BTK降解剂NX-2127的发现和临床前评价

文摘   2024-02-14 20:27   荷兰  

布鲁顿酪氨酸蛋白激酶(Bruton's tyrosine kinase, BTK)是非受体蛋白酪氨酸激酶Tec家族成员之一,是B细胞抗原受体(B-cell receptor, BCR)信号通路中的关键调节因子。BTK介导的BCR信号的持续激活是多种血液系统恶性肿瘤的标志,这一点使其成为癌症治疗领域非常有吸引力的靶点。

目前已有多种BTK小分子抑制剂获批上市,其中伊布替尼、泽布替尼、奥布替尼等均属于共价抑制剂,他们与BTK蛋白的C481共价结合,从而抑制下游蛋白的磷酸化,产生治疗作用。但是获得性耐药突变,尤其是BTK的C481S突变,会导致这类共价抑制剂的治疗效果降低。2023年1月,FDA批准上市的吡妥布鲁替尼(Pirtobrutinib)虽然对C481S突变有效,但随着V416L、A428D、 M437R、T474I、L528W等突变的出现,疾病仍有进展。另外,BTK除了酶活性外,还具有支架功能,即BTK即使在无活性突变状态下(如L528W)仍可以通过蛋白-蛋白相互作用(PPI)继续影响下游信号激活。

BTK Protacs可以连接BTK和E3泛素连接酶进而对BTK进行泛素化,通过UPS系统对POI进行降解。这一技术由于不要求Protac分子与靶蛋白之间具有较强结合活性就能实现对靶蛋白的降解,相对于小分子抑制剂而言,对治疗BTK突变产生耐药性具有潜在的优势,另外通过降解BTK,还可以消除其支架功能,进一步降低BTK相关信号激活对疾病的影响。

基于此,Nurix Therapeutics, Inc.开发的BTK的降解剂(NX-2127)可降低BTK的水平,以规避小分子抑制剂带来的耐药性问题。同时,NX-2127还可以对IKZF1/3进行降解,通过强化TCR信号传导,增强抗肿瘤作用。目前NX-2127正在进行临床I期试验(NCT04830137),其分子在临床前的发现和优化过程于近期发表在Journal of Medicinal Chemistry杂志上,标题为Discovery and Preclinical Pharmacology of NX-2127, an Orally Bioavailable Degrader of Bruton’s Tyrosine Kinase with Immunomodulatory Activity for the Treatment of Patients with B Cell Malignancies。

     文章中研究者首先以7个具有不同理化性质、linker链接位点以及不同BTK结合活性的片段为靶头(Figure1,其中6个为上市药物或临床/临床前开发阶段的化合物片段,如伊布替尼、Fenebrutinib、BMS-986195和Pharmacyclics、Genentech化合物,一个为通过DEL筛选得到的可以与BTK结合的化合物)进行初步筛选。研究者通过组合的方式,将不同的靶头片段通过PEG linker和烷基linker与沙利度胺4位连接,探索了6-30个原子长度范围的linker,通过DC50和Dmax评价化合物对BTK的降解活性。研究者在初步的筛选中,得到了一些DC50 < 300 nM,Dmax > 80%的化合物(Table 1)。研究者认为化合物5的降解活性较好,同时具有更小的分子量,后续便在这一系列化合物的基础上做进一步的优化(靶头分子来源于Pharmacyclics的CN105960404B?)。

研究者首先对化合物5的linker部分进行了探索,在评价分子的过程中,同时评价了分子对BTK和IKZF3的降解,在评价标准方面,研究者认为初筛时大于80%的BTK降解是必要的,但是对于IKZF1/3的降解的要求并不做特别严格的要求,其原因在于研究者认为IKZF1/3的完全降解对于临床应用中对T细胞的激活并不是必须的。同时,研究者在小鼠PK检测过程中,也对BTK在血和脾细胞的体内降解进行了评估(3mpk,PO)。

在上述化合物11在3mpk,PO单次给药6h后可以将脾细胞中的BTK降解至18%的水平,表现出了最优的活性。但该化合物对苯二胺的结构为警示结构,研究这通过将连接原子由N变为了C,同时保留了化合物在体外和体内对BTK的降解,得到了NRX-0492分子,并对期其做进一步评估。

NRX-0492对IKZF1和IKZF3的DC50分别为57 nM和33 nM,对TMD8细胞BTKC481S的DC50为1.6nM,Dmax为94.8%。小鼠的PK/PD研究发现,NRX-0492有较低的清除率(3 mL/min/kg),10mpk剂量下,口服生物利用度为5.4%,AUC为3.6 h·μM。给药剂量增加到30mpk时,24h后,小鼠B细胞中的BTK含量仅剩23%。虽然NRX-0492体现了较优的降解活性以及PK性质,但是在犬和食蟹猴的血中NRX-0492显著的分配到红细胞中(Table 4),研究者认为,这会干扰到对临床安全、有效剂量的预测,因此,研究者对NRX-0492分子做了进一步优化。

为了提高NRX-0492的口服生物利用度以及改善较高的血-血浆分配比,研究者认为linker部分已经在前期工作中进行了优化,此时应首先对CRBN结合片段进行优化,他们认为,这一部分的改造应该会保留IKZF3的降解活性,但是CRBN结合片段去掉一个羰基后,化合物26的体外降解活性更优,但体内的BTK降解相对于NRX-0492更弱了,这与研究者开始的设想不太一致。

研究者进一步设想如果降低PROTAC分子与BTK的二元亲和力不会对其降解活性造成负面影响,那么可以通过降低总的分子量来提高化合物的口服生物利用度。将BTK结合片段中的咪唑啉酮结构去掉后,研究者得到了临床分子NX-2127。

    NX-2127在不同种属的全血-血浆分配比基本一致,同时显示出对TMD8细胞中BTKC481S的DC50为31 nM。尽管NX-2127对小分子抑制剂耐药突变的亲和力降低,但依然保持着对其降解活性,这也说明了PROTAC在开发过程中存在着亲和力与降解活性关联较弱的现象。NX-2127对IKZF1/3存在着相似的降解,可以介导T细胞活化和IL-2的分泌。PK方面,NX-2127相对于NRX-0492在小鼠上具有较优的口服生物利用度,因此尽管NX-2127体外活性较低,但是仍可以产生更高的BTK降解。蛋白组学分析结果显示,NX-2127对BTK的降解具有选择性。

    NX-2127在小鼠口服生物利用度为36%(Table 5),清除率较低,大鼠具有中等清除和较低的口服生物利用度。NX-2127在犬和食蟹猴体内暴露了较低,但仍有较高的BTK降解,展现了PROTAC催化机制产生的效应。

研究者通过在食蟹猴上的14天重复给药研究(Figure 4),确认了NX-2127在体内对BTK和IKZF3的活性。NX-2127通过PO给药,其暴露量为剂量相关,且药物蓄积较弱,且体内BTK和IKZF3降解也呈现剂量相关。

在PD研究中,给与TMD8肿瘤异种移植模型小鼠NX-2127后,肿瘤组织和非肿瘤组织中的BTK降解相似,肿瘤组织中的IKZF1/3也有显著降解(Figure 5)。10、30、90mpk的NX-2127连续给药25天(PO,QD),TGI分别为35%、73%和99%,而30mpk的伊布替尼TGI为55%。在BTKC481S耐药突变模型中,TGI分别为17%、43%和59%,而30mpk的伊布替尼与融媒组并无显著差异。

研究者对NX-2127的安全性进行了评估(Table 6),结果显示NX-2127具有可支持进行临床试验的安全范围。

NX-2127的戊二酰亚胺存在手性,研究者对其两种光学纯化合物在猴和人血浆中的手性转化进行了研究(Figure 6),以支持其戊二酰亚胺消旋体的开发。研究结果显示,NX-2127的戊二酰亚胺单一构型化合物在人和猴血浆中24h后,均发生了外消旋化,且两个异构体比例为1:1。

目前NX-2127已进入到临床I期研究阶段,用于治疗B细胞恶性肿瘤(NCT04830137)。临床数据显示(Figure 7),NX-2127在100mg剂量下,能够降低患者80%的BTK,同时对IKZF1/3和CCL4也有降解作用。

期待更多数据的披露

参考文献:https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c01007

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Protein Degradation
药物化学博士研究僧,不定时分享药化文章
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