諾獎靶點HIF-2α的新藥發現與專利布局

2019年的諾貝爾生理學或醫學獎授予了美國哈佛醫學院分子生物學家William Kaelin Jr、英國牛津大學分子生物學家Sir Peter John Ratcliffe和美國約翰霍普金斯大學遺傳學家Gregg L. Semenza，以表彰他們在發現「細胞如何感知和適應氧氣供應」方面的成就。該諾獎級的研究成果為貧血、心血管疾病、肺部、黃斑退行性病變及腫瘤等多種疾病提供新的治療思路，其關鍵發現便是缺氧誘導因子（Hypoxia-Inducible Factors，HIF）轉錄複合體。

HIF是感應氧濃度變化的關鍵，其家族成員包括HIF-1α、HIF-1β、HIF-2α、HIF-2β、HIF-3α、HIF-3β。HIF由兩種不同的DNA結合蛋白組成（HIF α和HIF β）。在正常條件下，HIFα在脯氨醯羥化酶（PHD）的作用下被羥基化修飾，修飾後的HIFα又被泛素化降解，使得細胞內的HIFα維持低表達水平。在低氧狀態下，HIFα被保護免於降解，與HIFβ及低氧調節基因中的特定DNA 序列（HRE）結合來激活下遊基因的表達。

HIF-2α活性異常是透明細胞腎細胞癌（ccRCC）等癌症的關鍵致癌驅動因素。這些癌症的標誌性特徵是HIF-2α蛋白的過度積累，通常是由於VHL失活所致。造成VHL失活的主要因素包括遺傳易感性、體細胞突變或甲基化等。作為轉錄因子，HIF-2α長期以來一直被認為是不可靶向的，因為轉錄因子大多缺少跟小分子抑制劑的結合位點。但是，美國德州西南醫學中心的科研人員發現了HIF-2α中的一個結合腔，該區域對於實現功能性HIF-2α與HIF-1β異二聚體化組裝至關重要，而該蛋白相互作用可能被小分子抑制劑阻斷。在HIF-2α的PAS-B結構域內發現的結合腔的空間大約有290Å3。

HIF-2α靶點在研藥物及分子結構設計亮點

提及HIF-2α靶點就不得不介紹該領域的先驅公司Peloton Therapeutics。美國德州西南醫學中心的研究人員經過初步篩選得到了HIF-2α抑制劑的先導化合物，隨後成立了Peloton Therapeutics公司進一步開發HIF-2α別構抑制劑。2016年，Peloton的研究人員陸續發表了兩篇《自然》文章、一篇《癌症研究》文章，引起轟動，在臨床前細胞及動物模型中驗證了先導化合物PT2399的有效性，這也是Peloton Therapeutics公司對HIF-2α靶點新藥研發的主要貢獻。

PT2399結構式

在先導化合物PT2399基礎上，Peloton Therapeutics利用基於結構的藥物設計（SBDD）方法進行分子結構優化，通過使用假定的助色基團n→π* 電子躍遷、芳基相互作用、羥基部分的構象限制以及靠近羥基的氟化作用的顯著影響來指導早期類似物設計，採用共晶結構分析描述了PT2385與HIF-2α的結合特徵，在PK/PD、功效、PK和代謝物譜分析序列中最終確定了PT2385作為臨床候選藥物，這是第一個進入臨床開發的HIF-2α拮抗劑。

PT2385在晚期ccRCC患者中完成了初步的安全性驗證，並且顯示了臨床有效性。但是葡萄糖醛酸苷代謝物的嚴重影響限制了PT2385的劑量。Peloton Therapeutics公司的研究人員通過將PT2385中的雙鏈二氟基團更改為鄰二氟基團，提高了抑制HIF-2α活性，減少了二期代謝，降低親脂性並顯著改善藥物分子的藥代動力學特性，最終得到了暴露劑量相比PT2385有顯著提高的PT2977。不僅如此，PT2977的臨床劑量使用也低得多，且每天只用一次給藥。

表1 HIF-2α靶點在研藥物

來源：醫藥魔方NextPharma

Peloton Therapeutics公司原本計劃2019年5月IPO上市，但就在IPO的前幾天，默沙東的收購報價打動了Peloton公司的董事會，進而以10.5億美元首付款、11.5億美元裡程金將後者收入囊中，PT2977也有了新的研發代碼MK-6842。默沙東目前正在開展治療晚期RCC的III期臨床試驗（MK-6482-005，NCT04195750）。

HIF-2α靶點相關專利分析

通過分析Peloton公司HIF-2α靶點專利，發現PT2385與PT2977基本都在同一件專利申請中。

數據說明：同族專利按照CN＞US＞EP＞JP順序選取，若存在多件已授權專利則納入分析範圍。

其中：

• 專利CN105530923B的權利要求12保護了PT2385、權利要求13保護了PT2977、權利要求16保護了化合物在製備用於治療腎細胞癌(RCC)的藥物中的應用；
• 專利申請US2018049995A1的權利要求1要求保護PT2385晶型A、權利要求19要求保護PT2385晶型B；
• 專利申請WO2020092100A1的權利要求1要求保護PT2977與賦形劑形成的口服膠囊劑或片劑；
• US10278942B2權利要求14保護了HIF-2α抑制劑PT2385、PT2977治療肺動脈高壓(PAH)的方法；
• US10512626B2權利要求14保護了HIF-2α抑制劑PT2385、PT2977治療膠質母細胞瘤的方法；
• WO2019191227A1權利要求43要求保護HIF-2α抑制劑PT2385、PT2977減輕消化系統的炎症的方法；
• US10335388B2權利要求20保護了HIF-2α抑制劑PT2977與免疫治療劑PD-1、CTLA-4抑制劑組合治療黑素瘤、腎細胞的方法；
• US10786480B2權利要求17保護了HIF-2α抑制劑PT2385、PT2977與免疫治療劑的組合治療非小細胞肺癌、前列腺癌、肝細胞癌、頭頸部鱗狀細胞癌和乳腺癌的方法（權利要求22單獨保護PT2977與免疫治療劑的組合治療癌症的方法）。

5件化合物專利申請的時間軸如下：

從優先權日2013-09-09開始布局第一件專利到2016-06-08申請的第5件專利，Peloton公司一直在修飾結構（從母核到側鏈）始終都在尋找最優化合物結構。

5件化合物專利的結構修飾過程如下：

第一步：改造PT2385，將取代基F原子位置變換得到PT2977；

第二步，改造母核，將茚基變更為苯並噻吩基、茚並噻吩基；

第三步，對O原子連接的取代基進行修飾，將苯基變更為環丁基。

結語

美國德州西南醫學中心的研究人員從最初發現HIF-2α的可靶向結合腔，到篩選優化先導別構抑制劑，成立Peloton公司並最終把候選化合物推向臨床，完成有效性臨床概念驗證，是一個科研成果臨床轉化的成功範本。

利用基於結構的藥物設計（SBDD）方法修飾、改進結構開發小分子藥物的思路值得推薦。Peloton公司針對HIF-2α靶點化合物結構的專利申請布局比較完整，覆蓋了母核、側鏈取代基修飾的範圍；默沙東收購Peloton，靶點新穎、臨床概念驗證有效，期望靶向HIF-2α的別構抑制劑最終臨床試驗成功，為腎細胞癌末線患者帶來新穎的治療方案；更希望靶向HIF-2α的療法能夠推到腎細胞癌前線療法，保持甚至提高療效、降低靶向VEGFR的心臟毒副作用。

參考文獻

[1] Yancheng Yu, Quanwei Yu, Xiaojin Zhang,et al., Allosteric inhibition of HIF-2α as a novel therapy for clear cell renalcell carcinoma, Drug Discovery Today, Volume 24, Issue 12, December 2019, Pages2332-2340.

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[3] Xu R, Wang K, Rizzi JP, et al. 3‑[(1S,2S,3R)‑2,3-Difluoro-1-hydroxy-7-methylsulfonylindan-4-yl]oxy-5-fluorobenzonitrile(PT2977), a Hypoxia-Inducible Factor 2α(HIF-2α) Inhibitor for the Treatment of Clear Cell Renal Cell Carcinoma,Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62(15):6876-6893