CN108324952A - 金簇分子的新应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金簇分子的新应用，具体而言涉及金簇分子在制备用于预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松的药物中的应用；其中，所述金簇分子具有金(0)m(稳定剂)n结构式，式中m，n分别表示0价金与稳定剂的个数，均为不为零的整数，所述稳定剂是为使0价金稳定。本发明实验证实金‑肽簇分子可明显减少多核破骨细胞形成，缓解骨质流失，可用于预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松。

Description

金簇分子的新应用
本发明要求标题为“使用金纳米颗粒缓解骨质疏松的方法”的于2017年1月20日提交的美国临时专利申请号62/448,700的优先权，同时要求标题为“使用金簇分子缓解骨质疏松的方法”的于2017年3月10日提交的美国专利申请号为15/455,429的优先权，其全部内容通过引用在此并入用于所有目的。
背景技术
当今骨质疏松是一种影响到5400万美国人的有害疾病，其中约1/2的女性和1/4的男性会在其达到50岁时受到影响。骨质疏松是由于缺乏骨形成或太多的骨分解造成。这种综合征最终导致更脆弱的骨结构。患骨质疏松的人往往更频繁地出现骨折。骨形成和分解(或再吸收)的内在机制包括造骨细胞和破骨细胞的细胞作用。造骨细胞通过钙形成基质进行骨形成，而破骨细胞通过将结晶基质再吸收回细胞外钙来除去骨质。许多分子途径受诱导破骨细胞形成的激素和其他环境因素的影响。例如，能导致雌激素或前列腺素减少的遗传因素是破骨细胞过度丰富的可能原因。环境因素如酒精、吸烟、低体重指数、营养不良、维生素D缺乏、进食障碍、运动不足、低膳食钙摄入量等都是造成痛苦的骨质疏松的可能因素。氧化应激也可以诱导破骨细胞形成，并且当人达到50岁时，上述因素的组合可导致骨质疏松。
破骨细胞是通过分泌酸和胶原酶分解和消化骨矿物质的多核骨细胞，此过程被称为骨吸收。破骨细胞位于骨的内表面上，即排于骨的内表面的连接组织的薄血管膜。破骨细胞分化自前体细胞，该前体细胞与称为粒细胞-巨噬细胞集落形成单元(CFU-GM)的巨噬细胞相似，后者在巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)激活时又成为破骨细胞前体。然后这些前体被RANKL(或核因子κB配体的受体活化剂)通路特异性地激活分化为破骨细胞。当NF-κβ(或核因子-κB)在该分子途径中被激活时，破骨细胞分化发生，然后该细胞迁移到骨表面进行再吸收。在该信号级联中，组织蛋白酶K和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)促进破骨细胞形成。破骨细胞前体细胞在RANKL通路期间融合在一起，成为进行骨再吸收的多核破骨细胞。
一组基因(如Runx2)的过表达与通过破骨细胞分化的过度丰度造成的骨质疏松有关。这可以通过来自自由基的遗传突变或氧化应激引起。参见See Arai,F.等(1999)的“Commitment and Differentiation of Osteoclast Precursor Cells by theSequential Expression of C-Fms and Receptor Activator of Nuclear Factorκb(Rank)Receptors”Journal of Experimental Medicine,190(12),1741-1754。通过RANKL信号传导抑制破骨细胞分化已成为骨质疏松治疗研究的主要焦点之一。骨质疏松治疗目前可能的研究包括镧剂、氢分子、芦荟素、蜜蜂蜂胶以及金纳米颗粒。
目前针对骨质疏松治疗的大部分研究集中在通过骨髓来源的单核细胞(BMM)和RAW264.7细胞的体外细胞研究在破骨细胞分化过程中RANKL信号通路的抑制。RAW264.7细胞是由小鼠培养的可商购获得的巨噬细胞，并且可以在体外骨质疏松研究中诱导为破骨细胞。
镧是一种轻稀土元素，因其具有积极的物理化学和生物学特性而闻名。作为化合物氯化镧，当体外施用高达200μM到BMM中时，其能够降低RANKL信号通路中激活的NF-κβ信号的炎症反应。通过这种处理，发现导致破骨细胞分化的基因表达减少了50％。参见Jiang,C.等(2015)的“Lanthanum Chloride Attenuates Osteoclast Formation and FunctionVia the Downregulation of Rankl-Induced Nf-κb and Nfatcl Activities，”Journalof Cellular Physiology,231(1),142-151。
发现氢分子抑制RAW264.7前体细胞从形成到破骨细胞。氢能够抑制基因表达以及诱导破骨细胞生成的NF-κβ信号通路的激活。参见Li,D.等(2013)的“Treatment withhydrogen molecules prevents RANKL-induced Osteoclast differentiationassociated with inhibition of ROS formation and inactivation of MAPK,AKT andNF-kappa B pathways in murine RAW264.7cells,”Journal of Bone and MineralMetabolism,32(5),494-504。
化合物芦荟素是一种来自芦荟植物的蒽环苷。使用RAW264.7巨噬细胞，发现芦荟素通过降低RANKL通路中的NF-κB信号级联及减少氧化应激而防止破骨细胞分化。参见Pengjam,Y.等(2016)的“NF-KB pathway inhibition by anthrocyclic glycoside aloinis key event in preventing osteoclastogenesis in RAW264.7cells”，Phytomedicine,23(4),417-428。
已经观察到蜜蜂蜂胶(蜜蜂生产蜂巢时使用的类胶状材料)的活性成分咖啡酸苯乙酯(CAPE)，在破骨细胞分化过程中抑制RAW264.7单核细胞内RANKL诱导的NF-κβ活化。参见Ang,E.S.等(2009)的“Caffeic acid phenethyl ester,an active component ofhoneybee propolis attenuates osteoclastogenesis and bone resorption via thesuppression of RANKL-induced NF-κβand NFAT activity”，Journal of CellularPhysiology,221(3),642-649。
金纳米颗粒已被用于药物递送和诊断成像。金纳米颗粒作为一种药物递送系统，它能够把已知的具有抑制骨疏松的药物或者化学成分递送到人体内活细胞中，但是金纳米颗粒本身不具有抑制骨质疏松的效果。
有鉴于现实需要，本领域需要开发新的预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松的方法。
发明内容
本发明涉及骨质疏松治疗，更具体地涉及使用金属Au(0)-肽簇分子作为试剂来缓解动物的骨质流失的方法。
本发明公开了通过施用金(0)-肽簇分子缓解骨质流失或骨质疏松的方法，所述金(0)-肽簇分子是一类利用肽分子稳定的金簇分子。
本发明通过现有方法获得稳定的金簇-肽分子。在一个实施方式中，向患有骨质流失或骨质疏松的动物腹腔内施用足量的金簇分子的液体悬浮液。
在一个实施方式中，向患有骨质流失或骨质疏松的动物口服施用足量的金簇分子的液体悬浮液。
本发明通过实验证实金-肽簇分子可明显减少多核破骨细胞形成，缓解骨质流失，可用于预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松，因而，一方面，本发明提供金簇分子在制备用于预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松的药物中的应用；其中，所述金簇分子具有金(0)m(稳定剂)n结构式，式中m，n分别表示0价金与稳定剂的个数，均为不为零的整数，所述稳定剂是为使0价金稳定。
在一些实施方式中，所述的稳定剂中含有能使0价金原子稳定的基团，该基团例如包括硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述的稳定剂包括含所述基团的PEG、含所述基团的PLGA、蛋白质、糖、核酸、肽中的一种或多种，所述肽例如包括聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸、聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸盐和谷胱甘肽中的一种或多种；所述聚天冬氨酸盐例如为聚天冬氨酸钠盐；所述糖例如为多糖；所述蛋白质例如为血清蛋白质。
在一些实施方式中，所述金簇分子具有结构式Au(0)m-(肽)n或(肽)n-Au(0)m，其中，m，n分别表示该金簇分子中的金原子数和肽数，均为不为零的整数。
在一些实施方式中，所述肽为SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ IDNO:4或血清蛋白中的一种或多种；
SEQ ID NO：1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly；
SEQ ID NO：2：Glu-Cys-Gly；
SEQ ID NO：3：Cys-Cys-Tyr；
SEQ ID NO：4：Cys-Tyr。
在一些实施方式中，所述血清蛋白为人血清蛋白。
在一些实施方式中，所述Au(0)m-(肽)n或(肽)n-Au(0)m为Au(0)1～2000(SEQ ID NO：1)1～2500、Au(0)1～2000(SEQ ID NO：2)1～2500、Au(0)1～2000(SEQ ID NO：3)1～2500、Au(0)1～2000(SEQID NO：4)1～2500或HSA-Au(0)1～10000，所述HSA表示人血清蛋白，优选为Au(0)25(SEQ ID NO：1)9、Au(0)25(SEQ ID NO：2)18、Au(0)5(SEQ ID NO：3)3、Au(0)25(SEQ ID NO：4)18或HSA-Au(0)4000。
在一些实施方式中，所述药物的剂型包括口服剂、腔内用剂、肌肉用剂或静脉用剂。本发明所述口服剂是指给药途径为通过口服的剂型，腔内用剂是指给药途径为通过腔内的剂型；优选地，所述腔内用剂为腹腔内用剂，肌肉用剂为给药途径为通过肌肉的剂型，静脉用剂是指给药途径为静脉的剂型。在一些实施方式中，所述的口服剂包括片剂、胶囊剂或混悬液体剂；所述腔内用剂包括腔内用注射剂；所述肌肉用剂包括肌肉用注射剂；所述静脉用剂包括静脉用注射剂。
另一方面，本发明提供一种金-肽簇分子在制备缓解动物的骨质流失的治疗剂中的应用，所述应用包括以下步骤：
制备含有作为活性成分的金-肽簇分子的治疗剂；以及
对所述动物施用足量的所述治疗剂。
在一些实施方式中，施用步骤通过口服方法进行；或通过腹腔内方法进行或肌肉注射或静脉注射。
在一些实施方式中，制备治疗剂的步骤还包括将金(I)或金(III)盐与含有硫醇或咪唑或硒醇或膦或胺侧基的肽或蛋白质反应的步骤。
在一些实施方式中，制备治疗剂的步骤还包括将金(I)或金(III)盐与含有金簇封端分子的肽或蛋白质溶液反应的步骤，所述金簇封端分子选自聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸钠盐、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、PEG、PLGA、蛋白质、多糖、核酸和肽消化提取物组成的组。
在一些实施方式中，其中所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:1的序列；
SEQ ID NO:1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly。
在一些实施方式中，其中所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:2的序列；
SEQ ID NO:2：Glu-Cys-Gly。
在一些实施方式中，其中所述肽或蛋白质包括血清蛋白和谷胱甘肽。
再一方面，本发明提供一种金-肽簇分子在制备缓解动物的骨质流失的治疗剂中的应用，所述应用包括以下步骤：
对所述动物施用足量的治疗剂，其中所述治疗剂包含作为活性成分的金-肽簇分子。
在一些实施方式中，施用步骤通过口服方法进行，或通过腹腔内方法进行或肌肉注射或静脉注射；
在一些实施方式中，所述治疗剂通过将金(I)或金(III)盐与肽溶液或蛋白质溶液反应的步骤制备，其中所述肽或所述蛋白质含有在溶液中的硫醇或咪唑或硒醇或膦或胺侧基。
在一些实施方式中，所述治疗剂通过将金(I)或金(III)盐与含有金簇封端分子的肽溶液或蛋白质溶液反应的步骤制备，所述金簇封端分子选自聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸钠盐、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、PEG、PLGA、蛋白质、多糖、核酸和肽消化提取物组成的组。
在一些实施方式中，所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:1的序列；
SEQ ID NO:1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly。
在一些实施方式中，其中所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:2的序列；
SEQ ID NO:2：Glu-Cys-Gly。
在一些实施方式中，所述蛋白质和肽包括血清蛋白或谷胱甘肽。
本发明如出现术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等，则其可以用于区分相似的要素，而不一定用于描述特定的连续或时间顺序。应当理解，如此使用的术语是可互换的。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变型旨在涵盖非排他性包含，使得包括一系列技术特征的过程、方法、物品、设备或组合物不一定限于这些技术特征，而是可以包括未明确列出的或者这些过程、方法、物品、设备或组合物固有的其它技术特征。
术语“金簇”或“金簇分子”或“金属金簇分子”是指金原子簇复合分子，例如金原子与肽或蛋白复合形成的分子，其中金原子形成几何结构。金几何结构常常通过与聚合物封端分子(亦可称稳定剂，聚合物包裹分子，例如肽分子或蛋白分子)中所含的硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基等侧基形成非共价金属键来稳定。不同于金纳米颗粒，金簇分子通常在UV激发下发射荧光。金簇分子可按常规技术制备，通常在反应中存在聚合物封端分子(亦可称稳定剂，聚合物包裹分子，例如肽分子或蛋白分子)的情况下于室温的温和还原性反应条件下制备。例如将金(I)或金(III)盐与含有含硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基的稳定剂反应以形成金簇分子，反应溶液中稳定剂与金(0)形成非共价金属键来稳定，这些稳定剂分子包括但不限于含所述基团的PEG、含所述基团的PLGA、蛋白质、糖、核酸、肽中的一种或多种，所述肽例如包括聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸、聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸盐和谷胱甘肽中的一种或多种；所述聚天冬氨酸盐例如为聚天冬氨酸钠盐；所述糖例如为多糖；所述肽例如为蛋白质。
术语“骨质疏松”是指当身体失去太多骨质和/或生成骨质太少(骨质流失)时发生的骨病。在显微镜下观察，健康的骨质看起来像蜂窝。当骨质疏松发生时，蜂窝体中的孔和空间比健康骨中的孔和空间大得多。骨质疏松的骨质已经失去了密度或质量，并且含有异常的组织结构，例如软骨破坏、骨破坏。随着骨质变得不那么密集，它们会变弱，更容易骨折；骨质可能由于跌到、在更严重情况下因打喷嚏或轻微的磕碰而骨折。
术语Au(0)m-(肽)n、(肽)n-Au(0)m(Au(0)m-peptiden或peptiden-gold(0)m)、“金-肽簇分子”、“金属金-肽簇分子”、“金(0)m-肽n”、“肽n-金m”、“Aum-肽n”和“肽n-Aum”在本发明中可互相使用，它们都指通过某些肽分子或蛋白质分子)稳定的金簇分子，这是通过与肽或蛋白分子中的硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基的等侧基形成金属键，其中n和m分别代表簇中的金原子和肽分子的数量。金簇分子是荧光的，并且在结构上不同于不发荧光的金纳米颗粒。
术语“稳定剂”、“金簇包裹分子”、“金属封端分子”在本发明中可互相使用，其是指可与金原子形成非共价金属键从而使金簇几何结构稳定的含硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基的包括肽、蛋白质等的聚合物分子。这些分子包括脂质、谷胱甘肽、聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、含所述基团的PEG(聚乙二醇)、含所述基团的PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)、蛋白质、多糖、核酸以及它们的降解产物，来自各种生物来源(包括植物、动物、细菌和真菌)的消化提取物的生物聚合物分子，标准形式易于从商业来源获得。本发明金簇分子在结构上不同于传统胶体金颗粒(金胶体颗粒)。
术语“胶体金”或“金纳米颗粒”是指是指由密集填充的金原子形成的高密度金颗粒。其是各种尺寸的球形金颗粒。胶体金颗粒的且金原子数不可严格预测。金胶体颗粒没有荧光发射。此外，金纳米颗粒是微颗粒，其与本发明金(0)m(稳定剂)n不同，本发明金(0)m(稳定剂)n是分子化合物，二者完全不属于同一类物质。最常见的胶体金制备方法是将作为还原剂的柠檬酸三钠在水溶液中与四氯金酸盐反应，在加热升高至接近沸腾或回流温度的温度下脱水，参见Frens,G.的“用于调节单分散金悬浮液中颗粒尺寸的受控成核”(controlled nucleation for regulation of particle size in monodisperse goldsuspensions，Nature Phys.Sci.1973,241:20-22)，此文章的全部内容通过引用并入。
不同于在电子显微镜下是密集堆积的金纳米颗粒，金-肽簇分子是具有明确的分子式、簇尺寸和稳定的结构。它们的结构差异通过其UV光吸收光谱和质谱来证明。金簇分子也与金化合物盐不同，而化合物中的金原子处于氧化状态，通常对细胞有毒，金簇分子中的金原子处于零电荷金属状态，因此保持其非细胞毒性性质。
金簇分子具有明确分子结构和分子质量、可测量的荧光光谱，UV光吸收光谱，肽-金簇分子适合用于医疗用途。
在这种应用中，金-肽簇通过肽的硫醇或硒胺或胺或咪唑等侧基稳定。如图1所示的用于生成金-肽簇复合分子的典型化学反应示出的，富含半胱氨酸的肽用作还原剂和稳定剂。另见Xueyun Gao的美国专利8383919号，其全部内容通过引用并入本文。在图1中发生的反应中，金簇通过具有非共价金属键的富含半胱氨酸的肽形成并稳定。与金簇结合的肽分子数目(不同肽序列之间是不同的)。例如，在肽序列SEQ ID NO:1中，与金簇结合的肽分子的数目是9，而金原子数是25，对于肽序列SEQ ID NO:2，与金簇结合的肽分子的数目是18，金原子数也是25；如果使用血清蛋白作为反应剂和包裹分子，则所产生的金簇可以含有4000个金原子和未知数目的蛋白分子。
附图说明
图1示出用于生成金(0)-肽分子的示例性反应过程。
图2A是本发明的具有SEQ ID NO:1的肽的肽9-金25簇分子的吸收光谱。
图2B是本发明的图2A的肽9-金25簇分子的荧光光谱。
图2C是本发明的图2A的肽9-金25簇分子的质谱。
图3A是本发明的具有SEQ ID NO:2的肽的肽9-金25簇分子的吸收光谱。
图3B是本发明的图3A的肽9-金25簇分子的荧光光谱。
图3C是本发明的图3A的肽9-金25簇分子的质谱。
图4是本发明的HSA-金4000簇分子的吸收光谱。
图5显示本发明的巨噬细胞RAW264.7细胞上的肽-金簇分子的细胞毒性试验结果。
图6显示存在和不存在本发明的肽-金簇分子时分化为破骨细胞的RANKL诱导的RAW264.7的抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色的结果。
图7显示存在和不存在本发明的肽-金簇分子时分化为破骨细胞的RANKL诱导的RAW264.7的F肌动蛋白染色的结果。
图8显示存在和不存在本发明的肽-金簇分子时生长有RANKL诱导的RAW264.7破骨细胞的所得骨板。
图9显示使用和不使用本发明的肽-金簇分子处理时RANKL诱导的RAW264.7破骨细胞分化的基因表达结果。
图10显示使用或不使用本发明的肽-金簇分子处理时动物体重的影响。
图11显示使用或不使用本发明的肽-金簇分子处理时患有骨质疏松的小鼠的后肢关节切片的组织学染色。
图12显示使用或不使用本发明的肽-金簇分子处理时患有骨质疏松的小鼠的病理评分。
图13显示使用和不使用本发明的肽-金复合分子处理时患有骨质疏松的小鼠的后肢关节切片的图像。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。
金-肽簇分子的制备
在使用含有酪氨酸或半胱氨酸等残基的肽制备稳定金金簇分子时，肽还起到金簇结构的稳定剂的作用。其它聚合物分子也可用作金簇分子的包裹剂，这些分子包括脂质、聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸钠盐、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、PEG、PLGA、蛋白质、多糖、核酸以及它们的降解产物，来自各种生物来源(包括植物、动物、细菌和真菌)的消化提取物的生物聚合物分子，标准形式易于从商业来源获得。
实施例1
本发明中的实施例1使用公开的肽序列(SEQ ID NO:1)Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly进行。参见Liu,R.等的“The AuClusters InduceTumor Cell Apoptosis via Specifically Targeting Thioredoxin Reductase 1(TrxRl)and Suppressing Its Activity",Chem.Commun.,2014,50,10687-10690。化学反应如下：
肽-TyrOH+OH-+HAuCl4→肽-Tyr＝O+Au25(肽)9 (I)
所有的化学品购自Sigma-Aldrich，除非另外说明。在整个实验中使用超纯水。通过固相方法(China Peptides Co.Ltd.)合成纯度95％的肽。将所有玻璃器皿用王水洗涤，然后用超纯水和乙醇冲洗，在室温于剧烈搅拌下将HAuCl4水溶液(25mM，80μL)缓慢加入在5mL小瓶中的肽溶液(1.06mM，1880μL)，然后在30秒内添加NaOH(0.5M，40μL)，得到约10的最终pH。在无任何干扰下将样品密封并在暗处储存15小时，以生成产物。将生成的产物透析12小时(透析管MWCO＝500)以除去游离的HAuCl4和NaOH，并且通过超滤管(Millipore，MWCO:3000)进一步浓缩样品以除去游离肽。将获得的金(0)-肽簇分子悬浮在水中并在4℃下保持在暗处以便进一步测试。通过UV光谱和荧光光谱以及质谱测试结构。
图2A和2B显示出吸光度和荧光发射峰分别位于281nm和650nm。质谱(图2C)结果表明所得的金复合物是具有9个结合肽分子的25金原子簇，即Au25(肽)9。
实施例2
遵照利用化学反应(II)的与实施例1的步骤相似的公开步骤，使用肽(SEQ ID NO:2)Glu-Cys-Gly(GSH)制备金属金-肽簇复合物样品。参见Luo,Z.等的“From Aggregation-Induced Emission of Au(I)-Thiolate Complexes to Ultra bright Au(0)@Au(I)-Thiolate Core-Shell Clusters”，J Am.Chem.Soc.,2012,134,16662-16670。
GSH+OH-+HAuCl4→Au25(SG)18+GS-SG (II)
图3C是生成的分子式为Au25(SG)18的金-肽簇分子的质谱。图3A和图3B显示金Au25(SG)18簇分子的吸光度和荧光发射光谱。吸光度和最大荧光发射峰分别位于294nm和607nm。
实施例3
通过以下化学反应利用人血清蛋白(HSA)制备另一金-肽簇复合物样品。
HSA-TyrOH+OH-+HAuCl4→HSA-Tyr＝O+HSA-Au4000 (III)
所有的化学品购自Sigma-Aldrich，除非另外说明。在整个实验中使用超纯水。将所有玻璃器皿用王水洗涤，然后用超纯水和乙醇冲洗，在室温于剧烈搅拌下将HAuCl4水溶液(5mL，10mM，37℃)加入HSA溶液(5mL，5mg/mL，37℃)。2分钟后，引入NaOH溶液(0.5mL，1M)，并在37℃的剧烈搅拌下使反应进行12小时。反应之后，通过透析管(MWCO:100kDa)将样品浓缩以除去未反应的游离HSA、NaOH和HAuCl4。将获得的HSA结合的Au悬浮在水中并在4℃下保持在暗处。UV-VIS光谱(图4)和HSA结合的金属金簇分子显示出由特征性局部表面等离子体共振(SPR)引起的约520nm处的特征吸收峰。
RAW264.7细胞培养
小鼠单核细胞/巨噬细胞RAW264.7细胞获自位于日本筑波的RIKEN细胞库。将细胞在含有10％热灭活FBS、2mM谷氨酰胺、100U/mL青霉素G和100μg/mL硫酸链霉素的DMEM中培养，并在加湿室中孵育，将RAW264.7细胞以3000个细胞/孔接种于6孔培养皿中，用20ng/mLRANKL溶液培养5天用于破骨细胞分化。参见Pengjam,Y.等(2016)的“NF-κB pathwayinhibition by anthrocyclic glycoside aloin is key event in preventingosteoclastgenesis in RAW264.7cells”，Phytomedicine,23(4),417-428。
体外实验
参照图5，使用体外培养的巨噬细胞RAW264.7细胞测定肽-金簇分子的细胞毒性。将各种浓度的实施例1的金-肽簇制剂(10-500μM)与RANKL一起加入到小鼠巨噬细胞RAW264.7细胞培养物中，用细胞计数试剂盒-8测试法测量孵育48小时后的细胞活力。图5显示对于具有浓度高达500μM的金-肽簇分子的RAW264.7细胞没有可测量的细胞毒性。未处理的(C-)细胞和单独用RANKL处理的细胞以及用RANKL和金-肽簇分子处理的那些细胞的细胞活力在同一可比较的范围内。用高达500μM的金-肽簇分子处理的细胞与未处理的(C-)细胞具有一样的活力。
抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)由单核细胞/巨噬细胞的破骨细胞高度表达，表达可在某些病理状况(如骨质疏松)期间增加。用RANKL浓度处理RAW264.7细胞后，测试TRAP以确认破骨细胞生成。TRAP试验试剂盒获自位于日本东京的TaKaRa,Bio,Inc.，根据制造商的说明进行TRAP试验。
参照图6，通过TRAP试验评估金-肽簇分子对巨噬细胞RAW264.7细胞分化为破骨细胞的抑制作用。将巨噬细胞RAW264.7细胞与RANKL及金-肽簇分子(Au25(SEQ ID NO:1)9)，放置4天，并用TRAP试验试剂盒染色。将TRAP阳性染色细胞的表达鉴定为分化细胞，而未染色细胞为正常细胞。图像601显示而不受RANKL或金-肽簇分子影响的RAW264.7细胞。RANKL的添加仅显示被染色的TRAP阳性细胞的描绘(图像603)。以50μM和100μM添加金-肽簇分子显示当用RANKL(100nM)诱导时TRAP阳性细胞的抑制，100μM抑制大部分破骨细胞分化(图像605和607)。50μM和100μM的金-肽簇分子能够抑制巨噬细胞分化成破骨细胞。
用F肌动蛋白形成染色进一步证实RANKL诱导的破骨细胞分化的抑制作用。一旦RAW264.7细胞分化成破骨细胞，F肌动蛋白环将在细胞膜外形成。F肌动蛋白是完全破骨细胞分化的重要证实。对于F肌动蛋白形成，将RAW264.7细胞接种到共聚焦培养皿中并在RANKL存在下诱导直到F肌动蛋白环形成。该过程本身需要约5天时间来完成。细胞培养5天后，用4％多聚甲醛固定细胞，然后用0.1％Triton X-100透化。用获自位于科罗拉多州丹佛市的Cytoskeleton,Inc.的肌动蛋白-染色(actin-stain)555荧光鬼笔环肽将F肌动蛋白环染色。然后使用共焦显微镜观察环，并使用Zeiss ZEN软件分析图像。参见Jiang,C.等(2015)的“Lanthanum Chloride Attenuates Osteoclast Formation and Function viathe Downregulation of Rankl-Induced Nf-κb and Nfatcl Activities”，Journal ofCellular Physiology,231(1),142-151。
参照图7，对RANKL诱导分化的RAW264.7细胞进行F肌动蛋白染色评估。该试验将浓度为50和100μM的金-肽簇分子(Au25(SEQ ID NO:1)9)与RANKL(100nM)一起加入RAW264.7细胞中4天，然后用荧光鬼笔环肽(F肌动蛋白)染色，以分析破骨细胞分化和抑制。F肌动蛋白环是破骨细胞在分化后融合成多核细胞时形成的大的肌动蛋白环。如图7所示，施用在两种浓度(图像705和707)下的金-肽簇分子，以及缺乏RANKL诱导下(图像701)，F肌动蛋白染色不突出。F肌动蛋白环仅通过RANKL的诱导可见(图像703)。依据缺乏F肌动蛋白阳性染色，金-肽簇分子明显减少多核破骨细胞形成。
参考图8，进一步进行凹穴(lacuna)试验以确认破骨细胞分化的抑制与骨再吸收抑制之间的关系。将小鼠模型骨的切片放置在96孔板中，与含有或不具有RANKL的RAW264.7细胞一起，连同或不与金-肽簇分子一起孵育长达4天。在显微镜下拍摄并分析骨切片。计算骨切片上形成的腔隙数，针对破骨细胞活性测量再吸收坑面积百分比。参见Jiang,C.等(2015)的“Lanthanum Chloride Attenuates Osteoclast Formation and Function viathe Downregulation of Rankl-Induced Nf-κb and Nfatcl Activities”,Journal ofCellular Physiology,231(1),142-151。
图8描绘了由于RANKL诱导的或抑制的RAW264.7细胞的分化，在骨板上的凹穴的形成和抑制。培养RAW264.7细胞，并通过RANKL在骨板上诱导分化。加入50和100μM浓度的金-肽簇分子(Au25(SEQ ID NO:1)9)以及RANKL(100nM)，并孵育4天，然后进行分析。然后用次氯酸处理RAW264.7细胞，洗涤，用1％甲苯胺蓝染色，在显微镜下观察骨板上形成的凹穴。100μM的金-肽簇分子被证明能够成功地抑制骨板上的骨再吸收(图像807)。通过没有金-肽簇分子处理的RANKL诱导可以看出骨再吸收(图像803)。在缺乏RANKL诱导以及金-肽簇分子时没有观察到骨再吸收(图像801)。通过加入50μM金-肽簇分子，RANKL诱导的骨洞数目明显减少(图像805)。
金-肽簇分子对骨再吸收的影响通过蛋白质印迹检测蛋白激酶磷酸化进一步验证。为了检测NF-κB信号通路的活化，RAW264.7细胞在具有或没有金-肽簇分子(Au25(SEQ IDNO:1)9，50和100μM的浓度)的情况下预处理4小时，然后用50ng/mL RANKL刺激。将金-肽簇分子处理或未处理的细胞裂解以提取RIPA/PMSF裂解缓冲液中的蛋白质。提取物的等分试样在十二烷基硫酸钠(SDS)-聚丙烯酰胺凝胶中电泳，转移到硝酸纤维素膜中。然后将萃取物用含有吐温20(TBST)的Tris缓冲盐水中的5％脱脂奶粉在室温下封闭1小时。通过化学发光法观察目标蛋白质条带，并使用图像实验室软件进行分析。参见Jiang,C.等(2015)的“Lanthanum Chloride Attenuates Osteoclast Formation and Function via theDownregulation of Rankl-Induced Nf-κb and Nfatcl Activities”,Journal ofCellular Physiology,231(1),142-151。
图9显示，通过抑制RAW264.7细胞中RANKL刺激的磷酸化IκB蛋白，金-肽簇分子可以有效抑制IKK/NK-κB通路的活化。IKK是介导IkB磷酸化的激酶。IKK磷酸化引起IkB磷酸化。磷酸化的IkB(意指P-IKK)通过泛素-蛋白酶体系统降解，从而释放出组合的NF-kB。释放的NF-kB转移到细胞核，启动标记破骨细胞的靶基因的转录。RANKL被刺激后，RAW264.7细胞中的IKK/IkB/NF-kB途径被激活。因此，破骨细胞标记的靶基因的转录被激活。最终刺激RANKL的基因转录的与破骨细胞的细胞分化有关的NK-kB释放。如图9所示，泳道907是没有RANKL诱导的对照细胞，泳道909是RANKL诱导的细胞。泳道911和913是分别在50和100μM的金肽簇分子存在下通过RANKL诱导的细胞。与IKK(图像903)的蛋白质水平和β-肌动蛋白(图像905)的表达相比，用P-IKK(图像901)显示参与RANKL细胞分化的信号通路的磷酸化。P-IKK磷酸化(图像901)由于缺乏RANKL活化基因转录(泳道907)而减少，但随着RANKL的添加而增加(泳道909)。使用50μM的金-肽簇分子，这种增加显著减少(泳道911)，直至100μM的金-肽簇分子时完全抑制(泳道913)。IKKβ和β-肌动蛋白的表达不受各种处理的影响。图9表明100μM的金-肽簇分子可以通过完全抑制IKK的磷酸化及其调控的基因转录来完全抑制IKK诱导的破骨细胞分化。
体内实验
利用动物的胶原诱导的骨质流失来测量金-肽簇分子对体内骨质疏松的缓解的影响。重量为20-22克的DBA/1雄性小鼠购自中国北京华阜康生物科技股份有限公司。II型胶原和完全弗氏佐剂购自Chondrex Inc.,Redmond,WA,USA。金诺芬购自Sigma,USA，地塞米松购自中国天津金耀氨基酸有限公司。金25(肽)9簇分子根据实施例1制备。
将II型胶原溶解于0.1mM乙酸溶液中，并用等体积的完全弗氏佐剂乳化，制成1.0mg/ml的II型胶原乳液。在休息和环境适应一周后，将DBA/l雄性小鼠分组，每组由10只小鼠组成。每只动物在尾巴的2-3cm底部皮内注射100μg II型胶原乳液。在第21天，注射第二加强剂量的100μg II型胶原溶液。用等量的0.9％氯化钠溶液注射小鼠的阴性对照组。
在第22天，给予5组小鼠不同的药物，每天一次，持续28天(4周)，直至第49天(第7周结束)。检查各组小鼠的骨结构和状态。组1(正常组)和阴性对照组(非药物治疗的对照组)小鼠胃内接受0.9％氯化钠溶液；组2小鼠口服施用接受0.5mg/kg体重的地塞米松(Dex)；组3小鼠口服施用接受1mg/kg体重的金诺芬；组4小鼠口服施用(i.g.)接受50mg/kg体重的金25(肽)9簇溶液(10mg/ml，给药约0.1ml)；组5小鼠腹腔内(i.p.)接受5mg/kg体重的金25(肽)9簇分子(1mg/ml，给药约0.1ml)溶液。
下图显示了主要来自腹腔内施用金-肽簇的第5组的典型实验结果，而口服施用的组4的结果也显示出显著的治疗效果和骨结构的改善。
与未治疗的小鼠组相比，II型胶原免疫的皮内注射在第二增强胶原注射1周后(第四周)诱导所有组的体重减轻。如图10所示，抗炎药地塞米松没有逆转体重减轻，而全部金-肽簇分子治疗的小鼠组的体重略微恢复。
图10显示施用金-肽簇分子时的小鼠的重量。通过在II型胶原诱导的骨损伤的小鼠模型中注入金-肽簇分子，结果表明其改善了模型的体重减轻。对照组代表正常小鼠模型，该模型组代表患有骨损伤的小鼠模型，药物组代表连续7周i.p.注射5mg/kg金25(肽)9簇分子的患有骨损伤的小鼠模型。该图显示金-肽簇分子对小鼠模型没有明显的毒性，改善骨损伤模型小鼠的总体体重减轻。
参照图11，通过组织学染色的病理观察显示患有骨损伤的小鼠模型的关节滑膜腔展现了模型引起的关节软骨和骨质损伤。金-肽簇分子能够保护关节软骨和骨质免受侵蚀。图像1101显示正常小鼠的对照组，图像1103显示II型胶原诱导的骨损伤的小鼠模型，图像1105表示在连续42天i.p.注射5mg/kg金25(肽)9簇分子的II型胶原诱导的骨损伤的小鼠模型。染色显示出，与模型和对照组(图像1101和1103)相比，金-肽簇分子可以防止骨质疏松具有代表性的症状关节软骨的损伤和骨侵蚀(图像1105)。
图12显示对关节骨质损伤的病理观察评级后进行的统计分析。分析结果表明，与所检测的病理模型相比，金-肽簇分子可显著改善关节软骨和骨质损伤。
通过视觉评分方法评价骨质损伤，其中小鼠个体爪通过0-4分级如下：
0分：无红肿无肿胀；
1分：脚趾轻度红斑；
2分：脚趾关节和爪肿胀；
3分：踝以下肿胀；
4分：所有踝和爪肿胀。
对每只小鼠的四肢进行检查和评分，并在各实验组中将每只小鼠所有四肢的评分加在一起。
如图12所示，正常小鼠组的肢体显示最低的病理评分(柱1201和1207)，II型胶原诱导的骨损伤小鼠显示了最高的病理评分(柱1203和1209)，这些高病理评分对于用金25(肽)9簇分子i.p.处理的骨损伤小鼠显著降低(柱1205和1211)，表明金25(肽)9簇分子的治疗效果。
图13显示用于分析骨质损伤的小鼠模型的跖骨CT扫描结果。II型胶原骨损伤模型对小鼠跖骨关节造成骨质损伤(图像1303)。通过注射金-肽簇分子，关节损伤显著缓解，表明金-肽簇分子对骨质损伤和骨质疏松具有显著疗效。图像1301显示了没有骨质溶解的正常小鼠，而图像1303显示了非药物治疗的免疫小鼠，其中II型胶原诱导的骨损伤引起了趾关节处的明显的骨变形和骨质溶解。图像1305显示i.p.施用金25(肽)9簇分子的小鼠模型，其中与未治疗的骨损伤小鼠相比，骨密度有显著改善，并且没有明显的骨质溶解，仅有轻微的骨变形。
最后说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的实施过程和特点，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (10)

1.金簇分子在制备用于预防、缓解和/或治疗骨质流失和/或骨质疏松的药物中的应用；其中，所述金簇分子具有金(0)m(稳定剂)n结构式，式中m，n分别表示0价金与稳定剂的个数，均为不为零的整数，所述稳定剂是为使0价金稳定。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述的稳定剂中含有能使0价金原子稳定的基团，该基团例如包括硫醇基、胍基、酰胺基、咪唑基、硒醇基、膦基、氨基、胺基、羧基、羟基中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的应用，其中，所述的稳定剂包括含所述基团的PEG、含所述基团的PLGA、蛋白质、糖、核酸、肽中的一种或多种，所述肽例如包括聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸、聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸盐和谷胱甘肽中的一种或多种；所述聚天冬氨酸盐例如为聚天冬氨酸钠盐；所述糖例如为多糖；所述蛋白质例如为血清蛋白质。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的应用，其中，所述金簇分子具有结构式Au(0)m-(肽)n或(肽)n-Au(0)m，其中，m，n分别表示该金簇分子中的金原子数和肽数，均为不为零的整数。
5.根据权利要求4所述的应用，其中，所述肽为SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4或血清蛋白中的一种或多种；
SEQ ID NO：1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly；
SEQ ID NO：2：Glu-Cys-Gly；
SEQ ID NO：3：Cys-Cys-Tyr；
SEQ ID NO：4：Cys-Tyr；
所述血清蛋白例如为人血清蛋白。
6.根据权利要求5所述的应用，其中，所述Au(0)m-(肽)n或(肽)n-Au(0)m为Au(0)1～2000(SEQ ID NO：1)1～2500、Au(0)1～2000(SEQ ID NO：2)1～2500、Au(0)1～2000(SEQ IDNO：3)1～2500、Au(0)1～2000(SEQ ID NO：4)1～2500或HSA-Au(0)1～10000，所述HSA表示人血清蛋白，优选为Au(0)25(SEQ ID NO：1)9、Au(0)25(SEQ ID NO：2)18、Au(0)5(SEQID NO：3)3、Au(0)25(SEQ ID NO：4)18或HSA-Au(0)4000。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的应用，其中，所述药物的剂型包括口服剂、腔内用剂、肌肉用剂或静脉用剂；所述腔内用剂例如包括腹腔内用剂。
8.根据权利要求7所述的应用，其中，所述的口服剂包括片剂、胶囊剂或混悬液体剂；所述腔内用剂包括腔内用注射剂；所述肌肉用剂包括肌肉用注射剂；所述静脉用剂包括静脉用注射剂。
9.一种金-肽簇分子在制备缓解动物的骨质流失的治疗剂中的应用，所述应用包括以下步骤：
制备含有作为活性成分的金-肽簇分子的治疗剂；以及
对所述动物施用足量的所述治疗剂；
例如，施用步骤可通过口服方法进行；或通过腹腔内方法进行或肌肉注射或静脉注射；
例如，制备治疗剂的步骤还可包括将金(I)或金(III)盐与含有硫醇或咪唑或硒醇或膦或胺侧基的肽或蛋白质反应的步骤；
例如，制备治疗剂的步骤还可包括将金(I)或金(III)盐与含有金簇封端分子的肽或蛋白质溶液反应的步骤，所述金簇封端分子选自聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸钠盐、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、PEG、PLGA、蛋白质、多糖、核酸和肽消化提取物组成的组；
例如，所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:1的序列；
SEQ ID NO:1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly；
例如，所述肽或蛋白质例如具有SEQ.ID.NO:2的序列；
SEQ ID NO:2：Glu-Cys-Gly；
例如，所述肽或蛋白质包括血清蛋白和谷胱甘肽。
10.一种金-肽簇分子在制备缓解动物的骨质流失的治疗剂中的应用，所述应用包括以下步骤：
对所述动物施用足量的治疗剂，其中所述治疗剂包含作为活性成分的金-肽簇分子；
例如，施用步骤可通过口服方法进行，或通过腹腔内方法进行或肌肉注射或静脉注射；
例如，所述治疗剂可通过将金(I)或金(III)盐与肽溶液或蛋白质溶液反应的步骤制备，其中所述肽或所述蛋白质含有在溶液中的硫醇或咪唑或硒醇或膦或胺侧基；
例如，所述治疗剂可通过将金(I)或金(III)盐与含有金簇封端分子的肽溶液或蛋白质溶液反应的步骤制备，所述金簇封端分子选自聚赖氨酸、聚精氨酸、聚天冬酰胺、聚天冬氨酸钠盐、聚天冬氨酸钠盐、聚谷氨酸盐、PEG、PLGA、蛋白质、多糖、核酸和肽消化提取物组成的组；
例如，所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:1的序列；
SEQ ID NO:1：Cys-Cys-Tyr-Gly-Gly-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Gly；
例如，所述肽或蛋白质具有SEQ.ID.NO:2的序列；
SEQ ID NO:2：Glu-Cys-Gly；
例如，所述蛋白质和肽包括血清蛋白或谷胱甘肽。
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