专利分析｜AMPK激活剂如何靶向肠道？

2023-06-30

·智慧芽新药科讯

细胞疗法融资

Kallyope Inc.成立于2015年，是一家专注于肠脑回路治疗潜力的生物技术公司。

2015年12月，Kallyope lnc.完成4400万美元A轮融资。

2018年2月，Kallyope lnc.完成Lux Capital领投的6600万美元B轮融资。

2018年12月，Kallyope lnc.完成Bill Gates (个人)领投的2100万美元B+轮融资。

2020年3月，Kallyope lnc.完成1.12亿美元C轮融资。

2022年2月，Kallyope lnc.完成Mubadala和The Column Group领投了2.36亿美元D轮融资，LuxCapital、Polaris Partners等跟投。

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来源: 智慧芽新药科讯

这家前首富比尔盖茨个人投资的美国biotech最近公开了三篇关于AMPK小分子激活剂的专利，AMPK即AMP依赖的蛋白激酶，为能量代谢调节的关键分子，也是糖尿病及其他代谢相关疾病研究的核心之一。

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AMPK广泛表达于各种代谢相关的器官中，AMPK激活剂可用于治疗过敏、癌症、抑郁症、2型糖尿病、营养失调、肥胖、牛皮癣和溃疡性结肠炎等。不过由于动物体内AMPK可能以12种不同的复合物形式存在，想要通过药物进行活化并不容易。

如图2所示，当上游激酶CAMKK2被细胞内钙离子激活，LKB1与STRAD和MO25组成异源三聚体时，AMPK机制激活。导致AMPK活化的因素有氧气应激、葡萄糖饥饿、运动以及线粒体毒物等，激活AMPK的药物主要为小分子激活剂（图2左侧）。

AMPK这种丝氨酸/苏氨酸激酶，从酵母到哺乳动物在进化上是保守的。AMPK作为一种能量传感器，当细胞内5’-磷酸腺昔的比例 (AMP)向三磷酸腺昔(ATP)的转化由于营养缺乏而升高。活化的AMPK磷酸化下游底物，促进分解代谢，阻碍合成代谢。导致ATP的产生和能量的恢复。AMPK的活性可因多种生理因素(如激素、细胞因子和膳食营养素) 以及病理条件(如肥胖、慢性炎症和2型糖尿病)而改变。AMPK激活可导致肝脏葡萄糖生成和血浆葡萄糖水平降低。因此，AMPK是一个有吸引力的靶标用于治疗各种代谢性疾病。

此外，AMPK对肠道健康具有有益的作用，如增强肠道吸收，改善屏障功能，抑制结直肠癌的发生，减少肠道炎症和代谢相关疾病，并对维持肠道稳态非常重要。例如，AMPK激活增强细胞间连接、营养转运、自噬和细胞凋亡，抑制肠道炎症和癌变。因此，AMPK与结肠上皮紧密连接的维持有关，并控制结肠炎的进展。

在各种结肠炎小鼠模型中，直接使用AMPK激活剂治疗已被证明可有效恢复肠道屏障功能。二甲双胍是一种间接的具有额外生物活性的AMPK激活剂，但持续直接激活AMPK存在安全性问题，尤其是在心脏。在啮齿类动物和非人灵长类动物中，使用系统性直接激活剂进行慢性治疗可导致心脏肥厚(伴随心糖原增加)。此外，AMPK的人类遗传多态性与心脏糖原沉积、心脏肥厚和沃尔夫-帕金森-怀特综合征有关。由于存在心脏肥厚的风险，不适合直接使用已知的AMPK激活剂治疗IBD、结肠炎和其他肠道屏障渗漏性疾病。

所有已报道的进入临床研究的直接AMPK激活剂(例如辉瑞的PF-06409577，临床I期已终止)或广泛的临床前评估(例如默克的MK-3903和MK-8722)都是系统性AMPK激活剂，并且已经开发用于系统性给药。也报道了一种缓释制剂，将更高浓度的间接AMPK激活剂二甲双胍输送到结肠，用于治疗IBD。然而，二甲双胍并不能最佳地激活AMPK，二甲双胍还有其他活性，这种方法需要特定的配方开发。因此，仍不是问题的最佳解决方案。

Kallyope lnc.公开的专利化合物是第一种肠道限制的直接AMPK激活剂的发现和开发，该激活剂不需要复杂的配方即可到达目标组织并避免体循环。

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来源: 智慧芽新药科讯

其中专利WO2023097189公开的通式如上图3，是一类带有联苯取代基的苯并咪唑类小分子化合物。包含了60个实施例，参比阳性有默克公司的MK-8722。在ADP-Glo检测中，最优的化合物6激活的重组AMPK (EC50 = 0.2 nM)，MK8722的EC50 = 4.7 nM，提高了23.5倍。化合物6是从MK8722改造得到，把MK8722的异山梨醇取代基改为吡喃酸取代基，再在MK8722的联苯取代基延伸出含氮杂环的乙二醇取代基得到化合物6。这种改造策略的目的是为了使药物集中靶向肠道，并减少系统分布，最终降低口服生物利用度。专利中还做了4元氮杂环替换成5元环、芳香杂环的构效关系研究，但是专利中只有体外活性数据公开。MK-8722作为AMPK激动剂的优势是可以激活全部12种AMPK复合物。默克公司在2017年的一篇Science中详细报道了MK8722的发现过程，MK-8722对糖代谢具有调控作用，在动物模型中对糖尿病有很好的疗效，且不会引起低血糖。在大鼠和恒河猴上对高剂量的MK-8722进行了长达6-8个月的给药，没有发现低血糖事件。不过，MK-8722会诱导心肌肥大，最终并未进入临床。

其中专利WO2023097187公开的通式如下图4，也是一类带有联苯取代基的苯并咪唑类小分子化合物。包含了130个实施例，参比阳性有默克公司的MK-8722和MK3903。这篇专利中大多数化合物的活性都好于上一篇，不同的是，这篇专利有公开口服给药PK数据。在ADP-Glo检测中，活性最优的化合物30和32激活的重组AMPK (EC50小于0.01 nM)，MK8722的EC50 = 4.7 nM，MK3903的EC50 = 20.9 nM。在C57BL/6小鼠中，口服生物利用度(F)为4% (30 mg/kg p.o.)。如此低的口服生物利用度使得系统分布大大降低。化合物32是从MK3903改造得到，除了把氯苯改成二氟苯，也在MK3903的联苯取代基延伸出含氮杂环的乙二醇甲酯取代基得到化合物32。专利中也做了4元氮杂环替换成5元环、芳香杂环的构效关系研究。MK3903也由默克公司开发，目前处于临床前。文献报道的MK-3903只能激活12个磷酸化AMPK (pAMPK)复合物中的10个，EC50值在8 ~ 40 nM范围内，最大激活>50%。MK-3903部分激活pAMPK5(最大36%)，不激活pAMPK6。并且，MK-3903具有低渗透率，是人肝脏摄取转运蛋白OATP1B1和OATP1B3的底物。这些缺陷也使得默克放弃推进至临床。