用于提高癌症治疗疗效的方法 发明领域
本发明总的来讲涉及用于治疗癌症的方法和材料。更准确地讲，本发明涉及用于提高癌症治疗疗效的方法和材料。
发明背景
癌症的常规治疗涉及单独或联合使用化疗药、放射疗法和外科手术。医学技术已开发出基于前述疗法的许多治疗。本发明涉及可以用来提高前述治疗疗效的特殊材料。
半乳凝素(Galectin)包含一个由植物细胞和动物细胞表达的并且结合β-半乳糖苷糖的蛋白家族。这些蛋白可存在于细胞表面、细胞质中和胞外液中。其分子量范围一般为29-34Kd；它们对含β-半乳糖苷的物质有亲和力，并且已经发现其在许多生物过程中起重要的作用，所述生物过程包括细胞迁移、细胞间附着、血管发生、细胞融合和其它细胞间相互作用以及基于免疫的反应和细胞凋亡。因此，半乳凝素的作用与癌症和其它增生性疾病非常强地联系在一起。尽管有许多表现出上述活性的半乳凝素，但是在涉及癌症的细胞过程方面，强烈地牵涉半乳凝素-3和半乳凝素-1。
半乳凝素-3是一种分子量约30,000的糖结合蛋白。它由以下两种不同的结构基序组成：一个包含其特征为胶原蛋白的Gly-X-Y串联重复的氨基端部分，以及一个含有一个糖结合部位的羧基端部分。半乳凝素-3存在于几乎所有的肿瘤中并且对于含有β-半乳糖苷的糖缀合物有结合亲和性。相信半乳凝素-3在介导细胞间相互作用中起作用，从而促进转移。已发现具有高水平表达半乳凝素-3的细胞是更易于转移的，且该细胞对由化疗或放疗诱导地细胞凋亡的抗性更强。在文献中也报道了半乳凝素-3在促进血管发生方面起作用。
半乳凝素-1是一种高度保守的14-15kD同二聚体，且是半乳凝素中最丰富的一种。它与已发现对细胞相互作用产生强烈调节作用的层粘连蛋白结合，所述细胞相互作用例如粘附、增殖、迁移和分化。在这方面，已发现半乳凝素-1强烈地影响不同细胞中的这些过程。相信半乳凝素-1和许多细胞生长因子以及白细胞介素的分泌相牵连。已发现半乳凝素-1在许多癌细胞中以极高的水平表达，且半乳凝素-1和转移强烈地相牵连。
与本发明一致，已发现某些治疗材料能与半乳凝素结合，从而使它们这些蛋白失去和其它糖类材料和/或细胞相互作用的活性。特别是，已经发现：用本发明的治疗材料来处理具有半乳凝素的细胞，则可以抑制这些细胞与其它细胞和/或生物分子的相互作用，从而抑制血管发生并提高细胞凋亡诱导疗法例如化疗或放疗的功效。此外，这些材料可以抑制细胞间相互作用，从而通过抑制转移而提高外科手术治疗的疗效；所述转移常常被外科手术引起的细胞移动启动。
正如将在下文详细解释的，本发明的材料通常由天然或合成的聚合物和寡聚体组成。其毒性极低且与迄今所用的癌症治疗协同相互作用，结果是提高癌症治疗的疗效。通过使用本发明，可减少潜在毒性疗法例如化疗和放疗的剂量。同样，通过使用本发明来提高外科手术治疗的疗效。例如，由于本发明的方法用来抑制手术后的转移过程，因此使用本发明则使外科医生能在没有被那使转移事件突然发生的可能性限制的情况下，完成更具攻击性的外科手术治疗。在下文将讨论本发明的这些优点和其它优点。
发明概述
本文公开了一种提高患者癌症的治疗性治疗之功效的方法。所提高的治疗可以包括化疗、放疗、外科手术及其组合。本发明的方法包括给予患者治疗有效量的一种与半乳凝素结合的化合物。这种化合物可以在其它治疗之前、之后或同时给予。
本发明的一类优选治疗材料包括一种具有连接在其上的侧链的聚合物主链。所述侧链被半乳糖单位或阿拉伯糖单位封端。这种材料可以是合成的、天然的或半合成的。在一个特定的实施方案中，该治疗化合物包括一种用鼠李糖残基间隔的基本上脱甲氧基化多聚半乳糖醛酸主链。
一般而言，本发明的所述材料的分子量超过300道尔顿。一组特定的材料的分子量范围为300-2,000道尔顿。在本发明的所述材料基于诸如果胶的复合糖的那些情况下，一组优选的材料的分子量范围为1-50千道尔顿。根据待治疗癌症的具体类型和辅助疗法，可以通过口服、注射、经皮或局部应用，给予本发明的治疗材料。
发明详述
本发明认识到，通过使用与半乳凝素相互作用的治疗材料，可以提高诸如化疗、外科手术和放疗的癌症常规治疗的疗效。
虽然已知半乳凝素在体外结合半乳糖和其它这样的简单糖，但是这些简单糖在在调节体内半乳凝素介导的细胞过程方面并不是治疗上有效的。虽然不希望受推测的束缚，但是本发明人就此推定，这类比较小的糖分子不能可持续地阻断、激活或抑制半乳凝素蛋白的其它部分，或者不能以其它方式与半乳凝素蛋白的其它部分相互作用。因此，用于实施本发明的优选材料一般包括含结合糖位点的活性半乳凝素但具有其分子量略高于简单糖的分子。这样的分子的优选最小分子量至少为300道尔顿，最通常最小分子量范围为300-2,000道尔顿。某些尤其优选的材料具有更高的分子量范围。一类优选的治疗材料包含具有连接在其上的一种或多种糖例如半乳糖或阿拉伯糖的寡聚体或聚合物种类。所述寡聚体或聚合物主链可以是合成的或有机的。该类型的材料公开于美国专利号(EX SN 09/750,726)，所述专利的公开内容通过引用结合到本文中。这类材料的优选分子量范围为300-50,000道尔顿，且一种特别的材料包含一种连接在其上的、半乳糖封端的侧链的纤维素主链。应该考虑到，在高分子量糖的分子量测定中存在一些固有的误差，并且所测量出的分子量多少会取决于测量分子量所用的方法。本文所给出的分子量基于粘度测量法，而这样的技术是本领域已知的。
属于该大类的一组材料包含具有连接在其上的鼠李糖残基的基本上脱甲氧基化多聚半乳糖醛酸主链。据认为在该类型的材料中，连接在所述主链上的末端半乳糖或阿拉伯糖单位与半乳凝素蛋白结合。所述分子的其余大量基团增强所述化合物在调节免疫系统应答中的作用；如上文所讨论的，虽然不希望受推测的束缚，但是本发明人相信，所述分子的其余大量基团与所述半乳凝素蛋白的其余部分相互作用和/或延长所述糖部分与其结合。该大类的材料由下面的式I、式II和式III进行描述，人们应该知道可以制备该大类化合物的其它变异体并且可以按照本发明的原理使用所述变异体。
-[α-D-GalpA-(1→4)-α-D-GalpA]n-
↑
Xn-1 (I)
↑
α-L-Arap
-[α-D-GalpA-(1→4)-α-D-GalpA]n-
↑
Xn-1
↑
β-D-Galp
其中n≥1。
β-D-Galp
↓
Xn-1 (II)
↓
-[α-L-Rhap-(1→4)-α-D-GalpA-(1→2)]n-
其中n≥1。
α-L-Arap
↓
Xn-1 (III)
↓
-[α-L-Rhap-(1→4)-α-D-GalpA-(1→2)]n-
其中n≥1。
果胶是一种具有由多聚半乳糖醛酸主链与多个连接在其上的分支侧链组成的高度分支结构的复合糖。所述分支产生特征为“光滑”和“毛状”的区域。已经发现，果胶可以通过各种化学、酶促或物理处理而改性，使所述分子断裂成具有线性化程度更高、带有分支程度降低的连接鼠李糖残基侧链的基本上脱甲氧基化多聚半乳糖醛酸主链的较小部分。该材料在本领域称为改性果胶并且已证实了其在治疗癌症中的功效。尽管没有和外科手术、化疗或放疗一起使用这种类型的半乳凝素阻断剂材料。
美国专利5,895,784描述了改性果胶材料、其制备技术及用所述材料治疗各种癌症，所述专利的公开内容通过引用结合到本文中。描述了所述′784专利中通过基于pH之改性方法制备的材料，其中将所述果胶置入溶液中并暴露于一系列编程变化的pH溶液中，导致分子的断裂，产生治疗上有效的改性果胶。所述′784专利中的材料最优选用柑桔果胶制备；虽然人们应该知道改性果胶可以用从如苹果果胶等其它来源中获得的果胶原料制备。另外，还可以通过酶促处理所述果胶或者通过物理过程例如加热，完成改性过程。改性果胶及其制备技术和应用的其它公开内容也描述于美国专利5,834,442和美国专利申请顺序号08/024,487中，所述专利的公开内容通过引用结合到本文中。该类型的改性果胶的分子量范围一般为1-50千道尔顿，一组优选的所述材料的平均分子量约为1-15千道尔顿，一组具体材料的分子量约为10千道尔顿。
如现有技术所公开的，这样的改性果胶材料具有抵抗各种癌症的治疗功效。这些材料与包括半乳凝素-1和半乳凝素-3在内的半乳凝素相互作用，并且在该方面，也具有抵抗基于免疫的疾病的功效。按照本发明，通过使用与半乳凝素相互作用的果胶材料和其它材料而提高常规癌症治疗的效果。这些材料可以口服给予；或者通过静脉内注射给予；或者通过直接注射到受影响组织中给予，例子为通过注射到肿瘤部位中给予。在某些情况下，可在进行外科手术时，局部应用所述材料。同样，可以使用例如经皮递药系统、吸入法、皮下植入等其它技术。
既包括γ-射线又包括粒子束的癌症放疗以及溶瘤化疗药都是细胞毒性的；而其治疗癌症的疗效则基于下述事实：对于这样的细胞毒性的治疗，癌细胞通常比正常细胞更加敏感，这或者是因为癌细胞的快速代谢，或者是因为癌细胞用正常细胞所不用的生化途径。相信这些治疗通过激活程序性细胞死亡(也称为细胞凋亡)而发挥其细胞毒性作用。如果细胞受到一种转折水平的损害，则细胞经历凋亡。对于是经历细胞凋亡还是试图内部修复的细胞的决定，细胞凋亡的胞内信号转导途径之活动和抗细胞凋亡的胞内信号转导途径之活动之间的平衡则是重要的。已证实半乳凝素、尤其是半乳凝素-3既与细胞凋亡抗性有关、又与肿瘤进程有关。
在用溶瘤剂例如顺铂、金雀异黄素等处理的细胞中，半乳凝素-3与抑制细胞凋亡相牵连。发现金雀异黄素在BT549细胞中于没有可检测细胞周期停滞的情况下有效地诱导细胞凋亡，所述BT549细胞构成一种不表达可检测水平的半乳凝素-3的人乳房上皮细胞系。然而，如果用金雀异黄素处理半乳凝素-3转染的BT549细胞，则在没有诱导细胞凋亡的情况下，发生细胞周期停滞在G(2)/M期(Lin等，Galectin-3 mediates genistein-induced G(2)/M arrest and inhibitsapoptosis(半乳凝素-3介导金雀异黄素诱导的G(2)/M停滞且抑制细胞凋亡).Carcinogenesis 2000Nov.；21(11)：1941-5)。也发现虽然BT549细胞经历失巢凋亡(anoikis)，但过量表达半乳凝素-3的BT549细胞在没有可检测细胞死亡的情况下应答由G1停滞诱导的细胞粘着的丧失。各项研究也提示，对于转移期间在循环过程中的扩散癌细胞中不依赖贴壁细胞的存活，半乳凝素-3是一个关键性的决定因素(Kim等，Cell cycle arrest and inhibition of anoikis by galectin-3 in humanbreast epithelial cells(在人乳房上皮细胞中由于半乳凝素-3的细胞周期停滞和anoikis的抑制).Cancer Res.1999 Aug.15；59(16)：4148-54)。
此外还证明了半乳凝素-3通过调节细胞间相互作用和细胞-基质相互作用来保护细胞，使其不经历细胞凋亡；并且已证明半乳凝素-3与肿瘤进程和转移有关。当比较半乳凝素-3转染的人乳腺癌细胞和不表达半乳凝素-3的其亲代细胞系时，发现所述过量表达的细胞：(1)对具有直接作用的和/或通过增加特定整联蛋白的表达而起作用的层粘连蛋白、纤连蛋白和玻连蛋白而言具有显著增强的粘附力；所述细胞也表现出(2)与细胞铺展有关的这些细胞骨架元件即微丝的重建模；以及(3)当暴露于不同的细胞凋亡刺激物例如细胞因子及照射时，提高存活率(Matarrese等，Galectin-3 overexpression protects fromapoptosis by improving cell adhesion properties(半乳凝素-3的过量表达由于改善细胞的粘附特性而防止细胞凋亡).Int.J.Cancer 2000 Feb.15；85(4)：545-54)。
同样，证明了半乳凝素在促进血管发生方面的作用。已知为了原发性肿瘤生长或转移，细胞必须释放出指导内皮细胞形成滋养并支持肿瘤细胞的血管的化学信息。也证明了半乳凝素与转移过程和血管生成过程有关。证明了半乳凝素-3影响趋化性和形态，且证明了半乳凝素-3在体外刺激IIUV-EC-C的毛细血管形成而在体内刺激血管发生。内皮细胞的形态发生是一个被特异性糖和抗体中和的糖依赖性过程。这些研究结果证实了内皮细胞表面的糖类识别事件可以诱导一种导致内皮细胞的分化和血管发生的信号级联(Nangia-Makker等，Galectin-3 induces endothelial cell morphogenesis andangiogenesis(半乳凝素-3诱导内皮细胞的形态发生及血管发生).Am.J.Pathol.2000Mar.；156(3)：899-909)。已证实本发明的材料与半乳凝素相互作用并且抑制血管发生。
显然，已证明了一般的半乳凝素和特殊的半乳凝素-3对癌细胞的生长和增殖具有不同的且很重要的作用。而且，阻断或中和半乳凝素活性的化合物则抑制血管发生并且促进细胞凋亡。因此，这样的材料会有益地提高溶瘤治疗的效果。同样，已证明这样的材料将强烈地抑制血管发生和/或转移；因此，这些材料将防止或最大限度地减少由于外科手术破坏肿瘤部位而诱导的转移事件。
与本发明一致，将结合半乳凝素的治疗材料给予患者，从而配合诸如外科手术、放疗或化疗的常规治疗。最优选在给予所述常规治疗之前给予该材料，以便使该材料能有足够时间与肿瘤中的或非癌细胞中的半乳凝素相互作用并与其结合。根据癌症性质和治疗，可以在正在给予其它治疗的同时和/或其后，连续给予结合半乳凝素的治疗材料。可以以单剂量或多次剂量给予所述结合半乳凝素的材料。在某些情况下，至少在常规治疗之前数天，开始给予所述治疗材料；而在其它情况下，或者在给予常规治疗之前，或者在给予常规治疗的同时，立即开始给予。在某些情况下，特别在外科治疗方面，既可在治疗之前、治疗期间，又可在治疗之后，有利地给予所述糖类材料。
上面的讨论主要涉及改性果胶材料以及与半乳凝素-1和半乳凝素-3相互作用的材料；然而人们应该知道，同样知道其它半乳凝素与各种各样癌症的进程有关，且改性果胶材料以及上文讨论的其它治疗材料都与半乳凝素相互作用。因此，在实施本发明中可以使用其它的材料和方法。上述讨论和描述是举例说明具体的实施方案，但并不意味着是用来限制本发明的实施。本发明范围仅受以下权利要求书、包括所有等同实施方案的限制。