉醇，比例为20:1(M4N：紫杉醇)。药物添加后三天，用SRB测定法(14)，使用Power Wave 200微量平板阅读器(Bio-TekInstruments，Winooski，VT)测量540和690nm(参照)吸收度，来测定细胞毒性。
药物相互作用的评价
将基于半数效应原理的Chou和Talalay的组合指数(CI)等效应图方法用于计算组合药物效果的协同作用或拮抗作用。使用半数效应等式和曲线(18，20)以及CI等式和曲线(19)来作出单独或组合的每种药物连续稀释浓度的剂量-效应曲线。使用计算机软件CompuSyn(20)自动产生不同效果和剂量水平的CI值和等效应图。使用这种方法，通过1、<1和>1分别表示加和、协同或拮抗效应。将对于每种单一药物和组合的药物达到给定效果水平需要的剂量比例的比较用于测定剂量-减少指数(DRI)。
RT-PCR
使用Trizol试剂(Invitrogen，Carlsbad，CA)来分离总RNA。根据制造商的方案使用含有PlatinumTaq DNA聚合酶的SuperscriptII一步式RT-PCR系统(Invitrogen)来进行RT-PCR，使用MDR1特异性的寡核苷酸引物：
5’-ACATGACCAGGTATGCCTAT-3’(SEQ ID NO：1)
5’-GAAGATAGTATCTTTGCCCA-3’(SEQ ID NO；2)
和GAPDH特异性的寡核苷酸引物：
5’-CCATCACCATCTTCCAGGAG-3’(SEQ ID NO；3)
5’-CCTGCTTCACCACCTTCTTG-3’(SEQ ID NO：4)
通过琼脂糖凝胶电泳来分离RT-PCR产物并用溴化乙锭染色。通过Image J软件(NIH，Bethesda，MD)来定量相对条带强度。
蛋白质印迹
将培养的细胞在PBS中的10mM EDTA和10mM EGTA溶液中孵育，然后用Teflon
细胞刮器刮擦来收集。将细胞沉淀并在含有蛋白酶抑制剂混合物(Sigma Chemical Co.)的改良PIRA缓冲液[50mMTris-HCl(pH7.4)，1％ NP-40，0.25％脱氧胆酸钠，150mM NaCl，1mM EDTA(pH8.0)]中裂解。通过离心来澄清裂解物并用Bio-Rad蛋白测定法(Bio-Rad Laboratories，Hercules，CA)来测定蛋白浓度。通过SDS-PAGE分离蛋白样品并使用半干印迹装置电印迹于Hybond增强化学发光(ECL)硝基纤维素膜(Amersham)上，并按照ECL蛋白质印迹系统(Amersham)的操作说明书进行检测。使用的抗体是抗Pgp和细胞周期蛋白B的兔多克隆一抗和缀合辣根过氧化物酶的二抗(Santa Cruz Biotechnology)。使用ImageJ软件来测量相对条带强度。
罗丹明123排出测定
在0、1.25、2.5、3.75和5.0μM M4N的存在下培养NCI/ADR-RES细胞。三天后，通过胰蛋白酶处理收集细胞并以5.0×106细胞/ml的密度重悬浮于含有1.0μg/ml罗丹明123(Sigma-Aldrich，St.Louis，MO)的相同培养基中。在37℃孵育一小时后，用冰冷PBS将装载罗丹明的细胞洗涤两次并重悬浮于含有起始浓度M4N的培养基中。在排出阶段的过程中，每15分钟收集5.0×105个细胞，在冰冷PBS中洗涤，重悬浮于100μl冰冷PBS中并通过485nm激发波长和535nm发射波长的荧光测定法来分析。
结果
M4N与化疗剂Dox和紫杉醇的组合效果的评价
M4N、Dox和紫杉醇作为单独的药剂或组合以剂量依赖性的方式抑制了多药抗药性人乳腺癌细胞系NCI/ADR-RES的生长。对于M4N的平均IC50值为8.67μM，而对于Dox和紫杉醇的IC50值分别是3.22μM和3.26μM(表1)。对于Dox和紫杉醇的IC50值是通过NCI/ADR-RES细胞呈现的MDR表型的表示，如对于这两种药剂对MCF-7所报道的IC50值是130nM和6.4nM，MCF-7是一种药物敏感性人乳腺癌细胞系(10)。相反，来自我们先前的研究(5)，对于对抗MCF-7的M4N的IC50值大约为7μM，几乎和对于抗药性细胞系的相同。当在NCI/ADR-RES细胞中结合使用时，M4N和Dox具有5.63+2.34μM的IC50值。对于M4N和紫杉醇组合，IC50值为3.31+0.17μM(表1)。
将两种方法，等效应图法和组合指数(CI)法，用于测定M4N和Dox或紫杉醇之间是否存在协同作用。构建抑制生长90％(Fa＝0.9)、75％(Fa＝0.75)和50％(Fa＝0.5)必需的M4N和Dox与M4N和紫杉醇剂量的等效应图。对于两种药物联合的实验数据点为低于这些值中每一个的预期加和效应线的药物浓度，表明在M4N和两种第二化疗剂之间存在强烈的协同作用(即，CI<0.3)(图3)。此外，将Chou和Talalay(19)的半数效应分析用来计算两种药物组合的组合指数(CI)。M4N和Dox组合在高剂量水平(ED90和ED95)具有非常强烈的协同作用(CI<0.1)，而M4N和紫杉醇在全部剂量范围内具有强烈的协同作用(CI＝0.41-0.14)(图3-5，表1)。
剂量降低指数(DRI)测定了允许协同组合中每种药物的倍数剂量-降低。这是重要的，因为剂量降低导致降低的毒性，同时维持了所需的功效。作为它们协同作用的结果，DRI对于每种药物呈现出相当大的剂量降低(表1)。DRI显示出通过同时给药11.3μM M4N，将抑制75％ NCI/ADR-RES细胞生长(ED75)必需的Dox浓度降低了6.47倍，即，从30.5μM降低至4.7μM，而ED95降低了87.6倍。相似地，紫杉醇的ED50降低了19.63倍，ED95降低了300.3倍。
实施例4
MDR1基因表达和P-糖蛋白水平的M4N抑制
我们接下来检测了M4N对MDR1基因表达的作用，以测定观察到的多药抗药性细胞中M4N与Dox和紫杉醇之间的协同作用是否是MDR表型逆转的结果。我们假定M4N通过其抑制Sp1结合的能力可能下调MDR1基因表达。为了检测这种可能性，将NCI/ADR-RES细胞暴露于0、5、10和20μl M4N三天，此后检测总RNA和蛋白的MDR1mRNA和Pgp的水平。用20μM M4N处理后，细胞中的MDR1 mRNA水平在归一化至管家基因GAPDH后降低至未处理值的36.3％(图6A)。在暴露于20μM M4N三天后，还降低了Pgp的含量，其丰度降低至对照含量的17.8％(图6B)。甚至三天暴露于5μM M4N导致Pgp降低21.8％。将Pgp的水平归一化至细胞周期蛋白B1，根据我们以前的结果，细胞周期蛋白B1的表达不受M4N影响(4，5)。
该结果表明了M4N通过抑制多药抗药性细胞中MDR1 mRNA和Pgp的组成型表达，可能能够逆转MDR表型。
实施例5
M4N对化疗后细胞获得抗药性能力的作用
接下来我们研究了M4N是否可以用于在暴露于化疗后防止细胞获得抗药性。当将药物敏感性人乳腺癌细胞系暴露于低剂量Dox时，诱导了MDR1基因表达。我们在5.0μM M4N的存在或不存在下用0.05μM Dox处理MCF-7细胞两天并测量MDR1 mRNA和Pgp蛋白的相对含量。在不存在M4N下Dox处理诱导了MDR1 mRNA和Pgp两者的可测量表达(图7)。没有暴露于Dox的MCF-7细胞中的MDR1表达是不可检测的。然而，通过与M4N的联合治疗消除了MDR1表达的诱导(图7)。
实施例6
M4N对多药抗药性细胞中罗丹明123排出的作用
Pgp介导了Dox和紫杉醇从多药抗药性细胞中的排出。使用Pgp底物Rh-123来检测M4N下调Pgp对药物排出的作用。在0、1.25、2.5、3.75和5.0μM M4N存在下，将NCI/ADR-RES细胞孵育三天。然后将细胞装载Rh-123、洗涤并使其排出，使用或不用M4N。在排出期间的过程中，以15分钟的间隔测定细胞的结合细胞的Rh-123含量历时1小时。未处理的抗药性细胞具有约12分钟的E50(细胞保持50％Rh-123的时间)(图8)。用1.25、2.5、3.75和5.0μM M4N处理细胞分别将E50提高至12.5、12.5、15和20分钟。这些减缓药物排出的结果与M4N降低细胞中的Pgp水平相一致。
实施例7
糖取代的M4N衍生物
我们合成了新的水溶性M4N类似物，麦芽糖-M3N，通过用麦芽糖分子置换M4N上3’或4’位置的甲基。评价了麦芽糖-M3N对抗五种人癌细胞系的体外和体内抗癌活性。还检测了它对Cdc2和存活蛋白的抑制效果。
方法
麦芽糖-M3N的合成
以M4N合成中的副产物形式获得M3N，并用硅胶色谱法纯化(1)。将M3N(0.47g)和β-麦芽糖八-醋酸盐(1.85g)(21，23)溶解于二氯甲烷(5ml)中，并用三氟化硼醚合物(2.0ml)处理3-4小时。在过量三氟化硼分解后，用碳酸氢钠和氯化钠的冷溶液洗涤有机溶液，蒸发成糖浆，并溶解于95％ EtOH中，用于在Sephadex LH-20柱(5 x 200cm)中色谱分离。通过色谱法从过量麦芽糖醋酸盐以及未反应的M3N中分离产物(未反应的M3N可以重新用于另一轮的麦芽糖化)。用催化量的甲醇钠将麦芽糖化的M3N(固体)在无水甲醇中脱乙酰，并用Dowex 50 x 8(氢形式)除去甲醇钠。甲醇溶液的蒸发产生了固体产物。最终分离的产量为起始M3N的35-40％，但是通过未反应M3N的再次糖基化可以将产量提高至60％或更高。
如本领域技术人员知道的，对起始化合物合适改变，使用这种方法可以制得半乳糖M3N和其他糖衍生物。可使用上下文中所述的方法来测试这类化合物的功效。
细胞培养和麦芽糖-M3N处理
从ATCC(Mannassas，VA)获得人肿瘤细胞系。将人肝细胞癌细胞系，Hep3B，维持于补充了10％ FBS的Eagle’s MEM中；将人乳腺癌细胞系，MCF7，生长于含有10％ FBS的DMEM中；将人结直肠癌细胞系，HT29，培养于含有10％ FBS的McCoy’s5a培养基中；将人前列腺癌细胞系，LNCaP，维持于含有10％ FBS的RPMI 1640中，将人红白血病细胞系，K562，在含有10％ FBS的Iscove’s改良Dulbecoo’s培养基(IMDM)中增殖。所有培养物含有抗生素青霉素和链霉素。通过用全长HPV16转染EJras转化的C57B16(B6)小鼠胚胎细胞来产生C3细胞系。将C3细胞生长并维持于补充了5％ FBS加青霉素和链霉素的IMDM中。
对于细胞培养实验，将麦芽糖-M3N溶解于水中至10mM的浓度，然后过滤灭菌。将细胞以每平方厘米大约2×103个细胞接种于完全培养基中。接种后二十四小时，除去生长培养基并替换为含有所需浓度麦芽糖-M3N的培养基。
细胞存活力
将两万个细胞接种于24-孔平板的每个孔中。二十四小时后，用含有各种浓度麦芽糖-M3N的新培养基替换培养基。孵育3天后，将培养基改成含有溶解于PBS中的500μg MTT、5％ FBS和100单位/ml青霉素和链霉素的MTT溶液。孵育后两小时，除去MTT溶液并用500μl DMSO/孔替代。将溶解的染料转移至96-孔平板中并使用ELISA阅读器在540nm的波长处阅读。
蛋白质印迹
在所需的药物孵育时间后，收集培养基并在PBS中10mM EDTA和10mM EGTA的溶液中用刮棒刮擦单层细胞培养物。将细胞沉淀并在改良的RIPA缓冲剂[50mM Tris-HCl(pH7.4)，1％ NP-40，0.25％脱氧胆酸钠，150mM NaCl，1mM EDTA(pH8.0)和1x蛋白酶抑制剂混合物(Sigma Chemical Co.)]中裂解。然后用Bio-Rad蛋白浓度测定溶液定量蛋白提取物并储存于-80℃。对于蛋白质印迹，通过SDS-PAGE分离蛋白质并使用半干印迹装置电印迹在Hybond增强化学发光硝基纤维素膜(Amersham)上，并按照增强化学发光试剂盒(Amersham Pharmacia)的操作说明书中所述的进行检测。所用的抗体是抗Cdc2、存活蛋白和β-肌动蛋白的兔多克隆一抗和辣根过氧化物-二抗(Santa Cruz Biotechnology)。
小鼠中C3细胞诱导肿瘤的麦芽糖-M3N处理
将四只C57b1/6小鼠在肩之间皮下接种5 x 105个C3细胞。使肿瘤发展大约20天。然后小鼠每日接受肿瘤内注射0.1ml的0.15M NaCl，溶解于0.15M NaCl中的10mg、20mg或40mg的麦芽糖-M3N。处理4天后，使小鼠安乐死并切除肿瘤，立即固定，然后储存于PBS中的4％甲醛中。然后将组织样品送至Paragon Bioservices(Baltimore，MD)，用于组织学和免疫组织化学，使用抗Cdc2和存活蛋白的抗体。
结果
麦芽糖-M3N对抗人肿瘤的体外和体内抗癌活性
在五种人癌细胞系中评价了麦芽糖-M3N的生长抑制效果，这五种细胞系包括Hep3B、HT29、K562、LNCaP和MCF7。将细胞暴露于麦芽糖-M3N 3天，导致所测试的每个细胞系中细胞存活力的剂量依赖性降低，具有20μM至40μM的IC50值，与对于M4N观察到模式的非常相似(图9A)。进行麦芽糖-M3N处理的Hep3B的核的DAPI染色，以鉴定凋亡体的浓缩核(图9B)，并证实了麦芽糖-M3N相关的细胞死亡是通过凋亡发生的。
麦芽糖-M3N抑制Cdc2和存活蛋白基因表达
为了检测麦芽糖-M3N是否抑制Cdc2和存活蛋白生产力，将细胞培养物暴露于生长抑制剂量的麦芽糖-M3N，并在处理24和72小时后提取蛋白。蛋白质样品的蛋白质印迹分析表明处理过细胞中降低的Cdc2和存活蛋白表达。与M4N相比较，麦芽糖-M3N呈现出相似的Cdc2和存活蛋白表达的抑制(图10)。
体内抗肿瘤活性
在麦芽糖-M3N的体内抗肿瘤功效的初步测试中，C3肿瘤每日接受含有各种浓度麦芽糖-M3N的单次肿瘤内注射，持续4天。处理后，将小鼠安乐死，拍照，并通过H&E、Cdc2和存活蛋白染色来分析组织样品。与对照的比较，处理过的肿瘤的颜色显得更暗。颜色改变与升高水平的凋亡和坏死相关，如通过H&E染色所证明的。此外，处理过的肿瘤清楚地显示出与对照肿瘤相比较，Cdc2和存活蛋白蛋白表达水平降低(图11)。
实施例8
M4N或麦芽糖-M3N和紫杉醇对抗裸鼠中NCI/ADR-RES抗药性乳腺癌异种移植物的联合治疗
方法
将带有NCI/ADR-RES多药抗药性乳腺癌异种移植物的裸鼠用作联合治疗的模型来进一步检测M4N和紫杉醇之间的协同作用。
从Charles River Laborato ries(Wilmington，MA)购买5-6周龄的T-细胞缺陷雌性裸(nu/nu)鼠，并圈养在无病原体的房间中。按照Johns Hopkins University Animal Care and Use Committee的指南进行所有涉及小鼠的实验。将小鼠在两胁腹皮下植入悬浮于Hank’s平衡盐溶液(HBSS)中的1×106个NCI/ADR-RES细胞。当肿瘤呈现2-4mm平均直径时，将小鼠随机分配到处理组(每组7只小鼠)、只有溶剂的组、只接受M4N或麦芽糖-M3N的组或和紫杉醇组合的组。对于腹膜内(i.p.)给药，将M4N、麦芽糖-M3N和紫杉醇溶解于新制得的降低cremophor的溶液中，该溶液含有20％(v)脱水乙醇、20％(v)Cremophor EL，PEG300，<11％(v)吐温80(22)。对于每种药物和药物组合，进行每日0.05ml的注射。
每七天测量一次肿瘤的两个垂直尺寸，并根据以下公式来计算肿瘤体积：
肿瘤体积＝(a2 x b)/2
其中a是肿瘤的宽度(较小的直径)和b是长度(较大的直径)(23)。计算每个处理组的平均肿瘤体积和标准误差。测定相对平均肿瘤体积，(V/V0)，其中V是特定时间的平均肿瘤体积并且V0是第0天的平均肿瘤体积(23)，并将该相对平均肿瘤体积用于评价肿瘤生长抑制(T/C值)，使用以下的等式：
T/C(％)＝处理过的相对平均肿瘤体积/对照的相对平均体积 x 100
采用抗肿瘤活性最小水平(T/C≤42％)的NCI标准(25)。在实验结束时，切除肿瘤并固定于甲醛中。然后将组织样品送至ParagonBioservices，用于组织学和免疫组织化学，使用抗人P-糖蛋白(Pgp)的抗体。
使用M4N和紫杉醇的两个剂量方案，二者都使用20:1的固定摩尔比(M4N:紫杉醇)，如表1中所示的通过体外测试为协同作用所测定的。基于来自其他研究(22)的值，8和16μmol/m2剂量的紫杉醇是次最佳的，并且通过降低我们以前使用MCF-7乳腺癌异种移植物的研究中所用的最大耐受剂量来达到160和320μmol/m2的M4N剂量(5)。还测试了其他的NDGA衍生物。产生了麦芽糖-M3N，作为M4N的水溶性替代物，然而为了一致性，将其溶解于与该研究的M4N和紫杉醇相同的还原cremophor溶剂系统中。对于只接受溶剂的对照小鼠，在两周的处理中，外植的肿瘤得到了可观地增大，平均肿瘤体积接近三倍大小(表2)。还注意到用次最佳剂量的M4N(320μmol/m2)、紫杉醇(16μmol/m2)或麦芽糖-M3N(320μmol/m2)处理的小鼠中的肿瘤生长在两周后分别具有1.33、1.59和1.25的相对平均肿瘤体积。然而，对于用M4N和紫杉醇或麦芽糖-M3N和紫杉醇组合处理的小鼠，最终相对平均肿瘤体积小于1，表明肿瘤大小的总体下降(表2)。此外，对于每种药物组合给药方案的肿瘤生长抑制(T/C)值全部低于≤42％(根据国立癌症研究标准的最小抗肿瘤活性水平)(24)。
通过在处理阶段的开始和结束时记录它们的体重来评价小鼠的健康和良好状况。对于每种剂量方案，平均体重改变是小的(-0.9至+1.3)，并且与对照组相比，没有显著不同(表2)。仅有的两个呈现平均体重降低的处理组是M4N和紫杉醇的高剂量单种药物方案(分别为-0.2和-0.9)。任何组中不存在小鼠死亡记录。使用协同药物联合治疗的优势是使用次最大剂量化疗剂的能力。这反映在治疗方案降低的毒性，如通过体重的稳定性和零死亡率所说明的。
实施例9
M4N和麦芽糖-M3N抑制了NCI/ADR-RES乳腺癌异种移植物肿瘤中的P-糖蛋白水平
为了检测解释M4N和紫杉醇之间在抑制抗药性乳腺癌异种移植物生长中的明显协同作用的机理，分析肿瘤的Pgp存在。用苏木精和曙红(H&E)或使用Pgp特异性抗体的免疫化学将来自实施例8每个处理组的异种移植物肿瘤活体检查的组织切片染色。来自对照组的肿瘤切片在大部分肿瘤细胞表面呈现出强烈的对Pgp的抗体棕色染色(图12)。在紫杉醇处理的肿瘤中看到相似的模式。相反，M4N和麦芽糖-M3N处理的肿瘤显示出抗体染色的剧烈下降，与Pgp蛋白含量的降低相一致。用M4N和紫杉醇组合处理的肿瘤应当导致肿瘤退化，通过H&E染色具有一些中心坏死并且不存在Pgp抗体染色(图12)。在麦芽糖-M3N/紫杉醇处理的肿瘤中，Pgp水平被相似地降低。
实施例10
含有较长链氨基酸的NDGA衍生物
预期其中R1-R4包括至少一个“长链”氨基酸取代基的NDGA衍生物及其衍生物(如上文所定义的)也是有用的。这样的取代基在氨基和羧基之间存在至少两个-CH2-基团(通常2-4个)。这些化合物的衍生物包括，特别是，其中胺基团具有二甲基取代的化合物，例如：
5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基-4-(二甲氨基)丁酸酯
5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基-4-(二甲氨基)丙酸酯
方案1
方案2
本领域技术人员可以通过常规方法来制得这样的衍生物。例如，可以使用以下的方法，对原料进行合适的取代，以获得其他相似的衍生物。
5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基4-(二甲氨基)丁酸酯(中-2，3-二甲基-1，4-二{3，4-双}[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基}丁烷)(参见方案1)
将DCC(4.28g，20.76mmol，6.0当量)和DMAP(422.7mg，3.46mmol，1.0当量)加入NDGA(1.05g，3.46mmol，1.0当量)和4-(二甲氨基)丁酸盐酸盐(3.48g，20.76mmol，6.0当量)的二氯甲烷(100mL)溶液中。将反应混合物在氮气下室温搅拌24小时。在滤掉反应混合物中的二环己脲后，将所得到的溶液在减压下浓缩。然后将丙酮(250mL)加入残余物中并用过量HCl(g)将所得到的溶液起泡。将沉淀物溶解于水中并使用丙酮在室温再沉淀两次，来获得白色固体产物。
许多关注和资源已经指向逆转在辅助化疗过程后可能产生的多种抗癌药物的抗药性。第一代MDR逆转剂是也发生结合Pgp的药理学活性化合物。因为它们其他的药理特性使得它们对于临床使用的毒性太大，这些药物最终没有成功。本发明人已经显示了M4N和其他NDGA衍生物能够逆转多药抗药性癌细胞中的MDR表型。M4N和其他NDGA衍生物独特地适于执行使细胞对化疗药物如Dox和紫杉醇再次敏感的任务。此外，本发明的化合物还能够抑制Dox介导的MDR1基因表达诱导，并因此如果在化疗的最初阶段过程中给药，在防止MDR的发展中应该是有用的。这些发现形成了几个对癌症治疗有用的策略。例如，可以用本发明的化合物治疗其癌症对多种抗癌剂已经变得抗药性的患者，来逆转癌细胞的MDR表型，接着用最初的化疗剂或其他药物(例如，Dox或紫杉醇)来治疗。此外，本发明的化合物可以以低剂量加入最初的辅助化疗方案中，来防止MDR的发展。
Dox是靶向新合成的DNA拓扑异构酶II复合物形式的DNA的有效细胞毒性药物(25，26)。当单独给药时，Dox在最初抑制MCF-7生长中非常有效，然而Dox抗药性是不可避免的。发明人已经显示了低浓度的M4N可以用来抑制Dox敏感性MCF-7细胞和Dox抗药性NCI/ADR-RES细胞中的MDR-1基因表达。MDR-1的基因产物，Pgp蛋白，通常已知其排出细胞毒性药物如Dox的能力。在以上详细描述的结果中显示了在M4N处理后可以消除Pgp(图6)。在Pgp不存在下，在其细胞毒活性必需的部位应当可以利用更多的Dox。
除了抑制MDR基因表达，M4N独立地发挥其对细胞周期G2/M期细胞生长的控制。NDGA衍生物和其他抗癌药物一起协调地工作，应当在制止转移性肿瘤生长而不引起抗药性和随后的宿主毒性中提供明显的优势。
在此引用的所有专利和出版物在此引入作为参考。
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Claims (57)
1.NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐用于防止细胞中药物转运蛋白Pgp的合成和功能中至少一种的用途；该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
2.根据权利要求1的用途，其中R1-R4中的至少一个是在氨基和羧基之间存在至少两个-CH2-基团的氨基酸残基。
3.根据权利要求2的用途，其中R1-R4各自是-CO-(CH2)3-N-(CH3)2。
4.根据权利要求1的用途，其中R1-R4中的一个包括单糖或二糖残基。
5.根据权利要求1的用途，其中R1-R4中的至少一个是通过1-10个碳原子的连接体与苯环连接的氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基。
6.根据权利要求5的用途，其中R1是-O-CH2-CH2-麦芽糖或-O-CH2-CH2-半乳糖，并且R2-R4各自是-OCH3。
7.根据权利要求1-6之一的用途，其中Pgp的合成是由化疗剂引起的。
8.根据权利要求7的用途，其中所述化疗剂选自多柔比星、长春碱、紫杉醇和长春新碱。
9.根据前述权利要求之一的用途，其中所述细胞是肿瘤细胞。
10.根据权利要求1-8之一的用途，其中所述细胞是感染性微生物。
11.根据权利要求10的用途，其中所述细胞是病毒、细菌、寄生物或真菌。
12.根据前述权利要求之一的用途，其中所述NDGA衍生物防止细胞中多药抗药性基因1(MDR1)表达的化学诱导。
13.根据权利要求1-11之一的用途，其中所述NDGA衍生物防止细胞中MDR1的表达。
14.NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐联合至少一种第二化疗剂治疗癌症的用途，该NDGA衍生物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；
该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
15.根据权利要求14的用途，其中R1-R4中的至少一个是在氨基和羧基之间存在至少两个-CH2-基团的氨基酸残基。
16.根据权利要求15的用途，其中R1-R4各自是-CO-(CH2)3-N-(CH3)2。
17.根据权利要求14的用途，其中R1-R4中的一个是单糖或二糖。
18.根据权利要求17的用途，其中所述单糖或二糖残基通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
19.根据权利要求18的用途，其中R1-R4中的一个是-O-CH2-CH2-麦芽糖或-O-CH2-CH2-半乳糖，并且剩余的R基团是-OCH3。
20.根据权利要求14-19之一的用途，其中所述第二化疗剂选自多柔比星、长春碱、紫杉醇和长春新碱。
21.根据权利要求14-20之一的用途，其中所述细胞是肿瘤细胞。
22.根据权利要求14-20之一的用途，其中所述细胞是感染性微生物。
23.根据权利要求22的用途，其中所述细胞是病毒、细菌、寄生物或真菌。
24.根据权利要求14-23任一项的用途，其中所述NDGA衍生物与第二化疗剂的摩尔比为约20:1。
25.根据权利要求14-23任一项的用途，其中所述NDGA衍生物与第二化疗剂的摩尔比为约2.4:1。
26.NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐用于防止或克服癌细胞中多药抗药性的用途；该NDGA衍生物具有下式：
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
27.根据权利要求26的用途，其中R1-R4中的至少一个是在氨基和羧基之间存在至少两个-CH2-基团的氨基酸残基。
28.根据权利要求26的用途，其中R1-R4各自是-CO-(CH2)3-N-(CH3)2。
29.根据权利要求26的用途，其中R1-R4中的一个包括单糖或二糖残基。
30.根据权利要求29的用途，其中R1-R4中的至少一个是-O-CH2-CH2-麦芽糖或-O-CH2-CH2-半乳糖，并且剩余的R基团是-OCH3。
31.根据权利要求26的用途，其中所述化疗剂选自多柔比星、长春碱、紫杉醇和长春新碱。
32.根据权利要求26-31之一的用途，其中所述细胞是肿瘤细胞。
33.根据前述权利要求任一项的用途，其中所述癌症或细胞分别是人癌症或人癌细胞。
34.根据权利要求33的用途，其中所述癌症选自乳腺癌、肺癌、黑素瘤、卵巢癌、多发性骨髓瘤和非霍奇金淋巴瘤。
35.根据权利要求1-34任一项的用途，其中所述细胞是非人的动物细胞。
36.根据权利要求35的用途，其中所述动物是哺乳动物。
37.克服微生物中抗药性的方法，它包括将有效量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐给予所述微生物或含有所述微生物的宿主，其中该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
38.权利要求37的方法，其中所述微生物选自病毒、细菌、寄生物和真菌。
39.治疗动物中抗药性感染的方法，它包括与至少一种该感染抵抗的治疗剂一起，将有效量的化合物或该化合物的生理学上可接受的盐给予所述动物，该化合物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-、CH3O-、CH3(C＝O)O-、氨基酸残基、取代的氨基酸残基和糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接，条件是
i)R1-R4中的至少一个包括氨基酸残基或取代的氨基酸残基，或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基。
40.权利要求39的方法，其中所述感染是病毒、细菌、寄生物或真菌感染。
41.含有化合物或该化合物的生理学上可接受的盐的组合物，该化合物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个是通过氧原子与苯环连接的β-氨基酸残基；或
ii)R1-R4中的一个是糖残基，任选地通过氧原子和1-10个-CH2-基团与苯环连接；并且
剩余的R基团是-OCH3。
42.权利要求41的组合物，其中R1-R4中的一个是单糖或二糖。
43.权利要求42的组合物，其中所述糖选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、葡糖胺、半乳糖胺及其衍生物，其上-OH基团或氨基基团通过连接选自O-甲基、O-乙酰基、氨基、羧基、低级烷基、低级酰基、磷酸和磺酸基团的取代基或用该取代基置换进行修饰。
44.权利要求41的组合物，其中R1-R4中的一个是由至少两个相同或不同种类的糖构成的寡糖。
45.权利要求42的组合物，其中所述化合物是麦芽糖-M3N或半乳糖-M3N。
46.权利要求41的组合物，其中R1-R4是β-氨基酸。
47.权利要求41的组合物，它包含5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丁酰氧基]苯基4-(二甲氨基)丁酸酯或5-((2S，3R)-4-{3，4-双[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基}-2，3-二甲基丁基)-2-[4-(二甲氨基)丙酰氧基]苯基4-(二甲氨基)丙酸酯。
48.权利要求41-47之一的组合物，它另外包含第二化疗剂。
49.权利要求48的组合物，其中所述第二化疗剂选自多柔比星、长春碱、紫杉醇和长春新碱。
50.权利要求48的组合物，其中所述NDGA衍生物和第二化疗剂具有约2:1至约100:1的摩尔比。
51.含有NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂的组合物，该NDGA衍生物具有下式
其中
i)R1-R4中的至少一个包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的氨基酸残基，或包括在氨基和羧基之间存在至少2个-CH2-基团的取代氨基酸残基，并且剩余的R基团独立地选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；或
ii)R1-R4中的一个包括糖残基且剩余的R基团选自HO-、CH3O-和CH3(C＝O)O-；
该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过氧原子和1-10个碳原子的连接体与苯环连接。
52.权利要求51的组合物，其中所述NDGA衍生物和第二化疗剂具有约2:1至约100:1的摩尔比。
53.含有M4N或麦芽糖-M3N和紫杉醇的组合物，M4N或麦芽糖-M3N与紫杉醇的摩尔比为约20:1。
54.含有M4N或麦芽糖-M3N和多柔比星的组合物，M4N或麦芽糖-M3N与多柔比星的摩尔比为约2.4:1。
55.测定NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂用于治疗癌症的最佳剂量组合的方法，其中该NDGA衍生物具有下式
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自HO-；CH3O-；CH3(C＝O)O-；氨基酸残基；取代的氨基酸残基；糖残基；该氨基酸残基、取代的氨基酸残基或糖残基任选地通过1-10个碳原子和氧原子的连接体与苯环连接；该方法包括：
(a)将一系列不同剂量的NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂的组合物施用到癌细胞的培养物中；
(b)测量该细胞的生长速率；
(c)使用等效应图法或组合指数法测定获得与次最佳浓度的该NDGA衍生物或其生理学上可接受的盐和第二化疗剂相当功效的最佳组合剂量。
56.含有权利要求55最佳剂量组合的组合物。
57.权利要求56的组合物用于治疗癌症的用途。
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