背景介紹：

JAKs激酶小分子抑制劑通過JAK-STAT通路調節炎症反應，已成功應用於臨牀多種自身免疫性疾病的治療。JAKs激酶(Janus kinase)是一類胞內非受體酪氨酸激酶家族，包括JAK1，JAK2，JAK3和TYK2，參與JAK-STAT信號通路的細胞因子有60餘個，它們能夠特異性地與跨膜細胞因子受體的胞內結構域結合，誘導JAKs進行相互組合，最終發揮不同的生物學效應。目前已有7個JAKs抑制劑上市：Ruxolitinib、Tofacitinib、Baricitinib、Peficitinib、Upadacitinib、Fedratinib和Delgocitinib。

小編爲大家解讀一篇基於片段的分子設計，研究團隊從Hit compound經過優化獲得了選擇性的JAK1的Lead化合物。

結構優化過程：

首先，作者利用表面等離子共振技術在100微摩爾下對500個分子碎片進行了JAK1和JAK2的篩選，絕大部分化合物未顯示二者的選擇性，而化合物1卻對JAK1具有選擇性抑制作用。作者又合成了幾個類似物來初步考察構效關係，確定了吡唑的鄰位的甲基是保持活性必須的。

作者推測用更大的親脂性取代基來替換二氟甲基可能會加強與活性口袋的相互作用。因此，作者用苯環取代二氟甲基得到化合物6，該化合物顯著提高了對JAK1和JAK2的活性，但是選擇性未能體現出來。

化合物6的苯環似乎與親脂性的核糖口袋未能有明顯的作用，而用脂肪性的基團可能會有所幫助。因此，作者進行了進一步的結構修飾。

結果表明，具有環己基取代的化合物顯著提高了JAK1的效力，部分化合物具有較好的JAK1的選擇性，而溶解性差卻也是分子的一個缺陷。而且，R1爲甲基時，對於活性和選擇性都是一種保障。

完成對母核親脂性基團的優化，作者又在環己基上引入小的基團來平衡分子的極性，合成了系列化合物21-33。

而且，作者對比了化合物6、21和託法替尼（20）與JAK的結合方式，化合物21採取了與託法替尼相似的對接方式，只是氰基稍微遠離了P-loop。而化合物23（只有氰基）更加遠離P-loop，導致活性的下降。

不幸的是，化合物27的酶活性與細胞內的STAT6活性不一致，分析原因可能是細胞的透膜性較差。因此，作者接下來對透膜性進行修飾。

通過研究化合物27與JAK1的共晶結果，作者推測減少氫鍵供體(NH)可能會增加細胞的通透性，同時仍然保持氰基靠近P-loop，合成了化合物34和35，但是通透性未改變。作者將氰基換成脂溶性更強的取代基，合成分子36-38。儘管化合物36-38提高了JAK1抑制活性和細胞的STAT6活性，但是溶解性和代謝穩定性變差。

綜上討論，分子的核心骨架限制了能增加的極性。而具有足夠親脂性的基團雖然能提高效力，但卻又表現了較差的溶解度和代謝穩定性。因此，作者又返回去對化合物11和12的修飾，合成了化合物39-42。化合物40具有較高的酶和細胞活性，穩定的代謝穩定性和不錯的溶解度。

至此，化合物40被選定爲Lead compound。該化合物在50種激酶篩選中，只有對FGFR1的抑制率大於30%，具有較高的激酶選擇性。而且，該化合物具有適宜的藥代動力學參數，對hERG的IC50大於30微摩爾。然而，該化合物在體內的PK性質較差，生物利用度僅僅只有14%，限制了其口服給藥。

結果與討論：利用片段篩選出Hit化合物，通過結構修飾得到Lead化合物。從化合物1到40，分子量從199增加到282，非氫原子從14個增加到21個，JAK1的活性提高了16000多倍。把化合物40作爲Lead化合物，可以進一步進行修飾，在保持細胞和酶高活性且高選擇性的同時，提高PK性質。

小編有話說：基於碎片的結構篩選與設計，往往需要做大量的工作。母核可能要更換多次，對多個位點進行修飾才能獲得綜合性質更佳的分子。再此過程，分子與蛋白的共晶實驗會爲設計的方向提高指導，避免不必要的結果修飾。然而，在保證分子效力的時候，增加溶解度或代謝穩定性或PK性質可能是相矛盾的，這時候就需要平衡二者的利弊。優選出Lead化後物後，要想繼續優化甚至獲得Clinical Candidate，需要考察的因素更多，比如共同關注的hERG的抑制、肝腎的副作用、骨髓的抑制、遺傳以及生殖毒性等。雖然研發新藥道阻且長，科學合理的設計和準確的評估方法無疑會加快新藥研發進程。

參考文獻：

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