背景介绍：

JAKs激酶小分子抑制剂通过JAK-STAT通路调节炎症反应，已成功应用于临床多种自身免疫性疾病的治疗。JAKs激酶(Janus kinase)是一类胞内非受体酪氨酸激酶家族，包括JAK1，JAK2，JAK3和TYK2，参与JAK-STAT信号通路的细胞因子有60余个，它们能够特异性地与跨膜细胞因子受体的胞内结构域结合，诱导JAKs进行相互组合，最终发挥不同的生物学效应。目前已有7个JAKs抑制剂上市：Ruxolitinib、Tofacitinib、Baricitinib、Peficitinib、Upadacitinib、Fedratinib和Delgocitinib。

小编为大家解读一篇基于片段的分子设计，研究团队从Hit compound经过优化获得了选择性的JAK1的Lead化合物。

结构优化过程：

首先，作者利用表面等离子共振技术在100微摩尔下对500个分子碎片进行了JAK1和JAK2的筛选，绝大部分化合物未显示二者的选择性，而化合物1却对JAK1具有选择性抑制作用。作者又合成了几个类似物来初步考察构效关系，确定了吡唑的邻位的甲基是保持活性必须的。

作者推测用更大的亲脂性取代基来替换二氟甲基可能会加强与活性口袋的相互作用。因此，作者用苯环取代二氟甲基得到化合物6，该化合物显著提高了对JAK1和JAK2的活性，但是选择性未能体现出来。

化合物6的苯环似乎与亲脂性的核糖口袋未能有明显的作用，而用脂肪性的基团可能会有所帮助。因此，作者进行了进一步的结构修饰。

结果表明，具有环己基取代的化合物显著提高了JAK1的效力，部分化合物具有较好的JAK1的选择性，而溶解性差却也是分子的一个缺陷。而且，R1为甲基时，对于活性和选择性都是一种保障。

完成对母核亲脂性基团的优化，作者又在环己基上引入小的基团来平衡分子的极性，合成了系列化合物21-33。

而且，作者对比了化合物6、21和托法替尼（20）与JAK的结合方式，化合物21采取了与托法替尼相似的对接方式，只是氰基稍微远离了P-loop。而化合物23（只有氰基）更加远离P-loop，导致活性的下降。

不幸的是，化合物27的酶活性与细胞内的STAT6活性不一致，分析原因可能是细胞的透膜性较差。因此，作者接下来对透膜性进行修饰。

通过研究化合物27与JAK1的共晶结果，作者推测减少氢键供体(NH)可能会增加细胞的通透性，同时仍然保持氰基靠近P-loop，合成了化合物34和35，但是通透性未改变。作者将氰基换成脂溶性更强的取代基，合成分子36-38。尽管化合物36-38提高了JAK1抑制活性和细胞的STAT6活性，但是溶解性和代谢稳定性变差。

综上讨论，分子的核心骨架限制了能增加的极性。而具有足够亲脂性的基团虽然能提高效力，但却又表现了较差的溶解度和代谢稳定性。因此，作者又返回去对化合物11和12的修饰，合成了化合物39-42。化合物40具有较高的酶和细胞活性，稳定的代谢稳定性和不错的溶解度。

至此，化合物40被选定为Lead compound。该化合物在50种激酶筛选中，只有对FGFR1的抑制率大于30%，具有较高的激酶选择性。而且，该化合物具有适宜的药代动力学参数，对hERG的IC50大于30微摩尔。然而，该化合物在体内的PK性质较差，生物利用度仅仅只有14%，限制了其口服给药。

结果与讨论：利用片段筛选出Hit化合物，通过结构修饰得到Lead化合物。从化合物1到40，分子量从199增加到282，非氢原子从14个增加到21个，JAK1的活性提高了16000多倍。把化合物40作为Lead化合物，可以进一步进行修饰，在保持细胞和酶高活性且高选择性的同时，提高PK性质。

小编有话说：基于碎片的结构筛选与设计，往往需要做大量的工作。母核可能要更换多次，对多个位点进行修饰才能获得综合性质更佳的分子。再此过程，分子与蛋白的共晶实验会为设计的方向提高指导，避免不必要的结果修饰。然而，在保证分子效力的时候，增加溶解度或代谢稳定性或PK性质可能是相矛盾的，这时候就需要平衡二者的利弊。优选出Lead化后物后，要想继续优化甚至获得Clinical Candidate，需要考察的因素更多，比如共同关注的hERG的抑制、肝肾的副作用、骨髓的抑制、遗传以及生殖毒性等。虽然研发新药道阻且长，科学合理的设计和准确的评估方法无疑会加快新药研发进程。

参考文献：

BettinaBorreschmidt Hansen. Fragment-Based Discovery ofPyrazolopyridones as JAK1 Inhibitors with Excellent Subtype Selectivity. J. Med. Chem.2020, DOI：10.1021/acs.jmedchem.0c00359.