烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物及其应用
技术领域
本发明属于抗体药物偶联物技术领域,具体涉及烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物及其应用。
背景技术
抗体药物偶联物(Antibody-Drug Conjugates,以下简称ADC)的问世对癌症的治疗产生了革命性的影响。Adcetris和Kadcyla作为两个仅有的商品化ADC,在治疗霍奇金淋巴瘤和乳腺癌方面取得了很好的效果。ADC通过一个连接子将具有生物活性的小分子药物连接到单抗上,单抗作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中,这不仅提高了单抗的抗癌效果,还能够减少小分子药物的毒性。
抗体能够与连接子反应的化学位点较少,主要是赖氨酸的氨基和半胱氨酸的巯基。Adcetris利用抗体半胱氨酸的巯基和马来酰亚胺连接子偶联;Kadcyla利用抗体赖氨酸的氨基和连接子生成酰胺键。
ADC的最大瓶颈在于连接子的选择,连接子需要在血液中稳定,但是在到达目标细胞后断开释放药物分子。而且偶联反应需要连接子能够和抗体表面的氨基酸残基在水相中有选择性地、高效地进行,同时还能保持抗体的活性。
现有的连接子都有其局限性:虽然利用巯基能够得到比较均一的产物,但是抗体本身并没有裸露的巯基,需要还原二硫键,这就破坏了抗体的结构,影响抗体在体内的稳定性和分布;基因工程抗体上可以克服以上缺点,但是在抗体上修饰半胱氨酸或者其他非天然氨基酸需要精心的设计且成本昂贵;马来酰亚胺-巯基这种链接在血液中容易和半胱氨酸、光谷甘肽等发生巯基交换,影响ADC在血液中的稳定性。
发明内容
本发明的目的是,提供一种烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物及其应用。旨在解决现有技术中抗体药物偶联物所采用的连接子具有各种局限的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物,该抗体药物偶联物的结构式如式(I)所示:
其中,L表示药物分子,Ab表示抗体化合物。
所述的烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物,该抗体药物偶联物为以下化合物:
其中,n为1-5的整数,Y为O或CH2,m为1-5的整数,Ab表示抗体化合物。
优选地,所述Ab表示的抗体化合物选自嵌合抗体、人源化抗体、人抗体、可与抗原结合的抗体片段或者抗体Fc融合蛋白。
优选地,所述Ab为赫赛汀抗体。
本文的术语“抗体”以其最广泛的含义使用并且特别覆盖单克隆抗体、多克隆抗体、二聚体、多聚体、多特异性抗体(例如双特异性抗体)和抗体片段,只要它们表现出所需的生物活性(Miller等,(2003),Jour.of Immunology,170:4854-4861)。抗体可以为鼠、人、人源化、嵌合的抗体或来源于其它物种。抗体为由能够识别和结合特异性抗原的免疫系统产生的蛋白质(Janeway,C.,Travers,P.,Walport,M.,Shlomchik(2001)Immuno Biology,5th Ed.,Garland Publishing,New York)。靶抗原一般具有由多种抗体的CDRs识别的大量结合位点,也称作表位。特异性结合不同表位的各抗体具有不同的结构。因此,一种抗原可以具有一种以上相应的抗体。抗体包括全-长免疫球蛋白分子或全-长免疫球蛋白分子的免疫活性部分,即含有特异性结合所关注靶标的抗原或其部分的分子,这类靶标包括,但不限于癌细胞或产生与自身免疫性疾病相关的自身免疫抗体的细胞。本文披露的免疫球蛋白可以具有免疫球蛋白分子的任意类型(例如IgG、IgE、IgM、IgD和IgA)、类别(例如IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA、IgA2)或亚类。免疫球蛋白可以来源于任意的物种。然而,在一个方面中,免疫球蛋白来源于人、鼠或兔。
“抗体片段”包含全长抗体的一部分,一般为其抗原结合区或可变区。抗体片段的实例包括:Fab、Fab'、F(ab')2和Fv片段;双抗体;线性抗体;微抗体(minibody)(Olafsen等(2004)Protein Eng.Design&Sel.17(4):315-323);Fab表达文库制备的片段;抗-独特型(抗-Id)抗体;CDR(互补决定区);和以免疫特异性方式结合癌细胞抗原、病毒抗原或微生物抗原的上述任意的表位-结合片段;单-链抗体分子;和由抗体片段形成的多特异性抗体。
本文的术语“单克隆抗体”指从基本上同质的抗体群中获得的抗体,即除可能少量存在的天然发生的可能突变之外,包含在该群体中的各抗体是相同的。单克隆抗体是高度特异的靶向单个抗原位点的抗体。而且,与典型地包括靶向不同决定簇(表位)的不同抗体的多克隆抗体制品相反,每种单克隆抗体只靶向抗原上的单一决定簇。除其特异性外,单克隆抗体的优点还在于它们可以以不被其它抗体污染的方式合成。修饰语“单克隆”表示获自基本上同质的抗体群的抗体特性,并非解释为需要由任何特定方法生产抗体。例如,可以通过首先由Kohler等(1975)Nature256:495描述的杂交瘤方法制备用于本发明的单克隆抗体或可以通过重组DNA方法制备(例如:US4816567;US5807715)。例如,还可以使用Clackson等(1991)Nature,352:624-628;Marks等(1991)J.Mol.Biol.,222:581-597所述的技术从噬菌体抗体文库分离单克隆抗体。
本文的单克隆抗体特别包括“嵌合”抗体,其中重链和/或轻链的一部分与衍生自特定物种或属于特定抗体类型或亚型的抗体中的相应序列相同或同源,而所述链的剩余部分与来源于另一物种或属于另一抗体类型或亚型的抗体中的相应序列相同或同源,本文还包括嵌合抗体的片段,只要它们展示期望的生物学活性(US4816567;和Morrison等(1984)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,81:6851-6855)。本文关注的嵌合抗体包括“灵长化(primatized)”抗体,其包含来源于非人的灵长类(例如Old World Monkey、Ape等)的可变区抗原-结合序列和人恒定区序列。
本文的“完整抗体”为包含VL和VH结构域以及轻链恒定域(CL)和重链恒定域CH1、CH2和CH3的抗体。恒定域可以为天然序列恒定域(例如人天然序列恒定域)或其氨基酸序列变体。完整抗体可以具有一种或多种“效应子功能”,意旨归因于抗体的Fc恒定区(天然序列Fc区或氨基酸序列变体Fc区)的那些生物活性。抗体效应子功能的实例包括C1q结合;补体依赖的细胞毒性;Fc受体结合;抗体-依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC);胞吞作用;和细胞表面受体,诸如B细胞受体和BCR的减量调节。
根据其重链恒定域的氨基酸序列的不同,可以将完整抗体指定为不同“类别”。存在5种主要类别的完整免疫球蛋白抗体:IgA、IgD、IgE、IgG和IgM,且可以将其中的几种进一步分成“亚类”(亚型),例如IgG1,IgG2,IgG3,IgG4,IgA1和IgA2。对应于不同抗体类别的重链恒定域分别称作α、δ、ε、γ和μ。不同类别免疫球蛋白的亚单位结构和三维构型为众所周知的。Ig型包括铰链-修饰型或无铰链型(Roux等(1998)J.Immunol.161:4083-4090;Lund等(2000)Eur.J.Biochem.267:7246-7256;US2005/0048572;US2004/0229310)。
“亲本抗体”为所含氨基酸序列中的一个或多个氨基酸残基将用一个或多个半胱氨酸残基替代的抗体。亲本抗体可以包含天然或野生型序列。亲本抗体可以具有相对于其它天然、野生型或修饰形式的抗体而言预先存在的氨基酸序列修饰(诸如添加、缺失和/或替代)。亲本抗体可以针对所关注的靶抗原,例如生物学上重要的多肽。还关注针对非多肽抗原(诸如肿瘤相关糖脂抗原;参见US5,091,178)的抗体。例示性亲本抗体包括对细胞表面和跨膜受体和肿瘤相关抗原(TAA)具有亲和力和选择性的抗体。
本发明还提供了所述的烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物的制备方法,该方法为:
其中,L表示药物分子,Ab表示抗体化合物;优选地,所述L为秋水仙碱或秋水仙碱的衍生物,所述Ab为赫赛汀抗体。
具体步骤为:
(1)药物分子通过其结构上的氨基与烯基磺酰基连接,得到药物分子的烯基磺酰基衍生物;
(2)前述药物分子衍生物上的烯基与抗体化合物上的氨基通过迈克尔加成反应,将药物分子与抗体化合物偶联在一起。
本发明还提供了所述的烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物在制备抗癌药物中的应用。
本发明还提供了一种药物,该药物的活性组分为所述的烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物。
进一步地,所述药物为组合物,该药物组合物包括所述的烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物,以及溶剂化物或药学上可接受的载体。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明通过药物分子的氨基与烯基磺酰基连接,获得药物分子的烯基磺酰胺基衍生物,该烯基磺酰胺基衍生物能够选择性地与抗体上的氨基发生偶联反应,偶联反应的连接子能够和抗体表面的氨基酸残基在水相中有选择性地、高效地进行,同时还能保持抗体的活性。获得的抗体药物偶联物在化学环境以及体内环境中均具有高度的稳定性。另外抗体药物偶联物相对于单纯的药物分子抗肿瘤活性有所提高。
(2)烯基磺酰胺基作为一种迈克尔受体,在激酶抑制剂和蛋白酶抑制剂方面已经得到了广泛的应用,这类抑制剂在体内和激酶或者蛋白酶表面的氨基偶联后发挥药效。因此,烯基磺酰胺基在抗体药物偶联物的制备中可作为一个很好的连接子。
附图说明
图1为化合物3a在K2CO3碱性条件下5min的HPLC谱图;
图2为化合物3a在K2CO3碱性条件下5min的质谱图;
图3为化合物3a在K2CO3碱性条件下72小时的HPLC谱图;
图4为化合物3a在K2CO3碱性条件下72小时的质谱图;
图5为化合物3a在0.1M HCl酸性条件下5min的HPLC谱图;
图6为化合物3a在0.1M HCl酸性条件下5min的质谱图;
图7为化合物3a在0.1M HCl酸性条件下72小时的HPLC谱图;
图8为化合物3a在0.1M HCl酸性条件下72小时的质谱图;
图9为化合物3a在pH=4的PBS酸性条件下5min的HPLC谱图;
图10为化合物3a在pH=4的PBS酸性条件下5min的质谱图;
图11为化合物3a在pH=4的PBS酸性条件下72小时的HPLC谱图;
图12为化合物3a在pH=4的PBS酸性条件下72小时的质谱图;
图13为化合物3a在谷胱甘肽溶液中5min的HPLC谱图;
图14为化合物3a在谷胱甘肽溶液中5min的质谱图;
图15为化合物3a在谷胱甘肽溶液中72小时的HPLC谱图;
图16为化合物3a在谷胱甘肽溶液中72小时的质谱图;
图17为化合物3a在人血清中剩余量占初始量的百分比与时间的关系图;
图18为秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物的质谱图;
图19为赫赛汀抗体以及秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物分别与抗原结合的ELISA测试图;
图20为赫赛汀抗体以及秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物对SKBR3细胞抑制活性的示意图。
具体实施方式
本发明的一些方面和实施方案可以通过以下的具体实施例加以进一步说明。以下实施例用以说明本发明,但不限制本发明。以下采用的试剂和原料如未特别说明,均为商业化产品。
对比实施例1:
用以下实验证明烯基磺酰基化合物能够专一性的和赖氨酸发生迈克尔加成反应,而与其他氨基酸不发生反应。以下为化合物1与氨基酸的反应式:
上述反应式中采用的氨基酸为以下化合物2a-2e:
具体反应步骤为:化合物1的100μL DMSO-d6溶液加入到氨基酸的400μL D2O溶液中,核磁管在室温下震荡并用核磁氢谱跟踪反应。参见表1,为化合物1与化合物2a-2e的氨基酸进行化学反应结果。对于该化学反应结果,反应2h后再加入2当量的NaOH不能促进反应再进行。
表1,化合物1与氨基酸的化学反应结果
注:表1中(a)表示以化合物1为标准计算转化率;(b)表示以化合物2a为标准计算转化率。
从表1可以看出:只有化合物2a的氨基酸与化合物1能够进行反应,而化合物2b-2e的氨基酸与化合物1不反应。
化合物2a的氨基酸与化合物1反应得到化合物3a,结构式如下:
化合物3a用柱层析纯化(CH2Cl2/CH3OH=10:1),产物为无色液体。(7mg,70%纯化产率)。1H-NMR(400MHz,CDCl3,δ):7.36(m,5H,ArH),4.60(m,1H),4.31(d,J=6.2Hz,2H),3.75(s,3H),3.53(m,2H),3.10(m,4H),2.01(s,3H),1.4(m,6H).Product m/z[M+H]+calcd forC18H29N3O5S:399.1;found:399.8。
对比实施例2:测试化合物3a在不同化学环境中的稳定性。
(Ⅰ)在碱性条件下的稳定性
化合物3a(0.010mmol)和K2CO3(5.5mg,0.040mmol)溶解在THF和H2O(THF:H2O体积比为0.50mL:0.50mL)的混合液中,在室温下搅拌。用HPLC(214nm)检测产物的稳定性。参见图1-图4,分别为化合物3a在K2CO3碱性条件下5min和72小时的HPLC谱图和质谱图。
(Ⅱ)在酸性条件下的稳定性
化合物3a(0.0025mmol)溶解在THF/0.1M HCl(体积比为0.25mL:0.25mL)的混合液中,在室温下搅拌。用HPLC(214nm)检测产物的稳定性。参见图5-图8,分别为化合物3a在0.1M HCl酸性条件下5min和72小时的HPLC谱图和质谱图。
(III)在酸性条件下的稳定性
化合物3a(0.0025mmol)溶解在THF/PBS(体积比为0.25mL:0.25mL)的混合液中(其中PBS磷酸缓冲液的pH=4,浓度为100mM),混合液在室温下搅拌。用HPLC(214nm)检测产物的稳定性。参见图9-图12,分别为化合物3a在pH=4的PBS酸性条件下5min和72小时的HPLC谱图和质谱图。
(IV)在谷胱甘肽溶液中的稳定性
化合物3a(0.005mmol)和谷胱甘肽(4.6mg,0.015mmol)溶解在THF/PBS(体积比为0.2mL:0.2mL)的混合液中(其中PBS磷酸缓冲液的pH=7.4,浓度为200mM),混合液在室温下搅拌。用HPLC(214nm)检测产物的稳定性。参见图13-图16,分别为化合物3a在谷胱甘肽溶液中5min和72小时的HPLC谱图和质谱图。
参见表2,为化合物3a以及马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物在化学条件下的稳定性结果比较。
表1,化合物3a和马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物在化学条件下的稳定性
Remaining% |
I |
II |
III |
IV |
化合物3a |
84.3 |
88.9 |
97.4 |
>99 |
马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物 |
2.7 |
71 |
69 |
34 |
表1中的数据表示化合物3a以及马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物在I、II、III、IV这四种化学条件下,化合物3a及马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物的剩余量占初始量的百分比。其中,I)K2CO3(4当量),THF/H2O(体积比1:1),室温,72h。II)THF/0.1M HCl(体积比1:1),室温,72h。III)THF/pH=4.0,100mM PBS(体积比1:1),室温,72h。IV)谷胱甘肽(3equiv),THF/pH 7.4,200mM PBS(体积比2:3),37℃,72h。
表2的结果显示:化合物3a在四种条件下的稳定性都远远超过马来酰亚胺-半胱氨酸偶联物。
对比实施例3:
测试化合物3a在人血清中的稳定性。
0℃下,化合物3a(50μL,2mg/mL in DMSO)加入到950μL人血清中。化合物的终浓度为100μg/mL.该溶液在37℃培养72小时。每个12小时取100μL样品备用。向100μL样品中加入600μL乙腈是蛋白沉淀,10000rpm离心1分钟,取450μL上清液,混入150μL标准对照的乙腈溶液(Enrofloxacin,1μM)。样品用质谱定量。参见图17,该图展示了化合物3a在人血清中剩余量占初始量的百分比与时间的关系图。图17中的结果表明:化合物3a在血清中72小时后仍能保持62%的剩余量。
综合以上实验结果,表明:以烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物相对于马来酰亚胺作为连接子的抗体药物偶联物具有更好的稳定性。
实施例1:
由于秋水仙碱毒性过高,不能用于治疗癌症。本实施例测试了连有烯基磺酰胺基的秋水仙碱衍生物的活性,并将其连接到赫赛汀(herceptin)药物分子上,从而制备一种新的抗体药物偶联物。
(1)秋水仙碱衍生物9的制备
本实施例提供了一种制备以烯基磺酰胺基作为连接子的抗体药物偶联物的方法。首先将秋水仙碱上酰胺键上一个Boc基团,得化合物5,再用甲醇钠选择性的脱出乙酰基得化合物6,最后用三氟乙酸脱出Boc基团,这样就得到了脱乙酰基的化合物7,该结构中的伯胺和2-氯乙烷磺酰氯反应得到含有烯基磺酰胺连接子的秋水仙碱衍生物9。
合成路线如下:
具体制备方法如下:
(1)向秋水仙碱(1g,2.6mmol)的10mL乙腈溶液中依次加入二碳酸二叔丁酯(2.3g,10.4mmol)、4-二甲氨基吡啶(0.64g,5.2mmol)和三乙胺(1.5mL,10.4mmol),回流反应4小时。加水淬灭反应,先旋出大部分乙腈再用乙酸乙酯萃取,有机相用依次用1M HCl、饱和NaHCO3溶液和水洗涤,无水Na2SO4干燥后过柱(二氯甲烷/乙腈=4:1)得到黄色固体产物化合物5(0.89g,68%分离产率)。
(2)向化合物5(0.89g,1.8mmol)的10mL甲醇溶液中加入甲醇钠(200mg,3.6mmol),室温反应0.5小时。加水淬灭反应,先旋出大部分甲醇再用二氯甲烷萃取,无水Na2SO4干燥后过柱(二氯甲烷/乙腈=4:1)得到黄色固体产物化合物6(0.73g,89%分离产率)。
(3)将化合物6(0.73g,1.6mmol)溶解在5mL三氟乙酸中,室温反应10分钟。先旋出大部分三氟乙酸加入二氯甲烷,有机相用饱和NaHCO3溶液洗涤,无水Na2SO4干燥后过柱(二氯甲烷/乙腈=4:1)得到黄色固体产物化合物7(0.47g,83%分离产率)。1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ9.15(br,s,2H),7.69(s,1H),7.37(d,J=11.3Hz,1H),6.95(d,J=11.3Hz,1H),6.54(s,1H),4.05(s,1H),3.98-3.78(m,9H),3.55(s,3H),2.69–2.47(m,2H),2.46–2.11(m,2H)。
(4)向化合物7(31mg,0.09mmol)和三乙胺(61μL,0.45mmol)的5mL二氯甲烷溶液中滴加2-氯乙烷磺酰氯(45μL,0.45mmol),室温反应5分钟。加水淬灭反应,再用二氯甲烷萃取,无水Na2SO4干燥后过柱(二氯甲烷/乙腈=1:1)得到黄色固体产物秋水仙碱衍生物9(27mg,69%分离产率)。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.68(s,1H),7.29(d,,J=8.9Hz,1H),6.82(d,J=8.9Hz,1H),6.54(s,1H,ArH),6.44(dd,J=16.4,7.7Hz,1H),5.96(d,J=16.4Hz,1H),5.84(d,J=7.4Hz,1H,–SO2NH–),5.74(t,J=7.7Hz,1H),4.26–4.17(m,1H),4.00(s,3H),3.94(s,3H,ArOCH3),3.91(s,3H,ArOCH3),3.57(s,3H,ArOCH3),2.51(m,1H),2.37(m,2H),1.93(m,1H)。
(2)秋水仙碱衍生物9和赫赛汀抗体的偶联制备秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物,其结构式如下所示:
具体制备方法为:向200μL赫赛汀抗体(4mg/mL)的Tris溶液(pH=9,100mM)中加入秋水仙碱衍生物9,秋水仙碱衍生物9的终浓度为2mM,反应液在37℃震荡4小时。反应液超滤离心后用缓冲溶液定容到400μL。最后将秋水仙碱衍生物9和赫赛汀抗体偶联得到的秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物用ESI-MS鉴定,经ESI-MS鉴定偶联数n为1-5。(即MW=148667、149118、149566、150014、150462的特征峰)。参见图18,该图展示了秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物的质谱图。
实施例2:秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物的ELISA测试
将100uL 0.05μg/mL人HER2蛋白(包被缓冲液为0.05M碳酸盐缓冲溶液,pH=9.6)加入到微孔中4℃培养过夜,用3%脱脂牛奶的PBS溶液洗涤。向各孔中加入100uL各种浓度的Trastuzumab和Trastuzumab-colchicine偶联物并在室温下培养1小时,再加入HRP-conjugated goat anti-human IgG(1:10,000)培养1小时,50uL TMB底物加入到各孔中,用等体积的H2SO4终止反应并读取450nm的吸收。
参加图19,该图表示赫赛汀抗体以及秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物分别与抗原结合的ELISA测试图,图中Her表示赫赛汀抗体,Her-col表示秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物。图19的数据结果表明:秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物对抗原的结合能力与赫赛汀抗体一致,证明烯基磺酰胺基连接子并不影响抗体的亲和性。
实施例4:秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物抗癌细胞SKBR3的测试
将癌细胞SKBR3接种于96孔板中贴壁过夜后,弃去上清,加入含有不同浓度抗体的新鲜培养基。处理72小时后,加入MTS试剂(Promega公司)继续温育2小时,用微孔板酶标仪读取490nm处吸光度。参见图20,该图为赫赛汀抗体以及秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物对SKBR3细胞抑制活性的示意图,其中Herceptin表示赫赛汀抗体,Herceptin-Colchincine表示秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物。图20中,横坐标表示赫赛汀抗体以及秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物的浓度,纵坐标表示SKBR3细胞的相对活性。从图20可以看出:秋水仙碱-赫赛汀抗体偶联物随着浓度增强,其对癌细胞SKBR3的抑制活性明显强于赫赛汀抗体。
上述仅为本发明的部分优选实施例,本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说,在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改,所作的任何变化和更改,均在本发明保护范围之内。