[发明专利]使用碳酸酐酶同工酶IX抑制剂的癌症靶向

说明书

发明领域

本发明涉及包含硝基咪唑部分的新型碳酸酐酶IX抑制剂，包括其在癌症治疗(特别是放射治疗)中的应用。

背景

癌症是死亡的主要原因，并且约占世界全部死亡的13%。大多数癌症在组织(例如头颈部、结肠、乳腺、肺、肝和胃)中形成实体瘤，并且常以低氧浓度(组织缺氧)和肿瘤细胞周围微环境的酸化为特征。组织缺氧和瘤旁微环境的酸化均与侵袭性肿瘤生长、转移形成和对放射治疗、手术和/或抗癌化疗响应性差相关联。对氧浓度变化起作用的最重要通路是“缺氧诱导因子-1通路”(HIF-1通路)。在低氧条件下，转录因子HIF-1α稳定并结合HIF-1β。形成的复合物能转移至核并结合涉及厌氧代谢、pH调节、血管生成、细胞增殖和存活的基因的缺氧反应元件(HRE)。

碳酸酐酶(CA)构成普遍存在的锌金属酶的庞大家族，有很大生理学重要性。作为二氧化碳可逆水合为碳酸氢根和质子(CO₂+H₂OH⁺+HCO₃^-)的催化剂，这些酶参与许多生物学过程，包括呼吸、钙化、酸碱平衡、骨再吸收、房水形成。迄今为止，已表征了16种同工酶，其中15种存在于人体中。人体中的CA存在于数种组织中(例如，胃肠道、生殖道、皮肤、肾、肺、眼等)并且位于细胞的不同部分。基本存在数种胞浆形式(CA I-III、CA VII)，四种膜结合同工酶(CA IV、CA IX、CA XII和CA XIV)，一种线粒体形式(CA V)以及一种分泌型CA同工酶CA VI。

已显示一些肿瘤细胞主要仅表达一些膜相关CA同工酶，例如CA IX和CA XII。CA在其组织分布、水平以及推定的或建立的生物功能中显示显著差异。CA中的一些几乎在所有组织中皆有表达(CA II)，从而其它CA的表达显得较为有限(例如，唾液腺中的CA VI和CA VII)。

此外，可以想象CA活性或许也在肿瘤中得到良好开发，因为肿瘤相较于正常组织通常显示跨质膜的反向pH梯度，表示CA有助于提供使细胞外环境酸化的质子和使细胞内环境保持中性的碳酸氢根离子。除对细胞外pH的酸化作用以外，CA还能影响肿瘤细胞对抗癌药物的摄取，并且调节肿瘤细胞对传统治疗(例如放疗)的响应。CA同工酶中的一种：CA IX显示在正常细胞中表达受限，但与不同类型的肿瘤紧密相关。CA IX最初在人癌HeLa细胞中检测为细胞密度调节抗原(Pastorekova等,1992)，其通过肿瘤缺氧，通过HIF-1通路转录活化强烈诱导。已证明癌中碳酸酐酶CA IX的表达和肿瘤内缺氧高度相关。检测到CA IX的分布通常与作为严重缺氧指标的坏死范围和作为血管生成度量标准的微血管密度有关。此外，CA IX与侵袭性肿瘤患者的较差无复发存活和总体存活相关。CA IX还是放疗和化放疗后总体存活和无转移存活的重要预后指示剂。

缺氧与促进肿瘤入侵的细胞外环境酸化相关，认为CA IX通过其催化活性对该过程起一定作用(Svastova等,2004)。CA IX具有很高的催化活性，拥有已知CA中最高的质子转移率，已证明这使细胞外环境酸化，并因此成为抗癌治疗(优选联合传统治疗方案)感兴趣的目标。靶向CA IX将优于靶向HIF-1(哺乳动物细胞对缺氧转录应答的主要调节剂)，因为基于采用的细胞类型、靶向的亚基、肿瘤位点和HIF-1抑制时间的选择(肿瘤生长早期或晚期)报道出的结果存在争议。此外，因为HIF-1的大多数小分子抑制剂影响多信号通路和/或与HIF间接相关的靶标，所以治疗功效不能以其作为HIF抑制剂的活性为基础进行评估，所述治疗功效可能与HIF抑制性不相关(Melillo,2006)。

近期发现，碳酸酐酶抑制剂(CAI)除了具有已确定的利尿剂和抗青光眼药物作用以外，还具有作为抗肥胖、抗癌和抗传染新型药物的潜力。主要有两类碳酸酐酶抑制剂：金属配位阴离子和未经取代的磺酰胺及其衍生物，其通过取代非蛋白质锌配体或通过加至金属配位层来结合所述酶的锌离子(Supuran,2008)。然而，这些抑制剂设计中的严重问题在于同工酶数量大，组织内定位分散以及现有抑制剂对同工酶缺乏选择性。