阅读说明：本技术 氟取代的卟啉化合物、包含其的药物组合物及其制备和使用方法 (Fluorine substituted porphyrin compounds, pharmaceutical compositions containing the same, and methods of making and using the same ) 是由 I.巴蒂尼-哈伯勒 A.托夫马斯彦 I.斯帕索耶维奇 于 2018-09-26 设计创作，主要内容包括：本文提供氟取代的卟啉化合物,诸如具有由式I表示的结构的那些：<Image he="211" wi="181" file="100004_DEST_PATH_IMAGE001.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>其中,R<Sup>1</Sup>是被至少1个氟取代的C1-C8烷基(例如,被1-17个氟原子取代的C1-C8烷基)；并且X是阴离子(例如,卤素离子(例如,氯离子等)、PF<Sub>6</Sub>、甲苯磺酸根、苯磺酸根和/或甲磺酸根)。本文还提供制备所述氟取代的卟啉化合物的方法、含有其的药物制剂及其使用方法。(Provided herein are fluoro-substituted porphyrin compounds, such as those having a structure represented by formula I: wherein R is 1 Is C1-C8 alkyl substituted with at least 1 fluorine (e.g., C1-C8 alkyl substituted with 1-17 fluorine atoms); and X is an anion (e.g., a halide)Chlorine ion, etc.), PF 6 Tosylate, benzenesulfonate and/or methanesulfonate). Also provided herein are methods of making the fluorine-substituted porphyrin compounds, pharmaceutical formulations containing the same, and methods of use thereof.)

氟取代的卟啉化合物、包含其的药物组合物及其制备和使用 方法

相关申请信息

本申请要求2017年9月29日提交的美国临时专利申请序列号62/565,436的权益和优先权，其公开内容通过引用的方式整体并入本文中。

政府资助声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的授权号5-P30-CA14236-29的政府资助下进行的。美国政府对本发明享有某些权利。

技术领域

本发明涉及氟取代的卟啉化合物、其制备方法、含有其的药物制剂及其使用方法。

背景技术

化合物Mn(III)邻位N-丁氧基乙基吡啶基卟啉(式001；有时缩写为MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺)是已知的并且描述在Z.Rajic等人，Free Radical Biology&Medicine 53,1828-1834(2012)中。

当式001中的X是Cl^-时，所述化合物可以缩写为Mn2或MnBuOE。因此，当提及或参考Mn2或MnBuOE时，应理解Cl^-是所述化合物的阴离子。

所述化合物被描述为具有包括治疗炎性肺病、神经退行性病况、放射损伤、癌症、糖尿病、心脏病况和镰状细胞病的多种治疗活性。大体参见Batinic-Haberle等人，美国专利号8,618,089。

国际申请公开号WO 2010/080881大体在其中提出卟啉可以被“一个或多个氟”取代(参见，例如，第9页的段落[0048]和[0049])。结合WO 2010/080881的表1和第10-12页的段落[0055]进一步提及氟以及多种其他选项。氟-卟啉的预示性实例已在实施例6、7和8中提出，如下：

然而，WO 2010/080881的实施例6、7和8中提出的氟-卟啉或用于该目的的任何氟-卟啉化合物的合成的实际完成从未在上述申请的公开内容中得到证实。实际上，选择性氟化化合物的制备广泛已知是一种困难且复杂的问题。例如Wagner等人，(2009)J.Nat.Prod.72,540-553在摘要中陈述了“然而，化学卤化经常需要苛刻的反应条件，并且导致不需要的副产物形成。”Liang等人，(2013)Angew.Chem.Int.Ed.52,8214-8264在8215页陈述了“尽管长期以来都了解氟的效用，但氟化方法仍然缺乏普遍性、实用性和可预测性。碳-氟键形成是一种具有挑战性的化学转化，这主要是由于氟的高电负性和氟阴离子的高水合能。”Amii等人，(2013)Beilstein J.Org.Chem.9,2793-2802在第2793-2794页陈述了“氟-有机化合物的合成仍然经常面临诸如难以处理氟化剂和难以控制化学反应的问题。此外，含氟中间体的低稳定性和反应的低选择性(化学、区域和/或立体选择性)阻碍了含氟化合物合成的进程。”

发明内容

在本发明的一方面，提供一种式I的化合物：

其中：R¹是被至少1个氟取代的C1-C8烷基(例如，被1-17个氟原子取代的C1-C8烷基)；且X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的一方面，提供一种式II的化合物(也称为MnTFE-2-PyP⁵⁺和MnFE)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。当在式II的化合物中的X是Cl^-时，则所述化合物可以被称为Mn3。因此，当参考或提及Mn3时，应当理解Cl^-是所述化合物的阴离子。

在本发明的另一方面，提供一种式III的化合物(也称为MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺和MnF₃Pen)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。当式III的化合物中的X是Cl^-时，则所述化合物可以被称为Mn4。因此，当参考或提及Mn4时，应当理解Cl^-是所述化合物的阴离子。

在本发明的另一方面，提供式IV的化合物(也称为MnTF₃Pr-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式V的化合物(也称为MnTF₃Bu-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式VI的化合物(也称为MnTF₅Pen-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式VII的化合物(也称为MnTF₃Hex-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式VIII的化合物(也称为MnTF₅Hex-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式IX的化合物(也称为MnTF₇Hex-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一方面，提供式X的化合物(也称为MnTF₉Hex-2-PyP⁵⁺)：

其中X是阴离子(例如，PF₆ ^-或Cl^-)。

在本发明的另一个方面，提供包含在药学上可接受的载体中的式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物的组合物，其中所述组合物中所有金属卟啉的至少90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或99重量％是式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物。

在本发明的另一个方面，提供抑制受试者中肿瘤生长的方法，其包括施用式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物。在一些方面，所述方法可以包括施用另外的剂和/或疗法，例如施用抗坏血酸盐和/或施用放射疗法和/或化学疗法。

在本发明的另一方面，提供治疗受试者中的癌症的方法，其包括施用包含式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物的组合物。在一些方面，所述方法可以包括施用另外的剂和/或疗法，例如施用抗坏血酸盐和/或施用放射疗法和/或化学疗法。

本发明的另一方面涉及一种治疗和/或预防在放射和/或化学疗法暴露期间和/或之后受试者中与放射和/或化学疗法暴露相关的一种或多种副作用的方法，所述方法包括在放射和/或化学疗法暴露之前、期间和/或之后向所述受试者施用式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物和任选地抗坏血酸盐。

本发明的另一方面涉及一种抑制受试者中氧化应激损伤的方法，所述氧化应激损伤可以不依赖于癌症，诸如但不限于皮肤病、糖尿病、CNS损伤和/或心脏相关疾病。

应注意，关于一个实施方案描述的本发明的方面可以并入不同实施方案中，即使没有关于其进行具体描述。也就是说，所有实施方案和/或任何实施方案的特征都可以以任何方式和/或组合来合并。因此，申请人保留改变任何原始提交的权利要求和/或提交任何新权利要求的权利，包括能够修改任何原始提交的权利要求以从属于任何其他权利要求(一个或多个)和/或并入任何其他权利要求(一个或多个)的任何特征(尽管原始没有以这种方式要求保护)的权利。下面陈述的说明书中详细解释了本发明的这些和其他目的和/或方面。本领域普通技术人员在阅读下列附图和优选实施方案的详述后会理解本发明的其他特征、优点和细节，这样的描述仅举例说明本发明。

附图说明

图1氟化Mn卟啉和非氟化Mn卟啉的开发。烷基MnTE-2-PyP⁵⁺(Mn1(其具有Cl^-作为阴离子)并且也称为MnE)、MnTnHex-2-PyP⁵⁺和烷氧基烷基MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(Mn2)是第1代、第2代和第3代化合物。已经开发了具有改善的性质的第4代的新氟化(F)化合物，MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)和MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)。氧化还原性质(E_1/2和log k_cat(O₂ ^.-))表明它们保留了优异的氧化还原性质，同时它们具有改善的生物利用度和安全性/毒性分布。

图2MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(Mn2，也称为MnBuOE)相比MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4，也称为MnF₃Pen)的抗癌效果。对雌性Balb/c小鼠皮下(在胁腹上)注射1百万个细胞。当肿瘤达到平均体积为60-80mm³时，以0.2mg/kg/天皮下注射两种Mn卟啉BMX-001(MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺和MnTnF₃Pen-2-PyP⁵⁺)，并且随后继续每天注射；剂量非常低，具有临床相关性，并且表明Mn卟啉的催化效力。同样，抗坏血酸盐(Asc)的注射以4g/kg/天开始，持续前6天，然后以1g/kg/天注射，直至研究完成前的24小时。在第一次注射Mn卟啉24小时后，开始以2.5Gy/天放射3天。使用分次放射方案以更好地反映临床情况。使用比容易与临床剂量比较的剂量更低的放射(RT)剂量，以便能够看到放射和抗坏血酸盐各自对MnP的效果的贡献。继续每天注射药物。一旦小鼠达到平均约2000mm³体积时研究完成，则处死小鼠，收集肿瘤、来自异侧腿的正常肌肉和肝脏，并通过LCMS/MS分析Mn卟啉的水平。

图3用锰卟啉单独处理或与放射(RT)和抗坏血酸盐(Asc)组合处理的PC3细胞的克隆存活。侵袭性前列腺肿瘤PC-3细胞用PBS、MnTE-2-PyP⁵⁺(Mn1)或MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)使用0.1μM、0.5μM和1μM的剂量处理过夜。第二天，将每个处理组的一半在0.5mM抗坏血酸盐中孵育1小时，然后假照射或暴露于1Gy x-射线(Rad Source RS-2000X-射线放射器，UNMC)，剂量率为2Gy/min。在放射处理后立即用胰蛋白酶处理细胞，将其分离并计数。将每个样品连续稀释，并以三次技术重复以500个细胞/孔接种到6-孔板中。让细胞生长11天，然后用70％EtOH固定，并在0.5％结晶紫和25％甲醇中染色。计数含有50个或更多个细胞的集落，并报告为接种的细胞的存活分数，相对于相同密度的未处理细胞的铺板效率归一化。一式三份地重复这些实验，并报告平均值和SEM。

图4氟化MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)优于目前临床试验中的非氟化化合物MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(Mn2)的优异性质，以及MnP催化抗坏血酸盐氧化的能力，如光谱所评估。Mn3具有：(图A)低至约10分之一的小鼠毒性；(图B)关于SOD模拟的大大改善的氧化还原活性；(图C)关于Asc氧化的增加的催化效力，所述Asc氧化过程导致H₂O₂产生并使其随后用于修饰信号传导蛋白的半胱氨酸，由此影响氧化应激。MnP/Asc在需氧条件下循环，由此通过还原成超氧化物消耗氧，超氧化物进一步歧化成H₂O₂。在需氧条件([O₂]＝0.255mM)下，在(25±1)℃下且在用0.05M磷酸盐或Tris缓冲液维持的pH 7.8下用10μM MnP和1mM Asc测量抗坏血酸盐氧化速率。(图D)氟化化合物Mn3表现出血压过低至小于10分之一，这经常限制MnP剂量。

图5MnP催化抗坏血酸盐氧化(随后形成过氧化氢，其进而杀死肿瘤)的能力，如通过确定抗坏血酸盐氧化的初始速率在光谱上所评估。MnP/Asc在需氧条件下循环，由此通过还原成超氧化物消耗氧，并且其随后还原成H₂O₂。在需氧条件([O₂]＝0.255mM)下，在(25±1)℃下且在用0.05M磷酸盐或Tris缓冲液维持的pH 7.8下用10μM MnP和1mM Asc测量抗坏血酸盐氧化速率。有条纹的条对应于氟化化合物，单氟乙基化MnTFE-2-PyP⁵⁺(MnFE，Mn3)相比乙基化MnTE-2-PyP⁵⁺(MnE，Mn1)，和三氟戊基化MnTFe₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)相比戊基化MnTnPen-2-PyP⁵⁺。非氟化合物列于氟类似物之前。

图6氟-MnP及其非氟化类似物的亲脂性。氟化作用增强MnP的亲脂性，如用TLC保留因子R_f(化合物路径/溶剂路径)所述。R_f是在使用乙腈:KNO_3(饱和):水＝8:1:1的硅胶板上获得，如前所述(Tovmasyan A、Carballal S、Ghazaryan R、Melikyan L、Weitner T、Maia CG、Reboucas JS、Radi R、Spasojevic I、Benov L和Batinic-Haberle I.Rational Design ofSuperoxide Dismutase(SOD)Mimics:The Evaluation of the Therapeutic Potentialof New Cationic Mn Porphyrins with Linear and Cyclic Substituents.Inorg Chem53:11467-83,2014)。R_f越高，化合物越亲脂。

图7氟Mn卟啉(MnTFE-2-PyP⁵⁺，MnFE，Mn3)和非氟Mn卟啉(MnTE-2-PyP⁵⁺，MnE，Mn1和MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺，MnBuOE，Mn2)在肿瘤、肌肉和肝脏中的生物利用度。由极性和亲脂性的差异引起的生物利用度和反应性的显著差异影响治疗效果。数据从皮下(sc)胁腹4T1小鼠研究获得，其中使用与图1和图7中相同的实验设计，唯一的区别在于所有MnP在图1中以0.2mg/kg给予，并且在图7中以2mg/kg给予。

图8MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)相比MnTE-2-PyP⁵⁺(MnE，Mn1)相比MnTFE-2-PyP⁵⁺(MnFE，Mn3)在小鼠胁腹4T1乳腺癌模型中的抗癌效果。除了Mn卟啉以2mg/kg给予以外，条件与图1中相同。对雌性Balb/c小鼠皮下(在胁腹上)注射1百万个细胞。当肿瘤达到平均体积为60-80mm³时，以2mg/kg/天皮下注射两种Mn卟啉BMX-001(MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺)和MnTnFE-2-PyP⁵⁺，并且随后继续每天注射；剂量非常低，具有临床相关性，并且表明Mn卟啉的催化效力。同样，抗坏血酸盐(Asc)的注射以4g/kg/天开始，持续前6天，然后以1g/kg/天注射，直至研究完成前的24小时。在第一次注射Mn卟啉24小时后，开始以2.5Gy/天放射3天。使用分次放射方案以更好地反映临床情况。使用比容易与临床剂量比较的剂量更低的放射(RT)剂量，以便能够看到放射和抗坏血酸盐各自对MnP的效果的贡献。继续每天注射药物。一旦小鼠达到平均约2000mm³体积时研究完成，则处死小鼠，收集肿瘤、来自异侧腿的正常肌肉和肝脏，并通过LCMS/MS分析Mn卟啉的水平。

图9是MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)相对MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)的平均血压随时间变化的图。

图10MnP的估计的治疗指数，TI。Mn卟啉的性质(以任意单位给出)累积地限定其治疗指数：SOD样活性、亲脂性和毒性。相比较的是非氟化先导药物MnTnHex-2-PyP⁵⁺(MnHex)和烷氧基烷基卟啉MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)对亲脂性氟化类似物MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)。

图11MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)在血浆和不同器官中以1mg/kg的剂量给予时在7天内的药代动力学分布。只要可能，将MnF₃Pen的PK分布与目前在两个临床试验中的药物MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)进行比较。

图12具有不同施用途径的不同MnP的脑累积：MnTE-2-PyP⁵⁺(MnE，Mn1)、MnTnHex-2-PyP⁵⁺(MnHex)、MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)和MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)。MnF₃Pen在脑中累积的水平(途径依赖性)由于其极性更大的氟原子而比MnBuOE低达50％。

图13受放射影响的大鼠的勃起功能。该图显示对照组和治疗组RT(放射)、MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)、RT+Mn4(放射+Mn4)和RT+Mn4/Asc(放射+Mn4+抗坏血酸盐)的勃起事件。Mn4施用在RT前24小时开始。在最初的四周每天(除了周末)以0.5mg/kg皮下给予Mn4，然后在接下来的五周内每周给予两次。立体定向地给予单次20Gy RT剂量。在最初的3天每天以1g/kg给予抗坏血酸盐，然后每周给予两次。Mn4在存在和不存在抗坏血酸盐的情况下完全预防放射诱导的勃起功能障碍。

图14MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)抑制对前列腺组织的放射(RT)损伤。实验条件呈现在图13的图例中。在存在Mn4和RT的情况下添加抗坏血酸盐对前列腺组织没有毒性。将组织用H&E染色。

图15MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)对前列腺的放射性保护-组织病理学。在100倍放大下，与大鼠的对照组(图A)和单独用Mn4处理的组(图B)相比，在单独用放射(RT)处理的前列腺组织(图C)、用RT和Mn4处理的前列腺组织(图D)和用RT、Mn4和Asc处理的前列腺组织(图E)中可以看到形态学变化。Mn4施用在RT前24小时开始。除周末以外，在最初的4周每天以0.5mg/kg皮下给予Mn4，然后在接下来的5周每周给予两次。给予单次20Gy RT剂量。在最初的3天每天以1g/kg给予抗坏血酸盐，然后每周给予两次。

图16是在存在H₂O₂源的情况下阳离子Mn(III)N-取代的吡啶基卟啉MnP对肿瘤生长的作用的示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

本文中在本发明的说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不意图限制本发明。如本发明的说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文中另有明确表明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”意图也包括复数形式。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。应进一步理解，术语，如常用字典中定义的那些，应当被解释为具有与它们在本申请和相关领域的背景下的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义进行解释，除非本文中明确如此定义。本文中在本发明的说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不意图限制本发明。本文中提到的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都通过引用整体并入本文。如果术语中存在矛盾，则以本说明书为准。

如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列项目的任何和所有可能的组合或一个或多个，以及当以替代(“或”)解释时，则缺少组合。

除非上下文另外表明，否则特别意指本文所述的本发明的各种特征可以任意组合使用。此外，本发明还考虑，在本发明的一些实施方案中，可以排除或省略本文所示的任何特征或特征组合。举例而言，如果说明书陈述复合物包含组分A、B和C，则其明确意指可以省略和放弃A、B或C中的任一或其组合。

如本文所用，过渡短语“基本上由……组成”(和语法上的变体)被解释为涵盖所列举的物质或步骤和“不实质上影响要求保护的发明的基本和新颖的特征的那些”。参见，Inre Herz，537F.2d 549,551-52,190U.S.P.Q.461,463(CCPA 1976)(原件中强调)；还参见MPEP§2111.03。因此，如本文所用的术语“基本上由……组成”不应被解释为等同于“包含”。

如本文所用的术语“约”，当提及可测量的值如量或浓度等时，意在涵盖规定值的±10％、±5％、±1％、±0.5％或甚至±0.1％的变动以及所述规定值。例如，“约X”，在X是可测量的值的情况下，意在包括X和X的±10％、±5％、±1％、±0.5％或甚至±0.1％的变动。本文中提供的可测量值的范围可以包括任何其他范围和/或其中的个别值。

如本文所用，术语“增加”、“增加的”和相似术语指明规定参数或值升高至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、150％、200％、300％、400％、500％或更高。

如本文所用，术语“降低”、“降低的”、“抑制”和相似术语是指规定参数或值降低至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％或100％。

如本文所用，“药学上可接受的”是指化合物、阴离子或组合物适于施用到受试者以实现本文所述的治疗，而没有由于疾病的严重性和治疗的必要性而引起的过度有害的副作用。

如本文所用，“烷基”或“烷基基团”是指完全饱和的直链(即，未支化的)、支化或环状烃链。在一些实施方案中，烷基基团含有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子(例如，C1-4、C2-4、C3-4、C1-5、C2-5、C3-5、C1-6、C2-6、C3-6、C2-7、C1-8、C4-8、C4-20、C6-10、C6-20、C8-10、C8-20等)。在一些实施方案中，烷基基团含有1-8个碳原子。在一些实施方案中，烷基基团含有1-6个碳原子。在一些实施方案中，烷基基团含有2-8个碳原子。在一些实施方案中，烷基基团含有2-6个碳原子，并且在一些实施方案中，烷基基团含有1-4个碳原子。在一些实施方案中，术语“烷基”或“烷基基团”是指完全饱和的直链(即，未支化的)或支化烃链。在某些实施方案中，术语“烷基”或“烷基基团”是指环烷基基团，也称为碳环。示例性烷基基团的非限制性实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、环丙基和环己基。

除非另有说明，否则本文所绘的结构意在包括所述结构的所有对映体、非对映体和几何(或构象)形式；例如，每个不对称中心的R和S构型、(Z)和(E)双键异构体以及(Z)和(E)构象异构体。因此，本发明化合物的单一立体化学异构体以及对映体、非对映体和几何(或构象)混合物在本发明的范围内。除非另有说明，否则本发明化合物的所有互变异构形式都在本发明的范围内。

如本文所用，“治疗”(及其语法上的变体)是指赋予受试者益处的任何类型的治疗，并且可以指受试者的病况的严重程度降低、至少部分改善或减轻和/或实现至少一种临床症状(例如，与癌症和/或放射和/或化学疗法暴露相关的症状)的一些减轻、缓和或减少和/或症状的进展存在延迟。在一些实施方案中，与不存在本发明的方法时症状的严重程度相比，可以降低受试者中与癌症和/或放射和/或化学疗法暴露相关的症状的严重程度。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以治疗有效量施用。如本文所用的“治疗有效”量是足以治疗(如本文所定义的)受试者的量。本领域技术人员将理解，治疗效果不必是完全的或治愈性的，只要向受试者提供一些益处即可。在一些实施方案中，治疗有效量可以通过施用本发明的组合物来实现。

术语“预防”(及其语法上的变体)是指相对于在不存在本发明的方法的情况下将发生的情况，避免、减少和/或延迟临床症状(例如，与癌症和/或放射和/或化学疗法暴露相关的症状)的发作和/或降低症状发作的严重程度。预防可以是完全的，例如，症状完全不存在。预防也可以是部分的，使得受试者中症状的发生和/或发作的严重程度小于在不存在本发明的方法的情况下将发生的。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以预防有效量施用。如本文所用，“预防有效”量是足以预防(如本文所定义)受试者的临床症状(例如，与癌症和/或放射和/或化学疗法暴露相关的症状)的量。本领域技术人员将了解，预防水平不必是完全的，只要向受试者提供一些益处即可。在一些实施方案中，预防有效量可以通过施用本发明的组合物来实现。

本发明在兽医应用和医学应用中都得到应用。适合用本发明的方法治疗的受试者包括但不限于哺乳动物受试者。本发明的哺乳动物包括但不限于犬、猫、牛、山羊、马、绵羊、猪、啮齿动物(例如，大鼠和小鼠)、兔类动物、灵长类动物(例如，猿和人)、非人灵长类动物(例如，猴、狒狒、黑猩猩、大猩猩)等，以及子宫内的哺乳动物。需要根据本发明治疗的任何哺乳动物受试者是合适的。可以根据本发明治疗两性和处于任何发育阶段(即，新生儿、婴儿、青少年、成人)的人类受试者。在本发明的一些实施方案中，所述受试者是哺乳动物，并且在某些实施方案中，所述受试者是人。人受试者包括所有年龄的男性和女性，包括胎儿、新生儿、婴儿、少年、青少年、成人和老年受试者以及怀孕受试者。在本发明的特定实施方案中，所述受试者是青少年和/或成人。

本发明的方法还可以对动物受试者，特别是哺乳动物受试者如小鼠、大鼠、犬、猫、家畜和马进行，用于兽医目的和/或用于药物筛选和药物开发目的。

在一些实施方案中，受试者“需要”本发明的方法或“需要其”，例如，受试者具有通常与癌症相关的发现，怀疑患有癌症，和/或受试者患有癌症。

如本文所述的氟取代的卟啉和包含氟取代的卟啉的组合物(例如，式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X的化合物)可以用于治疗人和其他哺乳动物受试者中的多种病况中的任一种，包括但不限于治疗炎性肺病、神经退行性疾病、放射损伤、癌症、糖尿病、心脏和心血管病况和损伤、镰状细胞病等。大体参见Batinic-Haberle等人的美国专利号8,618,089。

可以用根据本发明的氟取代的卟啉治疗的其他病况可以包括但不限于中枢神经系统损伤(诸如肌萎缩性侧索硬化(ALS)、阿尔茨海默氏病、多发性硬化症(MS)、帕金森氏病等)、中风、脊髓损伤、局部缺血/再灌注损伤、关节炎、自身免疫疾病、糖尿病、吗啡耐受、药物依赖/成瘾和炎性病况。

在一些实施方案中，本发明的氟取代的卟啉可以用于在放射和/或化学疗法暴露期间和/或之后治疗和/或预防受试者中与放射和/或化学疗法暴露相关的一种或多种副作用。在一些实施方案中，提供了在放射和/或化学疗法暴露期间和/或之后治疗和/或预防受试者中的组织损伤的方法。本发明的方法可以包括在放射和/或化学疗法暴露之前、期间或之后向受试者施用本发明的氟取代的卟啉，和任选地施用抗坏血酸盐(例如，同时或顺序地)。本发明的方法可以治疗和/或预防受试者中放射诱导的正常组织损伤。与常规治疗和/或不存在本发明方法的情况相比，放射诱导的正常组织损伤在受试者中可以降低至少5％或更多。如本文所用，“正常组织”是指非癌性组织。“正常组织”中的细胞可以正常速率分裂。在一些实施方案中，所述方法可以治疗和/或预防由于炎症和/或由炎症引起的正常组织损伤。在一些实施方案中，本发明的方法可以治疗和/或预防受试者中放射诱导的勃起功能障碍。

在一些实施方案中，本发明的氟取代的卟啉具有由式I表示的结构：

其中：

R¹是被至少1个氟取代的C1-C8烷基(例如，被例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16或17个氟原子取代的C1-C8烷基)；并且

X是阴离子(例如，卤素离子(例如，氯离子等)、PF₆、甲苯磺酸根、苯磺酸根和/或甲磺酸根)。

在一些实施方案中，R¹是被1至Y个氟原子取代的C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基基团，其中Y由烷基基团中的碳原子数乘以2加1确定。因此，当R¹是C2烷基基团时，其可以被1、2、3、4或5个氟原子取代(例如，2×2＝4+1＝5)。

在一些实施方案中，本发明的氟取代的卟啉具有由式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII、式VIII、式IX或式X表示的结构：

其中X是如本文所述的阴离子。

根据本发明的氟取代的卟啉可以具有一个或多个氟。不希望受理论的束缚，氟基团的存在可以增强本发明的化合物和组合物的药物转运和效力。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉具有与其缀合的各种活性剂。例如，抗癌剂、抗炎剂、止痛剂(诸如吗啡)、硝基氧(nitroxide)、氨基酸、肽、肽模拟物、抗体、脂质或糖可以与氟取代的卟啉缀合。

此外，本发明的氟取代的卟啉可以是放射性标记的，例如用18F放射性标记。然后，放射性标记的化合物可以用于诸如用正电子发射断层扫描(PET)确定氟取代的卟啉的生物分布。

本发明的化合物可以各种盐或溶剂化物的形式获得。作为盐，使用药学上可接受的盐或可作为原料使用的盐。另外，所有立体异构体、对映异构体和非对映异构体都是预期的。

在一些实施方案中，本发明的氟取代的卟啉可以具有增强的亲脂性(例如，与非氟取代的卟啉相比)。亲脂性可以通过薄层色谱法测量。一组化合物的相对亲脂性可以在给定的溶剂体系中确定。亲水性卟啉将具有接近零的保留因子(Rf)，而亲脂程度较高的卟啉具有较大的Rf值。本发明的氟取代的卟啉在乙腈:水:KNO₃(饱和水溶液)(8:1:1)的溶剂体系中适当地具有大于零的亲脂性。或者，亲脂性可以通过标准辛醇/水分配系数(log P)来定量。在一些实施方案中，亲脂性氟取代的卟啉可以具有比其亲水性类似物大的生物利用度。另外，与亲水性类似物相比，亲脂性氟取代的卟啉可以具有增强的细胞内累积和/或细胞内摄取和/或体内效力。此外，在其他实施方案中，亲脂性氟取代的卟啉可以选择性靶向不同的细胞区室，诸如线粒体或细胞核。或者，可以使用其他相关的细胞/线粒体活力测定(例如，MTT测定)。

氟取代的卟啉可以用于治疗各种病况，包括至少部分由氧化应激损伤(由过量水平的反应性氧和氮物质引起的损伤)导致的那些病况。在其他实施方案中，本发明的氟取代的卟啉可以降低氧化应激。卟啉是有效的功能性催化抗氧化剂、氧化还原信号传导途径的调节剂、有效的放射防护剂和抗癌剂。同样，不希望受理论束缚，认为卟啉的抗氧化性质源于其通过调节反应性氧和氮物质(ROS/RNS)来调节氧化还原活性转录因子的能力和/或其通过直接清除那些物质来降低生物损伤的能力。最近的证据在某种程度上改变了我们对Mn卟啉的见解。不希望受理论的束缚，由于Mn卟啉的生物学相关氧化还原化学，其涉及+2、+3、+4和/或+5氧化态的Mn，它们不仅可以经历还原反应(即，经典的抗氧化反应)，而且还可以经历氧化反应。生物学上非常相关的氧化是不同蛋白质(包括转录因子的那些)的半胱氨酸的氧化。转录因子的这种氧化修饰，从而可以影响其激活，进而影响细胞增殖和凋亡过程。

在一些实施方案中，当与非氟取代的类似物相比时，本发明的氟取代的卟啉在抗坏血酸盐的氧化中提供改善的(例如，统计学上显著增加)特征。Mn氟取代的卟啉可以在体内进行的重要反应包括细胞还原剂如抗坏血酸盐和硫醇。涉及Mn卟啉与抗坏血酸盐的循环的反应导致细胞毒性过氧化氢的产生，随后Mn卟啉与谷胱甘肽一起使用所述细胞毒性过氧化氢来催化信号传导蛋白的半胱氨酸的氧化，从而修饰它们的转录。用硫醇直接循环也是可能的。然而，不能排除通过Mn卟啉直接除去反应性物质。

可以用本发明的氟取代的卟啉治疗的病理状况包括但不限于中枢神经系统损伤(诸如肌萎缩性侧索硬化(ALS)、阿尔茨海默氏病、多发性硬化症(MS)、帕金森氏病等等)、中风、脊髓损伤、癌症、缺血/再灌注损伤、心血管损伤、关节炎、镰状细胞病、放射损伤、自身免疫疾病、糖尿病、吗啡耐受、药物依赖/成瘾和炎性病况。

在一些实施方案中，根据本发明的氟取代的卟啉适合用作癌症中的抗癌剂，所述癌症例如但不限于肺癌、乳腺癌、脑癌、皮肤癌、头颈癌、前列腺癌、胰腺癌、胃肠癌和结肠癌。不希望受理论的束缚，认为氟取代的卟啉的抗癌活性源自氟取代的卟啉对氧化应激的基于氧化还原的影响，并因此对NF-κB、Nrf2/Keap1、HIF/VEGF/NOS、MAPK(促分裂原活化蛋白激酶)、磷酸酶2A、线粒体呼吸链复合物I和III和/或糖酵解途径的蛋白有影响。在一些实施方案中，氟取代的卟啉抑制肿瘤中的血管生成。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以是放射疗法、热疗、化学疗法和疼痛管理如吗啡耐受逆转中的有效佐剂。在其他实施方案中，氟取代的卟啉可以与一种或多种抗癌剂(例如，顺铂，他克唑(taxol)，长春新碱，紫杉醇，替莫唑胺，地塞米松，多柔比星，环磷酰胺，他汀类，美法仑，氟达拉滨，喜树碱，针对VEG、VEGFr、EGF、ERGFr的单克隆和多克隆抗体，抗坏血酸盐等)、抗炎剂(例如，环氧合酶抑制剂、NOS抑制剂、NADPH氧化酶抑制剂等)、镇痛药(例如，吗啡、可待因、阿司匹林、醋氨酚、布洛芬等)和/或疗法(例如，放射疗法、热疗和疼痛管理如吗啡耐受逆转)一起施用。在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以与抗坏血酸盐一起施用。在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以与放射疗法一起施用。在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以与化学疗法一起施用。在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以与多于一种的其他活性剂和/或疗法一起施用，例如，与抗坏血酸盐以及放射和/或化学疗法一起施用。可以使用与PD-L1/PD-1抑制剂的组合和与天然化合物如类黄酮的组合。

放射疗法可以是任何合适的类型，通常是电离放射疗法，并且通常是外部射束放射疗法。这种疗法可以任何合适的剂量，诸如10Gy、20Gy或40Gy至60Gy、80Gy或100Gy(戈瑞)，作为单次剂量施用或以分次系列剂量施用。用于实施本发明的合适类型的电离放射包括光子放射(例如，x-射线和γ射线放射)和粒子放射(例如，电子、质子、中子、碳离子、α粒子和β粒子放射)。

根据本发明的一些实施方案，受试者可以暴露于放射，例如，受试者可以接受约5Gy至约100Gy或约30Gy至约90Gy的总放射剂量。在一些实施方案中，受试者可以暴露于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150Gy或更高的总放射剂量。在一些实施方案中，受试者正在接受放射疗法和/或可以被施用放射疗法。所述放射疗法可以包括至少一种放射治疗，其每周施用5天，持续1至10周。如本领域普通技术人员所理解，放射疗法可以跨一定的时间长度(例如，1-10周)，并且可以不是连续地而是间歇地施用到受试者。

根据本发明的一些实施方案，受试者正在接受化学疗法和/或可以被施用化学疗法。化学疗法的实例包括但不限于顺铂、替莫唑胺、他莫昔芬、曲妥单抗、氟尿嘧啶(例如，5氟尿嘧啶(5FU))、丝裂霉素-C和/或FOLFOX。所述方法和/或氟取代的卟啉可以不干扰肿瘤控制和/或癌症治疗(例如，化学疗法)。如本领域普通技术人员所理解，化学疗法可以跨一定的时间长度(例如，1-10周)，并且可以不是连续地而是间歇地施用到受试者。

当本发明的氟取代的卟啉与一种或多种抗癌剂和/或疗法组合施用时，可以看到协同效应。在一些实施方案中，氟取代的卟啉可以缀合到抗癌剂。在其他实施方案中，氟取代的卟啉可以不与抗癌剂缀合。如果与抗癌剂缀合的氟取代的卟啉与第二抗癌剂组合施用，则第二抗癌剂可以与缀合的抗癌剂相同或不同。

在一些实施方案中，本发明的方法包括向受试者施用抗坏血酸盐。抗坏血酸盐可以约0.1mg/kg至约5g/kg的量施用到受试者，并且在一些实施方案中，以约0.1mg/kg至约10mg/kg或约0.1g/kg至约2g/kg的量施用到受试者。在一些实施方案中，抗坏血酸盐可以约0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000mg/kg，或约0.01、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5g/kg的量施用到受试者。抗坏血酸盐可以在放射和/或化学疗法暴露之前、期间和/或之后施用到受试者，和/或可以与本发明的氟取代的卟啉同时和/或顺序施用。

在一些实施方案中，本发明的氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在受试者暴露于放射和/或化学疗法之前约30分钟至约4天，例如，在受试者暴露于放射和/或化学疗法之前约1小时至约3天，约4小时至约2天，或约12小时至约48小时施用到受试者。在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在受试者暴露于放射和/或化学疗法之前约30、45或60分钟，或1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95或96小时施用到受试者。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在放射和/或化学疗法暴露期间和/或在受试者暴露于放射和/或化学疗法之后约30分钟至约4天，例如在暴露于放射和/或化学疗法之后约1小时至约3天，约4小时至约2天，或约12小时至约48小时施用到受试者。在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在暴露于放射和/或化学疗法之后约30、45或60分钟，或1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95或96小时施用到受试者。

氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以每周一次或多次(例如，每周1、2、3、4、5或更多次)施用到受试者。在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以每周两次或三次或每两天或三天向受试者施用。在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在初始放射和/或化学疗法暴露(例如，初始放射和/或化学疗法治疗)之后每周两次或三次或每两天或三天施用。

在初始放射和/或化学疗法暴露(例如，初始放射和/或化学疗法治疗)之后，可以将氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐施用到受试者一次或多次，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50次或更多次。在一些实施方案中，所述受试者正在接受放射疗法和/或化学疗法，并且在放射疗法和/或化学疗法的整个过程中施用氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐，例如在放射疗法和/或化学疗法的过程期间一次或多次。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐可以在最终放射和/或化学疗法暴露(例如，最终放射和/或化学疗法治疗)之后施用一次或多次，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50次或更多次。在一些实施方案中，所述受试者已经接受最终的放射疗法和/或化学疗法治疗，并且在最终的放射疗法和/或化学疗法治疗之后，施用氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐一次或多次。在一些实施方案中，在最终的放射和/或化学疗法暴露(例如，最终的放射和/或化学疗法治疗)之后，每周两次或三次或每两天或三天施用氟取代的卟啉和/或抗坏血酸盐，持续1至8周。

在一些实施方案中，使细胞与有效降低氧化应激的量的氟取代的卟啉接触。适当地，氧化应激的降低可以通过测量反应性氧和/或氮物质的量的降低或生物分子如蛋白质、糖、核酸或脂质的氧化修饰的增加来测量，术语“接触细胞”用于指体外或体内(即，在受试者如包括人、兔、猫和犬的哺乳动物中)接触细胞。在一些实施方案中，作为将氟取代的卟啉施用到受试者的结果，可以接触细胞。

根据本发明的氟取代的卟啉的有效量将随所治疗的特定病况、所治疗受试者的年龄和身体状况、病况的严重程度、治疗持续时间、同时疗法的性质、施用途径、所用的特定药学上可接受的载体以及主治医师的知识和专门技术范围内的类似因素而变化。例如，用于全身施用的本发明的氟取代的卟啉的有效量可以为每天约0.01mg/kg至约100mg/kg体重，约0.1mg/kg至约100mg/kg体重，约0.2mg/kg至约4mg/kg，约0.2mg/kg至约2mg/kg，且在一些实施方案中，约1mg/kg至约50mg/kg体重。基于药代动力学和经皮制剂领域技术人员已知的技术，经皮剂量将被设计为达到相似的血清或血浆水平。预期全身施用的血浆水平在0.001至100微克/毫升，更优选0.01至50微克/毫升，且最优选0.1至10微克/毫升的范围内。虽然这些剂量基于每日施用速率，但本发明的氟取代的卟啉也可以其他间隔施用，诸如每天两次、每周两次、每周一次或每月一次。本发明的氟取代的卟啉也可以连续方式施用，例如使用渗透泵施用。在一个实施方案中，卟啉可以在开始时以较高剂量更频繁地(例如，每日)施用，以建立负荷剂量，而以较低较不频繁的剂量继续施用。本领域普通技术人员将能够计算其他施用间隔的合适有效量。例如，各种氟取代的卟啉的体内功效受氟取代的卟啉的抗氧化效力和该氟取代的卟啉的生物利用度两者的影响。

另外的活性剂(一种或多种)和/或疗法可以与本发明的氟取代的卟啉同时或顺序地施用。顺序施用包括在本发明的氟取代的卟啉之前或之后施用。在一些实施方案中，另外的活性剂(一种或多种)和/或疗法可以在与本发明的氟取代的卟啉相同的组合物中施用。在其他实施方案中，在施用另外的活性剂和/或疗法与本发明的氟取代的卟啉之间可以存在时间间隔。

在一些实施方案中，与本发明的化合物一起施用另外的治疗剂(例如，抗坏血酸盐)将使得能够施用更低剂量的其他治疗剂更长的时间段。在一些实施方案中，抗坏血酸盐的施用可以增加受试者中肿瘤的放射敏化和/或化学敏化，这可以允许放射和/或化学疗法剂量减少。

在一些实施方案中，氟取代的卟啉在药学上可接受的组合物中施用，诸如在药学上可接受的载体中或与药学上可接受的载体一起施用。

组合物可以包含一种或多种本发明的氟取代的卟啉的同种型。当存在外消旋物时，每种对映异构体或非对映异构体可以单独使用，或者它们可以以任何比例组合。当存在互变异构体时，特别考虑所有可能的互变异构体。当存在阻转异构体时，每种阻转异构体可以单独使用，或者可以以任何比例组合。在一些实施方案中，可以使用的单一同种型或阻转异构体按组合物中所有氟取代的卟啉或金属卟啉的重量计可以占至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多。

根据本发明使用的药物组合物可以使用一种或多种生理学上可接受的载体或赋形剂以常规方式配制。因此，氟取代的卟啉可以被配制用于通过例如固体给药、滴眼剂、局部油基制剂、注射、吸入(通过口或鼻)、植入物或口服、颊、肠胃外或直肠施用来施用。技术和制剂通常可以在“Remington's Pharmaceutical Sciences,”(Meade Publishing Co.,Easton,Pa.)中见到。

本发明的氟取代的卟啉(组分A)的施用途径和组合物的形式将决定所用载体(组分B)的类型。组合物可以是多种形式，例如，适合全身施用(例如，口服、直肠、鼻、舌下、颊、植入物或肠胃外)或局部施用(例如，在皮肤上局部应用、脂质体递送系统或离子电渗疗法)。

用于全身施用的载体通常包含以下成分中的至少一种：a)稀释剂，b)润滑剂，c)粘结剂，d)崩解剂，e)着色剂，f)调味剂，g)甜味剂，h)抗氧化剂，j)防腐剂，k)助流剂，m)溶剂，n)悬浮剂，o)润湿剂，p)表面活性剂，其组合，和其他。所有载体在全身组合物中是任选的。

成分a)是稀释剂。固体剂型的合适稀释剂包括糖，诸如葡萄糖、乳糖、右旋糖和蔗糖；二醇，诸如丙二醇；碳酸钙；碳酸钠；糖醇，诸如甘油、甘露醇和山梨醇。在全身或局部组合物中成分a)的量通常为约50％至约90％。

成分b)是润滑剂。固体剂型的合适润滑剂的实例是固体润滑剂，包括二氧化硅、滑石、硬脂酸及其镁盐和钙盐、硫酸钙；和液体润滑剂，诸如聚乙二醇；和植物油，诸如花生油、棉籽油、芝麻油、橄榄油、玉米油和可可油。在全身或局部组合物中成分b)的量通常为约5％至约10％。

成分c)是粘结剂。固体剂型的合适粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮；硅酸铝镁；淀粉，诸如玉米淀粉和马铃薯淀粉；明胶；黄蓍胶；以及纤维素及其衍生物，诸如羧甲基纤维素钠、乙基纤维素、甲基纤维素、微晶纤维素和羧甲基纤维素钠。全身组合物中成分c)的量通常为约5％至约50％。

成分d)是崩解剂。固体剂型的合适崩解剂包括琼脂、海藻酸及其钠盐、泡腾混合物、交联羧甲基纤维素、交聚维酮、羧甲基淀粉钠、淀粉羟乙酸钠、粘土和离子交换树脂。在全身或局部组合物中成分d)的量通常为约0.1％至约10％。

固体剂型的成分e)是着色剂，诸如FD&C染料。当使用时，全身或局部组合物中成分e)的量通常为约0.005％至约0.1％。

固体剂型的成分f)是调味剂，诸如薄荷醇、薄荷油和/或水果调味剂。当使用时，全身或局部组合物中成分f)的量通常为约0.1％至约1.0％。

固体剂型的成分g)是甜味剂，诸如阿斯巴甜和/或糖精。在全身或局部组合物中成分g)的量通常为约0.001％至约1％。

成分h)是抗氧化剂，诸如丁基化羟基苯甲醚(“BHA”)、丁基化羟基甲苯(“BHT”)和/或维生素E。在全身或局部组合物中成分h)的量通常为约0.1％至约5％。

成分j)是防腐剂，诸如苯扎氯铵、对羟基苯甲酸甲酯和/或苯甲酸钠。在全身或局部组合物中成分j)的量通常为约0.01％至约5％。

固体剂型的成分k)是助流剂，诸如二氧化硅。在全身或局部组合物中成分k)的量通常为约1％至约5％。

成分m)是溶剂，诸如水、等渗盐水、油酸乙酯、甘油、羟基化蓖麻油和/或醇(诸如乙醇，和磷酸盐缓冲溶液)。在全身或局部组合物中成分m)的量通常为约0％至约100％。

成分n)是悬浮剂。合适的悬浮剂包括RC-591(来自宾西法尼亚州费城的FMC公司)和/或海藻酸钠。在全身或局部组合物中成分n)的量通常为约1％至约8％。

成分o)是表面活性剂，诸如卵磷脂、聚山梨酯80和月桂基硫酸钠，以及来自特拉华州威明顿市的Atlas Powder Company的 合适的表面活性剂包括在C.T.F.ACosmetic Ingredient Handbook,1992，第587-592页；Remington's PharmaceuticalSciences，第15版，1975，第335-337页；和McCutcheon的第1卷，Emulsifiers&Detergents,1994，北美版，第236-239页中公开的那些。在全身或局部组合物中成分o)的量通常为约0.1％至约5％。

尽管组分A和B在全身组合物中的量将根据所制备的全身组合物的类型、选择用于组分A的具体衍生物和组分B的成分而变化，但通常，全身组合物包含约0.01％至约50％的组分A和约50％至约99.99％的组分B。

用于肠胃外施用的组合物通常包含约0.01％至约10％的本发明的氟取代的卟啉和约90％至约99.99％的载体，所述载体包含a)稀释剂和m)溶剂。在一个实施方案中，稀释剂a)包含丙二醇，并且m)包含乙醇或油酸乙酯。

用于口服施用的组合物可以具有各种剂型。例如，固体形式包括片剂、胶囊、颗粒和散装粉末。这些口服剂型包含安全且有效量，通常至少约5％，且更特别地约25％至约50％的组分A。口服剂量组合物还包含约50％至约95％的组分B，且更特别地约50％至约75％的组分B。

片剂可以是压制的、片剂捣碎的、肠溶包衣的、糖衣的、薄膜包衣的或多重压制的。片剂通常包含组分A和组分B，载体，包含选自a)稀释剂、b)润滑剂、c)粘结剂、d)崩解剂、e)着色剂、f)调味剂、g)甜味剂、k)助流剂及其组合的成分。具体的稀释剂包括碳酸钙、碳酸钠、甘露醇、乳糖和纤维素。具体的粘结剂包括淀粉、明胶和蔗糖。具体的崩解剂包括海藻酸和交联羧甲基纤维素。具体的润滑剂包括硬脂酸镁、硬脂酸和滑石。具体的着色剂是FD&C染料，其可以为了外观而添加。咀嚼片优选含有g)甜味剂，诸如阿斯巴甜和糖精，或f)调味剂，诸如薄荷醇、薄荷油、水果调味剂，或其组合。

胶囊(包括植入物、延时释放和持续释放制剂)通常包含组分A1和载体，所述载体包含上文在包含明胶的胶囊中公开的一种或多种a)稀释剂。颗粒通常包含组分A，并且优选还包含k)助流剂，诸如二氧化硅，以改善流动特性。植入物可以是生物可降解的或非生物可降解的类型。植入物可以使用任何已知的生物相容性制剂制备。

用于口服组合物的载体中成分的选择取决于次要考虑，如味道、成本和贮存稳定性，这些对于本发明的目的不是关键的。本领域技术人员将知道如何选择适当的成分而无需过度的实验。

固体组合物也可以通过常规方法包衣，通常用pH或时间依赖性包衣，使得组分A在胃肠道中在所需应用附近释放，或在各种点和时间释放以延长所需作用。包衣通常包含一种或多种选自邻苯二甲酸乙酸纤维素、聚邻苯二甲酸乙酸乙烯酯、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯、乙基纤维素、包衣(可从德国达姆施塔特的Rohm&Haas G.M.B.H.获得)、蜡和/或虫胶的组分。

用于口服施用的组合物也可以是液体形式。例如，合适的液体形式包括水溶液、乳液、悬浮液、由非泡腾颗粒重构的溶液、由非泡腾颗粒重构的悬浮液、由泡腾颗粒重构的泡腾制剂、酏剂、酊剂、糖浆等。液体口服施用的组合物通常包含组分A和组分B，即包含选自下列的成分的载体：a)稀释剂，e)着色剂，f)调味剂，g)甜味剂，j)防腐剂，m)溶剂，n)悬浮剂，和o)表面活性剂。口服液体组合物优选包含一种或多种选自e)着色剂、f)调味剂和g)甜味剂的成分。

可用于实现受试者的氟取代的卟啉的全身递送的其他组合物包括舌下、颊和鼻剂型。此类组合物通常包含可溶性填充物质中的一种或多种，诸如a)稀释剂，包括蔗糖、山梨醇和甘露醇；和c)粘结剂，诸如阿拉伯胶、微晶纤维素、羧甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素。此类组合物还可以包含b)润滑剂、e)着色剂、f)调味剂、g)甜味剂、h)抗氧化剂和k)助流剂。

在本发明的一个实施方案中，本发明的氟取代的卟啉是局部施用的。

可以局部施用到皮肤的局部组合物可以是任何形式，包括固体、溶液、油剂、乳膏、软膏、凝胶、洗剂、洗发剂、免洗型和洗去型毛发调理剂、乳、清洁剂、保湿剂、喷雾剂、皮肤贴剂等。局部组合物包含：组分A，上述氟取代的卟啉；和组分B，载体。组分B还可以包含一种或多种任选的组分。

局部组合物中每种组分的精确量取决于各种因素。添加到局部组合物中的组分A的量取决于组分A的IC50，通常以纳摩尔(nM)单位表示。例如，如果药物的IC50为45nM，则组分A的量将为约0.04％至约4％。如果药物的IC50为100nM，则组分A的量为约0.08％至约8％。如果药物的IC50为1000nM，则组分A的量将为约0.8％至约80％。如果组分A的量在上述范围之外(即，更低)，则治疗的功效可能降低。本领域技术人员理解如何计算和理解IC50。组合物的其余部分，至多100％，是组分B。

与组分A结合采用的载体的量足以提供每单位剂量药物实际施用的组合物的量。用于制备本发明方法中有用的剂型的技术和组合物描述于以下参考文献中：ModernPharmaceutics，第9章和第10章，Banker和Rhodes编，(1979)；Lieberman等，Pharmaceutical Dosage Forms:Tablets(1981)；和Ansel,Introduction toPharmaceutical Dosage Forms，第2版，(1976)。

组分B可以包含单一成分或两种或更多种成分的组合。在局部组合物中，组分B包含局部载体。合适的局部载体包含一种或多种选自磷酸盐缓冲盐水、等渗水、去离子水、单官能醇、对称醇、芦荟凝胶、尿囊素、甘油、维生素A和E油、矿物油、丙二醇、PPG-2丙酸肉豆蔻酯、二甲基异山梨醇、蓖麻油、其组合等的成分。更特别地，用于皮肤应用的载体包括丙二醇、二甲基异山梨醇和水，甚至更特别地，磷酸盐缓冲盐水、等渗水、去离子水、单官能醇和对称醇。

局部组合物的载体还可以包含一种或多种选自以下的成分：q)润肤剂，r)推进剂，s)溶剂，t)湿润剂，u)增稠剂，v)粉末，w)香料，x)颜料，和y)防腐剂。

成分q)是润肤剂。在基于皮肤的局部组合物中成分q)的量通常为约5％至约95％。合适的润肤剂包括硬脂醇、单蓖麻油酸甘油酯、单硬脂酸甘油酯、丙烷-1,2-二醇、丁烷-1,3-二醇、貂油、鲸蜡醇、异硬脂酸异丙酯、硬脂酸、棕榈酸异丁酯、硬脂酸异十六烷基酯、油醇、月桂酸异丙酯、月桂酸己酯、油酸癸酯、十八烷-2-醇、异鲸蜡醇、棕榈酸十六烷基酯、癸二酸二正丁酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、硬脂酸异丙酯、硬脂酸丁酯、聚乙二醇、三甘醇、羊毛脂、芝麻油、椰子油、花生油、蓖麻油、乙酰化羊毛脂醇、石油、矿物油、肉豆蔻酸丁酯、异硬脂酸、棕榈酸、亚油酸异丙酯、乳酸月桂酯、乳酸肉豆蔻酯、油酸癸酯、肉豆蔻酸肉豆蔻酯及其组合。皮肤的具体润肤剂包括硬脂醇和聚二甲基硅氧烷。

成分r)是推进剂。局部组合物中成分r)的量通常为约0％至约95％。合适的推进剂包括丙烷、丁烷、异丁烷、二甲醚、二氧化碳、一氧化二氮及其组合。

成分s)是溶剂。局部组合物中成分s)的量通常为约0％至约95％。合适的溶剂包括水、乙醇、二氯甲烷、异丙醇、蓖麻油、乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃及其组合。具体的溶剂包括乙醇和同位醇。

成分t)是湿润剂。局部组合物中成分t)的量通常为0％至95％。合适的湿润剂包括甘油、山梨醇、2-吡咯烷酮-5-羧酸钠、可溶性胶原、邻苯二甲酸二丁酯、明胶及其组合。具体的湿润剂包括甘油。

成分u)是增稠剂。局部组合物中成分u)的量通常为约0％至约95％。

成分v)是粉末。局部组合物中成分v)的量通常为0％至95％。合适的粉末包括β-环糊精、羟丙基环糊精、白垩、滑石、漂白土、高岭土、淀粉、树胶、胶体二氧化硅、聚丙烯酸钠、四烷基铵绿土、三烷基芳基铵绿土、化学改性的硅酸镁铝、有机改性的蒙脱石粘土、水合硅酸铝、热解二氧化硅、羧基乙烯基聚合物、羧甲基纤维素钠、乙二醇单硬脂酸酯及其组合。

成分w)是香料。局部组合物中成分w)的量通常为约0％至约0.5％，特别是约0.001％至约0.1％。

成分x)是颜料。用于皮肤应用的合适颜料包括无机颜料、有机色淀颜料、珠光颜料及其混合物。可用于本发明的无机颜料包括选自以下的那些：金红石或锐钛矿二氧化钛，在颜色索引中编码为参考编号Cl 77,891；黑色、黄色、红色和棕色氧化铁，编码为参考编号Cl77,499、77,492和77,491；锰紫(Cl 77,742)；群青蓝(Cl 77,007)；氧化铬(Cl77,288)；水合铬(Cl 77,289)；和铁蓝(Cl 77,510)及其混合物。

可用于本发明的有机颜料和色淀包括选自以下的那些：D&C红19号(Cl 45,170)、D&C红9号(Cl 15,585)、D&C红21号(Cl 45,380)、D&C橙4号(Cl 15,510)、D&C橙5号(Cl 45,370)、D&C红27号(Cl45,410)、D&C红13号(Cl 15,630)、D&C红7号(Cl 15,850)、D&C红6号(Cl15,850)、D&C黄5号(Cl 19,140)、D&C红36号(Cl 12,085)、D&C橙10号(Cl 45,425)、D&C黄6号(Cl 15,985)、D&C红30号(Cl73,360)、D&C红3号(Cl 45,430)、基于胭脂红的染料或色淀(Cl 75,570)及其混合物。

可用于本发明的珠光颜料包括选自以下的那些：白色珠光颜料，诸如涂有氧化钛、氯氧化铋的云母，有色珠光颜料，诸如具有氧化铁的钛云母，具有铁蓝、氧化铬等的钛云母，具有上述类型的有机颜料的钛云母以及基于氯氧化铋的那些及其混合物。局部组合物中颜料的量通常为约0％至约10％。

组分A可以包含在试剂盒中，所述试剂盒包含组分A、上述全身或局部组合物或两者，以及使用试剂盒将提供哺乳动物(特别是人)中美容和医学病况的治疗的信息、说明书或两者。所述信息和说明书可以是词语、图片或两者等的形式。另外或替代地，试剂盒可以包含药物、组合物或两者，以及关于药物或组合物的施用方法的信息、说明书或两者，优选地具有治疗或预防哺乳动物(例如，人)的美容和医学病况的益处。

在以下非限制性实施例中更详细地解释本发明。

实施例

实施例1-2：对称内消旋取代的阳离子N-氟烷基吡啶基卟啉的合成。

反应根据先前描述的方法(Tovmasyan等人，(2013)Inorg Chem 52:5677-5691)进行，并且如下进一步修改和描述。总合成由以下三个主要步骤组成(方案1-2)。

方案1.对称内消旋取代的阳离子N-氟烷基吡啶基卟啉的合成(步骤1-2)。

步骤1：甲苯磺酸氟烷基酯的制备。根据我们先前公开的方法(Tovasyan等人，(2013)Inorg Chem 52,5677-5691；Rajic等人，(2012)Free Radic Biol Med 52,1828-1834)合成甲苯磺酸氟烷基酯(对甲苯磺酸2-氟乙酯或对甲苯磺酸5,5,5-三氟戊酯)。简言之，将氟代醇溶解在吡啶中并在冰浴(用NaCl制备)中在-5℃至-10℃下搅拌10分钟。分批添加对甲苯磺酰氯(与醇等摩尔)且在-5℃下搅拌5小时。反应进程通过TLC使用1:5＝乙酸乙酯:己烷溶剂体系跟踪。向反应混合物中添加水(2×体积)并搅拌10分钟以溶解形成的沉淀物。从混合物中分离有机层，并用2M HCl(1×体积)洗涤四次。然后用NaHCO₃水溶液中和有机层，并用Na₂SO₄干燥。所述方法提供定量的产率。

步骤2：N-季铵化。N-季铵化(氟烷基化)如前对于类似的烷基衍生物所述进行(-Haberle等人，(2002)Journal of the Chemical Society,Dalton Transactions2689-2696)。简言之，向卟啉配体(H₂T-2-PyP)的溶液中以300倍摩尔过量添加对甲苯磺酸氟烷基酯(对甲苯磺酸2-氟乙酯或对甲苯磺酸5,5,5-三氟戊酯)，并在无水DMF中在115℃下搅拌。反应进程的过程通过TLC使用1:1:8＝KNO₃(饱和):H₂O:CH₃CN为流动相进行跟踪。H₂TFE-2-PyP⁴⁺和H₂TF₃Pen-2-PyP⁴⁺分别在41小时和47小时后完成N-季铵化。一旦完成，将反应混合物用乙醚沉淀，用乙醚/丙酮混合物(1/3v/v)洗涤并风干。将沉淀物溶解于水中，在4℃的冰箱中保存1小时，然后通过平滑的纸过滤器过滤。通过加入NH₄PF₆盐使卟啉以PF₆ ^-盐的形式从溶液中沉淀出来。滤出沉淀物，并用无水乙醚充分洗涤。然后将干燥的沉淀物溶解在丙酮中，并通过添加三辛基单甲基氯化铵的饱和丙酮溶液而沉淀为氯化物盐。用丙酮充分洗涤沉淀物并在减压下干燥。

困难：一般而言，显示氟烷基化反应以较慢的速率进行，这最可能是由于在季铵化反应期间形成的氟烷基碳阳离子与烷基相比具有较低的稳定性。这样，N-氟乙基化反应与N-乙基化相比进行得更慢。用甲苯磺酸酯和碘化物两者测试的吡啶基氮的三氟乙基化以极小至检测不到的产率进行。

方案2.对称内消旋取代的阳离子N-氟烷基吡啶基卟啉的合成(步骤3.1和3.2)。

步骤3：金属化。阳离子N-取代的卟啉配体的金属化在两种明显不同的条件下在水溶液中进行：碱性(步骤3.1，5,10,15,20-四(5',5',5'-三氟戊基吡啶鎓-2-基)卟啉五氯化Mn(III)；MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺，Mn4)和酸性(步骤3.2，5,10,15,20-四(2-氟乙基吡啶鎓-2-基)卟啉五氯化Mn(III)；MnTFE-2-PyP⁵⁺，Mn3)。

步骤3.1.MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺：向调节到pH为约11(用1M NaOH)的1.5mM H₂TF₃Pen-2-PyP⁴⁺的溶液中添加20倍摩尔过量的MnCl₂×4H₂O，并在75℃下搅拌。金属化反应过程在硅胶TLC板上使用1:1:8＝KNO₃(饱和):H₂O:CH₃CN作为流动相进行跟踪。另外，确定在约350nm下在UV光下无金属卟啉荧光的损失。在金属化反应完成(约3.5小时)之后，首先通过粗滤纸，然后通过细滤纸过滤溶液。Mn卟啉用NH₄PF₆饱和水溶液以PF₆ ^-盐的形式沉淀，随后用四丁基氯化铵以氯化物盐形式沉淀。Mn卟啉的分离和纯化如烷基化部分中对游离配体所述进行(参见以上步骤1)。另外，再次重复整个沉淀工序以确保完全除去低分子量Mn络合物和高纯度制备物(参见上述步骤2)。前述方法具有提供的定量产率(Tovmasyan等人，(2013)InorgChem52:5677-5691；Tovmasyan等人，(2011).Dalton Trans 40,4111-4121)。

步骤3.2.MnTFE-2-PyP⁵⁺：向调节到pH为约2(用1M HCl)的1.5mM H₂TFE-2-PyP⁴⁺的溶液中添加20倍摩尔过量的MnCl₂×4H₂O，并在75℃下搅拌。金属化反应过程如上面对MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺描述的进行跟踪。在金属化反应完成(约68小时)之后，冷却所述溶液并将反应混合物的pH增加到pH为约6。接着，将所述溶液首先通过粗滤纸，然后通过细滤纸过滤，并且相似于MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺进行后处理。所述方法提供定量的产率。

困难：当H₂TFE-2-PyP⁴⁺卟啉的金属化反应在碱性条件下进行时，观察到各种副产物，这些副产物最初归因于氟原子的损失/由羟基基团的置换。所形成的杂质是卟啉型的，并且目标化合物的纯化将在产物的工业制备中产生困难，因为色谱分离在放大合成中寻求阻止。通过在pH为约2的酸性条件下进行反应，防止了不希望的产物的形成。然而，后一种情况在化合物分离/纯化的另外步骤中产生困难。在如此降低的pH下，化合物不会发生沉淀，因此，为了更好的沉淀/纯化，需要预先将pH约6增加到至pH约11。

比较例A

不能合成内消旋-四(三氟乙基吡啶鎓-2-基)卟啉Mn(III)

最初提出合成氟化MnTE-2-PyP⁵⁺，其中-CH₂CH₃的甲基基团中的3个氢原子被氟原子置换，如方案IA中所绘。然而，尝试使用(2,2,2-三氟乙烷)苯基碘鎓三氟甲磺酸盐在无水DMF中在50℃下并在防潮下通过H₂T-2-PyP的氟烷基化来合成该化合物(Umemoto和Gotoh(1987)Bull.Chem.Soc.Jpn.60,3307-3313；Umemoto和Gotoh(1991)Bull.Chem.Soc.Jpn.64，2008-2010)，未能产生所需的产物。

氟是元素周期表中电负性最大的元素，并且其电负性控制其化学性质并限制其合成选择。

采用各种其他方法来尝试合成方案IA的卟啉，其中三氟乙基取代基在吡啶基环的邻位。内消旋四(2-吡啶基)卟啉与烷基化剂对甲苯磺酸2,2,2-三氟乙酯和2,2,2-三氟碘乙烷的相互作用没有产生所需产物，所述烷基化剂是卟啉中吡啶基氮的季铵化中最常用的试剂。与正吡啶基卟啉相比，在空间上位阻较小的间卟啉异构体(内消旋-四(3-吡啶基)卟啉)的反应也没有产生预期的产物。一种替代途径，即金属卟啉如内消旋-四(2-吡啶基)卟啉Mn(III)通过各种烷基化试剂的季铵化与涉及游离碱卟啉的反应相比以慢得多的速率进行。因此，这种反应是非生产性的。我们还尝试合成具有2,2-二氟乙基取代基的卟啉，但没有成功。在115℃下搅拌4天后，反应没有完成。这些各种尝试表明，如方案IA中所述按照常规手段制备内消旋四(2,2,2-三氟乙基吡啶鎓-2-基)卟啉是不可行的。

几个氟原子的吸电子效应不允许在氮和乙基碳阳离子之间建立键。此外，在吡啶基链的邻位上的三个氟原子对β吡咯氢施加位阻，这进一步阻止了所述反应发生到任何显著程度。

然而，在乙基链中仅一个氢原子被氟置换使得我们能够实现吡啶基-卟啉的完全季铵化。分离纯化合物并将其用于不同的动物和细胞癌症模型。应注意，该单氟乙基化反应以与其非氟化乙基类似物相比显著更慢的速率进行。

比较例B

不能合成内消旋-四(三氟乙氧基丁基吡啶鎓-2-基)卟啉Mn(III)

先前还已经了解到氧原子的位置如何影响合成方案IIA中描绘的产物的能力。然而，仅可以制备具有紧邻氮原子的短乙基链和在氧原子另一侧的丁基链的化合物。参见，例如，MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(式001)。

最初提出合成氟化MnTnPrOH-3-PyP⁵⁺，其中-CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₃的甲基基团中的3个氢原子被氟原子置换，如方案IIA所绘。然而，尝试通过用(2,2,2-三氟乙烷)苯基碘鎓三氟甲磺酸盐在无水DMF中在50℃下加热24小时并防潮进行由氢化锂(10当量)进行醇去质子化而制备的MnTnPrOH-3-PyP⁵⁺的醇盐衍生物的氟烷基化来合成该化合物(Umemoto和Gotoh(1987)Bull.Chem.Soc.Jpn.60,3307-3313；Umemoto和Gotoh(1991)Bull.Chem.Soc.Jpn.64，2008-2010)，不能产生所需产物。

此外，在氮原子旁边的丁基链(如在方案IIA的化合物中)允许环重排，并将产生在氮原子上具有不同数目的乙基链而不是四个乙氧基丁基链的一系列物质。与这种重排相关的问题描述于Rajic Z、Tovmasyan A、de Santana OL、Peixoto IN、Spasojevic I、doMonte SA、Ventura E、Reboucas JS和Batinic-Haberle I.Challenges encounteredduring development of Mn porphyrin-based,potent redox-active drug andsuperoxide dismutase mimic,MnTnBuOE-2-PyP5+,and its alkoxyalkyl analogues.JInorg Biochem 169:50-60,2017中。因此，不可能根据常规方法合成方案IIA中描绘的结构。

除了在最终制备中控制各种化合物形成的这些问题之外，在链端3个氟原子的影响可能对合成和金属化步骤具有有害的影响。从氧原子的相对侧-从氮原子和从氟原子-的两个强吸电子效应使醚键不稳定，并阻止卟啉及其Mn络合物的形成。最后，基于我们目前的知识，设计具有极性氟原子以及极性氧原子的这种分子将最终为降低的亲脂性和因此降低的生物利用度。已经经历了MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺关于生物利用度的问题，且尚未被完全理解，例如，当皮下给予时，它在中风模型中不提供保护(而己基类似物，MnTnHex-2-PyP⁵⁺提供保护)。然而，如果脑室内给予，则其氧化还原性质使其在中风模型中具有保护性。

基于我们对氧衍生的Mn卟啉合成的综合认识，所有上述关于结构IIA的讨论都是可能的，所述认识是在过去的5年中获得，并且在提出该结构时并不可用。无论是我们还是其他人都不能合成结构IIA。

从合成和生物利用度的角度考虑，我们决定合成具有不同取代的氟烷基链的化合物，其中氟原子或者远离氮或者数量很少，以便用亲脂性的氟Mn卟啉作为潜在治疗CNS损伤的替代物。

设计第一氟Mn卟啉，以使其具有足够的亲脂性，并且可以容易地以GMP规模合成-三氟戊基化合物，MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(式III)。

实施例3：氟MnP相比非氟MnP的体内效果

表1列出了氟化MnP及其非氟化类似物的性质。这些是控制其体外和体内作用的主要性质。

表1.Mn络合物的物理和化学性质。列出了氟化化合物和类似的非氟化MnP的值：氧化还原性质，表示为Mn^IIIP/Mn^IIP氧化还原对的金属中心还原电位，E_1/2，单位mV，相对于标准氢电极，NHE；v_o(Asc)_ox，使用Mn^IIIP/Mn^IIP氧化还原对氧化抗坏血酸盐的能力，表示为初始速率；亲脂性，表示为R_f-在二氧化硅板上MnP路径与溶剂路径的比率，其中溶剂为1:1:8，KNO_3(饱和):H₂O:乙腈；在O₂ ^.-歧化的催化中模拟SOD酶的能力，表示为log k_cat(O₂ ^.-)。

在迄今进行的任何研究中，氟取代的卟啉表现出比其非氟化对应物更优异的特性。

小鼠乳腺肿瘤放射和化学敏化研究，其中MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(式III，MnF₃Pen，Mn4)和MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(式001，MnBuOE，Mn2)进行了比较(两者具有相似的SOD样活性和生物利用度)并示于图2中，单独使用以及与抗坏血酸盐和/或放射疗法组合使用。图2中显示的最后两个数据系列(●和●)描绘了作为Mn卟啉、放射和抗坏血酸盐的三重组合的结果的肿瘤生长抑制。这些数据显示，与MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺与抗坏血酸盐以及放射疗法的相同三重组合相比较，MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺与抗坏血酸盐以及放射疗法的三重组合产生更大的肿瘤生长抑制。两种化合物都具有相似的催化抗坏血酸盐氧化和细胞毒性过氧化物产生的能力，并且具有相似的亲脂性。这种有利的效果在没有了解它们的生物利用度和对生物分子如抗坏血酸盐的反应性(其中极性差异起主要作用)的情况下将是不可预期的。而且，仅基于那些化合物的水性化学性质和不同的物理性质，无法预期这些差异。这种效应可能是由于那些分子的极性差异所致：12个氟原子相对于4个极性氧原子的强极性特征。与图8中以2mg/kg皮下注射MnP的数据相比，图2中的研究用10分之一的更低剂量-0.2mg/kg的MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)和MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)(与RT和抗坏血酸盐组合)和生长的4T1乳腺肿瘤进行。用该三重组合观察到强肿瘤抑制。尽管是同样亲脂性的，但观察到MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺比MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺具有更高的功效。注意，MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺在大鼠和小鼠研究中表现出比MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺低的毒性。

实施例4：MnTFE-2-PyP⁵⁺在耐放射前列腺癌细胞系中的抗癌作用

图3描绘MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3，图1，式II)与其非氟化类似物MnTE-2-PyP⁵⁺(Mn1，图1)相比在杀死耐放射前列腺癌细胞系(PC3)中的效力的检验结果。与实施例3中描述的MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺和MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺的比较中显示的结果相似，MnTFE-2-PyP⁵⁺与抗坏血酸盐以及放射疗法的三重组合对耐放射前列腺癌细胞系表现出比MnTE-2-PyP⁵⁺更优异的细胞毒性，这在没有了解对生物分子如抗坏血酸盐的反应性(其中极性差异起主要作用)的情况下将是不可预期的(图5和表1)。氟卟啉比非氟类似物在体内分布更少(图6)，但似乎在产生更大治疗效果方面具有动力学优势。

实施例5-7

氟化类似物与非氟化类似物的进一步比较。

图1显示基于Mn卟啉的治疗剂的开发。图4描述氟化MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)超过其非氟化类似物MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(Mn2)的优异性质。通常，氟化类似物是抗坏血酸盐氧化和过氧化物形成的更有效的催化剂。重要地，当静脉内(iv)给予时，MnTFE-2-PyP⁵⁺不引起血压下降，而非氟化MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺引起血压下降，图4。这一情况对于MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)相比MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(Mn2)同样有效(图9)。这将允许氟类似物很容易地静脉内给药。图5显示各种MnP催化抗坏血酸盐氧化(随后形成过氧化氢，其继而杀死肿瘤)的能力，如通过确定抗坏血酸盐氧化的初始速率所评估的。注意氟化诱导抗坏血酸盐氧化速率的显著增加，这与细胞毒性过氧化氢形成的速率平行，后者继而与MnP杀死肿瘤细胞的能力平行。在4T1小鼠研究中，与MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺相比较，MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺杀死肿瘤细胞的这种改善的能力示于图2中。在相同类型的小鼠实验中也观察到MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)比MnTE-2-PyP⁵⁺(Mn1)更强的杀死肿瘤细胞的能力。图6显示氟-MnP及其非氟化类似物的亲脂性。亲脂性是控制Mn卟啉治疗功效的第2个主要因素(次于有利的氧化还原性质)。

图7显示氟化合物在肿瘤、肌肉和肝脏中的生物利用度。与常识和早期知识相反，尽管具有相似的亲脂性，但由于在体外和体内与生物分子的极性相互作用(由于它们过大的极性特征)，氟化合物(例如，氟化Mn卟啉)在体内不以与非氟化Mn卟啉相同的水平累积。然而由于它们与细胞生物分子反应的动力学促进，氟化合物产生更大的治疗效果。MnTE-2-PyP⁵⁺(MnE，Mn1)相比MnTFE-2-PyP⁵⁺(MnFE，Mn3，式II)的情况就是如此。在所有器官(肌肉、肿瘤和肝脏)中，MnTBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)处于较高水平，接着是MnTE-2-PyP⁵⁺和MnTFE-2-PyP⁵⁺，尽管MnTFE-2-PyP⁵⁺产生比MnTE-2-PyP⁵⁺稍大的作用，而其毒性比BMX-001(MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺)低。使用亲水极性MnTFE-2-PyP⁵⁺的肿瘤生长抑制与使用亲脂极性MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺的肿瘤生长抑制相似或比其大，尽管MnTFE-2-PyP⁵⁺在肿瘤中分布少到约3分之一(图7)，但具有为MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺两倍高的抗坏血酸盐氧化速率常数(图4和5，表1)。注意y轴和x轴是相同的刻度。

图8显示Mn卟啉与RT和抗坏血酸盐组合的抗癌作用。所有条件都与图2中的相同，不同之处在于Mn卟啉以2mg/kg皮下注射。

由氟取代的Mn卟啉表现的治疗效果是不可预期的，因为这是它们的亲脂性、极性和氧化还原性质的高度复杂相互作用的结果；亲脂性和极性的相互作用可能影响它们的生物利用度。所有这些参数都可以影响氟取代的Mn卟啉与在它们的作用中关键性地涉及的关键生物分子如抗坏血酸盐、H₂O₂、谷胱甘肽和蛋白质硫醇的反应的动力学和热力学。值得注意的是，生物利用度相比亲脂性不遵循我们先前用其他MnN-烷基吡啶基卟啉建立的趋势。也就是说，如图7所示，氟取代的Mn卟啉可以具有与非氟取代的Mn卟啉相同的亲脂性，但分布非常不同。然而，除了这些差异之外，它们与参与其作用机制中涉及的分子的相互作用的动力学控制它们的治疗效果。此外，亲水性MnTFE-2-PyP⁵⁺(Mn3)在肿瘤中的分布水平最低，但比亲脂性MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺和在肿瘤中表现出最高累积的亲水性MnTE-2-PyP⁵⁺(Mn1)更有效(因为抗坏血酸盐氧化速率最高)。

实施例8

氟化Mn卟啉对放射诱导损伤的应用。

在此，我们研究了一类新的基于Mn卟啉的治疗剂的成员MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnTF₃Pen，Mn4)(图1)。我们维持了支持MnP的氧化还原活性的主要结构性质，但通过引入极性氟原子修饰了外周取代基。图10显示MnP的估计治疗指数，TI。Mn卟啉的性质(以任意单位给出)累积地定义了它们的治疗指数：SOD样活性、亲脂性和毒性。非氟化的先导药物，烷基MnTnHex-2-PyP⁵⁺(MnTnHex)和烷氧基烷基卟啉MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)与亲脂性氟化类似物MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen)相比较。毒性基于野生株大肠杆菌的需氧生长来评价，即，超过二十年来用于鉴定具有临床潜力的化合物的简单但准确的测定。MnTF₃Pen比两种非氟化亲脂性类似物更亲脂性且更有效，同时毒性更低。我们已经证明，相对于非氟化MnTF₃Pen，这种类似物的氟化增加了其亲脂性。

Mn卟啉放射敏化和化学敏化乳腺肿瘤。探究了抗坏血酸盐(维生素C)在MnP作为放射防护剂和放射敏化剂的作用中的功能。研究显示，对于乳腺癌，抗坏血酸盐是MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnTF₃Pen，Mn4)和放射(RT)两者的强效肿瘤敏化剂(图2)。还证明并报道了MnP/Asc对癌细胞有毒，使其不能增殖，但对不同类型的正常细胞没有毒性。

A.最大耐受剂量(MTD)研究

MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(Mn4)和抗坏血酸盐的最大可耐受剂量MTD的分析是用0.25、1、1.25、2、2.5、4和5mg/kg皮下注射MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺和0.1、0.5、1和1.5g/kg腹膜内注射抗坏血酸盐来进行的。然后给予我们鉴定为完全安全的剂量2周。此外，还测试了MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺和抗坏血酸盐的组合。高于0.5mg/kg的MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺的剂量似乎施加一定的毒性，表现为张力减退和不愿走动。因此我们决定继续使用0.5mg/kg，其对于多次给药看来为安全无毒的MTD剂量。1.5mg/kg抗坏血酸盐显示较少的应激迹象，因此选择1g/kg作为MTD。

B.药代动力学(PK)研究

以1mg/kg进行MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)的综合PK研究。该剂量耐受良好，并允许与MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺(MnBuOE，Mn2)比较，我们已经在此种剂量下获得了PK曲线。每个时间点使用3只大鼠。测试了以下时间点：30分钟、1小时、2小时、6小时、24小时和3天和7天。在大鼠灌注PBS以消除器官的血液含量并因此消除器官的血液含量对其的干扰后，采集组织。在6小时，使用另外三只大鼠来评估灌注的效果。除了血浆之外，还分析了以下器官：肝脏、肾脏、前列腺、阴茎、睾丸、直肠、膀胱和脑。我们收集了肝脏，因为Mn卟啉在该器官中以最高水平累积；然后肝脏充当贮库以维持血浆和其他器官中的药物水平。我们还采集了脑，因为在脑中存在的水平上已经观察到Mn卟啉的毒性。只要可能，就进行了与MnBuOE的比较。用LC-MS/MS进行血浆和器官MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)水平的分析，如Leu等人，“CNSbioavailability and radiation protection of normal hippocampal neurogenesisby a lipophilic Mn porphyrin-based superoxide dismutase mimic,MnBuOE.”RedoxBiology Redox Biology 2017，第12卷，2017年8月，第864-871页中所述。将MnBuOE用作内标。

所有PK数据示于图11中。数据显示MnF₃Pen在肝脏中的累积低于MnBuOE，这将表明较低的全身毒性，但较长的血浆半衰期。其在脑中的累积(图12)与如另一项研究中见到的MnBuOE相似。

MnF₃Pen在关注组织中以高于100nM的水平累积。Mn4的最高Cmax在膀胱中见到(450nM)，然后是阴茎(250nM)、睾丸(190nM)、前列腺(150nM)和直肠(105nM)。基于这一研究和早期研究，这些水平足以证实MnF₃Pen对正常组织的放射防护作用。这些水平高于在唾液腺中的水平，并且与在舌中的水平大致相同。在小鼠研究中显示MnBuOE对唾液腺和口腔粘膜(包括舌)的放射防护。

C.功效研究-勃起功能和前列腺的放射防护

每周跟踪大鼠的体重。所有组的大鼠都以相似的步调增加体重。另外，小心地监测大鼠的健康状况的其他迹象。没有观察到RT/Asc疗法对其健康状态的负面影响。

实验设计

MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(MnF₃Pen，Mn4)。每组研究10只大鼠。除周末外，在最初的四周每天以0.5mg/kg皮下给予MnF₃Pen，然后在接下来的五周每周给予两次。剂量的减少是由于所有阳离子Mn卟啉从所有组织中的缓慢清除，在我们的研究中为约1至2周(图11)。

放射。使用图像引导的小动物放射器，立体定向地递送20Gy的单次放射剂量。

抗坏血酸盐。抗坏血酸盐在最初的3天每天以1g/kg给予，然后每周给予两次。

阿扑吗啡。其以0.1mg/kg使用(在第6周和第9周)。

勃起功能障碍

基于早期研究，勃起功能障碍在9周进行评估。数据清楚地显示，Mn4(MnF₃Pen-2-PyP⁵⁺)完全预防放射诱导的勃起功能障碍(图13)。此外，并且如图13中所示，在不存在和存在抗坏血酸盐的情况下，Mn4完全预防放射诱导的勃起功能障碍。Mn4施用在RT前24小时开始。除周末外，在最初的4周每天以0.5mg/kg皮下给予Mn4，然后在接下来的5周每周给予两次。给予单次20Gy RT剂量。抗坏血酸盐在最初的3天每天以1g/kg给予，然后每周给予两次。Mn4在存在和不存在抗坏血酸盐的情况下完全预防放射诱导的勃起功能障碍。抗坏血酸盐添加是无毒的。

Mn4是一种有效的放射防护剂，其完全预防放射诱导的勃起功能损伤。此外，我们在此首次显示，当与MnP和放射(两种H₂O₂源)一起给予时，抗坏血酸盐对正常组织没有施加毒性(图14和图15)。相反，我们已经发现，用这样的治疗策略抑制肿瘤生长和对肿瘤细胞的细胞毒性。MnP/Asc/RT对正常组织和肿瘤组织的这种差别作用的原因在于H₂O₂的差别水平。这些数据的相关性在于，更高剂量的抗坏血酸盐可以用于增强肿瘤的放射敏化和化学敏化，而不损害Mn4的放射防护性质。

前列腺放射防护

保存组织，其中一半保存在福尔马林中，而另一半速冻以用于不同的分析。前列腺是唯一被直接放射的组织，并且已知阴茎功能遭受放射损伤。实际上，在前列腺组织上观察到变化，并在图14和图15中定量。Mn4表现出对前列腺组织的显著放射防护。但是，它没有施加关于对照非放射组织的膀胱和直肠病理变化。

正常前列腺的形态学发现如下：

●RT组：大多数腺体显示大的奇异核和凝聚核

●RT+Mn4+Asc组：局部腺体呈现很少的大奇异核，一些细胞显示扩大的不规则核和明显的核仁

●RT+Mn4+Asc组：一些细胞显示扩大的核和明显的核仁

阴茎组织的放射防护

H&E染色表明阴茎组织上可能存在纤维化变化。因此，我们进一步用马松三色(Masson trichrome)染色这样的组织以定量纤维化的程度，分析在进行中。

机理研究

在过去的两年内，我们在理解Mn卟啉的差别作用方面取得了重大进展，其总结于图16中。我们已经显示Mn卟啉在肿瘤中的累积比在正常组织中的累积高一个数量级。充分的记录表明，由于功能障碍的过氧化物去除酶，肿瘤相对于正常组织具有高水平的反应性物质(RS)(氧化应激)。高RS(主要是长寿命的H₂O₂)和高水平的MnP是蛋白质半胱氨酸氧化修饰中的反应物。它们的量越大，蛋白质氧化的程度越大，进而对凋亡和增殖途径的影响越大。我们已经显示，使用氧化还原蛋白质组学，许多蛋白质被氧化修饰，即S-谷胱甘肽化。大部分被氧化的是NF-κB，然后是MAPK激酶(p38、JNK、ERK、AKT)、Nrf2/Keap1和磷酸酶2A。所有那些蛋白质都是关键的，因为它们通过氧化其半胱氨酸来工作——活化或抑制信号传导途径。我们已经显示，MnP在存在H₂O₂和GSH的情况下催化氧化这样的半胱氨酸。当NF-κB被大量氧化，并进而失活时，促进细胞凋亡。MnP催化半胱氨酸氧化本质上是MnP的谷胱甘肽-过氧化物样活性。我们已经定量了不同MnP模拟GPx的能力。MnTE-2-PyP⁵⁺、MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺、MnTFE-2-PyP⁵⁺和MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺(与它们在放射敏化肿瘤时放射防护正常组织的能力有关)的所有氧化还原性质列于表1中。显然，MnTF₃Pen-2-PyP⁵⁺与MnTnBuOE-2-PyP⁵⁺具有相似的氧化还原活性。

正常组织中低得多的MnP和H₂O₂水平导致NF-κB适度失活，这进而导致炎症的抑制和正常组织愈合(关于MnP/RT/Asc对肿瘤与正常组织的差别影响的细节，参见图13)。

图16显示在存在H₂O₂源的情况下阳离子MnP对肿瘤生长的影响。由于下调或失活的过氧化物去除酶，肿瘤处于氧化应激下。通过放射、化学疗法或当MnP与抗坏血酸盐(H₂O₂的主要来源)联合施用时，这种肿瘤环境得到进一步增强。MnP的高肿瘤累积进一步有助于肿瘤中蛋白质半胱氨酸的氧化修饰的高产率，这进而导致肿瘤生长抑制。由于功能性强的过氧化物去除酶，因此正常组织中的H₂O₂水平较低以及正常组织中的MnP累积较低，抗细胞凋亡过程优先。我们的蛋白质组学研究鉴定，当用MnP/Asc处理4T1乳腺癌细胞时，NF-κB的S-谷胱甘肽化是MnP/H₂O₂/GSH作用的主要靶。我们最近关于癌细胞中S-谷胱甘肽化和GSSG/2GSH比率的数据支持对NF-κB的这种影响，这种影响导致其失活。虽然不希望受任何特定理论的束缚，但NF-κB的大量失活将促进凋亡过程，并极大地有助于抑制肿瘤生长。由于正常组织中的功能性强的内源性抗氧化防御，所以较低的NF-κB氧化产率，随后较低程度的其失活以及较低水平的MnP将导致正常组织愈合。正常组织中NF-κB的水平的影响已经有记录表明了在患有糖尿病和中风的情况下对NF-κB的作用，同时还有在淋巴瘤和多发性骨髓瘤的细胞和神经胶质瘤动物研究中的癌症的情况下对NF-κB的作用。已经提示在经放射的正常造血干细胞的情况下对Nrf2水平的影响。

Mn4是有效的放射防护剂，其可以完全预防放射诱导的勃起功能损伤(图13)。抗坏血酸盐在与MnP和放射(均为H₂O₂源)一起给予时对勃起功能没有毒性(图13)。这里我们应用的MnP和抗坏血酸盐的剂量与我们通常应用于抑制肿瘤生长的剂量相同，并且是临床相关的，即它们与目前在临床试验中用于人受试者的那些剂量相似。Mn4放射防护组织直接暴露于20Gy单次剂量放射的前列腺(图14和图15)。抗坏血酸盐在与RT和抗坏血酸盐一起给予时不会对前列腺组织施加毒性(图13、图14和图15)。

Mn4在所有关注组织中以高于0.1μM的水平累积；这种水平证实Mn4的放射防护作用(图11)。在肝脏中观察到约1μM的最高水平，肝脏充当贮库以维持MnP在其他组织中的恒定水平。由于药物的缓慢清除，我们在RT后的四周每天给予Mn4以建立足够高的组织水平，并且随后继续每周给药两次。我们每天递送抗坏血酸盐，持续3天，然后每周递送两次。

相反，对Mn1和Mn3报道了肿瘤生长抑制和对肿瘤细胞的细胞毒性(图3)。MnP/Asc/RT对正常组织和肿瘤组织的这种差别作用的原因在于H₂O₂和MnP的差别水平，这两者在肿瘤中都高得多(参见图16)。

特别相关的是，数据证明较高剂量的抗坏血酸盐可以用于增强肿瘤的放射敏化和化学敏化(允许降低的RT和化学疗法剂量)，而不损害Mn4的放射防护性质。

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