內蒙古玉嘧磺胺藥物發現 | AZD4205：一種高選擇性JAK1抑制劑：

內蒙古玉嘧磺胺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，其在許多細胞因子的信號傳遞過程中起著樞紐的作用。因為JAK在先天和獲得性免疫以及造血方面都發揮著關鍵作用，所以自從20世紀90年代初發現以來，JAK作為新藥的靶點已經引起了人們廣泛的興趣。JAK主要是通過JAK-STAT通路來發揮作用（圖1）。細胞因子與受體結合導致JAK活化和JAK及其相關受體磷酸化。受體的磷酸化反過來通過它們的SH2結構域啟動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移到細胞核，在那里它們與特定的DNA結合位點結合，調節基因轉錄，從而引起細胞功能的變化。重要的是，由于JAK/STAT周圍沒有已知的補償途徑，所以JAK在調節相關細胞因子的信號傳導方面是必不可少的。

與JAK家族的其他成員一樣，JAK1也包含七個同源域和四個結構域，其中激酶結構域能夠與ATP相結合，引起STAT的磷酸化，使其暴露入核信號，進入細胞核，從而調節一系列的生理活動。JAK1過度激活會引起免疫、炎癥和癌癥等相關疾病。因此，針對JAK1的抑制劑可以用于治療風濕性關節炎、克羅恩病，強制性脊柱炎以及潰瘍性結腸炎等。到目前為止，艾伯維批準的Upadacitinib是FDA批準上市（2019年8月）的頭一個JAK1選擇性抑制劑，用于治療中重度活動性風濕性關節炎。此外，輝瑞的Abrocitinib、吉利得和GLPG共同研發的Filgotinib、恒瑞的SHR0302，作為JAK1選擇性抑制劑，正處在臨床研發階段。

近日，阿斯利康的一篇關于JAK1小分子抑制劑AZD4205的文章在JMC上發表，該化合物對于JAK1具有高活性和高選擇性，藥代動力學特性以及抗腫瘤活性良好，可以做進一步的開發。[2]

設計思路與改造過程：在文中，內蒙古玉嘧磺胺作者首先對高選擇性的JAK1抑制劑化合物2（JAK1 IC50=0.02μM,JAK2 IC50=2.4 μM）與JAK1的共晶結構（圖2）進行了分析，發現化合物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部分與Leu881、Val889和Leu1010形成疏水相互作用，氰基則占據了由Leu1010和Gly1020形成的小的口袋。值得注意的是，在化合物2與JAK1的共晶結構中看到了一個具有清晰的電子密度的P環區。一般來說，激酶中的P環是非常靈活的，即使在高分辨的蛋白激酶結構中也難以觀察到這個區域的電子密度，而這一現象則表明了化合物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JAK1具有高選擇性的原因，因為在疏水口袋區域，2的氯氰基苯基和JAK1中His885的咪唑側鏈之間存在有效的π?π堆積作用，而JAK2中該部位對應的殘基是Asp，不會產生堆積作用。

作者通過高通量篩選得到了對于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蛋白的對接結果（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的結合模式進行疊加以后，發現吲哚環7位上的的取代可能會指向P環，從而占據上述所提到的對JAK1具有選擇性的口袋。

因此，作者設計了含有合適連接基的7-取代吲哚類似物，使芳香環延伸到選擇性口袋，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Linker的化合物4對于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提高JAK1的選擇性至關重要。所以，嘧啶環2位上吡唑的鄰位取代基可能會降低化合物對于JAK2的活性，提高對于JAK1的選擇性。接下來對嘧啶環2位取代基進行了探索，合成了化合物5，化合物5在維持對JAK1的活性的同時將選擇性提高到了122倍。同時，環丙酰胺也被認為能夠與JAK1鉸鏈區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2位上的取代基換為2-甲氧基-1-甲基氨基吡唑，并對Linker進行了探索。內蒙古玉嘧磺胺而將Linker設計為芐胺或者反轉酰胺后，在活性和溶解性上都不能令人滿意，表明化合物5的酰胺是合適的Linker。