非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)是由非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)的进展而来，以脂肪变性、炎症、肝细胞膨大和纤维化为特征的一种严重慢性肝脏疾病。据统计，2020年，NASH全球市场规模达到了19亿美元，2030年将达到322亿美元。与此同时，预计到2030年，中国市场规模将达到355亿元。NASH强大的市场潜力吸引了众多药企的投入，据不完全统计，全球有超过100个NASH项目处于临床开发阶段。但是到目前为止，没有一款NASH药物获批，存在着巨大的未满足临床需求。2022年12月19日，Madrigal Pharmaceuticals 宣布其THR-β激动剂Resmetirom (MGL-3196)治疗NASH的三期临床达到了主要终点，为这一领域带来了新的曙光。

甲状腺激素受体(thyroid hormone receptors, THRs)是核激素受体家族的成员，有两个亚型THR-α和THR-β。THR-β主要在肝脏中表达，调节在NASH中受损的肝脏代谢途径，是NASH药物研发的一个重要靶点。THR-α主要在心脏和骨头中表达，过度激活会导致心脏和骨头的副作用。因此，提高对THR-α的选择性以及高肝脏蓄积是研发THR-β激动剂的主要方向。下面列出了一些代表性的THR-β激动剂的结构(图1)。

【资料图】

图1 THR-β激动剂结构[1]

近期，中国科学院上海药物研究所周兵老师、冷颖老师和杨亚玺老师团队报道了基于MGL-3196改造的新型高活性和选择性THR-β激动剂[1]。通过对MGL-3196类似物4和人源THR-β配体结合域的共晶结构(图2)研究发现，6-氮尿嘧啶和Arg320形成了两个氢键，与Arg316形成了一个氢键，二苯醚结构则是占据了疏水口袋，酚羟基和His435形成了氢键作用。同时作者也注意到两个苯环之间存在空间，而环化占据这一空间可能是可容忍的。

图2 化合物4和人源THR-β配体结合域的共晶结构(PDB编号: 1N46)

基于上述假设，作者设计合成了一些吲哚环系结构(图3)。虽然5-OMe的吲哚化合物5没有活性，但是5-OH的吲哚化合物6活性比MGL-3196略高，而且选择性也基本相同。4-OH和6-OH的吲哚化合物7和8完全失活，作者推测可能是酚羟基没有办法和His435形成氢键作用。在吲哚4位引入甲基得到的化合物9活性比MGL-3196高20倍以上，同时选择性也和MGL-3196相当，但是在6位引入甲基则活性丧失。

图3 N-苯基吲哚的SAR探索

尽管化合物9活性已经提升了很多，但是PK并不理想，在相同口服给药剂量(30 mg/kg)下，化合物9的暴露量只有5986ng·h/mL，远低于MGL-3196的168132 ng·h/mL。为了进一步提高选择性和PK，作者对吲哚的苯环进行了SAR探索(图4)。由于5-OH与His435形成的氢键是必须的，因此引入了吡啶酮对5-OH苯环进行了替换，与之前的SAR类似，化合物11几乎没有活性，但是4位引入甲基后的化合物12活性有了显著的提升，暴露量也有了明显的改善，达到了25981 ng·h/mL。随后进行了更多的探索，乙基、三氟乙基、异丙基、环丙基、环丁基和环戊基(化合物13-18)都表现出了非常优异的活性，其中异丙基化合物15的选择性最高，而且在口服给药剂量30 mg/kg下，暴露量为37536 ng·h/mL，与化合物9相比有了明显的改善。最后对6-氮尿嘧啶也进行了结构探索(化合物19-22)，尽管化合物21和22都展示出了非常高的THR-β激动活性，但是选择性下降，因此作者选择了化合物15进行后续的研究。

图4 吲哚环和6-氮尿嘧啶的SAR探索

作者对化合物15肝脏的分布也进行了考察，结果显示，MGL-3196的肝血比为6:1，而化合物15的肝血比达到了93:1，更高的肝脏分布可能可以进一步减少心脏毒性(图5)。

图5 MGL-3196和化合物15的PK

最后，作者也进行了体内药效的验证。单次给药(3 mg/kg和10 mg/kg)后，化合物15可以降低30%的血清总胆固醇水平，在同剂量下和MGL-3196相当；同时3 mg/kg和10 mg/kg可以分别降低53.6%和62.1%低密度脂蛋白胆固醇水平，同剂量下优于MGL-3196的39.3%和39.8%（图6）。在HFD-CCl4诱导的NASH小鼠模型中，化合物3 mg/kg和10 mg/kg两个剂量多次给药都能显著降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平（图7）。

图6 单次给药后血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平变化

图7 HFD-CCl4诱导的NASH小鼠药效模型

总结，作者通过MGL-3196类似物4与人源THR-β配体结合域的共晶结构研究提出了环化的结构改造策略，优化得到了化合物9。与MGL-3196相比，THR-β激动活性提升了20倍以上，但是随后PK研究发现暴露量很低，于是进行了进一步优化得到了化合物15，保持了THR-β激动活性，选择性也有提高，暴露量更是得到了显著提升，通过PK研究发现肝血比达到了93:1，优于MGL-3196，可能可以进一步减少心脏毒性。

化合物15中的6-5并环骨架在药物合成中有着大量应用，药石科技（300725）的研发团队经过多年积累，在分子砌块合成方面积攒了大量的经验，合成了多种骨架的6-5并环，可以进行等排替换，方便药物化学家进行快速的SAR探索。下图做了部分列举：

参考文献

[1]Discovery of Highly Potent and Selective Thyroid Hormone Receptor β Agonists for the Treatment of Nonalcoholic Steatohepatitis. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c01669.