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多价策略制胜！礼来全球首个Lp(a)小分子设计思路深度剖析

多价策略制胜！礼来全球首个Lp(a)小分子设计思路深度剖析 医药魔方Info
2024-05-14
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导读：事实证明，恒瑞在fastfollow这条赛道上，说自己第二，没人敢说第一
PCSK9靶向药物已经在心血管疾病治疗上得到了临床与市场的充分验证。但诸多研究表明即使将LDL-C 水平控制在最佳范围内，患者发生心血管事件的风险依然存在，并指出Lp(a) 升高是动脉粥样硬化性心血管疾病的独立危险因素。因此控制Lp(a) 水平是心血管疾病领域治疗新方向。
据医药魔方NextPharma®数据库，目前全球仅10款左右开发用于降低Lp(a)水平的药物在研，其中有3个项目进展最快，均已进入III期临床，分别是ASO疗法pelacarsen以及两款RNAi疗法olpasiran及lepodisiran。从管线信息也可发现Lp(a)是MNC扎堆布局的赛道，尤其是礼来，在RNAi、小分子、基因编辑疗法上均有布局。
Eli Lilly的muvalaplin（LY3473329）是唯一的小分子，是一款apo(a)/ApoB 蛋白蛋白相互作用抑制剂，目前处于临床II期。2023年9月礼来在JAMA上发文揭露了muvalaplin的一期临床的积极结果。经安慰剂矫正的Lp(a) 最大降幅在63%-65%。
虽然-65%这个临床结果在小核酸药物的一众90%+面前有点相形见绌。但正如之前PCSK9文中【口服PCSK9小分子AZD0780：MK0616遭逢劲敌，阿斯利康胜算几何？】讨论的那样，小分子药物有着成本，价格，以及患者依从性上的优势。这也成为了Lp(a) 小分子药物研发的积极意义所在。
已公开Lp(a) 靶向药物临床结果对比

首款Lp(a)小分子抑制剂设计思路
近日礼来在Nature上发文介绍了多价Lp(a)小分子抑制剂的开发思路，相当有意思。
与核酸药物降低apo(a)生成不同的是，小分子通过阻断apo(a)和apoB之间的相互作用来抑制Lp(a)的形成。apo(a) Kringle结构域7和8的初始非共价键(KIV7和KIV8）与apo B100的赖氨酸残基连接，然后apo(a) 的 KIV9 结构域的未配对 Cys67 残基和 apoB-100 的 Cys3734 之间形成二硫键，将两种蛋白质共价连接。而muvalaplin正是与apo(a) KIV7-8 结合的分子。
1. 礼来早期的理论研究发现：
(1) 重组 apo(a) 突变蛋白的体外研究表明，apo(a) 通过 KIV6-8 结构域非共价结合到 apoB-100 中富含赖氨酸的区域； 
(2) 对非洲人群中 KIV8 结构域SNP G17R的分析表明，与 apo(a) KIV2重复多态性预测的相比，该SNP与显著降低的 Lp(a) 血浆浓度相关； 
(3) 证据表明，高加索人群中KIV8内含子+1供体剪接位点的G到A替换与血浆中Lp(a)的先天性缺乏相关。
(4) 在一项1995年的小型临床研究中，发现纤溶酶原抑制剂氨甲环酸可降低 Lp(a) 水平（https://doi.org/10.1161/01.ATV.15.10.1774）。验证发现，ε-氨基己酸和氨甲环酸可抑制 Lp(a) 的体外组装，它们与apo(a) KIV7的赖氨酸结合域结合，但结合亲和力较低，仅分别为230 µM和63 µM。
2. 化合物的发现与优化：
单体概念验证-LSN3353871
基于纯化的重组apo(a) KIV7-8 蛋白的筛选发现了LSN3353871，与KIV8、KIV7-8和KIV5-8结合的Kd值分别为756 nM、605 nM和423 nM，同时不与KIV2结合。体外Lp(a)组装测定，LSN3353871的IC50=1.69 μM。
食蟹猴体内药效评价，LSN3353871（20mpk，BID，po），导致Lp(a) 水平降低高达 40%。
这些数据提供了一个概念证明，即与apo(a) 的赖氨酸结合域结合的小分子可以抑制体内Lp(a) 的形成。
LSN3353871化学与共晶结构
二聚体-LSN3441732；单体优化-LSN3374443
基于单体优化得到的化合物LSN3374443的IC50=36 nM。而将包含关键 LSN3353871 KIV结构域相互作用基序的两个分子连接起来，创建了二聚体分子 LSN3441732。在体外抑制 Lp(a) 颗粒的形成，IC50=0.18 nM。活性得到了显著的提升。
基于化学计量学与晶体结构分析发现了多价结合机制：LSN3441732同时与两个 KIV8结构域结合，且多个 apo(a) KIV 结构域可以同时参与，这导致结合亲和力和Lp(a) 抑制效力的提高。
LSN3441732 、LSN3374443化学结构；LSN3441732与KIV8共晶结构
食蟹猴的体内药效评价，LSN3441732在2 mpk, BID与10 mpk, BID剂量下在给药5天后分别将中位 Lp(a) 水平降低了最多45%和57%，并持续抑制Lp(a)的稳态水平14天。
与多价结合机制相符，与单价抑制剂相比，LSN3441732在体外和体内均显示出效力和效力的提高。
三聚体-LY3473329
LY3473329与KIV8之间相互作用的晶体结构分析表明，三聚体分子能够同时与3个KIV8结构域结合，这表明apo(a) 中可能存在多KIV结构域相互作用。
LY3473329-HCl盐选择性地与KIV8结合，效力为22 nM，并在体外抑制 Lp(a) 颗粒的形成，IC50值为0.09 nM。
在食蟹猴中，LY3473329呈剂量依赖性方式降低Lp(a) 水平。LY3473329 100 mpk,QD将中位Lp(a) 水平降低了71%。
优美的三螺旋结构
当然验证这些分子对纤溶酶原具有选择性这点不细说了。一张图总结这部分内容。 

怎样开发新的Lp(a)小分子抑制剂
小分子Lp(a)专利情况：
礼来的首篇专利WO2020247429A1，囊括了三聚体LY3473329(Ex.1) 与单倍体LSN3353871(Ex.17)的结构，并且在二聚体上作一定的探索（相较于三倍体活性均不理想）。
专利中有意思的有三点：

  • Ex.6相比LY3473329每个单倍体上多了个甲基，活性与之相当。

  • Ex.18是LSN3353871的手性异构，Lp(a)抑制活性是其三倍，但并未被作为后续多聚体改造的结构基础。结合氨甲环酸结构分析，这一手性异构很可能便是对纤溶酶原选择性的关键。

  • Ex.1、Ex.17的Lp(a)抑制活性与Nature文中一致，且专利中体外Lp(a)抑制活性与小鼠体内Lp(a)抑制率存在一定的对应关系。这也给了参考对比、做出假设的可行性。

  • 分子的特性使得分子成盐是活性关键。

WO2023146785A1，专利在单倍体、二聚体、多聚体上做了进一步探索。不过遗憾的是仅有体外Lp(a)抑制活性，缺乏体内评价数据。但也能看出一些端倪：
二聚体LSN3441732对映专利中Ex.39（活性数据与文章一致，表明两篇专利的数据存在一定的互通性），相比LY3473329的专利晚了三年，因此文章中的数据很可能是编排后的结果。
根据SAR可以很明显发现专利化合物Lp(a)抑制活性三聚体>二聚体>单倍体的趋势。
结合文章与两篇专利可以给出一定的假设，并为进一步设计Lp(a)抑制剂做出假设：

  1. 专利中均为盐酸盐（权利要求也仅保护盐酸盐），采用其他盐型或晶型，是否会有更好的药代属性与体内药效？

  2. 二聚体Ex.136、Ex.145活性与LY3473329体外活性相当，是否表明通过优化后的二聚体也可以具有与三聚体相当的体内药效？毕竟二聚体在成药性上有优势。

  3. Ex.54、Ex.67在三聚体连接方式上作了改造，Ex.144在苯环上作了改造，结合这一结果进行专利突破（改造连接方式或苯环），是否能够得到与LY3473329活性更优/相当化合物？

  4. 四聚体Ex.68表现出与LY3473329相当的Lp(a)抑制活性，基于四聚体进一步优化，是否会有与LY3473329活性更优/相当化合物？

  5. 当然艺高人胆大的可以直接在单体的四氢吡咯/羧酸上做文章。

两篇专利关键权利要求保护范围，可见第一份专利保护范围较窄，第二份保护较宽但实施例支持不足，给了Fastfollow巨大的空间
恒瑞子公司拓界生物对这些问题在一定程度上做出了回答。
WO2023078333A1，专利主要保护了苯环位取代与叔碳位保护基，以及三聚体/四聚体的连接方式，但仅有7个实施例。
这也带来了一些有意思的点：由于该专利早于礼来第二篇专利，因此拓界专利部分覆盖了礼来专利的保护范围。就比如说专利中Ex.4与礼来专利WO2023146785A1中Ex.68结构基本一致（差别在未成盐）。
有趣，这次居然是follow击败了原研，实在搞不懂礼来为何时隔三年才有外围专利布局。
但似乎这类改造并不成功，专利中展示的化合物活性与LY3473329相比差了一个数量级。即便是成盐后的Ex.6（专利中优选化合物，结构上相比LY3473329多了个O）也是如此，尽管其在食蟹猴中体内药代动力学参数上显著优于阳性对照化合物LY3473329，以及在高剂量安全性上的一定优势，但未公开体内药效实验，孰优孰劣，犹未可知。
当然拓界生物也同时布局了抑制apo(a)的siRNA专利WO2023109940A1，也具有良好活性。
上述均为Fast follow的策略，那么如何从头设计一类新型Lp(a) 小分子抑制剂？
礼来Nature文章中也提到了阿斯利康2020年发表的JBC文章。文中报道了一类低亲和力但具有选择性的KIV7和KIV10小分子结合剂，它们在体外以微摩尔效力降低 Lp(a) 的形成。这类化合物同样是基于氨甲环酸的结构改造，但结果并不理想。
这一点似乎也证明了之前的结论（Lp(a)：论单打独斗，你不是我的对手），也体现出礼来的多聚体化合物设计上的精妙之处。但这类分子结构，对于开发新的Lp(a) 小分子抑制剂，值得借鉴。
最后聊聊拓界生物
大致看了下专利，作为恒瑞的子公司，拓界生物的Fastfollow研发策略可谓相当激进。研发涉及小分子、ADC、siRNA，且均为MNC布局的靶点。从专利公开时间看，基本上都差不多是全球前三的水平。
那么回看Lp(a)小分子研发历程：
2016-11-5，pelacarsen（RNAi，I期）、ISIS-APO(a)Rx（反义疗法，II期）临床结果公开，表现出积极疗效。
2020-7-15，LY3473329全球首个临床开始（单中心，2021-11-9完成），早于专利公开时间。
2020-12-10，礼来首篇Lp(a)小分子专利公开（最早优先权2019-6-7）。
2021-11-3，拓界生物递交Lp(a)小分子专利首个优先权。
2022-1-6，礼来递交第二篇专利优先权。
可以做出猜测：拓界正是看在Lp(a)这个靶点已完成临床概念验证，且MNC专利布局与火速推进临床（研发流程分析下，很少有小分子专利临床早于核心专利公开时间）这些信息的加持下，果断入局Lp(a)小分子抑制剂。虽然可能由于缺乏蛋白结构与对生物机制的了解（个人想法），在分子设计上还是差了些火候。但在fast follow速度上，妥妥的第一。甚至跑赢了礼来的外围布局。
当然这也不是第一次介绍恒瑞在fastfollow上的优秀成果了。事实证明，恒瑞在fast follow这条赛道上，说自己第二，没人敢说第一。

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