Traf2 和 Nck 相互作用激酶 (TNIK) 是治疗纤维化驱动疾病的有希望的治疗靶点。英矽智能使用AI 驱动生成平台 Chemistry42助力研发了TNIK抑制剂INS018_055，用于治疗特发性肺纤维化 (IPF)，目前已处于临床II期阶段。近日，英矽智能在JMC上发表了相关工作（doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c01580）。
背景
特发性肺纤维化 (IPF) 是一种慢性、进行性、致命的间质性肺疾病。其主要病理特征包括肺泡上皮细胞损伤、成纤维细胞活化和细胞外基质积聚，逐渐导致肺结构损伤、肺功能下降。管FDA批准的抗纤维化药物吡非尼酮和尼达尼布在治疗方面取得了进展，但特发性肺纤维化仍然是一种危及生命且预后不良的疾病。
INS018_055的AI开发
虚拟结构根据以下标准进行优先排序：(1) 与 Cys108 的 NH 形成键的氢键受体 (HBA)；(2) 占据后腔的亲脂性芳香族功能，最好是苯基或卤素取代的苯基；(3) 连接药效团点 (1) 和 (2) 的五元杂芳基。Chemistry42 建模表明呋喃-2-甲酰胺是一种有前景的 TNIK 抑制剂支架，并显示出化合物5的合理结合模式。预测其羰基将与 Cys108 的 NH 形成关键氢键，而 4-氟苯基则被后袋容纳，与 Met105 硫形成环面S···π相互作用。重要的是，呋喃 O 和羧酰胺 NH 被认为形成分子内氢键，可以稳定铰链结合部分的平面构象。2-氟苯基和环戊基均位于催化位点的溶剂可及部分。咪唑环代表了一种非常适合投射功能团的连接体。
SAR 探索
使用化合物5作为模板，并研究了化学型的构效关系 (SAR)。探索了初始化合物的三个区域：呋喃取代（区域 1）、咪唑 N1 取代（区域 2）和酰胺取代（区域 3）。
区域 1的优化发现咪唑和吡啶替换导致化合物6f和6h对TNIK表现出优异的活性， IC50值约为 4 nM。这些结果表明，在测试化合物中，芳香族吡啶类氮更有利于与酰胺 NH 形成分子内氢键。
区域2的优化，合成了在咪唑连接的氮上带有脂肪族、环脂族和杂环脂族取代基的呋喃衍生物。在环戊基和咪唑之间插入亚甲基得到的化合物7a ，与初始目标化合物5相比，其活性略有下降。含有直接或通过亚甲基与咪唑相连的四氢呋喃基部分的化合物7b、 7g和7h的活性也略有下降。吡咯烷或哌啶的加入导致化合物7c、7f和7i以及7j的总活性损失，表明碱性胺的存在不利于该区域。带有环丙基官能团的化合物7d表现出的活性低于7a。引入异丙基导致7e在所述类似物中具有最佳活性。
区域 3 中的酰胺取代基的优化，用吡啶替换苯基可生成高活性化合物8a ，IC50为 2 nM。化合物8b在吡啶邻位上含有甲氧基而不是氟，其效力略有提高。尝试用杂环脂族基团（哌啶8e、四氢吡喃8f、氧杂环丁烷8g和8h）替换芳基功能导致活性显著降低。
呋喃和吡啶衍生物的活性和ADME
由于加入碱性胺并不能提高溶解度，尝试降低亲脂性。按照这一策略，根据区域 2 的 SAR 分析将环戊基替换为异丙基，并从区域3 中去除氟。化合物9a和9b表现出良好的抑制活性， IC50分别为 10.5 和 40.2 nM。对9a进行溶解度测定，结果显示溶解度有显著改善（40 μM），然而溶液中仍有可见颗粒。在人类和小鼠肝微粒体（HLM 和 MLM）中的分析显示，其内在所有呋喃基衍生物的清除率Clint(mic) > 150 μL/ min/mg。吡啶衍生物9c表现出比9a更高的效力和更好的溶解性，然而，它仍然受到HLM 和 MLM 中高清除率的影响。双咪唑化合物4的生物学评价显示出良好的特性，它平衡了良好的活性（TNIK IC50为 7.8 nM）和主要 ADME 特性（HLM Clint(mic) = 25.2 μL/min/mg，KS = 174 μM）。
化合物4进行进一步研究体外和体内 ADMET，KS 为 174 μM，logD 为 2.82，pH 为 7.4 时测得。在血浆蛋白结合试验中，化合物4在四个物种中表现出足够的未结合分数和足够的回收率。在人类、小鼠、大鼠和狗肝细胞 (HMS) 中评估了代谢稳定性。
化合物 4与 TNIK 激酶结构域结合的共晶体结构
化合物4的羰基通过氢键与铰链 Cys108 的 NH 相互作用，咪唑 1 的 NH与 Met105 的硫甲基形成氢桥，4氟苯基位于后腔。咪唑 1 的吡啶类氮与羧酰胺NH 形成分子内氢键，从而稳定铰链结合部分的近平面构象。甲基哌嗪容纳在溶剂暴露区域，而近端苯基夹在 Gly111 和Val31 之间。有趣的是，咪唑 2 与催化位点 Lys54 形成氢键，形成模型中未观察到的相互作用。这种相互作用模拟了ATP 的 α磷酸盐和活性位点 Lys 之间的盐桥。此外，咪唑 2 推出 Asp171的侧链，破坏了其与 Lys54 的氢键。
总结
英矽智能利用支持 AI 的 SBDD 工作流程和药物化学专业知识来生成一个有吸引力的起点并将其优化为候选药物 INS018_055。化合物4被证明是一种具有所需 DMPK 特性的高活性 TNIK 抑制剂。X 射线研究证实了建模工作，并提供了4 结合模式的结构见解。该抑制剂通过羧酰胺而不是传统的基于杂芳基的部分与 TNIK 铰链区结合。多种蛋白质配体相互作用解释了其出色的结合亲和力，而后腔的占据导致了该化合物的高选择性。两项 I 期试验表明， 化合物4在健康志愿者中耐受性良好且安全，并表现出良好的口服生物利用度和剂量比例药代动力学。目前，化合物4正在IPF 的 II 期试验中进行评估。
参考文献doi：10.1021/acs.jmedchem.4c01580
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