First-in-class的补体因子B抑制剂Iptacopan的药物设计

2024-03-05

并购

自2016年至今，同写意医药项目合作与交易论坛和估值班已举办多次，被业界誉为国内“医药BD黄埔军校”。应业界人士的要求，今年3月，同写意BD俱乐部将邀请专业导师、实战派总裁就医药BD交易与并购的新逻辑、新策略、新方法进行系统和全面分析与讲解。

1 生物学背景

补体系统是消除外来病原体的主要手段，也是先天免疫系统的重要组成部分，被认为是多种非传染性疾病的促成因素。补体系统由三种途径组成，即经典途径、凝集素途径和旁路途径，所有这些途径都集中在关键的节点蛋白C3上。此外，旁路途径（AP）充当补体激活的放大环，是各种人类疾病的促成因素，包括年龄相关性黄斑变性（AMD），阵发性睡眠性血红蛋白尿（PNH），非典型溶血性尿毒症综合征（aHUS）以及各种肾小球疾病。AP的补体系统成分包括蛋白酶因子B (FB)、蛋白酶因子D (FD) 和γ球蛋白备解素（因子P，FP）。

FB是一种类胰蛋白酶丝氨酸蛋白酶 (93 kDa)，主要在肝脏和巨噬细胞产生，以潜伏形式在人体血液中（包括眼睛和肾脏的血管）循环。FB可以与C3b或C3结合，生成C3转化酶原 (C3bB)，引起构象变化，使复合物成为FD的底物。FD裂解该复合物中FB的Arg234-Lys235键，释放N末端片段 (Ba)，而包含丝氨酸蛋白酶结构域的剩余FB亚基 (Bb) 成为完全激活的C3转化酶的关键组成部分。

值得注意的是，C3转化酶可以裂解额外的C3以产生更多的C3b，从而进一步放大局部补体反应。因此，FB抑制剂可以用于治疗多种补体介导的疾病。

2 药物设计

01 高通量筛选得到hit

研究人员应用了三种高通量筛选方法，包括：(1)用MAC deposition assay（ELISA）来评估诺华分子库（约110万），（2）对约250K化合物测量由眼镜蛇毒因子(CVF-Bb) 激活的FB对C3裂解的抑制作用；（3）由NMR和X-ray引导的基于片段的筛选。虽然三种方法都提供了有趣的化学起点，但CVF-Bb assay的效果最好，命中率达到约0.6%，并鉴定出氨基咪唑啉1（IC50 = 6.6 μM，SPR Kd = 10 μM)。此外，当针对17种蛋白酶进行评估时，1的IC50值>30 μM。

晶体结构显示咪唑啉环位于由残基Glu97、Tyr99、Tyr172F、Pro172D形成的S3口袋中，并与Gly216的主链羰基形成氢键。萘环与Arg192形成了阳离子-π相互作用，可能通过结晶缓冲溶液中硫酸根离子的存在而稳定在晶体结构中。萘基位于S1口袋的开口处，C-2处的溴占据由残基Pro172D和Val218形成的凹槽。

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来源: 同写意

02 改萘环为吲哚环，改咪唑啉为哌啶环由于最初相对保守的咪唑啉的SAR被证明是无效，研究人员假设对萘基骨架进行改变可能会增强potency。考虑到萘环骨架不容易进行SAR，且萘基的非极性性质可能会使与相对极性的S1口袋很难产生positive的相互作用，用相对极性且容易研究不同SAR的吲哚环取代萘环。对吲哚的C-3位、C-5和C-7分别进行SAR，发现C-5和C-7位有甲基取代的最优。随后，开始进行取代氨基咪唑啉的最初目标。用碳连接的咪唑啉进行保守替换，活性不变，说明并不需要氨基linker。

吲哚骨架相比萘环骨架结合在S1口袋的更深处，可能会在S3口袋中提供额外的空间，因此重新研究了与萘环组合时不同碱度的胺来替换咪唑啉。最初引入乙胺和吗啉导致FB活性几乎完全丧失。意外的是，哌啶衍生物18的IC50为50 μM。18的结构简单（MW = 242.4），加上哌啶的C-2和C-4方便衍生化，从而提供新的SAR位点。

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03 哌啶的衍生化

哌啶为S3口袋和FB中Pro172D和Val218之间的凹槽提供了合适的占据位点，该凹槽被1的Br占据。在对该凹槽的探测中，哌啶的2位分别引入苯基(19)和-CH2OH (20)基团，以探索亲脂性和极性官能团的影响。

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化合物19的共晶结构显示哌啶的C-4位能够生长到S3口袋中，在哌啶的C-4位引入-OMe得到的21可以显著提高效力，还表现出α2c受体结合亲和力的显著降低 (IC50 = 11 μM)。从C-2苯基取代的哌啶中获得的SAR知识也适用于20，如C-4甲氧基取代的哌啶29，相比20效力提高了2倍。

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04 模拟硫酸根的氢键网络引入羧酸

更有趣的是，29与FB的共晶揭示了羟基和结晶缓冲液中的硫酸根离子之间的相互作用，与Arg192、Val218和Asn220B形成了复杂的氢键网络。为了进一步提高potency，尝试通过在哌啶的C-2位置引入极性官能团来模拟这种相互作用。不幸的是，用磺酰胺、砜或脲都无法模拟这些相互作用。于是，重新评估了29和19与FB结合的晶体结构。当将这两个分子重叠时（图5），很明显，19中苯环的对位位置完美，可以将取代基放入硫酸盐占据的空间中。因此，制备了一系列对位取代的苯基哌啶，目的是模拟硫酸根离子产生的一些蛋白质相互作用。

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相对于未取代的19，砜和酰胺取代的化合物的效力均提高了约4-8倍。特别地，当羧酸安装在苯环对位时 (35) 时，potency提高了近100倍。通过35与FB的共晶结构，揭示了该酸参与了Asn220B和Asp218A-NH的几个关键氢键。此外，酸的添加消除了hERG和肾上腺素能受体活性。

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05 微调取代基，克服物种间的功能活性差异

不幸的是，当使用测量C3b沉积的50%小鼠血清测定法（IC50 = 2.28 μM）评估功能活性时，35的效率显著降低，这可能是由于蛋白质结构的物种差异。通过序列分析，小鼠FB的催化结构域与人类只有80%的序列同源性。特别是形成结合口袋的三个残基：Pro172B（小鼠FB中的Gln）、Arg192（小鼠FB中的Lys）和Asn220B（小鼠FB中的Asp）在小鼠FB中是不同的。虽然针对人类FB的效力显然是最关键的，但选择性FB抑制剂的体内药理学从未有过报道，这一事实导致研究人员希望鉴定出对人类和小鼠均有效的化合物，以便能够评估PK/PD以及在各种疾病模型中的功效。

猜测填充S3口袋应该会增强对抗人类酶的效力，也可能导致小鼠效力随之增加。在哌啶的C-4处引入-OMe产生了36，36在50%人血清MAC沉积测定和 50%小鼠血清C3b沉积测定中均提供相似的效力，IC50值分别为0.15 μM和0.16 μM。36具有良好的体内PK性质，方便探究骨架的细微变化。用乙氧基替换C-4哌啶甲氧基来更深地扩展到S3口袋，用C-5甲氧基取代的吲哚比甲基提供了更大程度的眼部AP抑制，最终得到上市药物iptacopan。

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3 市场分析

Iptacopan于2023年12月获FDA批准用于治疗成人阵发性睡眠性血红蛋白尿症 (PNH)，Evaluate Pharma预计其销售峰值约为9.2亿美元。目前国内有多家药企也在布局小分子补体B因子抑制剂。其中，朗来科技的MY008进度是最快的，目前在2期；其次是恒瑞的HRS-5965，目前在1期。