CN111201224A - 作为前列腺癌检测生物标志物的尿多胺 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及可用作前列腺癌生物标志物的尿多胺以及使用镧系配合物来检测和定量尿多胺的灵敏性、特异性方法。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月16日提交的美国非临时专利申请序列号15/784,269的优先权,该非临时专利申请要求2016年10月17日提交的美国临时专利申请序列号62/409,361和2017年3月16日提交的美国临时专利申请序列号62/471,989的优先权。本申请还要求2018年2月4日提交的美国临时专利申请序列号62/626,149的优先权。所有上面引用的专利申请的公开内容均通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于检测和量化尿多胺的方法和用于其中的组合物。本文所述的方法和组合物可用于诊断患者的前列腺癌。
背景技术
前列腺癌(PCa)是男性中第二大常见癌症,并且是死亡的主要原因之一,其在包括许多西欧国家和美国在内的许多发达国家中造成了重大的公共卫生影响。
PCa是一种在全世界范围内越来越具有重要意义的疾病。香港在这个公共卫生问题上也不例外。根据香港特别行政区(HKSAR)医院管理局的香港癌症资料统计中心的统计数据,PCa在男性最常见的癌症中排名第3,在致命最严重的癌症中排名第5。鉴于早期可治疗PCa的潜伏期及其晚期可辨别阶段的致死性,迫切需要更加灵敏、精确的诊断方法来检测早期PCa,从而可以显著改善治疗效果,同时挽救更多生命。
目前对PCa的诊断依赖于直肠指检(DRE)和血清前列腺特异性抗原(PSA)测试,随后进行经直肠超声前列腺活检(TRUSPB)确认。虽然DRE是一个简单的程序,但它会给患者带来不适。DRE也是一项对研究者依赖性强的技术,导致PCa诊断的精确性较差。特别是,DRE不是用于PCa早期检测的好工具,因为大多数DRE阳性PCa结果都是晚分期的。虽然PSA测试在检测早期PCa方面表现出良好的灵敏性,但在患有良性前列腺增生(BPH)和前列腺炎等患者中也观察到PSA水平升高,这降低了PSA对PCa的特异性。
在PSA测试的灰色区域内,阳性预测值的平均值较小,为21%。已经开发了多种PSA方法,例如移行区的PSA密度、游离/总PSA比、p2PSA和前列腺健康指数,以提高PSA测量的性能。
经直肠超声引导的前列腺活检(TRUSPB)是目前最常见的用于组织学确认PCa诊断的诊断方法。然而,该手术非常耗费人力并且导致患者的明显不适和并发症。
由于血清PSA测试的特异性较差,许多未患有PCa的患者会进行TRUSPB,从而遭受其潜在的并发症。因此,必须开发一种更有效的检测试剂盒,用于对PCa进行精确早期筛查。
本公开的目的是提供用于诊断患者的PCa的方法,包括检测一种或多种尿多胺(例如,腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和/或精胺(Spm))。尿多胺可用作PCa检测的生物标志物。通过比较诊断为PCa的患者、诊断为良性前列腺增生(BPH)的患者和健康对照(HC)的尿多胺浓度来确定尿多胺的诊断能力。本文还提供了用于检测和量化患者中尿多胺的量的组合物和方法。
发明概述
因此,本公开的目的是通过使用镧系配合物开发新的高灵敏性和特异性的变色多胺示踪剂,并检查来自不同年龄组和前列腺癌阶段的患者的平均尿多胺浓度,以验证多胺为早期前列腺癌筛查的值得信赖的生物标志物。
在本公开的第一方面,提供了式1的化合物:
其中m是1、2或3;
n在每次出现时独立地是1或2;
p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-或不存在;
对于每个实例,R1独立地是氢、烷基或环烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢、烷基、环烷基和芳基;
R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃或炔烃;或R10是具有以下结构的部分:
R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;条件是式1的化合物不包括式2的化合物:
其中Ln是镧系元素;每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca。
在第一方面的第一实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢和烷基。
在第一方面的第二实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中R11和R12的每个实例独立地是氢、卤化物、硝基、氰基、醚或烷基。
在第一方面的第三实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、硝基、氰基、醚和烷基;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
其中R11和R12的每个实例独立地是氢、卤化物、硝基、氰基、醚或烷基。
在第一方面的第四实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中R10是氢、卤化物、硝基、氰基、醚、二烷基氨基或烷基;或R10是具有以下结构的部分:
在第一方面的第五实施方案中,提供了第一方面的第一实施方案的化合物,其中R1、R3和R6的每个实例是氢。
在第一方面的第五实施方案中,提供了第一方面的第二实施方案的化合物,其中R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、硝基、氰基、醚和烷基;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
在第一方面的第六实施方案中,提供了第一方面的第二实施方案的化合物,其中R10是氢、卤化物、硝基、氰基、醚、二烷基氨基或烷基;或R10是具有以下结构的部分:
在第一方面的第七实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中m是1、2或3;n在每次出现时独立地是1或2;p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-;
对于每个实例,R1独立地是氢或烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢和烷基;
R8和R9中的每一个独立地选自氢和烷基;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
R10是氢、烷基和胺;或R10是具有以下结构的部分:
R11和R12的每个实例独立选自氢和烷基。
在第一方面的第七实施方案中,提供了第一方面的化合物,其中该化合物选自由以下各项组成的组:
其中M是锂或钠。
在本公开的第二方面,提供了检测一种或多种尿多胺的方法,该方法包括以下步骤:
a.提供尿样;
b.使尿样与式1的化合物接触,从而形成测试样品;以及
c.检测测试样品中一种或多种尿多胺的存在。
在第二方面的第一实施方案中,本文提供了第二方面的方法,其中从个体获得尿样。
在第二方面的第二实施方案中,本文提供了第二方面的第一实施方案的方法,其中所述一种或多种尿多胺是精胺。
在第二方面的第三实施方案中,本文提供了第二方面的第一实施方案的方法,其中检测一种或多种尿多胺的存在的步骤包括测定一种或多种尿多胺的浓度。
在第二方面的第四实施方案中,本文提供了第二方面的第三实施方案的方法,其中所述一种或多种尿多胺是精胺。
在第二方面的第五实施方案中,本文提供了第二方面的第四实施方案的方法,该方法进一步包括以下步骤:将测试样品中精胺的浓度与参考浓度进行比较并确定个体是否对前列腺癌具有增加的易感性,其中测试样品中精胺的浓度相对于参考样品的降低指示个体对前列腺癌的易感性增加。
在第二方面的第六实施方案中,本文提供了第二方面的第五实施方案的方法,该方法进一步包括以下步骤:对个体进行前列腺检查以确定个体是否患有前列腺癌并且在个体患有前列腺癌的情况下用放射疗法或化学疗法治疗个体。
在本公开的第三方面,提供了用于治疗个体中的前列腺癌的方法,该方法包括以下步骤:
d.提供来自个体的尿样;
e.使尿样与式1的化合物接触,从而形成测试样品;
f.测定测试样品中精胺的浓度;
g.将测试样品中精胺的浓度与参考浓度进行比较并确定个体是否对前列腺癌具有增加的易感性,其中测试样品中精胺的浓度相对于参考样品的降低指示个体对前列腺癌的易感性增加;
h.对个体进行前列腺检查以确定个体是否患有前列腺癌;以及
i.如果个体患有前列腺癌,则用放射疗法或化学疗法治疗所述个体。
在第三方面的第一实施方案中,本文提供了第三方面的方法,其中测定精胺浓度的步骤包括将测试样品的颜色与校准的参考比色图表进行比较。
在第三方面的第二实施方案中,本文提供了第三方面的方法,其中所述个体是人。
本领域技术人员应当理解,除了具体描述的那些之外,本文描述的发明可进行变化和修改。
本发明包括所有这样的变化和修改。本发明还包括本说明书单独或共同提及或指出的所有步骤和特征,以及所述步骤或特征的任何和所有组合或任何两个或更多个所述步骤或特征。
通过审阅随后的描述,本发明的其它方面和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图简要说明
通过以下对本文描述的各种实施方案的描述,结合附图,本公开的上述目的和特征以及其它目的和特征将变得显而易见,在所述附图中:
图1显示了1000ppb混合多胺标准品的重叠UPLC-MS/MS SRM的色谱图(显示了0-10min(分钟))。Put(大峰,tR=4.3min)、Put-d8(小峰,tR=4.3min)、Spd(大峰,tR=6.6min)、Spd-d8(小峰,tR=6.6min)、Spm(大峰,tR=7.8min)和Spm-d8(小峰,tR=7.8min)。
图2A显示了PCa、BPH以及HC中归一化Put值的分布。
图2B显示了PCa、BPH以及HC中归一化Spd值的分布。
图2C显示了PCa、BPH以及HC中归一化Spm值的分布。
图3显示了归一化Put、Spd以及Spm值的接受者操作特征分析。
图4显示了多胺代谢途径(只侧重于Put、Spd以及Spm)。
图5A显示了put的校准图(r2=0.9996)。
图5B显示了Spd的校准图(r2=0.9993)。
图5C显示了Spm的校准图(r2=0.9995)。
图6显示了血清PSA测试的接受者操作特征曲线。
图7A显示了示例性镧系配合物1的化学结构。
图7B显示了基于变色的镧系元素的多胺化学传感器的示意图,其中设计是基于多胺激活的f-f发射。
图8A显示了化合物2(1μM)与Spm(1μM)结合后Eu发射增强。
图8B显示了化合物2(1μM)与Spd(50μM)结合后Eu发射增强。
图8C显示了化合物2相对于水性DMSO(3%-DMSO)中各种生物胺和阳离子对Spm和Spd的选择性。
图9A显示了对10份前列腺癌患者尿样中的Spm水平的校准。
图9B显示了用于UV测试的10份选择的前列腺癌患者尿样中的Spm水平的浓度。
图10所示的铕化合物2(10μM,在水溶液中)的照片显示了在UV激发下、在存在10份前列腺癌患者尿样的情况下的颜色变化。检查了一份来自研究生的尿样作为对照实验。
图11显示了定义尿样中多胺浓度的加标方法。
图12A显示了脱蛋白前四份尿样的基质效应。
图12B显示了脱蛋白后四份尿样的基质效应。
图12C显示了脱蛋白并将DNA浓度增加至100nM后四份尿样的基质效应。
图13显示了尿、空白(H2O)和人工尿的基质效应的比较。
图14显示了包含本文所述的化合物的、示例性PCa-生物标志物检测条的示意图。
图15A的图阐释了指示癌症的示例性PCa诊断条。
图15B的图阐释了不指示癌症的示例性PCa诊断条。
图15C的图阐释了具有无效结果的示例性PCa诊断条。
图15D的图阐释了具有无效结果的示例性PCa诊断条。
图15E的图阐释了具有无效结果的示例性PCa诊断条。
具体实施方式
本公开的范围并不限于本文描述的任何具体实施方案。提供以下实施方案仅用于举例说明。
通过比较诊断为PCa的患者、BPH患者和健康患者的每一患者中的浓度,评估作为用于PCa检测的生物标志物的三种尿多胺(Put、Spd和Spm)。通过经过充分验证的色谱方法,已证明尿Spm可用于区分PCa与包括BPH在内的非癌症疾病状态,并当使用4.0ng/mL作为截止点时,其可有助于作为血清PSA测试的二级筛查工具,以解决血清PSA测试高假阳性率的问题。针对该新型生物标志物开发了包含镧系配合物的试剂盒,并在本文中进行了描述。
第一部分:评估多胺作为PCa生物标志物的作用
临床样品
用于临床样品采集的三个患者子集如下指定:诊断为PCa的患者、诊断为BPH的患者和HC。从所有受试者获得了书面同意。香港中文大学临床研究伦理委员会审查并批准将患者纳入临床研究中,并且该研究严格按照该委员会制定的指南进行。在2014年10月至2016年3月间,在前列腺活检前的午餐后中午时间,从165名血清PSA水平大于4.0ng/mL的男性患者(年龄>50)获得尿样。只有在这些患者未患有可能会产生偏倚效应的临床活性尿路感染时,才接受他们的尿样。当患者不同意该研究,或他们在临床上显示其它类型癌症的证据时,则将他们排除在抽样方案之外。
在这165例患者中,使用TRUSPB作为参考标准,66例被诊断为患有PCa,其余99例没有恶性肿瘤的证据(NEM)。为了进一步对这99例NEM患者进行分类,使用前列腺体积>30mL的标准作为标准,发现88例患有BPH,而其它患者被认为是HC。所有病理学检查均在经验丰富的泌尿病理学家的监督下,在香港的香港中文大学威尔斯亲王医院进行。
表1显示了样品的所有临床病理学特征。所有样品均储存在-20℃直至测量。所有测量均在采集后三个月内进行。
表1.患者的临床病理学特征
材料和化学品
从TEDIA获得甲醇(HPLC/光谱级,≥99.9%)。从ACS获得乙腈(HPLC级,≥99.9%)。在MilliQ Direct Water Purification System(Millipore,USA)中纯化水。所有的标准化合物,包括1,4-丁二胺(Put,99%)、亚精胺(Spd,≥99.0%)、精胺(Spm,≥99.0%)、1,4-二氨基(丁烷-d8)二盐酸盐(98原子%D)、亚精胺-(丁烷-d8)三盐酸盐(98原子%D,95%CP)、精胺-(丁烷-d8)四盐酸盐(97原子%D,95%CP)以及七氟丁酸(HFBA,≥99.0%),均购自Sigma-Aldrich(中国香港),并在未进一步纯化的情况下使用。强阴离子交换固相萃取(SPE)柱获得自Phenomenex(Strata,100mg/3mL,USA)。使用从Eppendorf(5417R,中国香港)获得的冷冻离心机进行离心。
肌酐的测定
利用LabAssayTM肌酐测定(Wako,日本),测定尿样中的肌酐浓度。简而言之,使尿样和标准品解冻、脱蛋白并离心。分离上清液,并使之在碱性溶液中与苦味酸反应,以通过Jaffe反应产生橘色冷凝物,所述Jaffe反应如在Bonsnes RW,Taussky HH.On thecolorimetric determination of creatinine by the Jafféreaction.J BiolChem.1945;158(3):581-9中所报道的。通过利用Clariostar Monochromator酶标仪(Clariostar Monochromator Microplate Reader,BMG Labtech,香港)测量吸光度来量化样品中的总肌酐。在样品制备之前,以适当的稀释因子用水稀释超过校准点的浓缩尿样。每个样品至少测定两次,其相对标准偏差(RSD)小于15%。
用于测定多胺的示例性样品制备
在水中单独制备每一种多胺(Put、Spm、Spd)的储备液(5,000μg/ml)。将三种储备液混合并稀释,得到中间标准品(50μg/mL),然后将中间标准品用于制备一系列工作标准品,其中多胺在水中的浓度为10、25、50、100、250、500、1,000ng/mL。对于内标,在水中单独制备每种多胺(Put-d8、Spm-d8、Spd-d8)的储备液(5,000μg/mL)。将三种储备液混合并稀释,得到在水中的内标(IS)工作溶液(1μg/mL)。
用于测定多胺的示例性样品预处理
样品制备程序遵循等(等.Analysis of free,mono-anddiacetylated polyamines from human urine by LC-MS/MS.J Chromatogr B AnalytTechnol Biomed Life Sci.2013;941:81-9)开发的方法,其中进行了稍许改良。首先,将尿样/标准品自然解冻并在13,000rpm和室温离心5分钟。将120μL尿样/标准品上清液和60μL的IS工作溶液与420μL水混合。使550μL该充分混合的溶液通过已经分别用1mL甲醇和水调节并平衡的SPE柱(SPE cartridge)。然后使450μL水通过所述柱以洗脱出所有多胺。然后将400μL的这些SPE处理的样品与100μL的10%HFBA混合,并且最终的混合物准备用于仪器分析。在制备样品之前,以适当的稀释因子用水稀释超过校准点的浓缩尿样。
用于测定多胺的质量控制样品
对于每批样品分析,分析了三种质量控制(QC)工作溶液,以验证校准曲线的准确性并确保批次之间的可比性。使用来自我们研究组的经分析的对照尿样制备溶液。测定对照尿样的多胺浓度,然后平均混合,得到合并的尿样。然后,通过将该合并的尿样与标准溶液混合,制备具有不同多胺浓度范围(低、中和高)的三种QC工作溶液。对于多胺浓度低的QC工作溶液,将SPE处理的合并尿样与SPE处理的10ng/mL标准品以1:7的比例混合。对于多胺浓度中等的QC工作溶液,将SPE处理的合并尿样与SPE处理的100ng/mL标准品以1:1的比例混合。对于多胺浓度高的QC工作溶液,将SPE处理的合并尿样与SPE处理的1,000ng/mL标准品以1:1的比例混合。
稳定性研究
对于稳定性研究,等之前已经证明,标准混合物和QC样品在以下情况中均是稳定的:在室温储存6小时后(短期稳定性)、分别在-20℃和-80℃储存两个月后(长期稳定性)、以及在制备样品前进行三轮冷冻和解冻循环后(冻融稳定性)。为了进一步验证,分析了标准品和选定尿样中多胺和肌酐的含量。发现在5轮冷冻和解冻循环后,当在-20℃储存时,所有内容物在6个月的时间内仍然稳定。对于SPE处理的样品,当在4℃储存时,其稳定至少两天,并且,当在-20℃储存时,其稳定高达一年。
仪器和统计分析
通过超高效液相色谱法联合三重四极杆质谱仪(UPLC-MS/MS)进行多胺的量化。利用Agilent 1290Infinity Quaternary LC System进行LC分离,而质量分析则由配备有Agilent射流技术电喷雾电离源(Agilent Jet Stream technology electrosprayionization source)的Agilent 6460三重四极杆质谱仪进行。使用的柱是通过AgilentSB-C18保护柱(2.1x5mm,1.8μm)保护的Agilent EclipsePlus C18 RRHD(2.1x50mm,1.8μm)。
如下优化LC洗脱曲线:洗脱液A是具有0.1%HFBA的水,而洗脱液B是具有0.1%HFBA的乙腈。在10分钟内使洗脱液A从95%降至60%。然后在1分钟内使洗脱液A的梯度从60%降低至10%。然后使梯度保持恒定5分钟。然后在1分钟内使梯度从10%增加至95%,然后保持恒定8分钟。(总运行时间=25分钟)。
将自动进样器和柱温度分别设定为4℃和35℃。通过用洗脱液B以Flush Port模式进行5秒针洗(5-second needle wash)3次来完成注射。每次注射10μL。
对于源参数(source parameter),干燥气体(氮气)温度设定为300℃,流速为5l/min。雾化器压力为45psi。将保护气体(sheath gas)温度设定为250℃,流速为11l/min。将毛细管电压设定为3,500V。对于质量检测,进行了预定的多反应监测(MRM)。MRM转换的信息见表2。
表2.Put、Spm、Spd的MRM转换、驻留时间、裂解电压、碰撞能量和细胞加速器电压及其相应的内标(*表示计量转换(quantifier transition))
使用Agilent MassHunter Workstation软件计算结果。线性拟合校准曲线,而没有任何加权。相关系数不应小于0.995。为了确保准确性,每个校准点和质量控制工作溶液的允收值为±30%。对于精度验证,在每次每一个10-样品注射后,注射250ng/mL标准品并检查其是否可以复制(±15%)。
对于统计分析,通过使用GraphPad Prism 6(GraphPad Software,美国加利福尼亚洲圣地亚哥),获得接收者操作特征(ROC)曲线和曲线下面积(AUC)。在基于学生t检验的比较期间,p值小于0.05(双尾)被认为是统计学上显著的。
结果
尿多胺含量
通过UPLC-MS/MS从所有样品中成功分离和量化Put、Spd、Spm及其相应的氘代内标(图1)。校准曲线均令人满意,其中r2不小于0.995(图5A-图5C),并且所有QC测量均通过,这保证了不同日期分析的样品之间的可比性。然后将每位患者的平均尿多胺浓度归一化至其尿肌酐水平,并表示为μmol/g肌酐。(对于肌酐结果,参见表3)这是为了补偿阻碍实际量测量的任何利尿过程,参考Jung K.Enzyme activities in urine:how should we expresstheir excretion?A critical literature review.Eur J Clin Chem ClinBiochem.1991;29:725-9。
表3.所有患者的肌酐结果汇总
表4和图2A至图2C显示了不同子集的归一化多胺水平的数据和图形比较:
表4.不同子集中归一化的多胺含量的列统计信息。SEM表示平均值的标准误差。
图2A至图2C中的黑条表示每个子集的平均值,而误差条表示相应的SEM。
在所监测的三种多胺中,与包括BPH患者和HC的非癌症病例相比,在PCa患者中归一化的Spm在统计学方面(未配对学生t检验)表现出显著降低。详细地,PCa的平均值为1.47,相比而言,BPH的为5.87、HC的为5.43。t检验中p值<0.0001,这意味着在p<0.05的预设标准下的显著差异。对于归一化的Put和Spd,通过观察它们的分布或通过t检验比较它们的平均值,没有观察到明显的增强或抑制。(Put:在PCa中为1.63,在BPH中为1.21,在HC中为0.65;Spd:在PCa中为0.52,在BPH中为0.94,在HC中为2.71)。
接收者操作特征分析
图3显示了三种归一化的多胺的ROC曲线,用于评估入选的多胺对PCa诊断的诊断能力。归一化的Put、Spd和Spm的AUC分别为0.63±0.05、0.65±0.05和0.83±0.03。Spm的阈值和相应灵敏度以及特异性列于表5中。
表5.不同阈值下归一化的Spm的灵敏度和特异性
科学家已经对多胺与癌症之间的关系进行了长期研究。一般认为,血液或尿中多胺水平的增加反映了快速生长的癌组织/细胞中多胺合成水平的提高,因为它们与细胞增殖增加、凋亡减少以及影响肿瘤浸润和转移的基因表达增加有关。
Russell DH.Increased polyamine concentrations in the urine of humancancer patients.Nat New Biol.1971;233(39):144-5首先报道了各种实体瘤中尿多胺水平的增加,所述实体瘤包括卵巢畸胎瘤、直肠癌、淋巴肉瘤、骨原性肉瘤和急性髓细胞白血病。Kyoko Hiramatsu等,N1,N12-Diacetylspermine as a Sensitive and Specific NovelMarker for Early-and Late-Stage Colorectal and Breast Cancers.Clin CancerRes.2005;11(8):2986-90报道了患有早期和晚期结肠直肠癌和乳腺癌的患者的N1,N12–二乙酰精胺的增加,并确认了其作为这些癌症的新标志物的作用。在宫颈癌的情况下,Lee等,Altered urinary profiles of polyamines and endogenous steroids in patientswith benign cervical disease and cervical cancer.Cancer Lett.2003;201(2):121-31已证明Put、Spd和Spm中多胺水平的显着升高。对于肝癌,Liu等,Determination ofpolyamine metabolome in plasma and urine by ultrahigh performance liquidchromatography-tandem mass spectrometry method:Application to identifypotential markers for human hepatic cancer.Anal Chim Acta.2013;791:36-45监测了患者血浆和尿中多胺、多胺前体和分解代谢物之间的水平差异。通过仔细分析这些结果,确实可观察到不同种类的多胺基于癌症的类型显示出不同的变化。在癌症病例中尿多胺水平升高的主张不够具体。
然而,很少有报道侧重于检测PCa对尿多胺水平的影响,这反过来可为这种日益增加的常见癌症提供潜在的诊断工具。在1975年,Fair等,Urinary polyamine levels inthe diagnosis of carcinoma of the prostate.J Urol.1975;114(1):88-92报道了通过电泳PCa患者尿Spd含量显著升高,但Put和Spm则没有。Horn等,Relationship of urinarypolyamines to tumor activity and tumor volume in patients.Cancer Res.1984;44(10):4675-8在1984年通过LC和荧光检测器分析了患有乳腺肿瘤、胃肿瘤、前列腺肿瘤、女性生殖道肿瘤或未知来源的转移性癌症患者的尿Spd和Put含量,得出了不确定的结论。随着分析领域的进步,在本公开中,通过UPLC-MS/MS评估了三种天然多胺(Put、Spd和Spm)作为用于筛查PCa的尿生物标志物的潜在能力。通过经过充分验证的方法(其使用单独的氘代内标来校正每种多胺的基质效应),认为分析性能更可靠。
根据以前关于PCa研究的文献的结果,观察到尿Spm水平下降实际上是合理的。虽然只检查了有限数量的组织样本,但是van der Graaf等,Proton MR spectroscopy ofprostatic tissue focused on the detection of spermine,a possible biomarker ofmalignant behavior in prostate cancer.MAGMA 2000;10(3):153-9报道了,与正常和良性增生前列腺组织相比,通过高效液相色谱和荧光检测器,肿瘤前列腺组织中的Spm含量降低。Swanson等,Proton HR-MAS spectroscopy and quantitative pathologic analysisof MRI/3D-MRSI-targeted postsurgical prostate tissues.Magn Reson Med.2003;50(5):944-54还报道了,通过质子高分辨率魔角旋转核磁共振光谱和定量组织病理学,前列腺组织样品中Spm水平降低。如GF 等,Spermine and citrate asmetabolic biomarkers for assessing prostate cancer aggressiveness.PLoS One2013;8(4):e62375所报道,通过Spm和柠檬酸盐的浓度降低,可以将高级别癌症前列腺组织与低级别癌症组织区分开来。除直接监测前列腺组织外,Serkova等,The metabolitescitrate,myo-inositol,and spermine are potential age-independent markers ofprostate cancer in human expressed prostatic secretions.Prostate.2008;68(6),620-8报道了,在人类表达的前列腺分泌物中,柠檬酸盐、肌醇和Spm是PCa的潜在重要标志物,并且与对照样品相比,它们在PCa患者中都表现出水平降低。关于这些先前的研究项目,可以预见尿Spm含量降低,因为尿代表了与来自前列腺的脱落的癌细胞和分泌的前列腺产物密切相关的流体。实质上,尿具有易于获得的优点,并且其采集是非侵入性的。因此,有用的尿PCa生物标志物的发现对于当前的医疗状况是令人鼓舞的,从而可以减少不必要的活检并安排患者进行适当治疗。
要解释PCa患者Spm水平的下降,确切的机制缺乏明确的证据,因此仍在研究中。Schipper等,Polyamines and prostatic cancer.Biochem Soc Trans.2003;31(2):375-80提出了可能的解释,即由癌细胞增殖引起的细胞组织变化最终导致腔体积减小,其进而减少前列腺组织、前列腺液或甚至尿中分泌的化合物的量。但这很难解释为什么只有尿Spm水平下降。Leo等,Non-destructive quantitation of spermine in human prostatetissue samples using HRMAS 1H NMR spectroscopy at 9.4T.FEBS Letters.2001;494(1-2):112-6报道了Spm是提议的前列腺癌生长的内源性抑制剂,并且发现Spm含量与正常前列腺上皮细胞的体积百分比之间存在组织病理学量化的线性相关性。而且,最近的研究提出,多胺代谢失调,或更具体地说多胺分解代谢失调,可能与癌变有关。在前体前列腺炎性萎缩病变和早期前列腺上皮内肿瘤性病变中观察到精胺氧化酶(SMO)和亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶(SSAT)表达增加,这导致Spm含量的消耗(图4)。
这一假设也得到了SSAT酶促作用导致患有泌尿生殖系统恶性肿瘤患者的尿二乙酰精胺含量显著增加这一观察结果的支持,如Hiramatsu,等,Diagnostic and prognosticusefulness of N1,N8-diacetylspermidine and N1,N12-diacetylspermine in urine asnovel markers of malignancy.J Cancer Res Clin Oncol.1997;123(10):539-45所报道。因此,如本文所述,尿Spm降低的观察结果与先前的发现和建议的机制一致。在不受理论束缚的情况下,假设SMO和SSAT的作用相互抵消,因此没有发现Spd的重大变化。
GF等,Spermine and citrate as metabolic biomarkers forassessing prostate cancer aggressiveness.PLoS One 2013;8(4):e62375报道了前列腺Spm含量可以作为评估PCa侵袭性的生物标志物,然而,与此不同,有关尿Spm是否显示相似的癌症分级能力的决定性确定结论可根据本文公开的数据确立。根据结果,与低级别癌症(GS≤6)相比,观察到高级别癌症(GS=8-10)中的下降,尽管不是那么显著。(高级别中1.23,而低级别中1.47;p=0.611)。相反,它的作用类似于根据用于PCa诊断的TRUSPB发挥作用的诊断生物标志物。
PSA检测作为初步筛查检测还有很多不足之处。它已被证明会引起过度诊断,特别是在灰色区域显示值的患者中。例如,单独的血清PSA分别表现出65%和47%的适当的灵敏度和特异性。Li等,Macrophage inhibitory cytokine 1biomarker serum immunoassayin combination with PSA is a more specific diagnostic tool for detection ofprostate cancer.PLoS One.2015;10(4):e0122249在他们的研究中报道它的灵敏度和特异性甚至更差(灵敏度=54.8%,特异性=57.1%,AUC=0.684)。Ferro等,ProstateHealth Index(Phi)and Prostate Cancer Antigen 3(PCA3)significantly improveprostate cancer detection at initial biopsy in a total PSA range of 2-10ng/mL.PLoS One 2013;8(7):e67687进行的另一项大规模研究表明,总PSA仅给出0.52±0.07的AUC值。当侧重于PSA>4.0ng/mL的患者时,PSA检测表现出最佳的筛查性能(AUC=0.73±0.04;参见图6),但它仍然比本文所述的尿Spm测试方法差。灵敏度和特异性分别为67.05%和68.75%。因此,尿Spm能够作为血清PSA>4.0ng/mL的男性的二级筛查检测来区分PCa和非癌症病例(包括BPH),用于补充PSA检测。
为了基于本公开的第一部分得出结论,评价了三种主要的尿多胺作为PCa生物标志物的潜在作用。在Put、Spd和Spm中,在比较了它们在PCa和BPH患者中的水平之后,Spm表现出突出的PCa诊断性能,特别是对于血清PSA水平升高的患者而言。其AUC值为0.83±0.03。这可有助于应对目前由血清PSA检测的特异性差而带来的医学挑战。通过我们开发的基于镧系元素的生物探针,我们可以实现PCa筛查的简单快速定量。
本文提供了检测一种或多种尿多胺的方法,该方法包括以下步骤:
a.提供尿样;以及
b.检测测试样品中一种或多种尿多胺的存在。
在某些实施方案中,尿多胺是Put、Spm和Spd中的至少一种。
尿样可以从个体获得。所述个体可以是任何动物,诸如哺乳动物、啮齿动物、犬、猫科动物、马、牛科动物、猪、灵长类动物(例如,非人类灵长类动物)人。
在某些实施方案中,样品获自人类男性。在某些实施方案中,人类男性的PSA大于约2.0ng/mL、3.0ng/mL、4.0ng/mL、5.0ng/mL、6.0ng/mL、7.0ng/mL、8.0ng/mL、9.0ng/mL或10.0ng/mL。
在某些实施方案中,人类男性的PSA的范围为约2.0ng/mL至约10.0ng/mL、约3.0ng/mL至约10.0ng/mL或约4.0ng/mL至约10.0ng/mL。
尿样可任选地被预处理,例如,以如本文所述地除去潜在干扰性的分析物和/或蛋白质,进而改善例如精确度、处理容易程度等。
任何可用于测定样品中多胺的量的方法均可以用于测定一种或多种尿多胺水平。对适当方法进行选择完全是在普通技术人员的能力之内。用于检测和/或测定一种或多种多胺(例如,精胺)的水平的方法包括但不限于:核磁共振(NMR)、质谱法(MS)、高效液相色谱法(HPLC)、超高效液相色谱法(UPLC)、等强度HPLC、梯度HPLC、正相色谱法、反相HPLC、尺寸排阻色谱法、离子交换色谱法、毛细管电泳法、微流体法、色谱法、气相色谱法(GC)、薄层色谱法(TLC)、固定化金属离子亲和色谱法(IMAC)、亲和色谱法、免疫测定、酶法,比色测定、使用延伸栅极有机场效应晶体管(OFET)传感器的化学传感、使用半导体传感器的化学传感以及重量分析法。
在某些实施方案中,本文所述的式1的化合物和方法用于检测和/或测定一种或多种尿多胺(例如,精胺)的水平。
在某些实施方案中,用于检测一种或多种尿多胺(例如,精胺)的方法涉及美国非临时申请序列号15/784,269中描述的组合物和方法,该非临时申请公开了使用镧系配合物和DNA封端的金纳米颗粒来检测精胺的比色测定方法。
本文提供的方法和组合物还可以用于检测从怀疑患有乳腺癌的个体获得的样品中的精胺。在这些实施方案中,样品可以是包含怀疑为癌性的乳腺组织的活组织切片。因此,本文所述的方法和组合物可用于检测乳腺组织中的精胺以及确定个体对乳腺癌的易感性。
本文提供的方法和组合物还可用于检测从任何可能来源获得的样品中所存在的任何类型的多胺,因此并不局限于尿样。样品可以从任何来源获得,所述来源例如植物、土壤、废物流、水、土壤、空气、药物、化妆品、生物制品、化学制品、肉类、食品、饮料等。
检测一种或多种尿多胺的方法可进一步包括以下步骤:将测试样品中精胺的浓度与参考浓度进行比较并确定个体是否对前列腺癌具有增加的易感性,其中测试样品中精胺的浓度相对于参考样品的降低指示个体对前列腺癌的易感性增加。
在某些实施方案中,测试样品中指示个体对前列腺癌的易感性增加的精胺的浓度低于约1.8ng/mL、约1.7ng/mL、约1.6ng/mL、约1.5ng/mL、约1.4ng/mL、约1.3ng/mL、约1.2ng/mL、约1.1ng/mL或约1.0ng/mL。
在某些实施方案中,测试样品中指示个体对前列腺癌的易感性增加的精胺的浓度为约1.1ng/mL至约1.5ng/mL或约1.2ng/mL至约1.5ng/mL。
在本文提供的方法的某些实施方案中,至少约60%或更高的AUC概率值指示前列腺癌。本公开考虑其中AUC值是可计算的方法,由此以以下概率预测前列腺癌:大于约61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、73%、74%、74%、75%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%或更大。
在某些实施方案中,AUC值为约60%至约86%;约65%至约86%;约70%至约86%;约75%至约86%;约80%至约86%;约82%至约86%;约84%至约86%;或约84%至约85%。
在某些实施方案中,AUC值高达约61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、73%、74%、74%、75%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%或85%。
在本文提供的方法的某些实施方案中,该方法的灵敏度为约70%至约80%;约70%至约75%;或约75%至约80%。
在本文提供的方法的某些实施方案中,该方法的特异性为约70%至约81%;约73%至约81%;或约70%至约73%。
在本文提供的方法的某些实施方案中,该方法的灵敏度为约70%至约80%,并且相应特异性为约81%至约70%;该方法的灵敏度为约70%至约75%,并且相应的特异性为约81%至约73%;或者该方法的灵敏度为约75%至约80%,并且相应的特异性为73%至约70%。
在样品中的一种或多种尿多胺的浓度指示个体对前列腺癌易感的情况下,可以使用一种或多种确认性的前列腺癌测试来确认个体是否患有前列腺癌。因此,所描述的方法可以进一步包括对个体进行一种或多种前列腺癌检查以确定(例如,确认)所述个体是否患有前列腺癌的步骤。
前列腺癌检查可以是用于诊断前列腺癌的任何前列腺癌测试,例如直肠指检、前列腺特异性抗原测试、前列腺活组织检查、TRUSPB、前列腺的磁共振成像(MRI)扫描及其组合。
如果一种或多种确认性的前列腺癌测试确认了个体患有前列腺癌,则个体可以接受前列腺癌的治疗。因此,本文提供的方法可以进一步包括治疗个体的前列腺癌的步骤。
存在多种针对前列腺癌的治疗选择,并且正在研发新的治疗选择。在目前的实践中,对于具有筛查出的局部前列腺癌的男性而言,三种最常见的治疗选择是手术去除前列腺(根治性前列腺切除术)、放射疗法(外放射疗法、质子束疗法或近距离放射治疗)等。
因此,治疗前列腺癌的方法可以包括手术、放射、冷冻手术、热疗、激素治疗、化学疗法、疫苗、光动力疗法和其它免疫疗法或其组合。
治疗前列腺癌的方法还可以包括预防法,以防止前列腺癌或延迟前列腺癌的发展或进展。
前列腺癌治疗还包括对个体中前列腺癌的严重程度和/或进展进行监测。如果严重程度恶化和/或周围情况有所要求,则个体可以接受前列腺癌的治疗。
第二部分:用于Spm感测的镧系配合物的合成
开发了一系列可用于尿多胺的比色定量分析和定性分析的镧系化合物(1)。
其中m为1、2或3;
n在每次出现时独立地是1或2;
p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-或不存在;
对于每个实例,R1独立地是氢、烷基或环烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢、烷基、环烷基和芳基;
R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃或炔烃;或R10是具有以下结构的部分:
R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃。在某些实施方案中,本文所述的式1的化合物不包括式2的化合物:
其中Ln是镧系元素;且
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca。
在某些实施方案中,Ln是选自由以下各项组成的组的镧系元素:La、Ce、Pr、Nd、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。该镧系元素可处于任何氧化态。示例性的氧化态包括但不限于+2、+3和+4。在某些实施方案中,镧系元素处于+3氧化态。在某些实施方案中,镧系元素是Eu3+。
在某些实施方案中,R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自氢和烷基。在某些实施方案中,R2、R4、R5和R7独立地是烷基;并且R3和R6是氢。
在某些实施方案中,R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
其中R12独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基。
在某些实施方案中,R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;或者R8和R9一起形成选自以下的部分:
其中R12独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;并且R10是胺或者由以下部分表示:
在某些实施方案中,本文提供了由式3表示的化合物:
其中m是1、2或3;
n在每次出现时独立地是1或2;
p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-或不存在;
对于每个实例,R1独立地是氢、烷基或环烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢、烷基、环烷基和芳基;
R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;
R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃或炔烃;并且
R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃。
在某些实施方案中,本文所述的式3的化合物不包括式2的化合物:
其中,Ln是镧系元素;且
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca。
在式3的化合物的某些实施方案中,Y为-C≡C-;R1的每个实例独立地是氢或烷基;R2、R4、R5和R7独立地是烷基;R3和R6是氢;R8和R9独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;并且R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基。
在式3的化合物的某些实施方案中,R1是氢;R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢和烷基;R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基;并且R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基。
在式3的化合物的某些实施方案中,R1是氢;R2、R4、R5和R7中的每一个独立地选自氢和烷基;R3和R6是氢;R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基;R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基;并且R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基。
在某些实施方案中,式3的化合物是以下化合物:
其中M是锂或钠。
在某些实施方案中,本文提供了由式4表示的化合物:
其中m是1、2或3;
n在每次出现时独立地是1或2;
p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-或不存在;
对于每个实例,R1独立地是氢、烷基或环烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢、烷基、环烷基和芳基;
R8和R9一起形成选自以下的部分:
R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃或炔烃;或R10是具有以下结构的部分:
R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃,并且R10是具有以下结构的部分:
R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃。
在式4的化合物的某些实施方案中,R1是氢;R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢和烷基;并且R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基和烯烃。
在某些实施方案中,式4的化合物选自由以下各项组成的组:
其中M是锂或钠。
式1的化合物可以使用任何数目的常规方法来合成。在下面的方案中描述了采用[4+2]狄尔斯-阿德尔反应的示例性合成序列。
通过任选地与进一步的合成转化相结合地对起始材料进行适当改性,可以制备出式1的其它化合物。对于制备式1的其它化合物所需的合适起始材料和必要的进一步合成转化的选择完全在本领域普通技术人员的能力之内。
不希望受理论的束缚,据信在结合多个聚(对-亚苯基亚乙炔基)(PPE)链(即,式1化合物的上部)而形成紧密结合的链内激子迁移增强的聚集体方面,Put和正丁胺明显不如Spm和Spd有效。因此,基于非特异性静电相互作用的化学传感器仍然可以在相似分析物之间表现出一定的选择性,以较高的平均值,它与Spm(带4个正电荷)和Spd(带个3正电荷)结合得更好,但与腐胺(带2个正电荷)和正丁胺(带1个正电荷)结合得较差(图7A至图7B)。
还提供了一种测试装置,其包括可用于测定样品中一种或多种尿多胺的水平的式1的化合物。测试装置可以是测试条或试纸条(dipstick)。图14至图15E描述了用于测定样品中一种或多种尿多胺的水平的测试条。该测试条包含式1的化合物。
图14至图15E中的测试条还可以与用于检测尿多胺的酶方法相结合地使用。
在某些实施方案中,本文提供了可用于测定样品中的一种或多种尿多胺的水平的试剂盒,该试剂盒包括式1的化合物和用于执行本文所述的方法的说明书。
在某些实施方案中,可用于测定样品中的一种或多种尿多胺的水平的试剂盒包括测试装置(例如,包含式1的化合物的试纸条或测试条)和用于使用测试条执行本文所述的方法的说明书。
在某些实施方案中,该试剂盒进一步包括校准的参考比色图表,其提供测试样品的颜色与测试样品中的一种或多种尿多胺的浓度之间的相关性。
在某些实施方案中,试剂盒进一步包括针对精胺的ROC图表和/或表和AUC图表/表中的至少一种,其将测试样品中精胺的浓度与个体患有前列腺癌的可能性相关联。
新开发的发色团与镧系配合物的连接通过线性/双光子激发揭示了对多胺的强结
合和特异性选择性
合成具有多胺特异性结合位点的化合物1。共轭系控制三嗪基配体的三重态并产生配体的绿色发射。化合物1的两个阴离子基团(图7B)用作与带正电荷的多胺的结合,这在热力学上是有利的。多阳离子分析物可以干扰配合物中的共轭系。在390nm激发时,可以从化合物1获得四个结构性红色f-f(5D0→7FJ,J=1-6)发射带(图8A-8C)。在DMSO:H2O溶液中,化合物2的量子产率(Φ)和寿命分别为0.05和0.83ms。在配合物与Spm和Spd(50M)结合后,发射强度和量子产率增加超过30%(肿瘤血液样品中Spm和Spd的浓度分别为约10M和46M)。
用Spm和Spd滴定铕化合物(2)
在化合物1与多胺结合后,可以在UV激发下显示显著的f-f发射增强(图8A和8B)。已用对照铕化合物进行了对照实验(图7A);加入多胺后,没有观察到明显的发射变化。(图8C的插图-对照化合物的基序(motif)结构,没有针对多胺的阴离子结合位点)化合物1和多胺之间的结合比(1:1)和常数(3x 10-5M)已经通过各种浓度的Spm的5D0→7F2发射强度测定。已经监测了多胺结合的寿命变化而不是发射。(在时间门控系统的帮助下,响应性毫秒寿命变化对新一代原位多胺传感器具有巨大潜力;它可以消除流体/血液样品中的纳秒/微秒干扰)。
镧系配合物对Spm和Spd的选择性
图8B显示了化合物2相对于其它生物活性阳离子例如K+、Na+、Ca2+和其它生物胺对Spm和Spd的选择性。这是特别重要的,因为这些生物胺能够干扰多胺对所提议的配合物的原位响应。未观察到其它生物胺和阳离子的明显干扰。化合物2对Spm和Spd的选择性明显高于对其它常见生物活性阳离子和生物胺的选择性(图8B)。还使用对照铕配合物进行了对照实验,所述对照铕配合物在所有测试的生物胺和阳离子存在的情况下未显示出任何显著的5D0→7F2发射增强。
用10份前列腺癌患者尿样进行的初步临床试验
从前列腺癌患者采集了150多份尿样,并通过标准方案分析其Spm水平。(通过Jaffe的方法分析肌酐水平,用LC-MS/MS检查多胺水平)。已经制定出许多多胺(图9A),例如Spm(图9B)和Spd,的校准曲线,并且已经分选出这些多胺水平的浓度。测定的水平与博士2014年的发现相似。
选择一系列前列腺癌患者的尿样进行临床前试验。通过LC预先测定它们的多胺含量并显示在图9A-9B中。在图10中,在UV光下,仅在10份前列腺癌患者的尿样存在的情况下,化合物1(在水溶液中10mM)的照片才显示颜色变化。通过LCMS和内标评估尿样的多胺浓度。
在实验方面(Experiment-wise),将2mL患者尿样加入1mL铕传感器溶液中(Eu传感器的最终浓度为50μM)。将样品置于分光荧光计中,并监测响应性发射和发射寿命信号变化。本发明人还监测所提议的配合物的发射光谱,以来自健康志愿者的尿作为对照。
如图11所示,标准添加方法用于通过我们开发的生物探针进行量化,这是解决基质效应问题的常用方法。简而言之,测量尿样中多胺的信号,并以浓度=x将结果作图。测量2个加标水平(spiked level)的读数,其通常是原始浓度的1倍和2倍。分别以x+A和x+B记录加标水平的浓度。在x轴上外推至零信号后,可以在x轴上测定尿样中多胺的浓度。
利用学生t检验比较通过两种方法获得的平均值,其中P<0.05被认为是统计学上显著的。从发光配合物和HPLC-MS/MS获得的读数之间没有太大差异(P<0.05),并且这些读数在小范围内变化(%RSD<10)。本发明人可以推断,本发明人的发光配合物对于检测尿样中的多胺是敏感且可靠的。使用在Origin中运行的标准统计软件包分析样品频率随Spm/Spd浓度的变化。用方程式模拟高斯分布。
材料和仪器
所有化学品均来自Aldrich(中国香港)和Meryer(中国上海)。通过混合等摩尔比的磷酸、硼酸和乙酸制备Britton-Robinson(BR)缓冲液,然后使用氢氧化钠溶液调节pH。根据其它配方制备人工尿。所有标准溶液均在Milli-Q水中制备。对于尿样,其是从香港中文大学威尔斯亲王医院采集的。
通过Zetasizer Nano-ZS90系统(Malvern Instruments,中国上海)实现动态光散射(DLS)和ζ电势测量。使用Cary 8453UV-Vis光谱仪(Agilent,中国香港)记录UV-Vis吸收光谱。使用MicroCal PEAQ-ITC自动化系统(Malvern Instruments,中国上海)实现等温滴定量热研究。
对于尿样分析,利用Agilent 1290Infinity Quaternary LC System进行液相色谱分离,而质量分析则由配备了Agilent射流技术电喷雾电离源的Agilent 6460三重四极杆质谱仪(Agilent,中国香港)进行。所有孵育均在KS 260Basic Orbital Shaker(IKA,中国香港)上进行。
样品预处理程序
简而言之,将尿样自然解冻并以13,000rpm和25℃离心5分钟。然后使其通过强阴离子交换固相萃取柱(Phenomenex,Strata,100mg/3mL,USA)以保留不需要的有机酸、酚类化合物和碳水化合物。然后用浓缩的高氯酸处理该溶液,用于进一步脱蛋白,然后通过使用氢氧化钾溶液中和将其除去,以形成不溶性高氯酸钾盐。最后将其再次离心以获得上清液,用0.22uM PES过滤器过滤并进一步在水中稀释。
利用UPLC-MS/MS定量检测Spm
通过超高效液相色谱联合三重四极杆质谱仪(UPLC-MS/MS)进行Spm的量化。利用Agilent 1290Infinity Quaternary LC System进行LC分离,而质量分析则由配备了Agilent射流技术电喷雾电离源的Agilent 6460三重四极杆质谱仪进行。使用的柱是利用Agilent SB-C18保护柱(2.1x5mm,1.8μm)保护的Agilent EclipsePlus C18 RRHD(2.1x50mm,1.8μm)。
LC洗脱曲线如下优化:洗脱液A是具有0.1%HFBA的水,而洗脱液B是具有0.1%HFBA的乙腈。使洗脱液A在10分钟内从95%降至60%。然后在1分钟内使洗脱液A的梯度从60%降低至10%。然后使梯度保持恒定5分钟。然后在1分钟内使梯度从10%增加至95%,然后保持恒定8分钟。(总运行时间=25分钟)。
自动进样器和柱温度分别设定为4℃和35℃。通过用洗脱液B以Flush Port模式进行5秒针洗3次来完成注射。每次注射10μL。
对于源参数,将干燥气体(氮气)温度设定为300℃,流速为5L/min。雾化器压力为45psi。将保护气体温度设定为250℃,流速为11L/min。将毛细管电压设定为3,500V。对于质量检测,进行了预定的多反应监测(MRM)。
式1的化合物与Spm/Spd在水溶液中的结合亲和力和选择性的测定
在靶Spm/Spd在溶液和生物介质中的不同浓度(尿/血液中的Spm-1.2μM/Spd-11.9μM的模拟水平)下,通过荧光和荧光寿命滴定检验开发的式1的化合物。还确定了这些用于Spm/Spd的传感器的生理特性和检测限度。在达到平衡后进行测量,并监测铕的发射。以I0/(I–I0)(其中I和I0分别是测量的发光强度和空白发光强度)表示的发光响应作为分析物浓度的函数被绘制。为了测定各种分析物加合物的结合强度,将一系列已知浓度的分析物溶液与各种浓度的Spm/Spd溶液混合。根据y轴截距与使用Benesi-Hildebrand方程式从最佳拟合线获得的斜率之间的比率估算结合常数KB。可以通过各种机制,例如电子转移过程(Rehm-Weller方程式)和氧化还原电势,诱导与Spm/Spd结合后的镧系配合物的信号变化,并且应用闪光光解瞬态吸收(transient absorption with flash photolysis)来理解造成发明人的镧系体系标记Spm/Spd之后的信号改变的机制。
测试化合物:
在下表中给出结合和选择性实验的结果。在含有500ppb的、最后一列中列出的胺的样品中进行选择性测定。
工业应用
本公开涉及用于前列腺癌生物标志物的尿多胺的检测。特别是,本公开提供了新的高灵敏度和特异性的变色多胺示踪剂,以及将镧系配合物作为前列腺癌诊断生物标志物用于早期前列腺癌筛查的用途,其在临床诊断应用中具有巨大的潜力。
Claims (20)
1.一种式1的化合物:
其中,
m是1、2或3;
n在每次出现时独立地是1或2;
p在每次出现时独立地是1、2、3或4;
Ln是镧系元素;
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca;
Y为-C≡C-或不存在;
对于每个实例,R1独立地是氢、烷基或环烷基;
R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢、烷基、环烷基和芳基;
R8和R9中的每一个独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;或者R8和R9共同形成选自由以下各项组成的组的部分:
R10是氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃或炔烃;或R10是具有以下结构的部分:
R11和R12的每个实例独立地选自氢、卤化物、氰基、硝基、羟基、醚、硫醚、胺、酰胺、酰氨基、酯、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烯烃和炔烃;条件是式1的化合物不包括式2的化合物:
其中,
Ln是镧系元素;并且
每个M都独立地选自由以下各项组成的组:Na、Li和K;或两个M一起表示Mg或Ca。
2.根据权利要求1所述的化合物,其中R2、R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自氢和烷基。
3.根据权利要求1所述的化合物,其中R11和R12的每个实例独立地是氢、卤化物、硝基、氰基、醚或烷基。
6.根据权利要求2所述的化合物,其中R1、R3和R6的每个实例是氢。
11.一种检测一种或多种尿多胺的方法,所述方法包括以下步骤:
c.提供尿样;
d.使所述尿样与根据权利要求1所述的化合物接触,从而形成测试样品;以及
e.检测所述测试样品中所述一种或多种尿多胺的存在。
12.根据权利要求11所述的方法,其中从个体获得所述尿样。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述一种或多种尿多胺是精胺。
14.根据权利要求12所述的方法,其中检测所述一种或多种尿多胺的存在的步骤包括测定所述一种或多种尿多胺的浓度。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述一种或多种尿多胺是精胺。
16.根据权利要求15所述的方法,进一步包括以下步骤:将所述测试样品中精胺的浓度与参考浓度进行比较并确定所述个体是否对前列腺癌具有增加的易感性,其中所述测试样品中精胺的浓度相对于参考样品的降低指示所述个体对前列腺癌的易感性增加。
17.根据权利要求16所述的方法,进一步包括以下步骤:对所述个体进行前列腺检查以确定所述个体是否患有前列腺癌并且在所述个体患有前列腺癌的情况下用放射疗法或化学疗法治疗所述个体。
18.一种用于治疗个体中的前列腺癌的方法,所述方法包括以下步骤:
f.提供来自所述个体的尿样;
g.使所述尿样与根据权利要求1所述的化合物接触,从而形成测试样品;
h.测定所述测试样品中精胺的浓度;
i.将所述测试样品中精胺的浓度与参考浓度进行比较并确定所述个体是否对前列腺癌具有增加的易感性,其中所述测试样品中精胺的浓度相对于参考样品的降低指示所述个体对前列腺癌的易感性增加;
j.对所述个体进行前列腺检查以确定所述个体是否患有前列腺癌;以及
k.如果所述个体患有前列腺癌,则用放射疗法或化学疗法治疗所述个体。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述测定精胺的浓度的步骤包括将所述测试样品的颜色与校准的参考比色图表进行比较。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述个体是人。
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