JMC | 从BMS-986165到BMS-986202：新型临床Tyk2抑制剂的发现过程

JMC | 从BMS-986165到BMS-986202：新型临床Tyk2抑制剂的发现过程 2021/02/26 11:06:30

一

研究背景

Tyk2（酪氨酸激酶2）属于非受体酪氨酸激酶，是JAK家族的一员（其他成员包括JAK1、JAK2和JAK3）。JAK家族成员通过磷酸化免疫调节细胞因子受体来调控由它们启动的信号传导，进而导致信号转导和转录激活因子（STAT）募集和磷酸化，从而影响JAK-STAT依赖的信号通路的正常功能。目前FDA批准上市的JAK抑制剂有泛JAK抑制剂tofacitinib；JAK1/JAK2双重抑制剂ruxolitinib和baricitinib；选择性JAK1抑制剂upadacitinib以及选择性JAK2抑制剂fedratinib（图1）。

图1 FDA批准上市的JAK抑制剂

Tyk2特异性的Tyk2-STAT信号通路与多种疾病如银屑病、系统性红斑狼疮、炎症性肠炎等息息相关，参与其中的细胞因子有：包含p40的IL-12和IL-23以及I型干扰素IFNα，用生物制剂靶向这些细胞因子干预Tyk2-STAT信号通路已被证明是治疗自身免疫性疾病和炎症性疾病的可行方案。

Tyk2和其他JAK家族成员都拥有一个典型的催化激酶结构域（JH1域）和一个假激酶结构域（JH2域）。由于JAK家族的催化结构域具有高度同源性，开发选择性的JH1抑制剂具有较大挑战性，事实上，上述提到的五种JAK抑制剂均是JAKJH1抑制剂，但它们的选择性一般，tofacitinib和baricitinib在治疗类风湿性关节炎中产生了严重的副反应导致更有效的高剂量给药方案被阻止使用，baricitinib和upadacitinib也收到了来自FDA的严重警告，提示有感染、恶性肿瘤和血栓形成的风险，这些不良反应都可能与药品缺乏特异性和选择性有关。

文献中报道的Tyk2JH1抑制剂如下图2，与JAK家族其它成员的JH1抑制剂一样，这些抑制剂对其它JAK家族成员也表现出显著的活性，仅有中等的选择性。

图2 已报道的Tyk2JH1抑制剂

在2019年，百时美施贵宝报道了选择性的Tyk2JH2抑制剂6（BMS-986165）用于银屑病的治疗，目前正处于临床III期。Tyk2JH2与Tyk2JH1整体非常相似，两者结合口袋里一些独特的差别（Tyk2JH2口袋里的ATP结合力非常弱）是开发选择性Tyk2JH2抑制剂的突破口，虽然弱的ATP结合力使Tyk2JH2显示不出催化活性，但是突变研究表明，Tyk2JH2在Tyk2功能中发挥着重要的调控作用，暗示Tyk2JH2是一个可成药的靶点。近日，百时美施贵宝公布了基于Tyk2抑制剂6结构改造的新型Tyk2抑制剂7的临床前研究（图3）。

图3 新型Tyk2抑制剂7的发现

二

研究内容

基于临床分子6的研究结果，研究人员首先考察了苯环上的氮杂环取代基，将N-甲基三唑依次替换成吡啶、哒嗪、嘧啶或是吡嗪得到化合物8-12（图3），SAR结果显示，化合物11和12的活性仅有小幅下降，而且化合物12是这一组分子中唯一一个在肝微粒体中表现稳定的类似物，但其溶解性较差，在pH=6.5条件下溶解度<1μg/mL。

图4 化合物8-12的SAR数据

通过对化合物12与Tyk2JH2蛋白的共晶结构分析发现两者之间关键的分子间相互作用有：1、环丙基甲酰胺NH与Val690的羰基之间的氢键，以及铰链区哒嗪N原子与Val690的NH之间的氢键；2、哒嗪甲酰胺NH与Glu688的羰基之间的氢键；3、由哒嗪酰胺羰基、胺基、甲氧基和Lys642组成的氢键网络；4、嘧啶N与Arg738NH之间的氢键；5、甲氧基与图4-(a)浅色口袋之间独特的疏水相互作用。此外，根据图4-(b)显示，嘧啶末端还存在一个较大的空腔，而且Thr599上的OH和NH与嘧啶末端间距大约5Å，这意味着在两者之间构造氢键是可能的。

图5 化合物12在Tyk2JH2的结合分析

如图5，在分子的4″和5″位置引入较小基团如-F、-Me和-OMe，分子的抑制活性均有轻微的下降，引入体积较大更亲水性的基团后，活性明显提高（化合物18和19），但这两种化合物的膜渗透性较差。增加亲脂性得到化合物20和21，但渗透性没有明显提高；引入F得到化合物22和23也未达到目的；改变杂环上N的位置和数量，分子的渗透性相比化合物18和19有了改善。此外，研究者通过化合物29与Tyk2JH2蛋白的共晶结构也证实了取代基上的酰胺羰基与Thr599之间存在氢键相互作用。

图6 SAR考察1

在进一步的结构优化过程中（图6），研究者将化合物12中的哒嗪酰胺骨架换成烟酰胺骨架得到化合物30，后者依然表现出良好的Tyk2JH2抑制活性，对处于疏水空腔的杂环末端进行修饰，得到综合活性、水溶性和渗透性最好的化合物7（BMS-986202）。

图7 SAR考察2

在随后的药代动力学实验中，研究者对比了化合物 12 、 24 、 25 和 7 的PK数据，并评估了化合物7 在不同动物体内的PK表现（图7），结果显示，相比其他三种化合物，化合物7 具有更好的PK数据，而且在猴和狗体内的生物利用度可达到100%，表现出较低的血浆清除率和容积分布。

图8 PK实验分析

综合以上实验数据，对化合物7进行进一步的药效动力学考察（图8）。通过IL-12/IL-18诱导IFNγ产生小鼠模型、IL-23驱动的皮肤病小鼠模型、anti-CD40诱导结肠炎SCID鼠模型以及自发性狼疮NZB/W鼠模型综合评价化合物7的体内活性，结果表明，化合物7均可以展示出剂量依赖性的抑制效果。

(a)IL-12/IL-18 诱导IFNγ产生模型 (b)IL-23驱动的皮肤病模型

(c)anti-CD40 诱导结肠炎模型 (d)自发性狼疮模型

图9 化合物7的药效动力学考察

三

全文总结

本文中，研究者旨在探索结构多样化的Tyk2JH2抑制剂，以临床分子6（BMS-986165）为模版，首先，对化合物6上的N-甲基三唑基进行优化得到新的模版化合物12，并通过12与Tyk2JH2蛋白的共晶结构发现了一个潜在的结合口袋，继而设计合成得到综合活性最好的类似物29，这是通过结构去构建新的氢键相互作用的实例，对新药的开发具有参考价值；其次，对化合物6的哒嗪酰胺骨架改造得到一系列烟酰胺骨架化合物，通过优化分子的膜渗透性策略得到新的临床分子7（BMS-986202），进一步的PK和PD实验证实，化合物7在IL-12/IL-18诱导IFNγ产生小鼠模型、IL-23驱动的皮肤病小鼠模型、anti-CD40诱导结肠炎SCID鼠模型以及自发性狼疮NZB/W鼠模型中均有很高的疗效。

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

参考文献

[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：文中图片均来源于参考文献

相关文章：JMC| 新型TYK2抑制剂PF-06826647的发现（2020-11-25）。

六

乐研相关产品