胆汁酸受体TGR5双氢吡啶酮类激动剂的发现和构效关系分析

TGR5激动剂具有治疗II型糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪肝等代谢紊乱和炎症性疾病的潜力。但是，全身性TGR5激动剂会导致如瘙痒和胆囊收缩异常等不良反应。研发肠道靶向的TGR5激动剂成为重点。法国里尔第一大学以高通量筛选方法发现了一个二氢吡啶酮结构苗头化合物，通过构建片段的亲和力优化获得了一个新颖的非甾体TGR5激动剂，展示出促进GLP-1分泌的效应。这为TGR5靶向药物的研发提供了新的思路和化合物类型。本文梳理其设计策略与优化路线，可为类似项目结构优化提供宝贵经验。

Fig.1 二氢吡啶酮类TGR5激动剂优化过程

过去三十年里充分研究了胆汁酸受体FXR和TGR5在健康和疾病中的调节作用，表明TGR5似乎是治疗代谢疾病，包括II型糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪肝和炎症性疾病的聚焦靶点。具体表现为TGR5在L细胞中激活GLP-1和GLP-2的产生和释放。工业界和学术界开发了天然或半合成胆汁酸衍生物以及非甾体化合物验证了激活TGR5的潜在治疗作用。

然而，全身性TGR5激动剂会导致一些不良反应，如瘙痒和胆囊收缩异常。因此，研发肠道靶向的TGR5激动剂成为重点。

法国里尔第一大学研究人员采用高通量筛选方法鉴定出几种TGR5激动剂，选择对人和小鼠的TGR5同样有效二氢吡啶酮衍生物H1优化其效力。

现将优化过程总结如下：

Hit的发现

在瞬转hTGR5的HEK-293细胞中，采用CRE驱动的荧光素酶报告试验，对20,480个化合物进行了10 μM浓度下内部高通量筛选，以Eff大于15%为有效阈值搜集获得121个化合物；第二轮筛选选择种系交叉检测鼠源TGR5起效，同时人源Eff提高到大于40%，EC50小于20 μM，之后经过专利空间和化学可合成性判断得到若干系列的37个化合物，其中二氢吡啶酮类化合物H1活性为个位数微摩尔级别EC50hTGR53.3 μM，EC50mTGR52.3 μM。

Fig2.寻找TGR5苗头化合物高通量筛选流程

SAR探索

按照ABCD构建片段进行SAR探索。

Fig.3二氢吡啶酮类结构的构建块

A部分优化

对于A部分，主要对苯环的2、3、4位进行电负性差异评价。结果表明2、3位置不可容纳任何更换。4位上吸电子基团效力弱增强，确定最优片段4-氯苯基。

B部分优化

以体积小的线性烷基、烯或炔基和芳香基团对吡啶酮的氨基进行取代，该位置的取代有助于人和小鼠受体激动活性效力提高。短分支侧链活性降低。进一步加入极性原子，N原子引入活性损失，O原子引入可耐受。甲酯的引入耐受性良好，是人和鼠两种属受体的完全激动剂，并且对hTGR5效力提高15倍。

C部分优化

R2，R3二者需要保留其一，R3位置对体积有要求，以甲基为限。

D部分优化

固定4-氯苯基和R3的甲基，修改苯甲酯部分，显示酯的部分无法被取代。固定二氢吡啶酮N取代基为甲氧基乙基，所有类似物在人和鼠模型中都显示出亚微摩尔效力。进一步研究酯取代基，优势片段为2-甲氧基苄基酯。

微调母核

研究人员观察到母核氮的氧取代有利于活性，对这部分进行细化。发现连接最优距离为两个碳原子，极性未取代氧活性下降，杂芳香化无益，饱和环化对hTGR5效力增加4倍（EC50=30 nM）。进一步氯吡啶类似物拆分化合物77，77A（4S,2R）活性提高10倍（EC50=2 nM）。

胆汁酸受体TGR5双氢吡啶酮类激动剂优化过程

Fig.4 77A的优化过程

物理化学性质和体外ADME

除了增加TGR5活性外，氯吡啶化合物77A提高了溶解度和渗透率。化合物77A的微粒体稳定性测量显示稳定性非常低（Clint=1313 μL/min/mg proteins）。这种新药效结构满足了肠道限制性TGR5激动剂和降低全身暴露量的策略。

生物活性评价

化合物选择性

以10 μM GW406436作为参比化合物，未观察到合成化合物的FXR活性。

离体器官药效评价

在小鼠结肠体中评估激动剂77A触发了GLP-1分泌，并且具有剂量依赖性。

体内药效评价

与对照相比，77A直肠内给药后血浆活性GLP-1浓度增加4倍。

结论

从HTS筛选的微摩尔苗头化合物开始，经过80个类似物的合成和评估研究人员大大提高了二氢吡啶酮类激动剂效力至个位数纳摩尔级别。其它类型的TGR5激动剂种属间差异达到1~2个对数单位差别，而这个系列的化合物具有两种属相同效力，是该类结构的一个强大优势。77A（BDM71589）在小鼠结肠体内显示出强大的GLP-1促分泌作用（EC50 hTGR5=2nM）。二氢吡啶酮环是设计新型强效TGR5激动剂的有潜力的支架，77A可作为代谢或炎性疾病体内模型的有效探针。而其较低的代谢稳定性（t1/2=0.4 min），对于伴胆囊疾病患者，具有低系统暴露成为TGR5激动剂开发的安全性有希望的起点，可以通过使用动态载体策略或靶向结肠释放制剂进行进一步限制性开发。

参考文献：
https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.2c01881

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1

进入CyberSAR首页，在靶点下拉项中，输入“TGR5”，选中关联“TGR5（Homo sapiens）”搜索TGR5相关靶点信息。

2

在靶点界面选中“化学空间”选项标签下默认展示“聚类结构视图”选项卡，可以将CyberSAR平台收录的文献和专利具有关于TGR5相关实验测试活性的分子以“分子骨架相似性”进行聚类展示。可见，本文的结构是非常新颖的结构类型，按照研发人员立项意图可以对该类结构进行决策。