內(nèi)蒙古玉嘧磺胺藥物發(fā)現(xiàn) | AZD4205：一種高選擇性JAK1抑制劑：

內(nèi)蒙古玉嘧磺胺Janus是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶，JAK家族成員包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2，其在許多細(xì)胞因子的信號(hào)傳遞過(guò)程中起著樞紐的作用。因?yàn)镴AK在先天和獲得性免疫以及造血方面都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，所以自從20世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)以來(lái)，JAK作為新藥的靶點(diǎn)已經(jīng)引起了人們廣泛的興趣。JAK主要是通過(guò)JAK-STAT通路來(lái)發(fā)揮作用（圖1）。細(xì)胞因子與受體結(jié)合導(dǎo)致JAK活化和JAK及其相關(guān)受體磷酸化。受體的磷酸化反過(guò)來(lái)通過(guò)它們的SH2結(jié)構(gòu)域啟動(dòng)STATS的募集，并隨后磷酸化STAT蛋白。然后，磷酸化的STAT同源二聚體或異源二聚體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，在那里它們與特定的DNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，從而引起細(xì)胞功能的變化。重要的是，由于JAK/STAT周?chē)鷽](méi)有已知的補(bǔ)償途徑，所以JAK在調(diào)節(jié)相關(guān)細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)方面是必不可少的。

與JAK家族的其他成員一樣，JAK1也包含七個(gè)同源域和四個(gè)結(jié)構(gòu)域，其中激酶結(jié)構(gòu)域能夠與ATP相結(jié)合，引起STAT的磷酸化，使其暴露入核信號(hào)，進(jìn)入細(xì)胞核，從而調(diào)節(jié)一系列的生理活動(dòng)。JAK1過(guò)度激活會(huì)引起免疫、炎癥和癌癥等相關(guān)疾病。因此，針對(duì)JAK1的抑制劑可以用于治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、克羅恩病，強(qiáng)制性脊柱炎以及潰瘍性結(jié)腸炎等。到目前為止，艾伯維批準(zhǔn)的Upadacitinib是FDA批準(zhǔn)上市（2019年8月）的頭一個(gè)JAK1選擇性抑制劑，用于治療中重度活動(dòng)性風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。此外，輝瑞的Abrocitinib、吉利得和GLPG共同研發(fā)的Filgotinib、恒瑞的SHR0302，作為JAK1選擇性抑制劑，正處在臨床研發(fā)階段。

近日，阿斯利康的一篇關(guān)于JAK1小分子抑制劑AZD4205的文章在JMC上發(fā)表，該化合物對(duì)于JAK1具有高活性和高選擇性，藥代動(dòng)力學(xué)特性以及抗腫瘤活性良好，可以做進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。[2]

設(shè)計(jì)思路與改造過(guò)程：在文中，內(nèi)蒙古玉嘧磺胺作者首先對(duì)高選擇性的JAK1抑制劑化合物2（JAK1 IC50=0.02μM,JAK2 IC50=2.4 μM）與JAK1的共晶結(jié)構(gòu)（圖2）進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)化合物2的吡咯并嘧啶部分與JAK1的鉸鏈殘基Gly957和Leu959形成氫鍵相互作用，吡咯并嘧啶和吡唑環(huán)部分與Leu881、Val889和Leu1010形成疏水相互作用，氰基則占據(jù)了由Leu1010和Gly1020形成的小的口袋。值得注意的是，在化合物2與JAK1的共晶結(jié)構(gòu)中看到了一個(gè)具有清晰的電子密度的P環(huán)區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，激酶中的P環(huán)是非常靈活的，即使在高分辨的蛋白激酶結(jié)構(gòu)中也難以觀察到這個(gè)區(qū)域的電子密度，而這一現(xiàn)象則表明了化合物2的末端氯氰基苯基能夠與由JAK1的Gly884、His885、Phe886和Gly1028形成穩(wěn)定的疏水相互作用，其中的π-π堆積相互作用也是化合物2對(duì)JAK1具有高選擇性的原因，因?yàn)樵谑杷诖鼌^(qū)域，2的氯氰基苯基和JAK1中His885的咪唑側(cè)鏈之間存在有效的π?π堆積作用，而JAK2中該部位對(duì)應(yīng)的殘基是Asp，不會(huì)產(chǎn)生堆積作用。

作者通過(guò)高通量篩選得到了對(duì)于JAK1具有中等選擇性的化合物3（JAK1 IC50=0.07μM,JAK2 IC50=0.38 μM），3與JAK1蛋白的對(duì)接結(jié)果（圖3）表明吲哚上的NH與Asp1021形成氫鍵，2-氨基嘧啶與鉸鏈殘基Leu959形成相互作用。將3與2的結(jié)合模式進(jìn)行疊加以后，發(fā)現(xiàn)吲哚環(huán)7位上的的取代可能會(huì)指向P環(huán)，從而占據(jù)上述所提到的對(duì)JAK1具有選擇性的口袋。

因此，作者設(shè)計(jì)了含有合適連接基的7-取代吲哚類(lèi)似物，使芳香環(huán)延伸到選擇性口袋，并與His885形成π?π堆積作用，以提高化合物的選擇性（表1）。

與3相比，以酰胺為L(zhǎng)inker的化合物4對(duì)于JAK1的活性有了很大程度的提升，并且選擇性也提高到50倍。研究表明，氨基嘧啶母核中，氨基上吡唑鄰位的取代基對(duì)提高JAK1的選擇性至關(guān)重要。所以，嘧啶環(huán)2位上吡唑的鄰位取代基可能會(huì)降低化合物對(duì)于JAK2的活性，提高對(duì)于JAK1的選擇性。接下來(lái)對(duì)嘧啶環(huán)2位取代基進(jìn)行了探索，合成了化合物5，化合物5在維持對(duì)JAK1的活性的同時(shí)將選擇性提高到了122倍。同時(shí)，環(huán)丙酰胺也被認(rèn)為能夠與JAK1鉸鏈區(qū)形成很好的相互作用，所以合成了化合物6，但是化合物6的活性和選擇性都有一定程度的降低，并且溶解度較差（2 μM），作者重新將嘧啶環(huán)2位上的取代基換為2-甲氧基-1-甲基氨基吡唑，并對(duì)Linker進(jìn)行了探索。內(nèi)蒙古玉嘧磺胺而將Linker設(shè)計(jì)為芐胺或者反轉(zhuǎn)酰胺后，在活性和溶解性上都不能令人滿(mǎn)意，表明化合物5的酰胺是合適的Linker。