Антагонист рецептора NK 1 -NK1 receptor antagonist
Антагонисты нейрокинина 1 (NK 1 ) (-питанты) представляют собой новый класс лекарств, которые обладают уникальными антидепрессивными , анксиолитическими и противорвотными свойствами. Антагонисты NK-1 повышают эффективность антагонистов 5-HT3 для предотвращения тошноты и рвоты. Открытиеантагонистов рецепторанейрокинина 1 ( NK 1 ) стало поворотным моментом в предотвращении тошноты и рвоты, связанных с химиотерапией рака.
Пример препарата этого класса является неприемлемым . Химиотерапия-индуцированной рвоты , как представляется , состоит из острой и отсроченной фаз. Пока острая фаза рвоты реагирует на антагонисты 5-HT 3, тогда как отсроченную фазу по-прежнему трудно контролировать. Открытие и разработка антагонистов рецептора NK 1 вызвали противорвотный эффект как в острой, так и особенно в отсроченной фазе рвоты. Casopitant , netupitant и rolapitant - некоторые новые добавки в этой группе. Ролапитант имеет значительно более длительный период полураспада - 160 часов и был одобрен FDA США в 2015 году.
Первым зарегистрированным клиническим применением антагонистов рецептора NK 1 было лечение рвоты, связанной с химиотерапией рака .
История
В 1931 году фон Эйлер и Гаддум обнаружили вещество P (SP) в головном мозге и кишечнике лошади. Вещество показало сильное сосудорасширяющее действие и сократительную активность на кишечник кролика. Были приложены большие усилия для очистки этого вещества от различных тканей млекопитающих, но 30 лет исследований не увенчались успехом. Пептиды немлекопитающих, которые вызывают те же сосудорасширяющие и сократительные эффекты, что и SP, были обнаружены Erspamer в начале 1960-х годов. Эти пептиды имели общую С-концевую последовательность и были сгруппированы вместе как тахикинины . В 1971 г. Чангу удалось очистить SP из кишечника лошади и идентифицировать его аминокислотную последовательность; Затем SP был классифицирован как тахикинин млекопитающих . Позже выяснилось, что SP был нейропептидом , распространенным в центральной и периферической нервной системе . В середине 1980-х были открыты дополнительные тахикинины нейрокинин A (NKA) и нейрокинин B (NKB) млекопитающих. Это привело к дальнейшим исследованиям, результатом которых стало выделение генов, кодирующих тахикинины млекопитающих, и, в конечном итоге, открытие трех различных рецепторов тахикининов. В 1984 году было решено, что рецепторы тахикинина следует называть рецептором тахикинина NK 1, рецептором тахикинина NK 2 и рецептором тахикинина NK 3 .
Биологические исследования, которые выявили многие функции тахикининов, вызвали интерес к разработке антагонистов рецепторов нейрокининов . В 1980-х годах несколько антагонистов пептидов, полученных из SP, были первыми антагонистами рецептора NK 1 . Однако у этих соединений, как и у большинства пептидных соединений, были проблемы с селективностью , эффективностью , растворимостью и биодоступностью . По этой причине фармацевтические компании сосредоточились на разработке непептидных антагонистов рецепторов NK 1 , и в 1991 году три разные компании представили свои первые результаты. С тех пор непептидные антагонисты рецептора NK 1 были тщательно исследованы, и появилось множество структур и патентов . Предлагая концепцию в начале 1990-х годов, в 1998 году Kramer, et al. , сообщили клинические данные об эффективности и безопасности MK-869 (апрепитант) у пациентов с большим депрессивным расстройством. В 2003 году первый антагонист рецептора NK 1 , апрепитант (Emend), получил разрешение на маркетинг от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).
Рецептор нейрокинина-1
Тахикинины представляют собой семейство нейропептидов, которые имеют одну и ту же гидрофобную C-концевую область с аминокислотной последовательностью Phe -X- Gly - Leu - Met -NH 2 , где X представляет собой гидрофобный остаток, который является ароматическим или бета-разветвленным алифатическим веществом. . N-концевая область варьируется между различными тахикинин. Термин тахикинин происходит от быстрого начала действия, вызываемого пептидами в гладких мышцах. SP - наиболее изученный и мощный представитель семейства тахикининов. Это ундекапептид с аминокислотной последовательностью Arg - Pro - Lys - Pro - Gln - Gln - Phe - Phe - Gly - Leu - Met -NH 2 . SP связывается всех трех рецепторов тахикинина, но он связывает наиболее сильно к NK - 1 рецептора.
Рецептор тахикинина NK 1 , часто называемый рецептором NK 1 , является членом семейства 1 ( родопсиноподобных ) рецепторов, связанных с G-белком, и связывается с белком G αq . Рецептор NK 1 состоит из 407 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 58000. Рецептор NK 1 , как и другие рецепторы тахикинина, состоит из семи гидрофобных трансмембранных (TM) доменов с тремя внеклеточными и тремя внутриклеточными петлями, аминоконцом и цитоплазматическим карбокси-концом . Петли имеют функциональные сайты, включая две цистеиновые аминокислоты для дисульфидного мостика , Asp - Arg - Tyr , который отвечает за ассоциацию с аррестином, и Lys / Arg - Lys / Arg -XX- Lys / Arg , который взаимодействует с G- белки .
Открытие и разработка лекарств
В 1991 году три разные группы исследовали различные антагонисты рецепторов NK 1 путем скрининга химических коллекций. Истман Кодак и Стерлинг Винтроп обнаружили стероидную серию антагонистов рецептора тахикинина NK 1, которые давали некоторые соединения, но не обладали достаточным сродством к рецептору NK 1 , несмотря на проведенные исследования взаимосвязи структура-активность (SAR). Доказано, что эта серия обладает значительной токсичностью. Несмотря на то, что многие производные стероидных соединений были синтезированы, биологическая активность не улучшилась.
Рон-Пуленк открыла соединение RP-67580, которое имеет высокое сродство к рецептору NK 1 у крыс и мышей, но не у людей. Исследования SAR, проведенные с целью повышения селективности в отношении человеческого рецептора NK 1, привели к разработке соединения под названием RPR-100893. Это соединение показало хорошую активность in vivo и на моделях боли и было разработано до фазы II для лечения мигрени, но затем было прекращено, как и в случае с другими антагонистами рецептора NK 1 , которые тестировались по тем же показаниям.
Третья компания, Pfizer , обнаружила бензиламин хинуклидин структуру, которая получила название СРА-96345 (рисунок 1). CP-96345 имеет довольно простую структуру, состоящую из жесткого хинуклидинового каркаса, содержащего основной атом азота, бензгидрильный фрагмент и о-метоксибензиламиновую группу. Это соединение показало высокое сродство к рецептору NK 1 , но оно также взаимодействовало с сайтами связывания Ca 2+ . Считалось, что сильно основной азот хинуклидина в соединении ответственен за это связывание Ca 2+ , которое вызывает ряд системных эффектов, не связанных с блокированием рецептора NK 1 . По этой причине, а также для упрощения структуры, для получения аналогов было проведено алкилирование по этому сайту.
Соединение CP-99994 был синтезирован путем замены хинуклидина кольца с пиперидиновым кольцом и бензгидрил фрагмент с помощью бензильной группы (рисунок 2). CP-99994 обладал высоким сродством к рецептору NK 1 человека, и он начал большое количество исследований структура-активность, каждое из которых было направлено на определение структурных требований для высокоаффинного взаимодействия с рецептором NK 1 и на то, чтобы сделать молекулу еще более простой. и улучшить его химико-физические и фармакологические свойства. CP-99994 уменьшил зубную боль у людей и вошел во II фазу клинических испытаний; они были прекращены из-за плохой биодоступности. Компания Pfizer исследовала несколько других родственных антагонистов рецептора NK 1 . CJ-11974, также называемый эзлопитантом, был близким аналогом CP-96345, который имел изопропильную группу в метоксибензильном кольце. Он был разработан до фазы II клинических испытаний для лечения рвоты, вызванной химиотерапией, прежде чем разработка была прекращена. CP-122721 был аналогом CP-99994, который имел трифторметоксигруппу в о-метоксибензильном кольце. Он вошел в фазу II испытаний для лечения депрессии, рвоты и воспалительных заболеваний, но о каких-либо дальнейших разработках не сообщалось.
Разработка первого препарата
В 1993 г. компания Merck начала проводить SAR-исследования антагонистов рецептора NK 1 на основе как CP-96345, так и CP-99994. L-733,060 - одно из соединений, разработанных на основе CP-99994. Он имеет 3,5-бистрифторметили бензиловый эфир пиперидин вместо 2-метоксите бензиламин фрагмента из СРА-99994 соединения. Для улучшения пероральной биодоступности азот пиперидина был функционализирован, чтобы уменьшить его основную природу. Группа, которая дала наилучшие эффекты на основность, представляла собой 3-оксо-1,2,4-триазол-5-ил, и она дала такие соединения, как L-741671 и L-742694. Морфолин было обнаружено ядро , которое было введено в L-742694 для повышения NK - 1 аффинности связывания. Это ядро сохранилось в дальнейших модификациях. Чтобы предотвратить возможную метаболическую дезактивацию, было введено несколько усовершенствований, таких как метилирование по C-альфа бензильного кольца и фторирование по фенильному кольцу . Эти изменения привели к образованию соединения MK-869, которое показало высокое сродство к рецептору NK 1 и высокую пероральную активность (фиг. 3). MK-869 также называют апрепитантом , и его изучали при боли, мигрени, рвоте и психических расстройствах. Эти исследования привели к появлению одобренного FDA препарата Emend для лечения тошноты и рвоты, вызванного химиотерапией, который доступен для перорального применения. Водорастворимое пролекарство фосфорила для внутривенного применения, называемое фосапрепитантом , также доступно и продается как Ivemend. Также считалось, что апрепитант эффективен при лечении депрессии. Он вошел в фазу III испытаний до того, как разработка по этому показанию была прекращена.
Другие соединения
Многие соединения были описаны различными фармацевтическими компаниями, помимо соединений, которые привели к открытию апрепитанта. GR-205171 (рис. 4) был разработан Glaxo и основан на CP-99994. GR-205171 имеет тетразольное кольцо в положении 4 бензильного кольца CP-99994, которое предназначено для увеличения пероральной биодоступности и улучшения фармакокинетических свойств. Он был разработан до фазы II клинических испытаний для лечения послеоперационной тошноты и рвоты, мигрени и укачивания. Показал хорошие результаты при рвоте , но разработка была прекращена.
LY-303870, или ланэпитант (рис. 5), представляет собой N-ацетилированный восстановленный амид L-триптофана , открытый Эли Лилли . Он прошел фазу IIa клинических испытаний для лечения боли при остеоартрите, но не показал значительных эффектов. Eli Lilly провела определенную поисково-аналитическую работу над его структурой и разработала некоторые соединения, которые не прошли клинические испытания.
Исходя из общей гипотезы о сайте связывания рецепторов, связанных с пептидными G- белками, Такеда в 1995 г. обнаружил серию N-бензилкарбоксиамидов. Одно из этих соединений, TAK-637 (рис. 6), прошло клинические испытания фазы II при недержании мочи, депрессии и раздражительности. кишечного синдрома, но развитие было прекращено. Есть еще другие соединения, которые исследовались в прошлом и даже прошли клинические испытания, и исследования продолжаются, несмотря на отсутствие успеха в клинических испытаниях.
Привязка
Существует более чем один лиганд - связывающий домен на NK - 1 рецептор для непептидных антагонистов , и эти связывающие домены могут быть найдены в различных местах. Основной сайт связывания лиганда находится в гидрофобном ядре между петлями и внешними сегментами трансмембранных доменов 3-7 (TM3-TM7). Некоторые остатки, такие как Gln 165 (TM4), His 197 (TM5), His265 (TM6) и Tyr 287 (TM7), участвуют в связывании многих непептидных антагонистов рецепторов NK 1 . Было указано , что Ала -замена His197 уменьшает сродство связывания CP-96345 для NK - 1 рецептора. His197 взаимодействует с бензгидрильной частью CP-96345. Эксперименты показали, что замена Val 116 (TM3) и Ile 290 (TM7) снижает аффинность связывания CP-96345. Данные показывают, что эти остатки, вероятно, не взаимодействуют с антагонистами, а скорее косвенно влияют на общую конформацию сайта связывания антагониста. Остаток Gln 165 (TM4) также оказался значимым для связывания нескольких непептидных антагонистов, возможно, посредством образования водородной связи . Phe 268 и Tyr 287 были предложены в качестве возможных точек контакта для связывающих доменов как агонистов, так и антагонистов.
Значение His265 было подтверждено в связывании антагонистов NK - 1 рецептор. His265 благоприятно взаимодействует с 3,5-бис-трифторметилфенильной группой (группа TFMP) аналога CP-96345. Тем не менее, было продемонстрировано, что Ala-замена His265 не влияет на аффинность связывания CP-96345.
Некоторые другие остатки, которые, как считается, участвуют в связывании непептидных антагонистов с рецептором NK 1, - это Ser 169, Glu 193, Lys 194, Phe 264, Phe 267, Pro 271 и Tyr 272. Каждый структурный класс непептидов Антагонисты рецептора NK 1, по- видимому, взаимодействуют со специфическим набором остатков в общем связывающем кармане.
Взаимосвязь структура-активность (SAR) и фармакофор
Существует по крайней мере три основных элементов , которые являются важными для интерактивности лиганда с NK - 1 рецептором. Во-первых, взаимодействие ионно-парного сайта с азотом-мостиком; во-вторых, взаимодействие вспомогательного сайта связывания с бензгидрильной группой; и в-третьих, специфическое взаимодействие сайта с боковой цепью (2-метоксибензил) амино. Исследования показали, что соединения с пиперидиновым кольцом обладают селективностью в отношении рецептора NK 1 по сравнению с рецепторами NK 2 , NK 3 , опиоидами и 5-HT . Путем добавления N-гетероарил-2-фенил-3- (бензилокси) группы к пиперидину получают селективный антагонист рецептора NK 1 . Исследования также показали, что двугранный угол между группами на C-2 и C-3 в CP-99994 является критическим для активности антагонистов рецептора NK 1 . Считается, что основной азот-плацдарм взаимодействует с рецептором NK 1 , опосредуя его распознавание через сайт ионной пары. Было обнаружено, что основные атомы азота в пиридо [3,4-b] пиридине действительно имеют якорную функцию в фосфолипидном компоненте клеточной мембраны.
В развитии МК-869, было обнаружено , что 3,5-дизамещение бензилового кольца в серии эфира дало более высокую эффективность , чем 2-метокси замещения в более ранних бензиламиновых структурах. Также было обнаружено, что группа TFMP оказалась особенно важной и считается, что она увеличивает активность in vivo и улучшает метаболизм. Другие группы, такие как орто-метоксифенильная группа, могут быть важны в определенных случаях, но считается, что они играют большую роль в предварительной организации лиганда через внутримолекулярные водородные связи, а не через прямое взаимодействие с остатком сайта связывания. Наличие внутримолекулярного прямого π – π взаимодействия между двумя ароматическими кольцами является общей чертой антагонистов высокоаффинных рецепторов NK 1 . Считается, что эта особенность важна для стабилизации биоактивной конформации. Это взаимодействие может быть усилено конформационно ограниченной системой, такой как восьмичленное кольцо, введенное в нафтиридиновое кольцо.
Дальнейшее развитие
Химиотерапия-индуцированной рвоты является серьезной проблемой в лечении рака. Новое соединение, Т-2328 (фигура 7), не-пептидный антагонист из тахикинина NK 1 семьи, исследуются для этой цели. Т-2328 вводится внутривенно и лечит как острую, так и отсроченную рвоту. Предлагается оказывать противорвотное действие, воздействуя на рецепторы NK 1 мозга . Т-2328 очень мощный; константа ингибирования имеет субнаномолярный диапазон , и в 16 раз ниже , чем у Апрепитанта. Ингибирование очень селективно в отношении рецепторов NK 1 .
В NK - 2 и NK 3 рецепторов также являются мишенью для новых классов лекарственных средств , а также показывают заметное антидепрессивное и анксиолитическое действие. Исследования показали, что константа ингибирования (Ki) для рецепторов NK 2 была в> 10000 раз выше, а для рецепторов NK 3 > в 1000 раз выше, чем для рецепторов NK 1 . Аффинность была также значительно ниже для NK 2 и NK 3 рецепторов. С момента открытия тахикининов было показано, что они обладают биологической активностью в ряде патологических и физиологических систем. Тем не менее терапевтический потенциал антагонистов тахикинина до конца не изучен.