JMC | 新型TYK2抑制劑PF-06826647的發現

JMC | 新型TYK2抑制劑PF-06826647的發現 2020/12/14 10:32:39

一

背景介紹

TYK2（酪氨酸激酶2）屬于非受體酪氨酸激酶，它是JAK家族的一員（其他成員包括JAK1，JAK2和JAK3），主要介導IL-12、IL-23和I型干擾素驅動的信號通路。全基因組關聯分析已經證實了TYK2與類風濕性關節炎（RA）、牛皮癬、系統性紅斑狼瘡、克羅恩病和潰瘍性結腸炎的發生息息相關。近年來，通過抑制Janus激酶（JAK）并有效靶向細胞因子信號通路已被證明在類風濕性關節炎、銀屑病關節炎、潰瘍性結腸炎以及骨髓增生性疾病和移植物抗宿主病的臨床應用中有著積極的治療效果，目前，FDA批準上市的JAK抑制劑有四種（圖1）：托法替尼（1）、巴瑞替尼（2）、魯索替尼（3）和達帕替尼（4），它們均表現出很高的JAK1活性但對TYK2選擇性一般。全球至今尚未有TYK2抑制劑獲批上市，進展最快的是百時美施貴寶公司研發的BMS-986165（6），用于治療斑塊型銀屑病、克羅恩病和狼瘡性腎炎，已進入臨床III期試驗。

圖1FDA批準上市以及處于臨床階段的JAK抑制劑

此前，輝瑞制藥公司的研究人員發展了一種結合在JH1域的TYK2/JAK1雙重抑制劑PF-06700841（7），最近，他們又設計并合成了可以作為TYK2抑制劑的一類新型吡唑并吡嗪衍生物，由此發現了高效選擇性的TYK2抑制劑PF-06826647，根據報道可用于治療炎癥性自身免疫性疾病。

二

結果與討論

由于四種JAK異構體的高度同源性，確定TYK2中一個選擇性的ATP結合位點具有挑戰性。通過對比四種激酶JH1域中ATP結合位點發現，它們都有一個常見的蛋氨酸作為守門氨基酸，而口袋后的氨基酸是不一樣的，這種獨特的氨基酸差異為合理設計鉸鏈區片斷提供了機會。

圖2不同的TYK2鉸鏈區結合模式

從含不同鉸鏈區結構的分子—化合物2和化合物7在TYK2中的結合模式（圖2-a）可以看出，1、2和3中的吡咯并嘧啶結構與Glu979和Val981氨基酸分別有氫鍵供體和受體相互作用，而這種結合模式在TYK2中與較大的Ile960側鏈存在空間沖突，迫使親脂側鏈向吡咯并嘧啶的極性NH旋轉，這也可以解釋為什么化合物1、2和3對TYK2的效力比JAK1低5到30倍。

為了避免上述沖突，研究者去掉了能與Glu979形成氫鍵相互作用的吡咯環，設計了一種[5,6]稠雜芳環鉸鏈區結構（圖2-b），其氫鍵受體和供體均為Val981，以此來提高與TYK2的結合效率。基于TYK2/JAK1雙抑制劑7的發現過程和結構，研究者設計了化合物8（圖3），它在P-環區域采用了類似于巴瑞替尼（2）的三氟甲基-乙腈基-吖丁啶-吡唑基結構，在溶劑前沿采用了與PF-06700841（7）相同的甲基吡唑結構。

圖3[5,6]稠雜芳環先導化合物8-11

酶活性測試結果表明化合物8顯示出對TYK2中等的抑制活性（IC₅₀= 290nM）。通過計算，在五元環的任何位置加氮都能適度地增加C-H靜電勢，這將有利于氫鍵的形成，因此，研究者設計合成了化合物9-11，在這一系列化合物中，11具有相對最好的激酶活性（圖4）。

圖4化合物8-11的酶活性數據

進一步的晶體研究發現，化合物11與TYK2的結合模式與預期的一樣（圖5-a），N1與TYK2鉸鏈區Val981的酰胺NH有氫鍵相互作用（圖2-b,5-a）。與此同時，研究者也發現，化合物11的成藥性低，血漿清除率高，LipE只有5.5，因此，基于化合物11，作者進行了進一步構效關系討論。

圖5化合物11與TYK2結合的晶體結構

化合物11頂端的三氟甲基吖丁啶通過P-環的參與提高了對TYK2激酶的作用效力，但中等的LipE值反映了分子整體較高的親脂性。通過改變吖丁啶N上的取代基，研究者設計合成了化合物12-16（圖6），當使用腈乙基替代三氟甲基后，化合物16重現了化合物11的效力，分子的LipE提高至6.65，且HLM清除率明顯降低（圖6-16vs 圖6-11）。

圖6化合物11-16的SAR數據

相比于對JAK1和JAK3高的選擇性，化合物16對JAK2的選擇性僅有5倍，為了解這樣的差異，研究者獲得了化合物11分別與JAK2蛋白和TYK2蛋白結合的x射線晶體結構并進行了比較，發現JAK2的P-環略高于TYK2的P-環（圖5-b），此前已經有報道，JAK抑制劑與P-環的微妙相互作用會影響到其選擇性。進一步對比表明，在JAK2結構中，吖丁啶采用了類似反式的構象，將末端-CF3基團朝向P-環，相反，TYK2采用了類似順式的構象（圖5-b）。通過對x射線結構的觀察可以提供一個假設，即固定可以提供c2對稱非手性順式或反式構象的四元環構型可以提高選擇性，用環丁烷取代吖丁啶可以實現這一目標。

圖7化合物17-22的SAR數據

基于上述假設，研究者設計合成了化合物17-20，之后為了通過去除與P-環連接基團的靈活性來提高對JAK2的選擇性，進一步將2-環丁乙腈改造為環丁基腈，最終篩選出活性好，選擇性良好，血漿清除率低的化合物22（圖7）。從化合物22與TYK2蛋白結合的x射線晶體結構能夠看出，順式環丁腈部分位于P-環的下方并朝向它的末端（圖8）。

圖8化合物22與TYK2蛋白結合的x射線晶體結構

基于化合物22優秀的體內藥代動力學性質，研究者在人外周血細胞上測試了其選擇性（圖9），結果證明了化合物22均能選擇性地抑制由不同細胞因子誘導的STATs磷酸化。

圖9化合物22的選擇性考察

最后，研究者在小鼠咪喹莫特誘導皮膚炎癥模型中評估了化合物22的療效。用咪喹莫特誘導受試小鼠的耳朵局部產生炎癥，然后口服化合物22，試驗結果表明，化合物22分別給藥30、10、3mg/kg（QD）時，對由咪喹莫特誘導的皮膚炎癥致小鼠耳腫脹有明顯的抑制作用，但在5天的治療結束時，與對照組小鼠相比，1mg/kg劑量對耳厚沒有顯著影響（圖10）。

圖10由咪喹莫特誘發的皮膚炎癥治療試驗

三

化合物合成

1、合成目標分子8-10

2、合成中間體47

3、合成中間體52

4、合成中間體59-64

5、合成目標分子11-28

四

全文總結

基于此前TYK2/JAK1雙重抑制劑PF-06700841（7）的發現過程，此次研究者通過鑒定和優化一系列靶向JH1結構域ATP結合位點的TYK2抑制劑，發現了一類IL-12和IL-23的小分子抑制劑。在進一步優化過程中，通過設計環丁烷類似物以及調節與P-環連接的基團結構，進一步提高對TYK2的選擇性并平衡物理化學性質，確保了該系列化合物的高滲透性和低代謝清除率，并最終發現了PF-06826647。后續的人外周血細胞上的選擇性試驗和咪喹莫特誘導的小鼠皮膚炎癥試驗也證實了PF-06826647是一種高效選擇性的TYK2抑制劑。PF-06826647用于治療炎癥性自身免疫性疾病，目前在全球范圍內已經在健康受試者中完成了I期臨床試驗，該藥物分子在中國也已獲得臨床試驗默示許可，擬開發適應癥為中度至重度潰瘍性結腸炎。

五

參考文獻

BrianS. Gerstenberger, Catherine Ambler, Eric P. Arnold, Mary-EllenBanker, Matthew F. Brown, James D. Clark, Alpay Dermenci, Martin E.Dowty, Andrew Fensome, Susan Fish, Matthew M. Hayward, Martin Hegen,Brett D. Hollingshead, John D. Knafels, David W. Lin, Tsung H. Lin,Dafydd R. Owen, Eddine Saiah, Raman Sharma, Felix F. Vajdos, Li Xing,Xiaojing Yang, Xin Yang, and Stephen W. Wright Discovery of TyrosineKinase 2 (TYK2) Inhibitor (PF-06826647) for the Treatment ofAutoimmune Diseases Journalof Medicinal Chemistry(2020),Ahead of Print. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c00948.

注：文中圖片均來源于參考文獻

六

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