FDA 批准的38个激酶小分子抑制剂汇总分类、耐药机制及研发新动向

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FDA 批准的38个激酶小分子抑制剂汇总分类、耐药机制及研发新动向

撰文 |紫薯

2018年1月15日

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FDA 批准的38个激酶小分子抑制剂汇总分类、耐药机制及研发新动向

经过2016年的低迷,2017年迎来靶向激酶小分子制剂审批的大爆发,总共7个新的小分子实体激酶抑制剂获批,打破历年审批数量的记录。

迄今为止,FDA总共批准了38个小分子激酶抑制剂SMKI)。蛋白激酶已经取代GPCR成为最重要的疾病干预靶点。我们对蛋白激酶小分子抑制剂进行汇总分类更新,并对激酶抑制剂的耐药机制和研发新动向进行小结。

蛋白激酶

蛋白激酶是细胞生命活动的重要信使,可催化将ATP末端的γ磷酸基团转移至底物上,通过影响底物的结构和活性,从而传递各种胞外信号,以对外在刺激作出适当反应。在大多数情况下,这一磷酸化反应发生在蛋白激酶的丝氨酸(ser)、苏氨酸(thr或酪氨酸(tyr)残基上。磷酸化调控生命活动在进化上非常古老,可以追溯到10 亿年前的单细胞原核生物。

在人体中发现了518种蛋白激酶,而编码具有激酶活性蛋白的基因则高达900个,占人类基因组的约2%。蛋白激酶参与了众多的生理调控过程,包括细胞存活、增殖、分化、凋亡、代谢等。药理学及病理学研究表明,蛋白激酶的功能失调与很多疾病密切相关,包括肿瘤、自身免疫、炎性反应、中枢神经系统疾病、心血管疾病及糖尿病等等。

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1.蛋白激酶的功能机理与分类

对于蛋白激酶的研究始于20世纪50年代。随着70-80年代酪氨酸激酶的发现,有关小分子激酶抑制剂的研究开始迅速发展,对阐明激酶的功能及作用机理起了重要作用,同时激酶抑制剂也成为重要的药物开发热点之一。

造成蛋白激酶活性失调的主要因素包括基因突变、染色体重排融合、过量或失量表达等。过去的二三十年间,蛋白激酶已经被证明是一个理想的药物干预靶点。

小分子激酶抑制剂分类、汇总

蛋白激酶主要分为两大类,即丝氨酸/苏氨酸激酶和酪氨酸激酶。有时,蛋白激酶也可以分为7类,即AGC 激酶类包括PKA、PKCPKGCaM 激酶类包括钙调蛋白酶;CK1 包括酪蛋白1CMGC 包括 CDK、MAPK、GSK3 CLKSTE ; TK 酪氨酸激酶类;TKL类。还可进一步细分,例如,根据酪氨酸激酶是否存在于细胞表面,可将90个酪氨酸激酶分为受体酪氨酸激酶(RTK58个)和非受体酪氨酸激酶(NRTK32个)。受体酪氨酸激酶又可以细分为20个亚类。

蛋白激酶在三维结构上具有高度的保守性,特别是在催化活性ATP结构域附近。该区域包括一个多由β折叠构成的N-lobe区域及由α螺旋构成的C-lobe区域,而ATP结合在两者之间构成的沟状区hinge area),也是多数激酶小分子抑制剂的直接竞争结合位点。

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2.蛋白激酶的结构与小分子激酶抑制剂的分类

根据结合方式的不同,小分子激酶抑制剂可分为不可逆及可逆两大类型。不可逆的激酶抑制剂通过与赖氨酸(Cys)反应形成共价键占据ATP结合位点,从而封闭ATP的结合空间。

可逆的激酶抑制剂根据结合口袋区域及DFG序列构象的不同,可分为四种主要的不同亚型。类型Ⅰ竞争活性态激酶构象;类型Ⅱ竞争非活性态的激酶构象;类型Ⅲ竞争ATP附近别构位点;类型Ⅳ竞争ATP远端别构位点。

截至2017-12-31FDA总共批准了38个小分子激酶抑制剂类药物 ,其中多数为酪氨酸激酶抑制剂,其它多属于丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂和少数脂激酶类抑制剂。

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3.FDA批准的小分子靶向激酶的分布(2015年)

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4. FDA历年批准的小分子激酶抑制剂

根据激酶靶点及药物属性的不同,将小分子激酶抑制剂分类汇总如下:

FDA 批准的不可逆小分子激酶抑制剂

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FDA批准的可逆非受体型酪氨酸小分子激酶抑制剂FDA 批准的38个激酶小分子抑制剂汇总分类、耐药机制及研发新动向

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FDA 批准的可逆受体型酪氨酸小分子激酶抑制剂-EGFR, HER2

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FDA 批准的可逆受体型酪氨酸小分子激酶抑制剂-VEGFR

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FDA 批准的可逆受体型酪氨酸小分子激酶抑制剂-ALK

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FDA 批准的可逆受体型酪氨酸小分子激酶抑制剂其它

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FDA批准的丝氨酸/苏氨酸小分子激酶抑制剂类药物

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FDA批准的脂激酶小分子抑制剂

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基于结合位点的突变耐药机制

靶点激酶小分子的耐药性机制主要可以分为两大类,一类来自靶点激酶本身on-target),包括过量表达和耐药突变。另一类与靶点本身不直接相关,而是通过旁路信号途径实现耐药off-target)。旁路耐药涉及的靶点相对分散。而基于靶点本身的耐药突变多有规律可循。

竞争ATP结合口袋的类型I及类型II的小分子激酶抑制剂、总体上的结构及结合的激酶的方式多有类似之处。而突变经常发生在化合物与激酶ATP结构域附近有直接相互作用的位点。比如ATP口袋深处,N-端的铰链区,有一个很重要的氨基酸残基,叫门控位点(gatekeeper),多数激酶小分子均与门控位点有直接相互作用,而门控位点突变经常是激酶耐药突变频发的部位,如EGFRABL等的一代激酶小分子均多诱导此位点的突变。ATP结合口袋活性位点附近还存在一条Activation-Loop,通常末端存在一个保守的Asp-Phe-Gly (DFG) 结构序列。这个位点也是突变常发区域,甚至有时发生在不与激酶小分子直接结合的较远端。另一个突变多发位点为溶剂前沿区域(solvent-front)。许多激酶小分子与这个区域直接相互作用,特别是ALK的二代TKI多产生这个位置的突变。

不可逆的激酶小分子的耐药突变多为赖氨酸(Cys)突变,直接破坏化合物与激酶的共价结合位点,其它的与结合部位直接相关的突变相对较少。比如,EGFR BTK的不可逆激酶小分子诱导产生的耐药突变就主要发生在与之发生共价交联的赖氨酸上。

III型和IV型别构激酶抑制剂在其结合位点附近也会产生耐药突变,突变的氨基酸位置与类型III非常不同。

通过提高小分子激酶抑制剂的活性,改变化合物的骨架结构,从而克服激酶获得性耐药,这就是二代、三代SMKI的任务。随着同一激酶靶点获批药物的增加及液体活检的普及,临床医生和患者得以方便的选择合适的药物来克服耐药突变,从而达到最大程度的临床获益。

下面的图表小结了几种不同靶向激酶经常出现的共同突变位点。

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激酶靶向小分子研发新动向

  • 二线、三线转一线

一般来讲,二线、三线药物多为相同靶点的二代,三代,除了需要克服一代药物的耐药性外,其活性也多大幅提高。这样的药物推到一线,许多情况下能够比一线药物疗效更佳。比如:

罗氏的非小细胞肺癌ALK 激酶小分子抑制剂Alectinib,于2015年获批用于二线的非小细胞肺癌ALK+Crizotinib耐药的患者。最近的临床实验数据显示,Alectinib与最早获批的一线ALK小分子抑制剂Crizotinib相比,中位无进展生存期PFS)提高了1倍多(25.7 vs 10.4 个月)!最近被FDA获批用于一线治疗Evaluatepharma预测Alectinib将来的销售会超过Crizotinib,高于10 亿美元。

诺华的二线,二代ALK抑制剂Ceritinib虽然没有直接与Crizotinib头对头比较,但通过与化疗的间接对比,PFS增加显著,也获得了FDA的批准用于一线。但由于毒性等因素的限制,分析师对Ceritinib未来的销售不是很乐观。

ExelixisCabozantinib 2016年获批用于二线肾细胞癌患者。20171219 日进一步获批用于一线,是第一个在头对头临床实验中比辉瑞Sunitinib表现出更优疗效的VEGFR小分子抑制剂,其未来的销售预期也超过10亿美元。

最新的例子包括,阿斯利康EGFR小分子抑制剂Osimertinib最早获批用于非小细胞肺癌二线EGFR T790M门控突变耐药患者,疗效显著且竞争对手纷纷失利。最近阿斯利康公布了Osimertinib与一线EGFR TKI的头对头疗效比较的临床数据,结果PFS大大延长,接近翻倍18.9 vs 10.2 个月)。Osimertinib已经向FDA递交NDA一线用药申请,估计最快今年上半年应该能够获批。

当然也有例外,比如BCR-ABL的抑制剂二代,二线百时美施贵宝的Dasatinib非常成功,活性比一线,一代CML神药Imatinib提高了超过百倍,但DasatinibImatinib的一线头对头比较并没有表现出疗效上的显著提高。说明活性提高有时也不是万能的。

  • 克服耐药的闭环路线尝试

随着同一靶点药物的不断更新换代,特别是不同骨架结构的化合物的引进,使得在克服耐药性方面开始出现一些良性闭环。比如,三个二代ALK抑制剂均产生较高比例的溶剂前沿耐药突变(Solvent front),能够较好地被ALK三代药物,正在准备NDA申请的辉瑞的Lorlatinib克服。而Lorlatinib产生的一个重要耐药突变L1198F,以及L1198F与其它耐药突变如溶剂前沿突变G1202R的复合突变,能够被一代Crizotinib,特别是临床新药TPX-0005 有效克服。这样的良性闭环能够给患者带来极大的方便和贯续用药的灵活性。

另一个例子比如EGFR的三代新药Osimertinib将来如若获批用于一线,它的Cys耐药突变理论上能够被现在的一线EGFR TKI药物克服,而随后可能产生的门控突变T790M能够进一步被Osimertinib克服。如此,部分患者也能够形成良性用药闭环。

  • 间歇给药的尝试

以前介绍过VEGF的小分子抑制剂Sunitinib的间歇给药临床实验尝试,初步显示的疗效非常喜人。PFS也是翻倍还多。虽然临床实验人数尚少,但趋势却非常明确。对于毒性较大的靶点,间歇给药也许是一个有效,可行的临床研究方向。实际上,对于像CDK4/6 VEGFRFGFR这样具有较高直接靶向相关毒性的靶点,临床上已经包含了用药假期,总体上来讲,这些多是被动的。如何主动设计更多的间歇给药的尝试,进一步提高靶向药物的安全获益比,是一个有潜力的方向。

  • 泛组织,广谱型的激酶靶向小分子的临床开发

已经获得FDA批准的38个小分子激酶抑制剂均有明确的特定肿瘤组织的适应症。最近的临床实验开始有较多是基于致癌突变特征,而非组织特异性设计。例如LOXONTRK 抑制剂LarotrectinibLOXO-101),FGFRTKIs临床实验,IgnytaROS1 TKI Entrectinib等。而LOXO-101 已经开始递交NDA申请,估计可能今年成为第一个获批的非组织依赖性的广谱型靶向激酶小分子药物

  • 合理的组合疗法

FDA 已经批准的小分子激酶抑制剂药物中有两个靶点已经包含成功的组合疗法,包括BRAF MEK抑制剂用于治疗黑色素瘤或非小细胞肺癌;CDK4/6 抑制剂加雌激素受体抑制剂治疗乳腺癌。合理的组合尝试仍旧是进一步提升靶向激酶疗法获益的主要努力方向之一。

最近,VEGFRMEK1/2BTK 等靶点的激酶抑制剂与免疫疗法PD-1/PD-L1的组合初步临床实验非常积极,潜力巨大。

而另一种组合方式,竞争ATP结合位点的I型或II型小分子激酶抑制剂与别构抑制剂的组合疗法在临床前的临床实验中展现出良好的治愈潜力,即慢性淋系白血病突变融合激酶靶点ABL的别构抑制剂ABL001 ImatinibDasatinib的组合,其临床实验正在进行,结果非常期待。

小结

科研人员解析了超过5000个蛋白激酶或蛋白激酶复合物的晶体结构,为进一步筛选,设计新的激酶小分子抑制剂提供了巨大的便利。超过五分之一的人类激酶靶点有相应的小分子抑制剂,正在进行临床试验的激酶小分子超过250 个。FDA已经批准的38个小分子激酶抑制剂中,共有10个在2017年销售已经超过或达到10亿美元的重磅标准,不久的将来还会产生更多的重磅药物,进一步说明激酶靶点的重要性。

靶向激酶小分子的主要适用对象是肿瘤领域。FDA批准的38个激酶小分子药物,只有辉瑞的JAK3 抑制剂Tofacitinib的主适应症不是肿瘤而是自身免疫。深入开发SMKIs的非肿瘤适应症也是一个有潜力的方向。AbbVieJAK1选择性抑制剂Upadacitinib在自身免疫方面临床数据喜人,被寄予厚望。

大分子蛋白,抗体药物相比,靶向激酶小分子药物均为口服,使用方便,价格相对便宜,专利过期后费用大幅下降,对患者和支付系统都非常友好,在较远的将来仍旧是药物研发的重要组成部分。

参考文献

  1. https://www.fda.gov/Drugs/DevelopmentApprovalProcess/DrugInnovation/ucm537040.htm

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  7. A Phase II Study of Intermittent Sunitinib in Previously Untreated Patients With Metastatic Renal Cell Carcinoma. Ornstein MC, et. al. J Clin Oncol. 2017, 35(16):1764-1769. doi:10.1200/JCO.2016.71.1184.

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作者: 紫薯

出处: 药时代(ID:drugtimes)

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