BTK可逆共价抑制剂的设计、合成及抗关节炎活性研究

Rheumatoid arthritis (RA) is a long lasting autoimmune disorder that primarily affects joints. It typically results in warm, swollen, and painful joints. Studies have shown that Bruton tyrosine kinase (BTK) is effective target of B cell associated autoimmune disease. Ibrutinib has already get proof of concept in RA, lupus erythematosus and autoimmune nephrosis, but not been approved by FDA for the treatment of autoimmune diseases due to its "off-target" risk and side effects. Therefore, we propose that cyano group could replace acrylamide as reversible covalent bonding warhead to design and synthesis BTK reversible covalent inhibitors, not only for the "moderate" BTK inhibition but also for the reduction of "off-target" risk. After verifying the reversible covalent bonding mechanism，multidisciplinary research including molecular biology, cell biology, molecular pharmacology, pharmacokinetics and computational chemistry will be integrated on discover high efficiency and low toxicity candidate compounds. With the best expectation that the development of BTK reversible covalent inhibitor will lay a foundation for the treatment of RA and other autoimmune diseases.

类风湿性关节炎等是由于机体对自身抗原发生免疫反应而导致关节病变的自身免疫性疾病，临床亟需安全有效的治疗药物。研究表明Bruton酪氨酸激酶（BTK）是与B细胞功能相关的自身免疫性疾病的有效靶点。现阶段，以Ibrutinib为代表的BTK抑制剂虽然已在类风湿性关节炎、红斑狼疮和自免疫性肾病得到概念验证，但由于“脱靶”效应和毒副作用而未被FDA批准为自身免疫性疾病临床用药。为此，本课题提出以氰基取代丙烯酰胺为可逆共价结合弹头，设计、合成新型BTK可逆共价抑制剂，期望对靶标“适度”抑制的同时降低“脱靶”效应和毒副作用。课题组在验证目标化合物与BTK可逆共价结合机制的基础上，将进一步综合应用分子生物学、细胞生物学、分子药理学、药代动力学、计算机模拟等多学科知识进行生物活性研究，力争获得低毒高效的抗关节炎候选化合物，为开发临床治疗类风湿关节炎等自身免疫性疾病的BTK抑制剂药物奠定基础。

项目背景. BTK是B细胞行使免疫功能的关键因子，为治疗类风湿性关节炎等自身免疫性疾病的有效靶标。本项目将可逆共价的理论应用到新型BTK抑制剂的开发中，在增强药效的同时降低“脱靶风险”和毒副作用，未来可能在类风湿性关节炎等自身免疫性疾病的治疗领域形成优势。.主要研究内容. （1）结合临床药物RN488等结构特征，设计合成一系列五元芳环并嘧啶母核结构的BTK不可逆抑制剂；. （2）经Ramos细胞和BTK激酶活性测试，选择活性较好的母核结构，结合RN488的结构将Front group中的苯环换为吡啶环合成了一系列新型化合物；. （3）对二次设计化合物进行活性筛选，采用分子对接手段研究药物与蛋白的结合方式，同时选择活性较优化合物测试其BTK激酶及其相关的上、下游信号通路的磷酸化；. （4）采用弗氏佐剂与II型骨胶原蛋白诱导的大鼠关节炎模型进行体内活性测试，容积法检测大鼠足爪肿胀度并检测大鼠体内血清细胞因子的含量，评价了化合物的抗关节炎效果。.重要结果、关键数据及其科学意义. 项目研究结果显示设计的“可逆共价”弹头对丙烯酰基双键亲电反应能力进行较好的平衡，对BTK靶点进行“适度抑制”，从而获得高选择性、高效低毒的BTK可逆共价抑制剂，为BTK抑制剂的开发提供“可逆共价”的新作用机制和新研究方向。本课题的核心专利《一类吡咯并[2,1-f][1,2,4]三嗪母核化合物的合成及其医药用途，ZL201610871478.0》获得授权。同时，在 European Journal of Medicinal Chemistry 上发表 The development of Bruton’s tyrosine kinase (BTK) inhibitors from 2012 to 2017: a mini-review., 2018:315-326.的综述论文。截止2019年底，在本项目的资助下，共发表论文9篇，授权美国发明专利6项，授权日本发明专利1项，授权中国发明专利8项。相关专利转让3项，交易金额共计27万元。本项目完成期间培养硕士研究生3名，3人均获硕士研究生国家奖学金、校级优秀硕士毕业论文和研究生高水平科研成果奖等荣誉，其中2人被评为优秀硕士毕业生。