前言

       1995年，美國兩個獨立的研究團隊同時發(fā)現(xiàn)了一個新型核受體，能夠微弱的被甲戊二羧酸途徑的中間體法尼醇所激活，因而取名為“法尼醇受體(FarnesoidX receptor，簡稱FXR)”。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，法尼醇受體在肝 臟、膽囊、腸道以及腎 臟中高度表達，而且確認了鵝去氧膽酸(CDCA)才是其真正的內源性配體，隨后，法尼醇受體的信號通路逐漸被揭示出來，并證明了其在肝 臟代謝調節(jié)中的重要作用。

       圖一 法尼醇受體信號通路

       在肝 臟中，F(xiàn)XR主要調控膽汁酸的合成、轉運以及糖、脂代謝相關基因的表達。對膽汁酸的調節(jié)作用主要表現(xiàn)在：腸道中被重吸收后的膽汁酸激活FXR，引起膽汁酸結合蛋白以及FGF19(纖維母細胞生長因子)表達水平的升高，F(xiàn)GF19分泌進入門靜脈循環(huán)，隨后在肝 臟中與FGFR4受體結合，活化MAPK信號通路，進而引起CYP7A1(膽固醇7α羥化酶，是中性膽汁酸生物合成中的關鍵限速酶)表達的下調，以及通過誘導SHP(小異源二聚體伴侶分子)下調CYP7A1的表達，通過這兩條途徑，活化FXR可減少膽汁酸的合成。同時，F(xiàn)XR還可以調節(jié)膽汁酸解毒相關酶的表達，從而促進膽汁酸的泌出，抑制膽汁酸的合成和肝細胞對其的再吸收。另外，活化FXR還能抑制脂肪再生酶系的關鍵轉錄因子(SREBP-1c)的活性，進而達到調控甘油三酯代謝以及脂肪再生的作用。

       基于上述的研究結論，F(xiàn)XR是一個潛在的肝病和脂肪代謝作用靶點，如膽汁淤積相關疾病和非酒精性脂肪肝炎(NASH)。膽汁淤積相關肝病是由膽汁淤積造成的肝損傷，此類疾病發(fā)病率較低，NASH是非常常見的一種慢性肝病，發(fā)病率較高，很容易誘發(fā)肝硬化以及肝癌，而且目前沒有針對該病的特 效藥，患者只能通過飲食控制、減肥來緩解病癥。

       圖二 FXR激動劑

       鑒于FXR顯著的生理調節(jié)作用，很多制藥巨頭參與到了FXR激動劑的開發(fā)中，如禮來、GSK、諾華等。奧貝膽酸是第一個上市的FXR激動劑，由美國Intercept公司開發(fā)，屬于膽汁酸類似物，于2016年5月31日獲得FDA批準上市，適應癥為原發(fā)性膽汁性膽管炎。另外，針對NASH適應癥的臨床研究目前已推進至三期。奧貝膽酸的上市證明了FXR在肝病領域的巨大潛力，然而該藥并不理想，瘙癢反應明顯，個別患者還出現(xiàn)了較為嚴重的心血管事件，除此之外，還會導致血脂指標的紊亂以及心血管疾病的風險提高，如動脈粥樣硬化等，如此大大限制了奧貝膽酸的臨床應用，因此開發(fā)具有選擇性的FXR激動劑，就成了目前最 具前景的方向。

       圖三 異惡唑類非甾體FXR激動劑

       2000年，GSK通過對樣本為9000的化合物庫進行篩選，通過非細胞-結合敏感性測試，得到非膽汁酸異噁唑類FXR激動劑GW4064。該化合物體外測試表現(xiàn)優(yōu)異，然而PK數(shù)據太差(高清除率和低生物利用度)以及潛在的**和光不穩(wěn)定性，主要是結構中的二苯乙烯結構造成的，大大限制了其成藥的可能性，因此，對二苯乙烯結構的優(yōu)化就成為了第一個突破方向。

       圖四 GW4064的初步優(yōu)化

       二苯乙烯結構的構象剛性是實現(xiàn)激動作用的關鍵。它在溶液中僅存在兩種主要的構象，如果還原掉雙鍵后，自由度大大增加，會降低其對FXR受體的轉錄激動作用，因此在對二苯乙烯結構進行優(yōu)化時，要充分保證其構象剛性，因為如果分子的構象數(shù)目眾多，就會導致分子難于以正確的構象與靶分子結合，引起分子-靶點親和力的下降，對于可旋轉鍵數(shù)目在五個或者五個以上的化合物，其晶體結構并不能代表其與蛋白結合的真實構象，此外，同一個藥物的不同構象可能會與不同的靶點分子相結合，導致選擇性降低，引起**和不良反應。對分子進行構象限制的方式有很多種，如柔性鍵可通過成環(huán)固定，柔性鏈可以通過引入雙鍵、三鍵、酰胺、芳環(huán)等剛性官能團進行構象限制，還可以通過立體位阻方式進行構象限制。

       為了簡化合成難度，四個去氯含萘化合物A-D被制備出來，其中A、B分別模擬了GW4064在溶液中的兩種構象，C、D則是為了探究GW4064中的羧基取代位置是否為最優(yōu)位置。從上述數(shù)據可以看出，剛性保持的設計思路是合理的，A為全激動劑且活性和GW4064相近。A、B、C、D四個化合物中，A(GSK8062)的活性最好，證明了GW4064中羧基的取向是合理的。

       GSK8062在體外測試中表現(xiàn)良好，活性與GW4064相近，但光穩(wěn)定性大大提高，在狗和猴子的實驗中，口服生物利用度良好，耐受性在可接受的范圍，該化合物存在的主要問題是中性溶液中溶解性差，其次，在大鼠的實驗中，口服暴露量有限，主要是高的清除率造成。再次，該化合物很難制備得到一個合適的結晶鹽，后續(xù)的優(yōu)化除進一步提高效能外，還需要解決溶解性以及成鹽性問題。

       圖五 萘環(huán)雜環(huán)化

       針對上述問題，將萘環(huán)氮雜化是一個理想的優(yōu)化策略。如圖五所示，將GSK8062的萘環(huán)進行不同位置的氮雜設計，其中化合物A1和化合物A4表現(xiàn)出和GSK8062相近的活性，A1為全激動劑，而A4為部分激動劑，細胞測試顯示兩者的活性相近(A1，EC50=50 nm；A4，EC50=77 nm)，在比格犬、大鼠、小鼠、食蟹猴四種動物上進行的試驗顯示，化合物A1表現(xiàn)出更好的生物利用度和更高的口服給藥后曲線下面積(AUC)，因此，選擇化合物A1作為階段性的優(yōu)化成果，進行更進一步的優(yōu)化(GSK2324)。

       圖六 羧基部分的雜環(huán)化取代

       雖然相比GSK8062，GSK2324的PK有了很大的改善，但是活性并未得到多少提高，從配體-受體蛋白共結晶X光衍射分析，羧酸部分與受體蛋白結合的調整仍然具有較大的優(yōu)化空間，因此，將GSK2324中萘環(huán)部分采用一系列含羧基雜環(huán)取代，以期實現(xiàn)更好的活性(圖六)?；衔顱3和化合物B4的活性相比GSK2324提高了四倍多，比較有意思的是化合物B4和化合物B11相比，結構上僅僅是羧基取代位置的差異，而活性卻相差30倍之多，且B4為全激動劑，而B11僅為部分激動劑，由于種種原因，GSK中斷了此系列化合物的進一步研發(fā)，不過這些發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)異惡唑類FXR激動劑的研發(fā)提供了寶貴的經驗。

       圖七 EliLilly異惡唑類FXR抑制劑

       Eli Lilly在GW4064以及其他相關研究的基礎上，開發(fā)出了含哌 啶環(huán)的異惡唑類FXR激動劑LY2562175，相比GW4064，其體外活性提高了一倍，但是效能僅有40%，為部分激動劑，它的結構與上述提及的化合物B4有很大的相似性，唯一比較大的差別是中間的苯環(huán)被哌 啶環(huán)取代，導致分子的構象自由度增加，效能降低也在預料之中。至于為什么Eli Lilly沒有繼續(xù)保留SP2連接鍵，并未見相關報道，但可以推測，應該是為了提高成藥性而做出的優(yōu)化。

       圖八 Novartis苯并噻吩全激動劑

       Novartis在進行此類FXR激動的優(yōu)化時，保留了LY2562175中的哌 啶環(huán)，將先前的甲基吲哚替換為苯并噻吩，得到一個全激動劑C1(圖七)，其活性相比GW4064提高了一倍多，而且也解決了LY2562175部分激動的問題，但是C1的血漿清除率較高且口服生物利用率極低(6%)，在肝微粒體的代謝研究中，發(fā)現(xiàn)2,6-二氯苯是導致上述問題的關鍵，主要是因為該部分結構優(yōu)良親脂性，通常親脂性優(yōu)異的化合物更容易與體內的代謝酶系發(fā)生作用，引起嚴重的首過效應。

       圖九 2,6-二氯苯優(yōu)化

       在親脂性和代謝穩(wěn)定優(yōu)化中，氟取代是常用的方式，保留C1中的苯并噻吩結構，將2,6-二氯苯的氯原子進行氟取代，得到的三個化合物(圖八)中，C2和C3活性降低比較明顯，且代謝穩(wěn)定性并未得到明顯的提高。C4活性降低了約一倍，但代謝穩(wěn)定性得到了相當明顯的改善，口服生物利用度37%，血漿清除率24mL/min/kg。

       圖十 活性優(yōu)化

       在改善代謝穩(wěn)定性后，C4相對于GW4064活性相似，將哌 啶環(huán)部分用氮雜吖丁環(huán)或吡咯環(huán)取代后，導致活性明顯降低，而消旋的八元氮雜環(huán)取代(C6)活性雖然得到了提高，但代謝穩(wěn)定性較差，不利于成藥。采用莨菪烷取代后(C7)，發(fā)現(xiàn)活性極大的提高，可能是因為莨菪烷的橋環(huán)結構能夠最大限度的保持分子的構象剛性，這也是先前眾多藥物化學家在進行此類化合物優(yōu)化時采用的策略。后續(xù)的核受體選擇性測試和PK試驗中，C7表現(xiàn)優(yōu)異，是一個非常理想的異惡唑類FXR激動劑備選藥物。

       目前化合物C7(LJN452)已推進至臨床二期研究，主要針對膽汁淤積性肝病和非酒精性脂肪肝。2016年，Novartis發(fā)布了LJN452的首次臨床數(shù)據，結果喜人，總共有95名受試者參加了這項研究，接受至少一次劑量的LJN452或匹配的安慰劑，其藥代動力學適合每日一次給藥，劑量依賴的藥效關系顯著！在健康受試者中，LJN452在高達3mg的單劑量下安全性和耐受性表現(xiàn)良好，未觀察到藥物相關的不良反應，多次給藥后未發(fā)現(xiàn)藥物引起的相關瘙癢反應出現(xiàn)，個別受試者出現(xiàn)ALT(谷丙轉氨酶)/AST(谷草轉氨酶)的升高，但并不造成臨床后遺癥，從目前一期臨床數(shù)據來看，表現(xiàn)還不錯，但是具體的情況還要等到后續(xù)二期臨床的數(shù)據，LJN452能否脫穎而出成為下一個FXR激動劑，還需要用事實說話！

       總結

       本文簡要介紹了FXR激動劑LJN452的開發(fā)歷程，以及分子構象剛性設計策略在其開發(fā)中的應用，從最初的先導化合物GW4064到后來的備選藥物LJN452，可謂是一路波折，其中所傳遞出的設計思路，值得我們學習，同時也希望LJN452在后續(xù)的臨床試驗中順利，畢竟肝 臟相關疾病的可用藥物確實相對較少，尤其是非酒精性脂肪肝??！

       圖片如有侵權，請聯(lián)系刪除

       參考資料

       1、 Tully D C, Rucker P V, Chianelli D, et al. Discovery ofTropifexor (LJN452), a Highly Potent Non-Bile Acid FXR Agonist for theTreatment of Cholestatic Liver Diseases and Nonalcoholic Steatohepatitis(NASH).[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2017.

       2、 Maloney P R, Parks D J, Haffner C D, et al. Identificationof a chemical tool for the orphan nuclear receptor FXR.[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2000, 43(16):2971-2974.

       3、 Akwabiameyaw A, Caravella J A, Chen L, et al.Conformationally constrained farnesoid X receptor (FXR) agonists: alternative replacements of the stilbene.[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2011, 21(20):6154-6160.

       4、 Bass J Y, Caldwell R D, Caravella J A, et al. Substituted isoxazole analogs of farnesoid X receptor (FXR) agonist GW4064.[J]. Bioorganic& Medicinal Chemistry Letters, 2009, 19(11):2969-2973.

       5、 Genin M J, Bueno A B, Francisco J A, et al. Discovery of 6-(4-{[5-Cyclopropyl-3-(2,6-dichlorophenyl)isoxazol-4-yl]methoxypiperidin-1-yl)-1-methyl-1H-indole-3-carboxylicAcid: A Novel FXR Agonist for the Treatment of Dyslipidemia[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2015, 58(24):9768.

       6、 Bass J Y, Caravella J A, Chen L, et al. Conformationallyconstrained farnesoid X receptor (FXR) agonists: Heteroaryl replacements of the naphthalene.[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2011, 21(4):1206-1213.