圖1  PPI和TAK-438的作用機(jī)制比較

自20世紀(jì)80年代以來，一些制藥公司試圖開發(fā)P-CAB，但是由于它們的功效和肝毒性^[1-2]，通過探索性研究，發(fā)現(xiàn)“最終的酸抑制劑”克服PPI的局限性，同時(shí)消除了以前開發(fā)的P-CAB表現(xiàn)出的不足的效率和潛在的肝毒性。

為了發(fā)現(xiàn)一種新的酸抑制劑，研究者自2003年以來采用高通量篩選（HTS）方法評價(jià)了560 000種化合物，成功鑒定了吡咯衍生物弱H⁺，K⁺-ATP酶抑制活性，但在酸性條件下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。該吡咯衍生物表征為相對堿性的結(jié)構(gòu);磺�；�位于1-位，在5-位的芳環(huán)和乙基-氨基-甲基官能團(tuán)位于吡咯環(huán)的3-位。此外，它具有低分子量和結(jié)構(gòu)變化范圍大的優(yōu)點(diǎn)，而其化學(xué)結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，并且對于酸抑制劑是前所未有的。研究者將命中化合物1作為后續(xù)研究對象，并命名為HTS Hit Compound 1，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2  HTS hit compound 1和其它報(bào)道的P-CAB化學(xué)結(jié)構(gòu)

研究者評估了命中化合物的潛力，對吡咯衍生物進(jìn)行了合成研究，并評估了構(gòu)效關(guān)系（SAR）（見圖3）（表1）^[3]。首先，合成化合物2以證明吡咯環(huán)5位上的堿性SAR（必需的亞結(jié)構(gòu)），使得化合物活性得以維持。接下來，當(dāng)3-位上的N-乙基氨基甲基變?yōu)镹-甲基氨基甲基時(shí)，其活性在體外增加超過十倍。另外，化合物3（1mg▪kg^-1，靜脈內(nèi)）在大鼠中抑制66％的酸分泌。與Na⁺，K⁺-ATP酶相比，它還顯示出對H⁺，K⁺-ATP酶的高選擇性。此外，動力學(xué)研究表明H⁺，K⁺-ATP酶相對于K⁺的競爭性抑制，表明該化合物是P-CAB。因此，隨著其對酶的活性增加導(dǎo)致顯著的酸分泌抑制，以及高的酶選擇性，化合物可能是作為P-CAB的一款有期望的酸抑制的良好候選物。

圖3  HTS hit compound 1 的效力改善

表1  HTS hit compound 的SAR研究過程

此后，選擇化合物3作為先導(dǎo)化合物（lead 1），并綜合研究其SAR。因此，N-甲基氨基甲基在3位（R3部分）表現(xiàn)出特別有效的抑制活性，在1位（X和R1部分）有利于與磺�；�直接連接的芳香環(huán)，直接連接的芳環(huán)在5位（R5部分）是理想的。此外，當(dāng)引入2位（R2部分）和4位（R4部分）的取代基時(shí)，活性沒有顯著改善（見圖3）。

在SAR過程中，也具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)和人體代謝穩(wěn)定性的化合物4（1mg▪kg^-1），顯示比蘭索拉唑（90％抑制）更強(qiáng)的酸抑制作用（95％抑制）。盡管化合物4顯示具有幾種不期望的ADME-Tox性質(zhì)，例如細(xì)胞毒性，hERG抑制和升高的磷脂�。≒LS）風(fēng)險(xiǎn)，但它仍被作為一種潛在的先導(dǎo)化合物。

由于新的候選化合物的優(yōu)化方向不夠直接和明確，基于化合物（lead 2）先導(dǎo)優(yōu)化一直在持續(xù)進(jìn)行。ADME-Tox數(shù)據(jù)的檢查通常不對較低活性的化合物進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)實(shí)際測量的log D值和體外細(xì)胞毒性數(shù)據(jù)之間具有相對清楚的相關(guān)性。此外，還觀察到測量的log D值和hERG抑制之間的輕微相關(guān)性，具體見圖4。

圖4 吡咯衍生物的測定log D值和體外毒性數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性

基于這些發(fā)現(xiàn)，研究者能夠形成一種假設(shè)，即通過顯著降低其logD值，可以顯著改善吡咯化合物的ADME-Tox分布。但存在兩個(gè)重大問題。一個(gè)問題是合成方法不可能引入極性基團(tuán)進(jìn)入吡咯環(huán)的1-位，主要由于其較低的化學(xué)反應(yīng)性。另一個(gè)問題是低log D化合物的體內(nèi)活性顯著降低。開發(fā)一種使用15-冠-5作為添加劑的新合成方法解決了前述問題，從而可以在吡咯環(huán)的1位引入各種極性基團(tuán)。研究者嘗試使用結(jié)構(gòu)和體內(nèi)有效性/體外毒性數(shù)據(jù)之間的關(guān)系解決后一問題，即集中在吡咯環(huán)1位上的極性基團(tuán)的位置，然后用吡咯環(huán)的5位。最終確定了3-吡啶基作為最佳取代基之一，大大降低了log D值^[4]。

新設(shè)計(jì)的化合物，并計(jì)算配體親脂性效率（LLE = pIC₅₀-logD）值作為藥物相似性的指標(biāo)，具體見表2。

圖5  通過優(yōu)化選擇化合物6（TAK-438，富馬酸伏諾拉生）

表2從lead compound 4優(yōu)化吡咯衍生物

作為評價(jià)各種合成化合物的結(jié)果，將3-吡啶基引入R1部分得到化合物5（見圖5），其顯示0.73的低log D值。它還大大降低了細(xì)胞毒性和磷脂沉積的風(fēng)險(xiǎn)，而沒有顯著降低體內(nèi)效率。另外，其中將2-F-Ph基團(tuán)引入R5部分的化合物6產(chǎn)生較低的log D值為0.39，同時(shí)保持強(qiáng)的H⁺，K⁺-ATP酶抑制活性。此外，它在大鼠中顯示出強(qiáng)的效力，并在狗中顯示出顯著的口服活性�；�合物6的配體親脂性效率LLE評價(jià)值較高，其值為7.3，并且hERG抑制的風(fēng)險(xiǎn)也大大降低。因此，該化合物適當(dāng)?shù)販p小了體外ADME-Tox特征的關(guān)注。

作為對比，具有不同位置的F原子的化合物7和8顯示比化合物5更高的logD值。然而，這些化合物在其效率和ADME-Tox性質(zhì)方面略顯不足。

因此，研究者選擇化合物6（TAK-438，富馬酸伏諾拉生）作為開發(fā)的候選化合物（見圖5）。

在后續(xù)的試驗(yàn)中，TAK-438不僅在臨床前研究中，同樣也在臨床試驗(yàn)中成功的取得了期望的結(jié)果。在臨床研究中，TAK-438具有良好的安全性和良好的耐受性。

1、本文主要參考János Fischer and Wayne E.Childers所撰寫的書籍Successful Drug Discovery Volume 2中的第10部分Discovery of Vonoprazan Fumarate (TAK-438) as a Novel, Potent and Long-Lasting Potassium-Competitive Acid Blocker。

2、該文章僅代表筆者個(gè)人對于新藥開發(fā)的一些想法和理解；歡迎各位老師批評指正。

1.Parsons, M.E. and Keeling D.J. (2005) Novel approaches to the pharmacological blockade of gastric acid secretion. Exp. Opin. Investig. Drugs, 14, 411–421.

2.Kahrilas, P.J., Dent, J. and Lauritsen, K.(2007) A randomized, comparative study of three doses of AZD0865 and esomeprazole for healing of refluxl esophagitis. Clin. Gastroenterol. Hepatol.,5, 1385–1391.

3.Nishida, H., Hasuoka, A., Arikawa, Y. et al. (2012) Discovery, synthesis, and biological evaluation of novel pyrrole derivatives as highly selective potassium-competitive acid blockers. Bioorg. Med. Chem., 20, 3925–3938.

4.Arikawa, Y., Nishida, H., Kurasawa, O. et al. (2012) Discovery of a novel pyrrole derivative 1-[5-(2-fluorophenyl)-1-(pyridin-3-ylsulfonyl)-1H-pyrrol-3-yl]-N-methylmethanamine fumarate (TAK-438) as a Potassium-Competitive Acid Blocker (P-CAB). J. Med. Chem., 55, 4446–4456.

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