淺談口服GLP-1受體激動劑
作者: Drug Hunter
最近，華東醫藥獲得美國vTv公司全球首創(first-in-class)小分子口服GLP-1R激動劑TTP273在中國、韓國、澳大利亞等16個國家和地區的知識產權和商業化權利的獨家許可。本次華東醫藥引入降糖新葯TTP273，其最大的亮點在於已上市的GLP-1R激動劑均為多肽注射劑，而TTP273為first-in-class的小分子非肽類口服劑型，預計上市后能改善患者用藥便利性和順應性，覆蓋更多的糖尿病患者。自2005年起FDA相繼批准上市了多個GLP-1R激動劑，包括艾塞那肽、利拉魯肽等，其中利拉魯肽2016年實現了全球銷售收入29.8億美元，在GLP-1R激動劑市場中佔61.7%，處於絕對領先的地位。隨著一周給葯一次的索馬魯肽獲批，更是將GLP-1R激動劑類降糖藥物推向了新的高潮，同時也提出了新的更高的挑戰：獲得可口服的GLP-1R激動劑將極大地滿足患者需求，擴大GLP-1R激動劑的應用市場。
小分子非肽類GLP-1R激動劑
在研究可供口服的藥物方面，研究人員最先想到的就是開發小分子藥物，在以多肽為主導的GLP-1R激動劑領域也同樣不例外。2007年，Knudsen等利用競爭結合實驗，篩選了大約50萬個化合物，發現了一系列喹喔啉類小分子GLP-1受體激動劑(如化合物1，圖1)，在野生型小鼠體內，化合物1能夠以葡萄糖依賴性地方式促進胰島素分泌，而對GLP-1R敲除小鼠則無明顯作用。Sloop等基於嘧啶環母核結構設計了GLP-1R激動劑2，該化合物能夠提高cAMP水平，從而血糖依賴性地刺激胰島素分泌，但受體親和力仍較低。Gong等對1000種雜環衍生物進行篩選后發現咪唑並吡啶類衍生物3和4在GLP-1R高表達的HEK293細胞上具有較高激動活性。Sexton等設計併合成了檞皮素樣黃酮類衍生物5，其對GLP-1R具有正向變構調節作用，在GLP-1和Ex-4的誘導下能夠選擇性調節Ca2+濃度而不改變cAMP信號。
圖1.小分子非肽類GLP-1R激動劑
上海藥物研究所王明偉課題組針對GLP-1R，建立了相應的分子和細胞水平高通量藥物篩選模型，並應用於大規模化合物庫的篩選。通過對5萬個化合物的篩選和後續研究，發現某些環丁烷類化合物具有潛在的GLP-1R激動活性，能夠被GLP-1R拮抗劑Ex-4(9-39)所阻斷。其中化合物6(Boc5)在HEK293-rGLP-1R細胞中的EC50為2.73μM，對受體的親和性Ki值為1.47μM。Boc5激活GLP-1R能刺激腺苷酸環化酶，使胞內cAMP水平升高並活化PKA，激活一系列下游信號通路。此外，Boc5口服給葯有效，抑制小鼠攝食ED50約為80mg/kg，體內半衰期為7.5h。在db/db小鼠體內，能夠劑量依賴性地降低血糖、減少進食及控制體重，治療3-4周后可使糖化血紅蛋白(HbA1c)和糖耐量試驗趨於正常化。Dong-A製藥公司的研究人員設計併合成了2-硫喹啉衍生物7，在小鼠IPGTT實驗中，口服給予化合物7能夠以血糖依賴性的方式刺激胰島素分泌。Ahn等模擬多肽三維結構，通過合理設計構建了GLP-1模擬分子，開發了一系列構象限制型GLP-1類似物，採用tris-苯甲醯胺螺旋結構模擬GLP-1螺旋片段，設計合成得到的GLP-1多肽模擬物8表現出一定程度的GLP-1R親和力和激動活性，EC50為130nM。
圖2.小分子非肽類GLP-1R激動劑TTP-054
vTv Therapeutics公司(舊稱TransTech Pharma)運用其小分子藥物研發平台「TTPTranslationalTechnology」發現了一系列非肽類、高選擇性GLP-1R激動劑，典型結構TTP-054如圖2所示(即華東醫藥TTP273的結構類似物)。TTP-054的體外細胞激動活性EC50為65nM，最大激動效應為GLP-1[7–36] NH2的82%(WO2009/111700)。但是，我們不妨再細看TTP-054的結構，不難推測這類化合物可能具有明顯的成藥性缺陷(分子量880，高親脂性)，從而影響其口服生物利用度。對此，vTv公司也做了大量的口服製劑研究改善其生物利用度(WO2011/031620)。此外，vTv公司的研究人員也將TTP-054中間三環片段的嗎啡啉酮結構替換為二氫吡喃片段進行了系統的探究(WO2010/114824)。
肽類GLP-1R激動劑口服製劑
通過細胞旁路途經能夠極大地改善多肽類藥物的口服生物利用度，同時由於細胞連接部位提供了一個缺乏蛋白水解酶的水性環境，從而減少了多肽類藥物吸收轉運過程的酶水解失活。所用的輔助促滲劑通常是一些安全性較高的表面活性劑，如中鏈脂肪酸衍生物的鹽，通過與多肽類藥物之間通過非共價結合從而促進多肽類藥物的細胞旁路途經吸收。最典型的輔助促滲劑N-[8-(2-hydroxybenzoyl)amino] caprylate(SNAC，10)已經廣泛用於製備可口服的胰島素及GLP-1R激動劑，並圍繞其開發成了非常完善的Eligen®傳遞系統。艾塞那肽口服製劑ORMD-0901(100μg)在狗體內降糖效果與注射給予2.5μg的艾塞那肽相當。此外，一周給葯一次的索馬魯肽也運用了Eligen®傳遞系統開發了口服製劑(WO2012/098187)，目前處於三期臨床研究，已有研究結果表明每天口服給予索馬魯肽(40mg)能達到每周皮下注射1mg索馬魯肽的療效。連續給葯12周，不同劑量的口服索馬魯肽能夠降低HbA1c0.9-1.3％，減重0.5-4kg。
圖3.Eligen®傳遞系統輔助促滲劑SNAC
肽類GLP-1R激動劑主動運輸
由於肽類GLP-1R激動劑的被動運輸有著諸多技術挑戰，不少研究人員通過在多肽片段中綴合主動轉運底物，試圖通過主動運輸途徑改善多肽類藥物的口服生物利用度。生物素是SMVT轉運體底物，Chae等據此設計了一系列GLP-1–生物素綴合物：GLP-1[7-36] NH2通過與生物素-NHS反應得到K26，K34-雙乙醯化綴合物11(DB-GLP-1)，相應的，GLP-1 [7–36]NH2也能在Lys34位點採用PEG化的生物素進行區域選擇性醯化得到K26-生物素-K34-PEG化生物素GLP-1綴合物(簡稱DBP-GLP-1)。DB-GLP-1及DBP-GLP-1能夠以葡萄糖依賴性的方式促進胰島素分泌，同時耐DPPIV酶的穩定性分別提高了2.4及9.9倍，其中，DBP-GLP-1口服給葯后具有一定程度的血葯濃度，能明顯改善小鼠血糖水平。
圖4.GLP-1-生物素綴合物11(DB-GLP-1)結構
維生素B12也是常用於複雜藥物主動攝取的底物分子，其能夠運用於GLP-1類綴合物的設計具有三個可行性因素：①儘管維生素B12的分子較大，剛性強結構複雜，但是構效關係研究表明GLP-1類激動劑能夠容納各不相同的綴合小分子，結構較大的綴合物對其受體激動活性影響有限；②GLP-1R屬於膜蛋白，位於細胞膜表面，無需透過細胞膜發揮生物效應；③GLP-1多肽類激動劑活性較強，能夠部分補償維生素B12有限的主動轉運損失。基於上述設想，Clardy-James等在K34RGLP-1 [7–36]NH2的Lys26位點進行選擇性維生素B12衍生化得到綴合物12。化合物12與原型肽K34RGLP-1 [7–36] NH2的受體激動活性相當，然而，遺憾的是，研究人員並沒有評估該化合物的體內活性。
圖5.GLP-1-維生素B12綴合物12
總結與展望
隨著肽類GLP-1R激動劑類重磅產品的專利相繼到期，及周製劑產品的不斷完善，相關葯企急需通過口服製劑擴充產品線，加強重磅產品外圍專利壁壘。儘管當前的口服GLP-1R激動劑仍有較大的可提升空間，但近期的研究態勢和臨床結果展現出足夠多的成功希望。讓我們拭目以待，看各大葯企從肽類注射劑陣地轉向口服GLP-1R激動劑的主戰場，將來我們中的許多人，或置身事外，如看一場精彩的電影，給自己的研究領域提供足夠的經驗啟示，或置身其中，成為口服GLP-1R激動劑研究戰場的主角。