JMC | 新型TYK2抑制剂PF-06826647的发现

JMC | 新型TYK2抑制剂PF-06826647的发现 2020/12/14 10:32:39

一

背景介绍

TYK2（酪氨酸激酶2）属于非受体酪氨酸激酶，它是JAK家族的一员（其他成员包括JAK1，JAK2和JAK3），主要介导IL-12、IL-23和I型干扰素驱动的信号通路。全基因组关联分析已经证实了TYK2与类风湿性关节炎（RA）、牛皮癣、系统性红斑狼疮、克罗恩病和溃疡性结肠炎的发生息息相关。近年来，通过抑制Janus激酶（JAK）并有效靶向细胞因子信号通路已被证明在类风湿性关节炎、银屑病关节炎、溃疡性结肠炎以及骨髓增生性疾病和移植物抗宿主病的临床应用中有着积极的治疗效果，目前，FDA批准上市的JAK抑制剂有四种（图1）：托法替尼（1）、巴瑞替尼（2）、鲁索替尼（3）和达帕替尼（4），它们均表现出很高的JAK1活性但对TYK2选择性一般。全球至今尚未有TYK2抑制剂获批上市，进展最快的是百时美施贵宝公司研发的BMS-986165（6），用于治疗斑块型银屑病、克罗恩病和狼疮性肾炎，已进入临床III期试验。

图1FDA批准上市以及处于临床阶段的JAK抑制剂

此前，辉瑞制药公司的研究人员发展了一种结合在JH1域的TYK2/JAK1双重抑制剂PF-06700841（7），最近，他们又设计并合成了可以作为TYK2抑制剂的一类新型吡唑并吡嗪衍生物，由此发现了高效选择性的TYK2抑制剂PF-06826647，根据报道可用于治疗炎症性自身免疫性疾病。

二

结果与讨论

由于四种JAK异构体的高度同源性，确定TYK2中一个选择性的ATP结合位点具有挑战性。通过对比四种激酶JH1域中ATP结合位点发现，它们都有一个常见的蛋氨酸作为守门氨基酸，而口袋后的氨基酸是不一样的，这种独特的氨基酸差异为合理设计铰链区片断提供了机会。

图2不同的TYK2铰链区结合模式

从含不同铰链区结构的分子—化合物2和化合物7在TYK2中的结合模式（图2-a）可以看出，1、2和3中的吡咯并嘧啶结构与Glu979和Val981氨基酸分别有氢键供体和受体相互作用，而这种结合模式在TYK2中与较大的Ile960侧链存在空间冲突，迫使亲脂侧链向吡咯并嘧啶的极性NH旋转，这也可以解释为什么化合物1、2和3对TYK2的效力比JAK1低5到30倍。

为了避免上述冲突，研究者去掉了能与Glu979形成氢键相互作用的吡咯环，设计了一种[5,6]稠杂芳环铰链区结构（图2-b），其氢键受体和供体均为Val981，以此来提高与TYK2的结合效率。基于TYK2/JAK1双抑制剂7的发现过程和结构，研究者设计了化合物8（图3），它在P-环区域采用了类似于巴瑞替尼（2）的三氟甲基-乙腈基-吖丁啶-吡唑基结构，在溶剂前沿采用了与PF-06700841（7）相同的甲基吡唑结构。

图3[5,6]稠杂芳环先导化合物8-11

酶活性测试结果表明化合物8显示出对TYK2中等的抑制活性（IC₅₀= 290nM）。通过计算，在五元环的任何位置加氮都能适度地增加C-H静电势，这将有利于氢键的形成，因此，研究者设计合成了化合物9-11，在这一系列化合物中，11具有相对最好的激酶活性（图4）。

图4化合物8-11的酶活性数据

进一步的晶体研究发现，化合物11与TYK2的结合模式与预期的一样（图5-a），N1与TYK2铰链区Val981的酰胺NH有氢键相互作用（图2-b,5-a）。与此同时，研究者也发现，化合物11的成药性低，血浆清除率高，LipE只有5.5，因此，基于化合物11，作者进行了进一步构效关系讨论。

图5化合物11与TYK2结合的晶体结构

化合物11顶端的三氟甲基吖丁啶通过P-环的参与提高了对TYK2激酶的作用效力，但中等的LipE值反映了分子整体较高的亲脂性。通过改变吖丁啶N上的取代基，研究者设计合成了化合物12-16（图6），当使用腈乙基替代三氟甲基后，化合物16重现了化合物11的效力，分子的LipE提高至6.65，且HLM清除率明显降低（图6-16vs 图6-11）。

图6化合物11-16的SAR数据

相比于对JAK1和JAK3高的选择性，化合物16对JAK2的选择性仅有5倍，为了解这样的差异，研究者获得了化合物11分别与JAK2蛋白和TYK2蛋白结合的x射线晶体结构并进行了比较，发现JAK2的P-环略高于TYK2的P-环（图5-b），此前已经有报道，JAK抑制剂与P-环的微妙相互作用会影响到其选择性。进一步对比表明，在JAK2结构中，吖丁啶采用了类似反式的构象，将末端-CF3基团朝向P-环，相反，TYK2采用了类似顺式的构象（图5-b）。通过对x射线结构的观察可以提供一个假设，即固定可以提供c2对称非手性顺式或反式构象的四元环构型可以提高选择性，用环丁烷取代吖丁啶可以实现这一目标。

图7化合物17-22的SAR数据

基于上述假设，研究者设计合成了化合物17-20，之后为了通过去除与P-环连接基团的灵活性来提高对JAK2的选择性，进一步将2-环丁乙腈改造为环丁基腈，最终筛选出活性好，选择性良好，血浆清除率低的化合物22（图7）。从化合物22与TYK2蛋白结合的x射线晶体结构能够看出，顺式环丁腈部分位于P-环的下方并朝向它的末端（图8）。

图8化合物22与TYK2蛋白结合的x射线晶体结构

基于化合物22优秀的体内药代动力学性质，研究者在人外周血细胞上测试了其选择性（图9），结果证明了化合物22均能选择性地抑制由不同细胞因子诱导的STATs磷酸化。

图9化合物22的选择性考察

最后，研究者在小鼠咪喹莫特诱导皮肤炎症模型中评估了化合物22的疗效。用咪喹莫特诱导受试小鼠的耳朵局部产生炎症，然后口服化合物22，试验结果表明，化合物22分别给药30、10、3mg/kg（QD）时，对由咪喹莫特诱导的皮肤炎症致小鼠耳肿胀有明显的抑制作用，但在5天的治疗结束时，与对照组小鼠相比，1mg/kg剂量对耳厚没有显著影响（图10）。

图10由咪喹莫特诱发的皮肤炎症治疗试验

三

化合物合成

1、合成目标分子8-10

2、合成中间体47

3、合成中间体52

4、合成中间体59-64

5、合成目标分子11-28

四

全文总结

基于此前TYK2/JAK1双重抑制剂PF-06700841（7）的发现过程，此次研究者通过鉴定和优化一系列靶向JH1结构域ATP结合位点的TYK2抑制剂，发现了一类IL-12和IL-23的小分子抑制剂。在进一步优化过程中，通过设计环丁烷类似物以及调节与P-环连接的基团结构，进一步提高对TYK2的选择性并平衡物理化学性质，确保了该系列化合物的高渗透性和低代谢清除率，并最终发现了PF-06826647。后续的人外周血细胞上的选择性试验和咪喹莫特诱导的小鼠皮肤炎症试验也证实了PF-06826647是一种高效选择性的TYK2抑制剂。PF-06826647用于治疗炎症性自身免疫性疾病，目前在全球范围内已经在健康受试者中完成了I期临床试验，该药物分子在中国也已获得临床试验默示许可，拟开发适应症为中度至重度溃疡性结肠炎。

五

参考文献

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：文中图片均来源于参考文献

六

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