JMC | 從BMS-986165到BMS-986202：新型臨床Tyk2抑制劑的發現過程

JMC | 從BMS-986165到BMS-986202：新型臨床Tyk2抑制劑的發現過程 2021/02/26 11:06:30

一

研究背景

Tyk2（酪氨酸激酶2）屬于非受體酪氨酸激酶，是JAK家族的一員（其他成員包括JAK1、JAK2和JAK3）。JAK家族成員通過磷酸化免疫調節細胞因子受體來調控由它們啟動的信號傳導，進而導致信號轉導和轉錄激活因子（STAT）募集和磷酸化，從而影響JAK-STAT依賴的信號通路的正常功能。目前FDA批準上市的JAK抑制劑有泛JAK抑制劑tofacitinib；JAK1/JAK2雙重抑制劑ruxolitinib和baricitinib；選擇性JAK1抑制劑upadacitinib以及選擇性JAK2抑制劑fedratinib（圖1）。

圖1 FDA批準上市的JAK抑制劑

Tyk2特異性的Tyk2-STAT信號通路與多種疾病如銀屑病、系統性紅斑狼瘡、炎癥性腸炎等息息相關，參與其中的細胞因子有：包含p40的IL-12和IL-23以及I型干擾素IFNα，用生物制劑靶向這些細胞因子干預Tyk2-STAT信號通路已被證明是治療自身免疫性疾病和炎癥性疾病的可行方案。

Tyk2和其他JAK家族成員都擁有一個典型的催化激酶結構域（JH1域）和一個假激酶結構域（JH2域）。由于JAK家族的催化結構域具有高度同源性，開發選擇性的JH1抑制劑具有較大挑戰性，事實上，上述提到的五種JAK抑制劑均是JAKJH1抑制劑，但它們的選擇性一般，tofacitinib和baricitinib在治療類風濕性關節炎中產生了嚴重的副反應導致更有效的高劑量給藥方案被阻止使用，baricitinib和upadacitinib也收到了來自FDA的嚴重警告，提示有感染、惡性腫瘤和血栓形成的風險，這些不良反應都可能與藥品缺乏特異性和選擇性有關。

文獻中報道的Tyk2JH1抑制劑如下圖2，與JAK家族其它成員的JH1抑制劑一樣，這些抑制劑對其它JAK家族成員也表現出顯著的活性，僅有中等的選擇性。

圖2 已報道的Tyk2JH1抑制劑

在2019年，百時美施貴寶報道了選擇性的Tyk2JH2抑制劑6（BMS-986165）用于銀屑病的治療，目前正處于臨床III期。Tyk2JH2與Tyk2JH1整體非常相似，兩者結合口袋里一些獨特的差別（Tyk2JH2口袋里的ATP結合力非常弱）是開發選擇性Tyk2JH2抑制劑的突破口，雖然弱的ATP結合力使Tyk2JH2顯示不出催化活性，但是突變研究表明，Tyk2JH2在Tyk2功能中發揮著重要的調控作用，暗示Tyk2JH2是一個可成藥的靶點。近日，百時美施貴寶公布了基于Tyk2抑制劑6結構改造的新型Tyk2抑制劑7的臨床前研究（圖3）。

圖3 新型Tyk2抑制劑7的發現

二

研究內容

基于臨床分子6的研究結果，研究人員首先考察了苯環上的氮雜環取代基，將N-甲基三唑依次替換成吡啶、噠嗪、嘧啶或是吡嗪得到化合物8-12（圖3），SAR結果顯示，化合物11和12的活性僅有小幅下降，而且化合物12是這一組分子中唯一一個在肝微粒體中表現穩定的類似物，但其溶解性較差，在pH=6.5條件下溶解度<1μg/mL。

圖4 化合物8-12的SAR數據

通過對化合物12與Tyk2JH2蛋白的共晶結構分析發現兩者之間關鍵的分子間相互作用有：1、環丙基甲酰胺NH與Val690的羰基之間的氫鍵，以及鉸鏈區噠嗪N原子與Val690的NH之間的氫鍵；2、噠嗪甲酰胺NH與Glu688的羰基之間的氫鍵；3、由噠嗪酰胺羰基、胺基、甲氧基和Lys642組成的氫鍵網絡；4、嘧啶N與Arg738NH之間的氫鍵；5、甲氧基與圖4-(a)淺色口袋之間獨特的疏水相互作用。此外，根據圖4-(b)顯示，嘧啶末端還存在一個較大的空腔，而且Thr599上的OH和NH與嘧啶末端間距大約5?，這意味著在兩者之間構造氫鍵是可能的。

圖5 化合物12在Tyk2JH2的結合分析

如圖5，在分子的4″和5″位置引入較小基團如-F、-Me和-OMe，分子的抑制活性均有輕微的下降，引入體積較大更親水性的基團后，活性明顯提高（化合物18和19），但這兩種化合物的膜滲透性較差。增加親脂性得到化合物20和21，但滲透性沒有明顯提高；引入F得到化合物22和23也未達到目的；改變雜環上N的位置和數量，分子的滲透性相比化合物18和19有了改善。此外，研究者通過化合物29與Tyk2JH2蛋白的共晶結構也證實了取代基上的酰胺羰基與Thr599之間存在氫鍵相互作用。

圖6 SAR考察1

在進一步的結構優化過程中（圖6），研究者將化合物12中的噠嗪酰胺骨架換成煙酰胺骨架得到化合物30，后者依然表現出良好的Tyk2JH2抑制活性，對處于疏水空腔的雜環末端進行修飾，得到綜合活性、水溶性和滲透性最好的化合物7（BMS-986202）。

圖7 SAR考察2

在隨后的藥代動力學實驗中，研究者對比了化合物 12 、 24 、 25 和 7 的PK數據，并評估了化合物7 在不同動物體內的PK表現（圖7），結果顯示，相比其他三種化合物，化合物7 具有更好的PK數據，而且在猴和狗體內的生物利用度可達到100%，表現出較低的血漿清除率和容積分布。

圖8 PK實驗分析

綜合以上實驗數據，對化合物7進行進一步的藥效動力學考察（圖8）。通過IL-12/IL-18誘導IFNγ產生小鼠模型、IL-23驅動的皮膚病小鼠模型、anti-CD40誘導結腸炎SCID鼠模型以及自發性狼瘡NZB/W鼠模型綜合評價化合物7的體內活性，結果表明，化合物7均可以展示出劑量依賴性的抑制效果。

(a)IL-12/IL-18 誘導IFNγ產生模型 (b)IL-23驅動的皮膚病模型

(c)anti-CD40 誘導結腸炎模型 (d)自發性狼瘡模型

圖9 化合物7的藥效動力學考察

三

全文總結

本文中，研究者旨在探索結構多樣化的Tyk2JH2抑制劑，以臨床分子6（BMS-986165）為模版，首先，對化合物6上的N-甲基三唑基進行優化得到新的模版化合物12，并通過12與Tyk2JH2蛋白的共晶結構發現了一個潛在的結合口袋，繼而設計合成得到綜合活性最好的類似物29，這是通過結構去構建新的氫鍵相互作用的實例，對新藥的開發具有參考價值；其次，對化合物6的噠嗪酰胺骨架改造得到一系列煙酰胺骨架化合物，通過優化分子的膜滲透性策略得到新的臨床分子7（BMS-986202），進一步的PK和PD實驗證實，化合物7在IL-12/IL-18誘導IFNγ產生小鼠模型、IL-23驅動的皮膚病小鼠模型、anti-CD40誘導結腸炎SCID鼠模型以及自發性狼瘡NZB/W鼠模型中均有很高的療效。

四

底物合成

0 1

合成化合物8-20，24-27以及29

0 2

合成化合物21和23

0 3

合成化合物7、22、28以及30-33

五

參考文獻

[1]Chunjian Liu, James Lin, Charles Langevine, Daniel Smith, JianqingLi, John S. Tokarski, Javed Khan, Max Ruzanov, Joann Strnad, AdrianaZupa-Fernandez, Lihong Cheng, Kathleen M. Gillooly, David Shuster,Yifan Zhang, Anil Thankappan, Kim W. McIntyre, Charu Chaudhry, PaulA. Elzinga, Manoj Chiney, Anjaneya Chimalakonda, Louis J. Lombardo,John E. Macor, Percy H. Carter, James R. Burke, and David S.Weinstein Journalof Medicinal Chemistry(2021),64(1),677-694.

[2]Brian S. 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 Journalof Medicinal Chemistry(2020),63(22),13561-13577.

注：文中圖片均來源于參考文獻

相關文章：JMC| 新型TYK2抑制劑PF-06826647的發現（2020-11-25）。

六

樂研相關產品