CN101792525B - 偶联生物分子及其制备 - Google Patents

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Abstract

通式(I)的新型生物活性化合物，其中X和X′之一代表聚合物，另一个代表氢原子；每个Q独立地代表连接基团；W代表吸电子基团或可由吸电子基团还原而得的基团；或者，如果X′代表聚合物，那么X-Q-W-可以共同代表吸电子基团；另外，如果X代表聚合物，那么X′和吸电子基团W与居间的原子可以共同形成环；Z1和Z2各自独立地代表来源于生物分子的基团，每一个通过亲核基团连接到A和B；或者Z1和Z2共同代表来源于生物分子的单一基团，通过两个亲核基团连接到A和B；A是C1-5亚烷基或亚烯基链；B是键或C1-4亚烷基或亚烯基链。上述生物活性化合物通过使合适的聚合物与合适的生物活性分子经由所述分子中的亲核基团、优选经由二硫桥偶联而形成。
Figure DSA00000053409000011

Description

偶联生物分子及其制备
本申请是2004年7月12日提交的申请号为200480019814.4(PCT/GB2004/002994)之申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及偶联生物分子以及由聚合物如聚乙二醇的新型化学官能化衍生物制备该偶联生物分子。
背景技术
许多治疗活性分子不具有在临床医学应用上实现功效所需要的性质。例如，目前生物制药工业和遗传工程正在不断地发现和生产具有治疗活性的蛋白质和多肽。尽管目前在美国市场上存在至少80种蛋白质基药物，并且还有至少350种蛋白质基药物正在进行临床试验(Harris J，Chess R：Effect of Pegylation on pharmaceuticals.Nature Review Drug Discovery，2003，2，214-221)，但是大多数天然蛋白质并没有制出好药物，这是因为在向患者施用时存在几个固有缺陷，包括(1)蛋白质被存在于血液或组织中的许多内肽酶和外肽酶所消化，(2)许多蛋白质在一定程度上是免疫原性的，以及(3)蛋白质可以通过肾超滤作用被快速排泄。医药中用作活性治疗剂的、具有全身毒性或缺乏最佳生物利用度和药代动力学的其它分子包括有效剂量受到毒性限制的低分子量分子。这种分子常用于治疗由于癌变、感染和自身免疫疾病而导致的炎症和病症。
水溶性的合成聚合物，尤其是聚亚烷基二醇，用于偶联治疗活性分子如蛋白质。已经表明，这些治疗偶联物通过延长循环时间和降低清除率来有利地改变药代动力学、降低全身性毒性，并在一些情况下表现出临床药效的提高。使聚乙二醇PEG共价偶联至蛋白质上的方法通常称作“聚乙二醇化(PEGylation)”，不过许多不同的聚合物也已被作为偶联聚合物进行研究。
许多用于偶联的聚合物试剂包括水解不稳定的偶联化学官能团。水解不稳定的聚合物偶联剂的实例是活化酯，例如包括聚环氧烷-N-琥珀酰亚胺碳酸酯(Zalipsky美国专利No.5,122,614)。这些试剂在水性介质中具有较短的半寿期，所述水性介质包括血液或血浆。这导致需要加入化学计量上大量过量的偶联聚合物试剂。试剂的水解稳定性是重要的，因为对于蛋白质偶联加入化学计量上过量的要求需要大量的努力和成本，以从反应混合物中纯化聚合物-蛋白质偶联物。此外，这些水解不稳定的试剂倾向于优选与蛋白质中的胺化学官能团进行反应，尤其是赖氨酸残基的ε-胺。由于大多数相关的蛋白质具有多于一个赖氨酸残基，并经常具有许多赖氨酸残基，因此偶联倾向于在蛋白质上的许多残基位点上发生，而不是特异的。可以纯化偶联反应混合物以分离与一个聚合物分子偶联的蛋白质，但是不能以合理的成本分离全部与蛋白质上相同胺基偶联的聚合物-蛋白质偶联物。非特异偶联通常导致蛋白质功能的削弱。例如，通过赖氨酸残基随机结合聚环氧烷的抗体和抗体片段导致修饰型抗体(或修饰型抗体片段)能够以降低的亲和性、亲抗原性或特异性结合目标抗原。另外，胺特异性聚合物偶联剂需要选择确保蛋白质上的胺不被质子化的偶联反应条件。这些条件需要适当高pH的介质(8-10)，这使得胺基具有足够的活性与聚合物偶联剂反应。高pH条件通常对蛋白质是有害的，引起蛋白质的结构变化和变性。这些过程导致蛋白质功能的削弱。胺特异性聚合物偶联剂倾向于结合至蛋白质上可接近的胺位点。这些试剂可以称为动力学试剂(kinetic reagent)。它们是不稳定的，与蛋白质上最可接近的氨基亲核位点反应。通过胺酰化作用偶联的胺特异性聚合物偶联剂导致蛋白质上氨基酸残基的胺基团上正电荷的丢失，所述正电荷通常在生理条件下存在于未偶联蛋白质。胺特异性聚合物偶联剂的这些特征通常导致蛋白质功能的部分削弱。包含在聚合物中、用于偶联至蛋白质、胺特异性的并且通常水解不稳定的其他偶联功能基团包括异氰酸酯(WO 94/04193)和碳酸酯(WO 90/13540)。
确保每个蛋白质上偶联聚合物分子的数目相同并且每个聚合物分子特异性地共价偶联至每个蛋白质分子中相同的氨基酸残基上，这对于最佳功效和确保剂量之间一致性来说是尤其相关的。沿着蛋白质分子上位点处的非特异性偶联导致偶联产物散布，并经常导致未偶联蛋白质而得到一种复杂混合物，要纯化所述复杂混合物是困难的、繁重的且昂贵的。
已经开发了蛋白质的硫醇特异性聚合物偶联剂，它们致力于解决以下限制：与偶联至蛋白质的反应形成竞争的偶联剂水解反应的倾向性、蛋白质中不同氨基酸残基处的非特异性聚合物偶联和对高pH偶联反应条件的需要。可以在接近于中性的pH值时使用硫醇特异性聚合物偶联剂，此时蛋白质氨基酸残基上的胺官能基团被质子化，并因此不能在偶联反应中与聚合物偶联剂有效竞争。与前述胺特异性试剂相比，更加水解稳定的硫醇特异性聚合物偶联剂可以在较小的化学计量过量下使用，因此降低了聚合物-蛋白质偶联物纯化过程中的成本。对硫醇基团具有广泛选择性的偶联官能基团包括碘乙酰胺、马来酰亚胺(WO 92/16221)、乙烯砜(WO 95/13312和WO 95/34326)、乙烯基吡啶(WO 88/05433)以及丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯(WO 99/01469)。这些硫醇选择性偶联基团在聚合物之间产生单一的硫醚偶联键。
大多数蛋白质不具有自由巯基(sulfhydral)，因为这些巯基与蛋白质内的二硫桥进行重排和混杂(scrambling)反应，导致蛋白质功能削弱。对于具有自由巯基的蛋白质来说，这些巯基通常对于蛋白质功能而言是至关重要的。通常，在蛋白质中，巯基的数目少于胺基的数目(例如赖氨酸或组氨酸(histadine))。由于可以使得与蛋白质的偶联特异性发生在硫醇基团，并且由于蛋白质通常不具有自由的硫醇基团，因此存在通过突变引入用于结合PEG的硫醇位点而对蛋白质进行定点修饰的实例。但是，这种修饰大大增加了成本。所引入的自由巯基会具有上述工程蛋白质中蛋白质混杂和蛋白质二聚化的相似局限性。而且，例如，突变过程和由细菌源制备修饰蛋白质通常导致自由巯基被束缚在与谷胱甘肽的二硫键中。例如，白介素-2已经被突变修饰用半胱氨酸替换苏氨酸残基，从而使得可以进行PEG的位点特异性结合。[Goodson RJ，Katre NV；Bio/Technology(1990)8，343-346]。
本领域中已知，偶联参数必须与相关治疗活性分子在聚合物形态、分子量特征、化学功能性方面进行最优匹配。尽管聚合物蛋白质偶联物可以表现出安全、有效的医药应用所需要的很多有利和必需的性质，但是聚合物偶联对于蛋白质活性和稳定性的影响对于性能来说是至关重要的。与偶联位置和数目相关的偶联变量以及聚合物特性必须与生物和物理化学性质最优相关。
目前我们已经发现一系列新型试剂，它们可用于与来源于蛋白质中两个半胱氨酸残基的两个硫原子偶联以提供新型硫醚偶联物。首先本发明的目的是偶联形成天然蛋白质中天然二硫桥的两个硫原子。二硫键发现于医药相关的蛋白质中，具体是在分泌性蛋白、溶酶体蛋白和膜蛋白的胞浆外结构域。该技术提供了相对于将聚合物偶联至蛋白质的已知技术的明显优点。
本发明提供具有下列通式的化合物
Figure GSA00000053409300041
其中，X和X′之一代表聚合物，另一个代表氢原子；
每个Q独立地代表连接基团；
W代表吸电子基团或可由吸电子基团还原而得的基团；或者，如果X′代表聚合物，那么X-Q-W-可以共同代表吸电子基团；另外，如果X代表聚合物，那么X′和吸电子基团W与居间原子可以共同形成环；
Z1和Z2各自独立地代表来源于生物分子的基团，每一个通过亲核基团连接到A和B；
或者Z1和Z2共同代表来源于生物分子的单一基团，通过两个亲核基团连接到A和B；
A是C1-5亚烷基或亚烯基链；并且
B是键或C1-4亚烷基或亚烯基链。
例如聚合物X或X′可以是聚亚烷基二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸酯如聚丙烯酰吗啉、聚噁唑啉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或聚甲基丙烯酰胺如聚羧甲基丙烯酰胺或者HPMA共聚物。另外，X或X′可以是易于酶促或水解降解的聚合物。例如，这种聚合物包括聚酯、聚缩醛、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯和聚酰胺如聚氨基酸。聚合物X或X′可以是均聚物、无规共聚物或结构限定的共聚物如嵌段共聚物。例如X或X′可以是衍生自两种或多种环氧烷或者衍生自聚环氧烷与聚酯、聚缩醛、聚原酸酯或聚氨基酸的嵌段共聚物。可以使用的多官能聚合物包括二乙烯基醚-马来酸酐和苯乙烯-马来酸酐的共聚物。也可以使用天然产生的聚合物，例如多糖如壳多糖、葡聚糖、糊精、脱乙酰壳多糖、淀粉、纤维素、糖原、聚唾液酸(poly(sialylic adic))及其衍生物。也可以使用聚合物如聚谷氨酸，以及衍生自天然单体如糖类或氨基酸和合成单体如环氧乙烷或甲基丙烯酸的杂化聚合物(hybrid polymer)。
如果聚合物是聚亚烷基二醇，那么优选含有C2和/或C3单元的聚亚烷基二醇，尤其是聚乙二醇。聚合物尤其是聚亚烷基二醇可以包含单一线性链，或者它可以具有由许多或大或小的链组成的支化形态。所谓的Pluronie是一类重要的PEG嵌段共聚物。这些衍生自环氧乙烷和环氧丙烷嵌段。可以使用取代的聚亚烷基二醇例如甲氧基聚乙二醇。在本发明的优选实施方案中，单链的聚乙二醇由合适的基团例如烷氧基如甲氧基、芳氧基、羧基或羟基引发，并在所述链的另一端连接至连接基团Q。
聚合物X或X′可以任选地以任何所希望的方式衍生或官能化。例如，具有两个或多个用于作为本发明主题的偶联的化学基团的聚合物可以用于产生两个或多个相连接生物活性分子的偶联物。反应基团可以连接在聚合物端基处或者沿聚合物链通过连接侧基连接；在这种情况下，所述聚合物例如是聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯或马来酸酐共聚物。包含一个以上生物分子的多聚体偶联物可以导致协同和另外的优点，所述生物分子通常是生物活性多肽或药物。如果希望，聚合物可以利用常规方法结合至固体载体上。
当然，聚合物的最佳分子量将取决于预定应用。优选地，数均分子量在500g/mol至约75,000g/mol的范围内。当希望通式I的化合物离开循环并渗透组织，例如用来治疗由癌变、感染和自身免疫疾病或由外伤而导致的炎症时，使用2000-30,000g/mol的较低分子量聚合物会是有利的。对于希望通式I的化合物保留在循环中的应用来说，使用例如20,000-75,000g/mol的较高分子量聚合物会是有利的。
选择待使用的聚合物，应使得偶联物可以溶于预定应用的溶剂介质中。对于生物应用，尤其是对于临床治疗性给予哺乳动物的诊断应用和治疗应用来说，偶联物将可溶于水性介质中。许多蛋白质如酶具有工业用途，例如催化化学反应。对于希望用于这种应用的偶联物来说，偶联物溶于水性介质和/或有机介质会是有必要的。所述聚合物不应削弱生物分子的预定功能。
连接基团Q例如可以是直接键合、亚烷基(优选C1-10的亚烷基)或任选取代的芳基或杂芳基，其中任意一种都可以由一个或多个氧原子、硫原子、-NR基团(其中R具有以下给出的意义)、酮基、-O-CO-基和/或-CO-O-基封端或中断(interrupted)。合适的芳基包括苯基和萘基，而合适的杂芳基包括吡啶、吡咯、呋喃、吡喃、咪唑、吡唑、噁唑、哒嗪、嘧啶(primidine)和嘌呤。可以通过水解不稳定的键或通过非不稳定的键连接至聚合物。
可以在任选取代的芳基或杂芳基上存在的取代基例如包括选自以下的一个或多个相同或不同取代基：-CN、-NO2、-CO2R、-COH、-CH2OH、-COR、-OR、-OCOR、-OCO2R、-SR、-SOR、-SO2R、-NHCOR、-NRCOR、-NHCO2R、-NR′CO2R、-NO、-NHOH、-NR′OH、-C＝N-NHCOR、-C＝N-NR′COR、-N+R3、-N+H3、-N+HR2、-N+H2R、卤素如氟或氯、-C≡CR、-C＝CR2和-C＝CHR，其中R或R′各自独立地代表氢原子或烷基(优选C1-6烷基)或芳基(优选苯基)。尤其优选存在吸电子取代基。
例如W可以代表酮或醛基CO、酯基-O-CO-或砜基-SO2-，或由这种基团还原而得到的基团，例如CH.OH基团、醚基CH.OR、酯基CH.O.C(O)R、胺基CH.NH2、CH.NHR或CH.NR2、或酰胺CH.NHC(O)R或CH.N(C(O)R)2。如果X-Q-W-共同代表吸电子基团，那么该基团例如可以是氰基。
在该说明书的以下部分，Z1和Z2将共同称作Z。本发明的一个优选实施方案是Z1和Z2共同代表单一的生物分子：
Z可以衍生自任何所希望的生物分子，例如蛋白质。所述蛋白质例如可以是多肽、抗体、抗体片段、酶、细胞因子、趋化因子或受体。也可以使用通常通过二硫桥环化的约束或环状多肽和表位。合适的生物分子的具体实例列于下文。
优选地，将A或B连接至基团Z的亲核基团衍生自硫醇基团或胺基。两个硫醇基团可以通过天然或工程化二硫(半胱氨酸)桥的部分还原而形成。胺基例如可以是赖氨酸残基。在Z1和Z2共同形成通过两个硫醇基团连接至基团A和B的单一生物分子时，式I化合物具有如下化学式：
Figure GSA00000053409300071
本发明还提供了制备通式I的化合物的方法，包括使(i)具有通式(II)的化合物或(ii)具有通式(III)的化合物与具有通式(IV)的化合物反应。
Figure GSA00000053409300072
在通式(II)中，X和X′之一代表聚合物，另一个代表氢原子；
Q代表连接基团；
W′代表吸电子基团，例如酮基、酯基-O-CO-或砜基-SO2-；或者，如果X′代表聚合物，那么X-Q-W′可以共同代表吸电子基团；
A代表C1-5亚烷基或亚烯基链；
B代表键或C1-4亚烷基或亚烯基链；并且
每个L独立地代表离去基团。
Figure GSA00000053409300073
在通式(III)中，X、X′、Q、W′、A和L具有为通式II所给出的意义，另外如果X代表聚合物，那么X′和吸电子基团W′可以与居间原子共同形成环，m代表1-4的整数。
            Z(Nu)2                            (IV)
在通式(IV)中，Z具有上述给出的意义，每个Nu独立地代表亲核基团，例如硫醇或胺基团。如果Z1和Z2是相独立的分子，那么在两个连续步骤中相继与分子Z1Nu和Z2Nu进行反应。
所述或每个离去基团L例如可以代表-SR、-SO2R、-OSO2R、-N+R3、-N+HR2、-N+H2R、卤素或
Figure GSA00000053409300081
其中R具有如上给出的意义，
Figure GSA00000053409300082
代表含有至少一个吸电子取代基的取代芳基，尤其是苯基，所述吸电子取代基例如-CN、-NO2、-CO2R、-COH、-CH2OH、-COR、-OR、-OCOR、-OCO2R、-SR、-SOR、-SO2R、-NHCOR、-NRCOR、-NHCO2R、-NR′CO2R、-NO、-NHOH、-NR′OH、-C＝N-NHCOR、-C＝N-NR′COR、-N+R3、-N+HR2、-N+H2R、卤素尤其是氯或尤其是氟、-C≡CR、-C＝CR2和-C＝CHR，其中R和R′具有上文给出的意义。
其中W′和X′共同形成环的典型结构包括：
Figure GSA00000053409300083
其中n是1-4的整数，和
每个Nu为硫醇基团的通式(IV)的化合物可以通过蛋白质的部分还原而制得，所述蛋白质包含半胱氨酸连接，即：
Figure GSA00000053409300085
适当地，根据本发明的方法通过下述步骤进行：原位部分还原来源于蛋白质中两个半胱氨酸氨基酸的二硫键，随后使还原产物与式(II)或(III)化合物反应。例如可以利用传统方法，用二硫苏糖醇、巯基乙醇或三羧乙基膦还原二硫化物。所述方法可以在溶剂或溶剂混合物中进行，其中所有反应物都是可溶的。可以使得包含亲核基团的生物分子(例如蛋白质)能够在水性反应介质中直接与式II或III化合物反应。根据亲核试剂的pH要求，该反应介质也可以是缓冲的。反应的最佳pH通常为约5.5-约8，例如约7.4，优选约6.0-6.5。3-37℃之间的反应温度通常是合适的：如果在会发生分解或变性的温度下进行偶联反应，那么蛋白质和其它生物分子会分解或变性而削弱功能。在有机介质(例如THF、乙酸乙酯、丙酮)中进行的反应通常在至多室温例如低于0℃的温度下进行。
蛋白质可以包含一个或多个二硫桥。可以进行提供自由巯基的还原反应，以还原蛋白质中的一个或多个二硫桥。根据二硫化物的还原程度和所使用的聚合物偶联剂的化学计量，可以将一个或多个聚合物分子偶联至蛋白质。如果希望还原少于总数的二硫化物，那么可以使用固定化还原剂，利用不同的反应条件或加入变性剂也可以进行部分还原。
作为替代方案，硫醇基团源可以是来自硫醇或半胱氨酸，它们不是最初衍生自二硫桥。如果硫醇基团源是二硫桥，那么其可以是链内的或链间的。
利用化学计量上等量或稍过量的试剂，生物分子可以与本发明的试剂有效偶联，这不同于现有技术中的许多试剂。但是，由于本发明的试剂不与使蛋白质溶剂化的水性介质发生竞争性反应，因此可以用化学计量上过量的试剂进行偶联反应。过量的试剂可以在常规的蛋白质纯化过程中通过离子交换层析容易地除去。
式(II)和(III)化合物是新型的，因此本发明还提供这些化合物本身。这些新型试剂提供偶联物技术的突破，聚合物上的化学官能团包括交叉官能化的、潜在地交叉偶联的、双烷基化的基团，其对于两个亲核基团、尤其是来源于蛋白质中天然二硫键的两个硫醇具有选择性。
根据本发明的方法的直接产物是通式I的化合物，其中W是吸电子基团。这种化合物本身具有功用，因为本发明的方法在合适的条件下是可逆的，另外，W是吸电子基团的通式(I)化合物可用于需要释放自由蛋白质的应用中，例如用于直接的临床应用中。但是吸电子基团W可以被还原，以提供防止蛋白质释放的基团，这些化合物也可用于许多临床、工业和诊断用途。
因此，例如，包含酮基的基团W可以被还原为含有CH(OH)基的基团W；醚基CH.OR可以通过羟基与醚化剂的反应得到；酯基CH.O.C(O)R可以通过羟基与酰化剂的反应得到；胺基CH.NH2、CH.NHR或CH.NR2可以由酮或醛通过还原性胺化来制得；或者酰胺CH.NHC(O)R或CH.N(C(O)R)2可以由胺的酰化来形成。作为氰基基团的X-Q-W-可以还原为胺基。
X代表聚合物的通式(II)化合物可以通过使通式(VI)的化合物与通式(VII)的聚合物反应来制备，
Figure GSA00000053409300101
通式(VI)中，Q′、W、A、B和L具有上文给出的意义。
X-V                                (VII)
通式(VII)中，X代表聚合物；选择Q′和V基团使得(VI)和(VII)化合物反应，以提供所希望的通式II化合物。
作为替代方案，通式(VIII)的化合物
Figure GSA00000053409300102
可以与通式(IX)的聚合物反应。
X-Q′                              (IX)
通式(III)化合物可以通过以碱介导的从通式(II)化合物中除去一个离去基团L来制备。
通式I化合物可以包括显象剂，例如放射性核苷酸，从而能够体内跟踪化合物。合适的是，放射性核苷酸或显象剂I可以通过基团W结合，以提供例如下列类型的化合物：
Figure GSA00000053409300111
其可以例如由下列类型的试剂制备：
Figure GSA00000053409300112
例如
Figure GSA00000053409300113
通式I的化合物有许多用途。例如，它们可以用于对患者进行直接临床应用，并因此，本发明还提供包含通式I化合物以及药学上可接受的载体的药用组合物。本发明还提供通式I化合物用作药剂的用途和治疗患者的方法，所述治疗患者的方法包括向患者施用药学上有效量的通式I化合物或根据本发明的药用组合物。任何所希望的药物效果，例如外伤治疗、酶的置换、排出毒素、抗发炎、抗感染、免疫调节、接种疫苗或抗癌症，都可以通过适当选择生物分子来得到。
通式I化合物还可以用于非临床应用。例如，许多生理活性化合物如酶能够在有机溶剂中催化反应，通式I化合物可以用于这些应用。此外，通式I化合物可以用作诊断工具。
下文中提供根据所希望的用途可用于本发明的一些具体生物分子。酶包括碳水化合物特异性的酶、蛋白酶等。通常用于工业(基于有机物的反应)和生物应用、尤其用于治疗应用的相关酶包括氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶和连接酶，如美国专利4,179,337所公开。相关的特异酶包括天冬酰胺酶、精氨酸酶、腺苷脱氨酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、胰凝乳蛋白酶、脂酶、尿酸酶、胆红素氧化酶(bilirubin osidase)、葡萄糖氧化酶、葡糖醛酸糖苷酶、半乳糖苷酶、葡糖脑苷脂酶、葡糖醛酸糖苷酶、谷氨酰胺酶。
本发明的通式I化合物中所用的生物活性分子包括例如因子8、胰岛素、ACTH、胰高血糖素(glucagen)、生长激素抑制素、生长激素、胸腺素、甲状旁腺激素、pigmentary hormones、生长调节素、红细胞生成素、黄体生成素、下丘脑释放因子、抗利尿素、促乳素、白介素、干扰素、集落刺激因子、血红蛋白、细胞因子、抗体、绒膜促性腺激素、促卵泡激素、促甲状腺素和组织纤溶酶原激活物。
某些上述蛋白质如白介素、干扰素和集落刺激因子还以非糖基化形式存在，这通常是通过重组蛋白质技术制备的结果。非糖基化变体可以用于本发明。
例如，对于干扰素，本发明允许制备与非偶联的干扰素相比保留了生物活性的偶联物。这项非常令人惊奇的结果利用已知的偶联技术是不可能实现的。
其它相关蛋白质是由Dreborg et all Crit.Rev.Therap.Drug Carrier Syst.(1990)6315 365公开的变应原蛋白质，其在与聚合物如聚环氧烷偶联时具有降低的变应原性，并因此适于用作耐受诱导物(tolerance inducer)。在所公开的这些变应原中有豚草抗原E、蜜蜂毒液、螨变应原等。
糖基化多肽如免疫球蛋白、卵清蛋白、脂酶、葡糖脑苷脂酶、凝集素、组织纤溶酶原激活物和糖基化白介素、干扰素和集落刺激因子是受到关注的，比如免疫球蛋白如IgG、IgE、IgM、IgA、IgD及其片段。
尤其感兴趣的是用于诊断和治疗目的的临床医学中所用的抗体和抗体片段。抗体可以单独使用或者可以共价偶联(负载有)另一原子或分子如放射性同位素或细胞毒性/抗感染药物。表位可以用于接种疫苗，以得到免疫原性聚合物-蛋白质偶联物。
本发明方法的关键特征在于α-亚甲基离去基团和双键与用作Michael活化基团的吸电子官能团交叉偶联。如果离去基团易于在交叉官能试剂中消除，而不是易于直接置换，并且吸电子基团是合适的Michael反应活化基团，那么通过连续的Michael和逆Michael反应可以相继发生分子内双烷基化。离去基团用于掩蔽潜在的偶联双键，使其直到第一烷基化发生之后才暴露，双烷基化是相继的、交互式Michael和逆Michael反应的结果，如J.Am.Chem.Soc.1979，101，3098-3110和J.Am.Chem.Soc.1988，110，5211-5212.)中所述。吸电子基团和离去基团的最理想选择是使得可以通过相继的Michael和逆Michael反应发生双烷基化。
还可以用偶联至双键或介于离去基团和吸电子基团之间的其它多重键制备交叉官能烷基化剂，如J.Am.Chem.Soc.1988，110，5211-5212中所述。
由于上述类型的交叉官能化的双烷基化试剂进行由Michael-逆Michael反应平衡控制的烷基化反应，并且由于可以以有效保持三级结构的可控方式，部分减少蛋白质中1到大于1的二硫键数目，因此可以使得双烷基化在给定二硫键的半胱氨酸的两个巯基中发生。这种反应顺序导致二硫桥与双烷基化试剂的重新退火(reannealling)。
通常，经生成式I化合物的偶联形成的硫醇醚键在水溶液中是水解稳定的。试剂本身也是水解稳定的。在这方面，如果在生理pH和至多45℃的温度下，化合物不发生大量降解，那么将该化合物视为水解稳定的。在这些条件下，经过八个小时，小于50％的降解视为微弱的。
应该理解，本发明允许生产在端基处或沿聚合物主链的侧链上具有交叉官能化的双烷基化官能团的聚合物试剂。
根据本发明的新型偶联物的一些实例包括：
和
Figure GSA00000053409300132
根据本发明的新型试剂的一些实例包括：
Figure GSA00000053409300141
下列实施例说明本发明。图1-5表示实施例7所得的结果。
实施例1
合成聚合物偶联剂
对硝基-3-哌啶基苯基乙基酮(propriophenone)盐酸盐：C14H19ClN2O3
向250ml单颈圆底烧瓶中加入对硝基苯乙酮(16.5g)、低聚甲醛(4.5g)、哌啶盐酸盐(12.1g)、无水乙醇(100mL)和磁力搅拌棒。向搅拌的非均匀混合物中加入盐酸(37wt％水溶液，1mL)，加热该溶液，在氮气条件下回流。1-2小时后再次加入低聚甲醛(3.0g)。使该溶液回流约18h，在这期间再次加入低聚甲醛(3.0g)。使该反应溶液冷却后，沉淀出结晶固体，所述结晶固体在进一步回流时不溶解。过滤分离固体并使用非常热的甲醇重结晶，得到大的黄色晶体(10.9g)。1H NMR(DMSO-d6)δ1.34-1.50(m，1H)，1.64-1.79(m，2H)，1.79-1.94(m，4H)，2.89-3.05(m，2H)，3.41(q，2H)，3.51-3.54(m，2H)，3.82(t，2H)，8.26(s，1H)，8.29(s，1H)，8.41(s，1H)，8.44(s，1H)。
3-(2-羟乙基硫醇)-对-硝基苯基乙基酮：
缓慢加热对硝基-3-哌啶基苯基乙基酮盐酸盐(30g，0.1mol)和巯基乙醇(9.5g，0.12mol)在95％乙醇(200ml)中的搅拌溶液，直至均匀。加入哌啶(1.0ml)并加热反应混合物，回流2h。冷却后，旋转蒸发除去大多数溶剂，加入乙酸乙酯(200ml)并过滤固体。相继使用10％的HCl水溶液、5％的NaHCO3和盐水抽提乙酸乙酯溶液，然后在Na2SO4上干燥，随后将乙酸乙酯蒸发成油，所述油结晶，得到23.2g所希望的产物，并在乙酸乙酯-乙醚中重结晶。
2，2-双(对甲苯硫代甲基)-对-硝基苯乙酮：C24H23NO3S2
向100ml单颈圆底烧瓶中加入对硝基-3-哌啶基苯基乙基酮盐酸盐(10.0g)、4-甲苯硫醇(8.2g)、甲醛(37％w/w的水溶液，10ml，过量)、甲醇(40ml)和磁力搅拌棒。加热所搅拌的非均匀混合物，直至形成黄色均相溶液(在50-60℃下几分钟)。然后加入5滴哌啶，加热该反应溶液进行回流。15分钟内反应物由于存在一些白/黄色固体而变得不均匀，2h后，该固体变成深橙色。该时间后停止回流，使反应物过夜冷却至室温。然后再次用另外的甲醛(37％w/w的水溶液，10ml，过量)在回流条件下加热反应混合物。回流约30min后，可以看见橙色油，没有固体。搅拌停止时，所述油将沉淀至烧瓶底部。继续回流7h后，使混合物冷却过夜，从而使所沉淀的油结晶。通过从加入几滴丙酮的非常热的甲醇中重结晶来分离和纯化结晶固体，以提供黄色晶体(10.0g)。1H NMR(DMSO-d6)δ2.31(s，6H)，3.31-3.33(m，4H)，3.97(五重，1H)，7.14(q，8H)，7.80(d，2H)，8.24(d，2H)。
2，2-双(对甲苯磺酰甲基)-对-硝基苯乙酮：C24H23NO7S2
在250ml圆底烧瓶中，将2，2-双(对甲苯硫代甲基)-对-硝基苯乙酮(2.5g)和过硫酸氢钾制剂(18.4g)在1∶1的甲醇∶水(100ml)中的悬浮液搅拌16h，得到白色固体悬浮液，向其中加入氯仿(100ml)，利用分液漏斗分离所得有机相，留下水相中的白色固体悬浮液。向水相中加入另外的水，直至形成均匀溶液，随后再次用氯仿(100ml)洗涤。将所得有机相合并，用盐水(50mL×2)洗涤，用硫酸镁干燥，并除去溶剂，真空干燥后得到近于纯白的固体粗产物(2.5g)。所述产物从丙酮中重结晶以得到白色晶体。1H NMR(CDCl3)δ3.43-3.62(m，4H)，4.44(五重，1H)，7.35(d，4H)，7.68(d，4H)；7.88(d，2H)，8.22(d，2H)；对于C24H23NO7S2的计算分析(实测)：C，57.47(57.27)；H，4.62(4.74)；N 2.79(2.58)；MS(FAB)m/z 502([M+1]+)。
2-(2-羟乙基磺酰甲基)-对-硝基-2(z)，4-pentadienophenone
向用氩吹扫并装配有温度计和滴液漏斗的火焰干燥圆底烧瓶中加入3-(2-羟乙基硫醇)-对-硝基苯基乙基酮(0.5g，2.0mmol)和无水四氢呋喃(50.0ml)。搅拌该溶液，并用干冰-丙酮浴冷却，随后通过注射器加入TiCl4(0.23ml，2.1mmol)。移除冰浴，将溶液温暖至室温，然后将溶液冷却至-40℃，并通过注射器加入二异丙基乙胺(1.1ml)。移除冷却浴，将反应混合物温暖至-15至0℃，变成红色。然后将反应混合物在3-5分钟内温暖至25℃，并通过滴液漏斗在30-40分钟期间加入丙烯醛(0.14g，2.1mmol)的无水四氢呋喃(20ml)溶液。该放热反应使得反应混合物的温度提高到30-40℃，加入乙醛之后继续搅拌该溶液20分钟，然后加入乙酸乙酯(75ml)。利用薄层层析确认3-(2-羟乙基硫醇)-对-硝基苯基乙基酮的开始出现和所希望的2-(2-羟乙基硫代甲基)-对-硝基-2(z)，4-pentadienophenone(Rf≈0.38-0.45)的形成。在0.29-0.34的较低Rf下可以观察到副产物(E-异构体)。用10％的HCl水溶液和盐水抽提乙酸乙酯反应混合物。将所得水层合并，并用乙酸乙酯抽提两次，合并所有乙酸乙酯级分并用10％的HCl水溶液、5％的NaHCO3水溶液和盐水洗涤两次，然后在固体Na2SO4上干燥。旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到作为油的粗产物2-(2-羟乙基硫代甲基)-对-硝基-2(z)，4-pentadienophenone，其立即被氧化以合成2，2-双[(对甲苯磺酰甲基)]-对-硝基苯乙酮，从而得到固体2-(2-羟乙基磺酰甲基)-对-硝基-2(z)，4-pentadienophenone，通过柱层析纯化或在乙酸乙酯或甲醇中重结晶，然后共价结合至氨基封端的聚乙二醇上，如本说明书中其它地方所述。
用多种醛依次进行以上反应，所述醛包括乙醛(acealdehyde)、异丁烯醛、乙基丙烯醛(ethacrolein)、丁醛、巴豆醛、2，4-戊二烯醛、山梨醛(sorbaldehyde)、甲苯甲醛、肉桂醛、甲基肉桂醛、氯肉桂醛、5-苯基-2，4-戊二烯醛和7-苯基-2，4，6-庚三烯醛。用多种芳基酮衍生物依次进行以上反应，所述芳基酮衍生物包括3-(对甲苯硫代甲基)-间-硝基苯乙酮、3-(2-羟乙基硫代)-间-硝基苯基乙基酮、3-(乙基硫代甲基)-间-硝基苯基乙基酮、3-(二甲基氨基乙基硫代)-间-硝基苯基乙基酮、3-(2-羟乙基硫代)-3-苯基苯基乙基酮、3(2-羟乙基硫代)-5-苯基-4(E)-pentenophenone、3(乙基硫代甲基-邻-硝基苯基乙基酮)、3-(乙基硫代)-苯基乙基酮、3-(2-羟乙基磺酰基)苯基乙基酮、2-(3-(2-羟乙基硫代)-1-丙烯基)-间-2(E)-4-pentadienophenone。还可以用脂族酮衍生物依次进行以上反应，所述脂族酮衍生物包括4-(乙基硫代)-2-丁酮、4-(对甲苯硫代)-2-丁酮、4-(4-硝基苯基硫代)-2-丁酮、4-(2-羟乙基硫代)-2-丁酮和甲基-3-(2-羟乙基硫代)-propanoate。这些前体的前述反应的最终产物可以共价结合至聚乙二醇，如本说明书中其它地方所述。
2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]-对-氨基苯乙酮盐酸盐C24H26ClNO5S2
向100mL圆底烧瓶中加入2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]-对-硝基苯乙酮(2g)、乙醇(25mL)、盐酸(37wt％的水溶液，8mL)和磁力搅拌棒。然后向所得非均匀混合物中加入二水合氯化锡(II)，并将该混合物在45℃的油浴中加热2h。然后向所形成的均匀黄色溶液中加入水，直到如果再加入水就会发生沉淀。使均匀溶液冷却至室温，从而结晶/沉淀出黄色化合物，通过真空过滤将其分离。然后将所分离的产物与加热的丙酮和甲醇混合物(约90∶10v/v)混合。通过真空过滤分离不溶固体，并在真空烘箱中干燥至恒定质量(1.4g)。1H NMR(DMSO-d6)δ2.50(s，6H)，3.57-3.73(交迭m，5H)，6.27(s，2H)，6.39(d，2H)，6.96(d，2H)，7.47(d，4H)，7.55(d，4H)。
将2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]-对-氨基苯乙酮偶联至α-甲氧基-ω-氨基聚乙二醇
向装配有滴液漏斗和氮气管道的100mL单颈圆底烧瓶中，在氮气气氛下加入三光气(23mg)、2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]-对-氨基苯乙酮盐酸盐(125mg)、无水甲苯(2.5ml)和磁力搅拌棒。分别将无水三乙胺(68μL)和无水甲苯(2.5mL)装入滴液漏斗。将丙酮/干冰浴置于圆底烧瓶下方，使其内容物冷却。然后将三乙胺溶液在5-10min期间逐滴加入到三光气溶液中，同时搅拌。仍然是在氮气气氛中，花费几个小时将烧瓶和干冰浴温暖至室温，并且一旦到了室温，就将反应混合物进一步搅拌约2h。然后在室温下向反应混合物中滴加O-(2-氨基乙基)-O′-甲基聚乙二醇2,000(490mg)和无水三乙胺(68μL)的无水甲苯溶液。在室温下将所得混合物搅拌过夜(总共约20h)。然后使反应混合物暴露于大气中，并在重力作用下穿过作为过滤器的带有一片无吸收性原棉的5mL一次性注射器来进行过滤。将均匀的洗脱液转移至100mL分液漏斗中，随后用去离子水洗涤两次(30mL，然后是10mL)。将水相合并，然后用二乙醚(约25mL)洗涤。然后冷冻干燥水相，得到近于纯白的固体产物(160mg)。在二乙醚和甲苯相中也发现了产物。1H NMR(CDCl3)δ2.5(s)，3.39(s)，3.41-3.53(交迭m’s)，3.53-3.76(m)，3.82(t)，4.17(五重)，7.35-7.39(m，1.39)，7.46(d)，7.68(d)。
实施例2
合成聚合物偶联剂
对羧基-3-哌啶基苯基乙基酮盐酸盐
向250ml单颈圆底烧瓶中加入对乙酰基苯甲酸(10g)和哌啶盐酸盐(7.4g)、100mL无水乙醇和磁力搅拌棒。向搅拌的非均匀混合物中加入浓盐酸(1mL)，并随后加热，在氮气条件下回流。向烧瓶中加入低聚甲醛(3.7g)并继续回流约1.5h。形成均匀溶液，并向其中再次加入低聚甲醛(3.7g)。继续加热约6h，在这期间再次加入低聚甲醛(3.7g)。使反应溶液冷却至室温并放置1周。通过过滤冷却的反应混合物分离出白色固体。试着在溶解于非常热的甲醇中后使固体结晶。通过过滤分离出不溶产物(1.96g)，从滤出液中结晶出第二产物(0.88g)。真空干燥后，利用红外光谱和薄层层析分析，两种产物表现为相同的，因此将其合并以用于随后的反应中。ATR-FT-IR1704，1691，1235，760。
4-[2，2-双[(对甲苯硫代)甲基]乙酰基]苯甲酸：C25H24O3S2
向50mL单颈圆底烧瓶中加入对羧基-3-哌啶基苯基乙基酮盐酸盐(2.5g)、4-甲苯硫醇(2.1g)、甲醛(37％w/w水溶液，2.5mL)、乙醇(10mL)、磁力搅拌棒和哌啶(约10滴)。然后将冷凝器装配到烧瓶上，加热反应溶液，回流。随后加入甲醇(5mL)。约2h后，加入另外的甲醛(2.5mL)，继续加热另外2h。然后使反应烧瓶冷却至室温，此时用二乙醚(约150mL)稀释反应溶液。然后用水(使用1N盐酸酸化至pH2-3；50mL×2)、水(50mL)和盐水(75mL)洗涤所得有机相，随后在硫酸镁上干燥。过滤，随后在旋转蒸发器上除去挥发物，得到固体残余物。在加热的同时将所述固体溶解于最小体积的主要是甲醇和丙酮的混合物中。随后将均匀溶液置于冰箱中过夜，得到近于纯白的晶体，通过真空过滤将其分离出来，用新鲜丙酮洗涤，然后在真空烘箱中干燥至恒定质量(2.5g)：1H NMR(CDCl3)δ2.38(s，6H)，3.16-3.31(m，4H)，3.85(五重，1H)，7.15(d，4H)；7.18(d，4H)，7.64(d，2H)，8.07(d，2H)；对于C25H24O3S2的计算分析(实测)：C，68.78(68.84)；H，5.54(5.77)。
4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸：C25H24O7S2
在250mL圆底烧瓶中，将4-[2，2-双[(对甲苯硫代)甲基]乙酰基]苯甲酸(2g)和过硫酸氢钾制剂(16.9g)在1∶1v/v的甲醇∶水(100ml)中的悬浮液搅拌16h，得到白色固体悬浮液，向其中加入氯仿(100ml)，利用分液漏斗分离所得有机相，留下水相中的白色固体悬浮液。向非均匀水相中加入另外的水，直至均匀(约170mL)，随后用氯仿(75ml)洗涤水相。将有机相合并，用水(50mL×2，用几滴1N盐酸酸化)和盐水(50mL)洗涤，用硫酸镁干燥有机相、过滤并利用旋转蒸发器除去溶剂，以得到近于纯白的固体粗产物(2.2g)。通过从非常热的乙酸乙酯、丙酮和己烷中重结晶来进行进一步纯化(基于1g产物)，得到0.6g产物：1H NMR(CDCl3)δ2.51(s，6H)，3.49-3.72(m，4H)，4.44(五重，1H)，7.40(d，4H)，7.73-7.78(m，6H)，8.13(d，2H)；对于C25H24O7S2的计算分析(实测)：C，59.98(59.88)；H，4.83(4.78)。
将4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸偶联至α-甲氧基-ω-氨基PEG(2000g/mol)
向50mL单颈Schlenk烧瓶中加入4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸(100mg)和磁力搅拌棒。密封烧瓶并施加强真空约15min。向烧瓶中引入氩气氛，并在搅拌的同时利用注射器加入氯化亚硫酰(1mL)。在50℃加热所得混合物2h。然后真空除去挥发性液体以得到黄色泡沫。再次将氩气氛引入烧瓶中，并利用注射器加入无水二氯甲烷(5mL)，以得到均匀溶液。随后再次真空除去挥发性液体。重复加入/除去溶剂的过程，直至留下白色残余物。再次向Schlenk烧瓶中加入无水二氯甲烷(5mL)以形成均匀溶液。分别地，在装配有隔膜和磁力搅拌棒的25mL圆底烧瓶中，在氩气氛下，使O-(2-氨基乙基)-O′-甲基聚乙二醇(2,000g/mol)(0.2g)和无水三乙胺(30μL)溶解于无水二氯甲烷(5mL)中。将含有双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸的反应溶液逐滴注入含有聚乙二醇溶液的烧瓶中，立即形成一股白色气体。在室温下将所得溶液搅拌过夜，此时加入另外的三乙胺(28μL)。再经过1h后，通过玻璃移液管将反应溶液逐滴加入到快速搅拌的二乙醚中。为了获得沉淀，需要向该二乙醚溶液中加入己烷，并将烧瓶置于冰浴中。所得沉淀通过离心分离出来，并在真空烘箱中干燥至恒定重量，得到近于纯白的固体产物(230mg)。通过首先将产物溶解于二氯甲烷中并加入到冷冻的搅拌的二乙醚溶液中进行沉淀来实现进一步纯化。1HNMR(CDCl3)δ2.51(s)，3.40(s)，3.60-3.75(m)，3.84(t)，4.36(五重)，7.39(d)，7.68(d)，7.71(d)，7.85(d)。
将4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸偶联至α-甲氧基-ω-氨基PEG(20,000g/mol)
向50mL单颈Schlenk烧瓶中加入4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸(100mg)和磁力搅拌棒。密封烧瓶并施加强真空约15min。向烧瓶中引入氩气氛，并在搅拌的同时利用注射器加入亚硫酰氯(1mL)。在50℃加热所得混合物2h。使烧瓶冷却至室温之后，真空除去挥发性液体以得到黄色泡沫。再次将氩气氛引入烧瓶中，并利用注射器加入无水二氯甲烷(5mL)，以得到均匀溶液。随后再次真空除去挥发性液体。重复加入-除去溶剂的过程，直至留下白色残余物。最后在氩气氛下向烧瓶中加入无水二氯甲烷(5mL)以形成均匀溶液。
在不同的50mL Schlenk烧瓶中，在氩气氛下，使O-(2-氨基乙基)-O′-甲基聚乙二醇(20,000g/mol)(0.5g)溶解于4mL无水甲苯中，随后真空蒸发该溶液至干燥状态。所得白色残余物在真空中保持3h，随后在氩气氛下溶解于无水二氯甲烷(5mL)中。
向在冰水浴中冷却并搅拌的聚乙二醇溶液中逐滴缓慢加入双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸的反应溶液。完全加入后，向所得溶液中逐滴缓慢加入40μL干燥三乙胺。当三乙胺加入完毕时，将所得溶液搅拌过夜，并温暖至室温。
然后通过0.45μm的过滤器过滤反应溶液，从洗脱液中除去挥发性液体，得到浅黄/橙色残余物，并将其再次溶解于温热的丙酮(10mL)中。将含有所得均匀溶液的烧瓶置于冰水浴中，在搅拌的条件下出现沉淀。在3号烧结玻璃漏斗上分离白色沉淀物，并用冷冻的新鲜丙酮(约30mL)洗涤。真空干燥所分离的固体，得到0.4g白色固体。1H NMR(CDCl3)δ2.42(s)，3.31(s)，3.40-3.75(m)，4.27(m)，7.30(d)，7.59(d)，7.63(d)，7.75(d)。
将α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺聚乙二醇偶联剂(20,000g/mol)(0.4g)溶解于10mL氩吹扫的乙腈∶水(24∶1v/v，2mg氢醌)混合物，并通过0.45μm的PP过滤器过滤该溶液。在氩气氛下将洗脱液放入圆底烧瓶中，并在搅拌的条件下加入三乙胺(50μL)。然后将烧瓶置于30℃的油浴中20h，同时搅拌，这段时间之后，使烧瓶冷却至室温，并真空除去挥发性液体。所得残余物溶解于温热的丙酮(10mL)中，并且一旦均匀，就将该溶液置于冰水浴中，此时在溶液搅拌的同时发生沉淀。所述白色沉淀在3号烧结玻璃漏斗上进行分离，并用冷冻的新鲜丙酮(约30mL)洗涤。真空干燥分离出的固体，得到0.3g白色固体。1H NMR(CDCl3)δ2.35(s)，3.31(s)，3.39-3.78(m)，4.28(s)，5.84(s)，6.22(s)，7.26(d)，7.65(d)，7.72(d)，7.81(d)。
实施例3
4-甲苯硫醇和α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺聚乙二醇的反应
将聚合物偶联剂α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺聚乙二醇(2000g/mol)(30mg，12.1μmol，1eq.)和4-甲苯硫醇(3mg，24.2mmol，2eq.)溶解于氘代氯仿(约0.75mL)中。随后向均匀溶液中加入三乙胺(1.7μL，12.1μmol，1eq.)。搅拌反应混合物，并得到H-NMR谱图。所得谱图证实，发生了4-甲苯硫醇与聚合物偶联剂的加成反应。用丙三醇进行相似的反应。
实施例4
聚合物偶联至核糖核酸酶A
向15mL离心管中的核糖核酸酶A(30mg)中加入3mL 8M的尿素水溶液，然后加入2-巯基乙醇(60μL)。利用10％的甲胺水溶液将所得溶液的pH调整至pH8.5。然后用氮使该反应溶液起泡约30min。还是用氮吹扫，在37℃将该管加热5h。然后在冰-盐水浴中冷却该反应混合物，并向反应溶液中加入10ml经氩吹扫的1N HCl∶无水乙醇(1∶39v/v)的冷冻溶液。发生沉淀，并通过离心分离沉淀物，然后用另一份10mL HCl∶无水乙醇混合物洗涤三次，用经氮吹扫的冷冻二乙醚洗涤两次(2×10mL)。每次洗涤之后，都通过离心分离沉淀物。然后将所洗涤的沉淀物溶解于经氮吹扫的去离子水中，并冷冻干燥，得到干固体。利用Ellman实验证实并量化了核糖核酸酶A的部分还原，每个蛋白质分子中含有5.9个自由硫醇。
在eppendorf中，将部分还原的核糖核酸酶A(10.9mg)溶解于经氩吹扫的pH8的氨水溶液(500μL)中。在不同的eppendorf中，用聚乙二醇(2000g/mol)衍生化的的α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺聚合物偶联剂(5mg)也溶解于氨水溶液(250μL)中，将所得溶液加入到核糖核酸酶A溶液中。PEGeppendorf用250μL新鲜氨水溶液洗涤，也将其加入到主反应eppendorf中。然后在氩气氛下关闭反应eppendorf，并在37℃加热约24h，然后使其冷却至室温。然后利用十二烷基硫酸钠凝胶电泳(SDS-PAGE)分析冷却的反应溶液。SDS-PAGE实验与聚乙二醇化4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酸与核糖核酸酶A的反应是一致的。
实施例5
聚合物偶联至小鼠IgG抗体Fab片段
室温下，在经氩吹扫的含有0.15M磷酸钠和0.005M EDTA的240μL 0.02M磷酸钠pH6缓冲液中，得到0.4mg/mL的小鼠IgG抗体Fab片段(Abcam Cat.No.AB6668)溶液，向此溶液中加入4μL经氩吹扫的1mM硒代胱胺二盐酸化物(selenocystaminedihydrochloride)水溶液，然后加入12μL经氩吹扫的三(2-羧乙基)膦盐酸化物(TCEP)水溶液。所得溶液立即旋转振荡几秒种，然后使其在室温下静置6min。取两个5μL含有还原的Fab片段的溶液样品以备将来分析，并使剩余的溶液在冰水浴中静置4min。将冰水浴冷冻的用聚乙二醇(20,000g/mol)衍生化的α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺溶液(1.6μL，50mg/ml，经氩吹扫的含有0.15M氯化钠、0.005M EDTA和0.23mM氢醌的0.02M磷酸钠pH6缓冲液)立即加入到Fab溶液中；该溶液旋转振荡几秒种，然后放回到冰水浴中。以类似方式，每2分钟加入另外的1.6μL偶联剂溶液，直到总共加入了6.4μL。加入完毕后，将反应溶液置于冰箱(＜5℃)中2h。然后，取反应溶液样品，以通过SDS PAGE进行分析。
通过SEC-HPLC分析反应混合物(100μL注入量，superpose 12-24mL柱，Amersham biosciences；洗脱剂：20mM磷酸钠、0.15M NaCl pH7.0；以0.25ml/min的流速等度洗脱100min；UV检测，210nm)，显示出了相同的对照反应混合物中不存在Fab-聚乙二醇偶联物。通过SDS PAGE分析从SEC-HPLC层析分离的组分，观察到单聚乙二醇偶联物。
实施例6
聚合物偶联至天冬酰胺酶
用900μL 20mM磷酸盐缓冲液(pH6，也含有0.15M NaCl和5mM EDTA)稀释5mg/ml pH6.5的天冬酰胺酶溶液(Sigma)的100μL样品。然后加入DL-二硫苏糖醇(DTT，15.4mg)，使所得溶液在室温下静置。静置2h后，在用20mM磷酸盐缓冲液(pH6，也含有0.15M NaCl和5mM EDTA)平衡过的PD-10柱(Sephadex
Figure GSA00000053409300241
G-25M，Pharmacia Biotech)上纯化该溶液。用1mL新鲜缓冲液洗脱该柱。利用280nm处的UV光谱鉴定含有还原蛋白的两个组分。利用离心过滤装置(MWCO 3,000；Microcon)将这些组分浓缩至约270μL的体积，然后用新鲜的pH6磷酸盐缓冲液(还含有0.23mM氢醌)稀释至1ml。取两个5μl样品，以进行后面的SDS PAGE分析。另外，在相同的磷酸缓冲液中制备用聚乙二醇(20,000g/mol)衍生化的α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺偶联剂溶液的50mg/ml溶液，并与蛋白质溶液一起置于冰水浴中5min。然后向蛋白质溶液中加入58μl偶联剂溶液，旋转振荡几秒种后，将反应溶液置于冰箱(＜5℃)中。还在相同的条件和规模下进行了对照反应，但是使用未还原的天冬酰胺酶。通过用取自2h后的反应溶液样品进行的SDS PAGE(4-12％Bis-Tris Gel用胶体蓝染色)证实聚乙二醇成功偶联至天冬酰胺酶。对于取自没有使天冬酰胺酶与DTT反应的对照反应样品的SDS PAGE，没有观察到偶联物带。
实施例7
聚合物偶联至干扰素
通过加入硒代胱胺(1mM经氩吹扫的去离子水溶液，2当量)和TCEP(1mM经氩吹扫的去离子水溶液，5当量)，部分还原用150μl缓冲溶液(磷酸钠0.02M；NaCl0.15M；EDTA 0.005M；pH6.0的经氩吹扫的去离子水溶液)稀释的100μL干扰素α-2b溶液(Shantha Biotechnics)(1mg/ml)的溶液。将蛋白质溶液冷却至4℃。将用聚乙二醇(20,000g/mol)衍生化的α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺偶联剂溶解于缓冲溶液(50mg/ml)中，冷却至4℃，并向蛋白质溶液中加入16μl。旋转振荡反应混合物并在4℃孵育2h。反应混合物的非离子组分通过阳离子交换层析(Hitrap SP FF 1ml柱，Amersham biosciences)除去，使用两种缓冲液：(A)25mM乙酸钠，pH4.0和(B)25mM乙酸钠+0.7M NaCl，pH4.0。用缓冲液A(5.0ml)洗柱(1ml/min)，随后是缓冲液B(5.0ml)，然后用10ml缓冲液A(10ml)平衡。将偶联物加到柱(200μl)上，然后加缓冲液A(500μl)并收集上样组分(0.5ml)。用5ml缓冲液A洗柱子，并收集组分。用缓冲液B(10ml)从柱上洗脱样品，并收集组分。利用光谱(UV，280nm)确定包含蛋白质的组分，然后通过体积排阻层析纯化这些组分得到分离的组分(100μl注入量，superose 12-24ml柱，Amersham biosciences；洗脱剂：20mM磷酸钠、0.15M NaCl pH7.0；以0.25ml/min的流速等度洗脱100min；UV检测，210nm)。这些纯化条件提供了从天然干扰素中分离聚乙二醇干扰素偶联物的基线分辨率。偶联反应和聚乙二醇偶联物的纯化通过SDS-PAGE、12％Bis-Tris凝胶(SilverQuest银染；胶体蓝染色以及0.1M高氯酸/5％BaCl2和0.1M I2染色)证实。向60μl 0.02M磷酸钠、0.15M NaCl、0.005M EDTA、pH6.0的氩吹扫水溶液中加入40μl干扰素(1mg/ml)所得的溶液，与溶解于缓冲溶液中的用聚乙二醇(20,000g/mol)衍生化的α-甲氧基-ω-4-[2，2-双[(对甲苯磺酰基)甲基]乙酰基]苯甲酰胺偶联剂(50mg/ml)混合，冷却至4℃，并取16μl加入蛋白质溶液中，其中没有观察到偶联作用。旋转振荡该反应混合物并在4℃孵育2h。
聚乙二醇干扰素偶联物的每种纯化组分的浓度通过酶免疫分析法测定。利用相同的分析测定偶联的天然干扰素和干扰素国际标准品NIBSC(UK)的浓度。所得的用于前述所有形式干扰素的可重复、精确的标准曲线示于图1中。将A549细胞(人肺成纤维细胞)以15,000细胞/孔铺板于96孔平底组织培养板中。然后将来自NIBSC(UK)的干扰素、偶联的天然干扰素和聚乙二醇干扰素偶联物分别加入到细胞中，设置三个重复。在37℃(5％CO2)孵育培养板24h。第二天，在DMEM/2％FCS中由-80℃下贮存的原种病毒制备EMCV(脑心肌炎病毒)工作溶液。除去包含干扰素或聚乙二醇干扰素偶联物的培养基，更换为包含EMCV的培养基。然后在37℃将组织培养板孵育1h，之后除去病毒。加入100微升DMEM/10％FCS培养基，并在27℃将培养板孵育16-24h。从16h开始，定时读取培养板，以确定细胞什么时候开始死亡。然后吸出培养基，并用100μl磷酸盐缓冲溶液洗涤细胞。然后，在室温下，加入50μl甲基紫溶液[即：甲基紫(4％甲醛，0.05％甲基紫2B(Sigma-Aldrich))30分钟。随后用100μl水洗涤培养板，并空气干燥。使用酶标仪(plate reader)测定570nm处的分光光度吸收。图2证实，用于偶联的干扰素具有国际标准品NIBSC(UK)干扰素的同等活性。图3证实，用于偶联的天然干扰素在经过除暴露于聚乙二醇偶联剂之外的所有化学和纯化过程后保持同等的生物活性。图4证实，用于偶联的天然干扰素和纯化的聚乙二醇干扰素偶联物保持同等的生物活性。
测定干扰素-α2b对2′，5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′，5′-OAS)和蛋白质激酶R(PRKR)mRNA的诱导。对纯化的聚乙二醇干扰素偶联物和天然干扰素-α2b样品进行评估。在24孔组织培养板中在37℃孵育两百万个MOLT 4细胞/孔24h，每种干扰素样品使用经酶免疫分析法测定的5000pg。提取总RNA(RNA II分离试剂盒，Macheray-Nagel)，并取200ng在20μL最终体积中进行反转录(Sigma，AMV反转录试剂盒)。以1∶4在水中稀释样品，取2μL每种样品在20μL实时PCR定量混合物(Sigma SybrGreen ReadyMix)中进行扩增。所用引物是：
2′，5′-OAS正向GGC TAT AAA CCT AAC CCC CAA ATC
2′，5′-OAS反向AGC TTC CCA AGC TTC TTC TTA CAA
PKR正向     ACT CTT TAG TGA CCA GCA CAC TCG
PRKR反向    TTT AAA ATC CAT GCC AAA CCT CTT
对于2′，5′-OAS扩增来说，在94℃酶活化5min，然后进行48次循环：在94℃变性5秒钟，在60℃退火2秒钟，并在72℃延伸8秒钟。对于PRKR扩增来说，样品在94℃活化5min，并进行48次循环：在94℃变性5秒钟，在59℃退火2秒钟，并在72℃延伸8秒钟。在扩增结束时进行产物的解链曲线分析。相对于对照未处理细胞，使用下列公式定量所诱导的mNRA水平：
相对增加量＝2-(Ct样品-Ct对照)
其中Ct是交换阈值。
图5中，图5(a)示出干扰素诱导型2′，5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′，5′-OAS)基因的实时定量RT-PCR(两步)分析，图5(b)示出干扰素诱导型蛋白质激酶R(PRKR)基因的实时定量RT-PCR(两步)分析。结果证实，聚乙二醇干扰素-α2b偶联物刺激2′，5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′，5′-OAS)和蛋白质激酶R(PRKR)mRNA合成，达到与未聚乙二醇化的天然干扰素-α2b相似的水平。
以下是本分案申请之母案申请中的权利要求书中的技术方案：
1.具有下列通式的化合物，
Figure GSA00000053409300271
其中，X和X′之一代表聚合物，另一个代表氢原子；
每个Q独立地代表连接基团；
W代表吸电子基团或可由吸电子基团还原而得的基团；或者，如果X′代表聚合物，那么X-Q-W-可以共同代表吸电子基团；另外，如果X代表聚合物，那么X′和吸电子基团W与中间原子可以共同形成环；
Z1和Z2各自独立地代表来源于生物分子的基团，每一个通过亲核基团连接到A和B；
或者Z1和Z2共同代表来源于生物分子的单一基团，通过两个亲核基团连接到A和B；
A是C1-5亚烷基或亚烯基链；并且
B是键或C1-4亚烷基或亚烯基链。
2.第1项所述的化合物，其中聚合物X或X′是聚亚烷基二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、聚噁唑啉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或聚甲基丙烯酰胺、HPMA共聚物、聚酯、聚缩醛、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚亚氨基碳酸酯、聚酰胺、二乙烯基醚-马来酸酐或苯乙烯-马来酸酐的共聚物、多糖或聚谷氨酸。
3.第2项所述的化合物，其中聚合物是聚乙二醇。
4.第1-4项中任一项所述的化合物，其中每个连接基团Q独立地代表直接键合、亚烷基或任选取代的芳基或杂芳基，其中任意一种都可以由一个或多个氧原子、硫原子、R代表烷基或芳基的-NR基团、酮基、-O-CO-基和/或-CO-O-基封端或中断。
5.第1-5项中任一项所述的化合物，其中W代表酮或醛基CO、酯基-O-CO-或砜基-SO2-，或由这种基团还原而得到的基团；或者X-Q-W-共同代表氰基。
6.第1-6项中任一项所述的化合物，其中Z1和Z2共同代表单一的生物分子。
7.第1-5项中任一项所述的化合物，其中Z1和Z2各自或Z1和Z2共同代表蛋白质。
8.第7项所述的化合物，其中所述或每个蛋白质通过硫醇基团连接至A和B。
9.第8项所述的化合物，其中所述硫醇基团通过二硫桥的部分还原而形成。
10.制备第1-9项中任一项所述的化合物的方法，其包括使(i)通式(II)化合物或(ii)通式(III)化合物与具有通式Z1Nu或Z2Nu的化合物或具有通式Z(Nu)2的化合物反应：
Figure GSA00000053409300281
在通式(II)中，X和X′之一代表聚合物，另一个代表氢原子；
Q代表连接基团；
W′代表吸电子基团例如酮基、酯基-O-CO-或砜基-SO2-；或者，如果X′代表聚合物，那么X-Q-W′可以共同代表吸电子基团；
A代表C1-5亚烷基或亚烯基链；
B代表键或CX亚烷基或亚烯基链；并且
每个L独立地代表离去基团；
Figure GSA00000053409300282
在通式(III)中，X、X′、Q、W′、A和L具有为通式II所给出的意义，另外，如果X代表聚合物，那么X′和吸电子基团W′可以与中间原子共同形成环，m代表1-4的整数；
在通式Z1Nu、Z2Nu或Z(Nu)2中，Z代表生物分子，每个Nu独立地代表亲核基团。
11.第10项的方法，其中所述或每个离去基团L代表-SR、-SO2R、-OSO2R、-N+R3、-N+HR2、-N+H2R、卤素或
Figure GSA00000053409300291
其中R代表烷基或芳基，代表含有至少一个吸电子取代基的取代芳基。
12.第10项或第11项中所定义的通式II或III的化合物。
13.药物组合物，包含第1-9项中任一项所述的生理耐受的化合物，和药学上可接受的载体。
14.第1-9项中任一项所述的化合物用作药物的用途。

Claims (17)

1.具有下列通式的化合物，
其中，X和X′之一代表聚乙二醇，另一个代表氢原子；
每个Q独立地代表连接基团；
W代表吸电子基团或可由吸电子基团还原而得的基团；或者，如果X′代表聚乙二醇，那么X-Q-W-可以共同代表吸电子基团；另外，如果X代表聚乙二醇，那么X′和吸电子基团W与中间原子可以共同形成环；
Z1和Z2各自独立地代表蛋白质，各自通过亲核基团连接到A和B；或者Z1和Z2共同代表单个蛋白质，其通过两个亲核基团连接到A和B，每一个所述亲核基团均来源于胺基团；
A是C1-5亚烷基或亚烯基链；并且
B是键或C1-4亚烷基或亚烯基链。
2.权利要求1所述的化合物，其中每个连接基团Q独立地代表直接键、亚烷基或任选取代的芳基或杂芳基，其中任意一种都可以由一个或多个氧原子、硫原子、R代表烷基或芳基的-NR基团、酮基、-O-CO-基和/或-CO-O-基封端或中断。
3.权利要求1所述的化合物，其中W代表酮或醛基CO、酯基-O-CO-或砜基-SO2-，或由这种基团还原而得到的基团；或者X-Q-W-共同代表氰基。
4.权利要求1所述的化合物，其中Z1和Z2各自独立地代表蛋白质。
5.权利要求1所述的化合物，其中每一个所述亲核基团均来源于赖氨酸残基。
6.制备权利要求1-5中任一项所述的化合物的方法，其包括使(i)通式(II)化合物或(ii)通式(III)化合物与具有通式Z1Nu和Z2Nu的化合物或具有通式Z(Nu)2的化合物反应，其中Z代表单个蛋白质，每个Nu独立地代表来源于胺基团的亲核基团：
在通式(II)中，X和X′之一代表聚乙二醇，另一个代表氢原子；
Q代表连接基团；
W′代表吸电子基团；或者，如果X′代表聚乙二醇，那么X-Q-W′可以共同代表吸电子基团；
A代表C1-5亚烷基或亚烯基链；
B代表键或C1-4亚烷基或亚烯基链；并且
每个L独立地代表离去基团；
Figure FSB00000714517200022
在通式(III)中，X、X′、Q、W′、A和L具有为通式II所给出的含义；另外，如果X代表聚乙二醇，那么X′和吸电子基团W′可以与中间原子共同形成环，m代表1-4的整数。
7.权利要求6的方法，其中W′代表酮基、酯基-O-CO-或砜基-SO2-。
8.权利要求6的方法，其中所述离去基团L代表-SR、-SO2R、-OSO2R、-N+R3、-N+HR2、-N+H2R、卤素或
Figure FSB00000714517200023
其中R代表烷基或芳基，
Figure FSB00000714517200024
代表含有至少一个吸电子取代基的取代芳基。
9.具有下列通式的化合物，
其中，X和X′之一代表聚乙二醇，另一个代表氢原子；
每个Q独立地代表连接基团；
W代表吸电子基团或可由吸电子基团还原而得的基团；或者，如果X′代表聚乙二醇，那么X-Q-W-可以共同代表吸电子基团；另外，如果X代表聚乙二醇，那么X′和吸电子基团W与中间原子可以共同形成环；
Z1和Z2各自独立地代表蛋白质，各自通过亲核基团连接到A和B；或者Z1和Z2共同代表单个蛋白质，其通过两个亲核基团连接到A和B，每一个所述亲核基团均来源于巯基基团；
A是C1-5亚烷基或亚烯基链；并且
B是键或C1-4亚烷基或亚烯基链。
10.权利要求9所述的化合物，其中每个连接基团Q独立地代表直接键、亚烷基或任选取代的芳基或杂芳基，其中任意一种都可以被一个或多个氧原子、硫原子、R代表烷基或芳基的-NR基团、酮基、-O-CO-基和/或-CO-O-基封端或中断。
11.权利要求9或权利要求10中所述的化合物，其中W代表酮或醛基CO、酯基-O-CO-或砜基-SO2-，或由这种基团还原而得到的基团；或者X-Q-W-共同代表氰基。
12.权利要求9或10中所述的化合物，其中Z1和Z2各自独立地代表蛋白质。
13.制备权利要求9-12中任一项所述的化合物的方法，其包括使(i)通式(II)化合物或(ii)通式(III)化合物与具有通式Z1Nu和Z2Nu的化合物或具有通式Z(Nu)2的化合物反应，其中Z代表单个蛋白质，每个Nu独立地代表来源于巯基基团的亲核基团：
Figure FSB00000714517200031
在通式(II)中，X和X′之一代表聚乙二醇，另一个代表氢原子；
Q代表连接基团；
W′代表吸电子基团；或者，如果X′代表聚乙二醇，那么X-Q-W′可以共同代表吸电子基团；
A代表C1-5亚烷基或亚烯基链；
B代表键或C1-4亚烷基或亚烯基链；并且
每个L独立地代表离去基团；
Figure FSB00000714517200041
在通式(III)中，X、X′、Q、W′、A和L具有为通式II所给出的含义，另外，如果X代表聚乙二醇，那么X′和吸电子基团W′可以与中间原子共同形成环，m代表1-4的整数。
14.权利要求13的方法，其中W′代表酮基、酯基-O-CO-或砜基-SO2-。
15.权利要求13的方法，其中所述离去基团L代表-SR、-SO2R、-OSO2R、-N+R3、-N+HR2、-N+H2R、卤素或其中R代表烷基或芳基，
Figure FSB00000714517200043
代表含有至少一个吸电子取代基的取代芳基。
16.药物组合物，其包含生理耐受的权利要求1-5或9-12中任一项所述的化合物，和药学上可接受的载体。
17.权利要求1-5或9-12中任一项所述的化合物用于制备药物的用途。
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