诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局

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2019年的诺贝尔生理学或医学奖授予了美国哈佛医学院分子生物学家William Kaelin Jr、英国牛津大学分子生物学家Sir Peter John Ratcliffe和美国约翰霍普金斯大学遗传学家Gregg L. Semenza,以表彰他们在发现“细胞如何感知和适应氧气供应”方面的成就。该诺奖级的研究成果为贫血、心血管疾病、肺部、黄斑退行性病变及肿瘤等多种疾病提供新的治疗思路,其关键发现便是缺氧诱导因子(Hypoxia-Inducible Factors,HIF)转录复合体。


HIF是感应氧浓度变化的关键,其家族成员包括HIF-1α、HIF-1β、HIF-2α、HIF-2β、HIF-3α、HIF-3β。HIF由两种不同的DNA结合蛋白组成(HIF α和HIF β)。在正常条件下,HIFα在脯氨酰羟化酶(PHD)的作用下被羟基化修饰,修饰后的HIFα又被泛素化降解,使得细胞内的HIFα维持低表达水平。在低氧状态下,HIFα被保护免于降解,与HIFβ及低氧调节基因中的特定DNA 序列(HRE)结合来激活下游基因的表达。


HIF-2α活性异常是透明细胞肾细胞癌(ccRCC)等癌症的关键致癌驱动因素。这些癌症的标志性特征是HIF-2α蛋白的过度积累,通常是由于VHL失活所致。造成VHL失活的主要因素包括遗传易感性、体细胞突变或甲基化等。作为转录因子,HIF-2α长期以来一直被认为是不可靶向的,因为转录因子大多缺少跟小分子抑制剂的结合位点。但是,美国德州西南医学中心的科研人员发现了HIF-2α中的一个结合腔,该区域对于实现功能性HIF-2α与HIF-1β异二聚体化组装至关重要,而该蛋白相互作用可能被小分子抑制剂阻断。在HIF-2α的PAS-B结构域内发现的结合腔的空间大约有290Å3。


HIF-2α靶点在研药物及分子结构设计亮点


提及HIF-2α靶点就不得不介绍该领域的先驱公司Peloton Therapeutics。美国德州西南医学中心的研究人员经过初步筛选得到了HIF-2α抑制剂的先导化合物,随后成立了Peloton Therapeutics公司进一步开发HIF-2α别构抑制剂。2016年,Peloton的研究人员陆续发表了两篇《自然》文章、一篇《癌症研究》文章,引起轰动,在临床前细胞及动物模型中验证了先导化合物PT2399的有效性,这也是Peloton Therapeutics公司对HIF-2α靶点新药研发的主要贡献。


诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局

PT2399结构式


在先导化合物PT2399基础上,Peloton Therapeutics利用基于结构的药物设计(SBDD)方法进行分子结构优化,通过使用假定的助色基团n→π* 电子跃迁、芳基相互作用、羟基部分的构象限制以及靠近羟基的氟化作用的显著影响来指导早期类似物设计,采用共晶结构分析描述了PT2385与HIF-2α的结合特征,在PK/PD、功效、PK和代谢物谱分析序列中最终确定了PT2385作为临床候选药物,这是第一个进入临床开发的HIF-2α拮抗剂。


PT2385在晚期ccRCC患者中完成了初步的安全性验证,并且显示了临床有效性。但是葡萄糖醛酸苷代谢物的严重影响限制了PT2385的剂量。Peloton Therapeutics公司的研究人员通过将PT2385中的双链二氟基团更改为邻二氟基团,提高了抑制HIF-2α活性,减少了二期代谢,降低亲脂性并显著改善药物分子的药代动力学特性,最终得到了暴露剂量相比PT2385有显著提高的PT2977。不仅如此,PT2977的临床剂量使用也低得多,且每天只用一次给药。


表1 HIF-2α靶点在研药物

诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局

来源:医药魔方NextPharma


Peloton Therapeutics公司原本计划2019年5月IPO上市,但就在IPO的前几天,默沙东的收购报价打动了Peloton公司的董事会,进而以10.5亿美元首付款、11.5亿美元里程金将后者收入囊中,PT2977也有了新的研发代码MK-6842。默沙东目前正在开展治疗晚期RCC的III期临床试验(MK-6482-005,NCT04195750)。


诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局


HIF-2α靶点相关专利分析


通过分析Peloton公司HIF-2α靶点专利,发现PT2385与PT2977基本都在同一件专利申请中。


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数据说明:同族专利按照CN>US>EP>JP顺序选取,若存在多件已授权专利则纳入分析范围。


其中:


专利CN105530923B的权利要求12保护了PT2385、权利要求13保护了PT2977、权利要求16保护了化合物在制备用于治疗肾细胞癌(RCC)的药物中的应用;


专利申请US2018049995A1的权利要求1要求保护PT2385晶型A、权利要求19要求保护PT2385晶型B;


专利申请WO2020092100A1的权利要求1要求保护PT2977与赋形剂形成的口服胶囊剂或片剂;


US10278942B2权利要求14保护了HIF-2α抑制剂PT2385、PT2977治疗肺动脉高压(PAH)的方法;


US10512626B2权利要求14保护了HIF-2α抑制剂PT2385、PT2977治疗胶质母细胞瘤的方法;


WO2019191227A1权利要求43要求保护HIF-2α抑制剂PT2385、PT2977减轻消化系统的炎症的方法;


US10335388B2权利要求20保护了HIF-2α抑制剂PT2977与免疫治疗剂PD-1、CTLA-4抑制剂组合治疗黑素瘤、肾细胞的方法;


US10786480B2权利要求17保护了HIF-2α抑制剂PT2385、PT2977与免疫治疗剂的组合治疗非小细胞肺癌、前列腺癌、肝细胞癌、头颈部鳞状细胞癌和乳腺癌的方法(权利要求22单独保护PT2977与免疫治疗剂的组合治疗癌症的方法)。


5件化合物专利申请的时间轴如下:


诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局


从优先权日2013-09-09开始布局第一件专利到2016-06-08申请的第5件专利,Peloton公司一直在修饰结构(从母核到侧链)始终都在寻找最优化合物结构。


5件化合物专利的结构修饰过程如下:


第一步:改造PT2385,将取代基F原子位置变换得到PT2977;


第二步,改造母核,将茚基变更为苯并噻吩基、茚并噻吩基;


第三步,对O原子连接的取代基进行修饰,将苯基变更为环丁基。


诺奖靶点HIF-2α的在研药物分子结构设计亮点与专利布局


结语


美国德州西南医学中心的研究人员从最初发现HIF-2α的可靶向结合腔,到筛选优化先导别构抑制剂,成立Peloton公司并最终把候选化合物推向临床,完成有效性临床概念验证,是一个科研成果临床转化的成功范本。


利用基于结构的药物设计(SBDD)方法修饰、改进结构开发小分子药物的思路值得推荐。Peloton公司针对HIF-2α靶点化合物结构的专利申请布局比较完整,覆盖了母核、侧链取代基修饰的范围;默沙东收购Peloton,靶点新颖、临床概念验证有效,期望靶向HIF-2α的别构抑制剂最终临床试验成功,为肾细胞癌末线患者带来新颖的治疗方案;更希望靶向HIF-2α的疗法能够推到肾细胞癌前线疗法,保持甚至提高疗效、降低靶向VEGFR的心脏毒副作用。


参考文献


[1] Yancheng Yu, Quanwei Yu, Xiaojin Zhang,et al., Allosteric inhibition of HIF-2α as a novel therapy for clear cell renalcell carcinoma, Drug Discovery Today, Volume 24, Issue 12, December 2019, Pages2332-2340.


[2] Rodrigo Almeida Toledo, New HIF2αinhibitors: potential implications as therapeutics foradvancedpheochromocytomas and paragangliomas, Endocrine-Related Cancer (2017)24, C9-C19.


[3] Xu R, Wang K, Rizzi JP, et al. 3‑[(1S,2S,3R)‑2,3-Difluoro-1-hydroxy-7-methylsulfonylindan-4-yl]oxy-5-fluorobenzonitrile(PT2977), a Hypoxia-Inducible Factor 2α(HIF-2α) Inhibitor for the Treatment of Clear Cell Renal Cell Carcinoma,Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62(15):6876-6893


文章来源: 医药魔方

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