合成類蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制劑專利現(xiàn)狀分析

沈芳，馬永濤，張雄輝，李瑤

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304)

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)化、城市化進程的不斷推進，人們的飲食呈現(xiàn)高熱量和高鈉化的趨勢，同時人們的體力活動越來越少，伴隨而來的糖尿病患者群日益增大[1]。糖尿病是21世紀(jì)世界范圍的一種多病因代謝性疾病，僅次于腫瘤和心血管疾病，據(jù)統(tǒng)計，預(yù)計到2022年全球糖尿病藥物市場規(guī)模將達到1 240億美元。我國的糖尿病市場規(guī)模也保持著穩(wěn)定增長的態(tài)勢，2017年中國2型糖尿病患者有1.2億人，其中52.3%的患者未被確診，預(yù)計到2028年該數(shù)字將增至1.6億[1-3]。

目前治療糖尿病的藥物種類眾多，根據(jù)作用靶點的不同，已上市藥物主要包括胰島素類、α-糖苷酶抑制劑、胰高血糖素樣肽(GLP-1)受體激動劑、鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白(SGLT-2)抑制劑等，目前正在研發(fā)的熱門靶點涉及G蛋白偶聯(lián)受體(GPR119)激動劑、11β-羥基固醇脫氫酶1(11β-HSD1)抑制劑、蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(PTP1B)抑制劑等[4-6]。

本文主要針對涉及合成類PTP1B抑制劑的專利現(xiàn)狀進行分析，獲取申請量、重要申請人、代表性專利等方面的信息，為糖尿病藥物的科研單位及企業(yè)提供專利申請、專利布局等方面的參考。

1 PTP1B簡介

蛋白酪氨酸磷酸酶和和蛋白酪氨酸激酶共同調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的去磷酸化與磷酸化從而調(diào)節(jié)體內(nèi)細(xì)胞生長、分化、增殖、代謝、凋亡等生理過程。在龐大的PTPs家族中蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)是第1個于1988年被成功分離純化的蛋白酶，它不僅是胰島素和瘦素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵生理調(diào)節(jié)因子，而且其與ER應(yīng)激以及胰島β細(xì)胞之間也有重要關(guān)聯(lián)。胰島素敏感度降低是2型糖尿病的重要標(biāo)志，PTP1B可以通過作用于IR和IRS的關(guān)鍵酪氨酸殘基，使其去磷酸化，從而抑制胰島素的信號通路或?qū)е乱葝u素信號通路的終止，最終使胰島素的敏感度降低，此外，PTP1B與肥胖、腫瘤也密切相關(guān)[7-9]。

近年來，PTP1B抑制劑吸引了眾多科研單位和制藥公司的密切關(guān)注，陸續(xù)開發(fā)了一些具有臨床應(yīng)用前景的小分子抑制劑，如：輝瑞公司的Ertiprotafib，Genaera公司的Trodusquemine，日本煙草公司的JTT-551，但上述藥物最終因療效不佳或不良反應(yīng)而終止研發(fā)[10]。 因此，目前大多數(shù)PTP1B抑制劑尚處于初步研究階段，主要通過有機合成、組合化學(xué)、分子模擬的方法，利用計算機輔助藥物設(shè)計進行新藥開發(fā)，通過高通量篩選，尋找具有抑制 PTP1B 活性的化合物，再對化合物進行結(jié)構(gòu)改造，以期改善化合物的藥代動力學(xué)性質(zhì)以及不良反應(yīng)，最后得到具有特異性、高效性的PTP1B抑制劑。

2 合成類PTP1B抑制劑的專利態(tài)勢

本文的檢索截止日期為2018年7月，所采用的數(shù)據(jù)庫是中國專利文摘數(shù)據(jù)庫(CNABS)、德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(DWPI)以及incopat專利數(shù)據(jù)庫。檢索策略是初步選擇關(guān)鍵詞和分類號對該技術(shù)主題進行檢索，人工篩選得到涉及合成類PTP1B抑制劑的專利為535項。

2.1 申請量趨勢 由圖中可以看出，PTP1B抑制劑作為潛在的藥物靶點，自1988年被成功分離純化后，隨著PTP1B蛋白三維結(jié)構(gòu)的確定和公開發(fā)表，基于該靶點的藥物設(shè)計得到了廣泛的研究，一度成為國外研究的熱點，從上世紀(jì)末開始至2004年的專利申請整體呈現(xiàn)快速上升趨勢。然而之后隨著早期進入臨床的藥物相繼失敗或中止研究，以及PTP1B靶點本身的局限性，被報道的該靶點研究項目和進入臨床的候選藥物越來越少，導(dǎo)致國外針對該靶點的抑制劑的研究長期處于低谷。相比之下，中國在該領(lǐng)域的起步較晚，自2002年開始逐步發(fā)展，申請量逐漸增加，尤其在2010～2015年期間，全球申請量的增長主要歸因于中國申請量，究其原因，主要在于受國內(nèi)鼓勵發(fā)明創(chuàng)造的大環(huán)境影響，創(chuàng)新主體的知識產(chǎn)權(quán)保護意識顯著提高，科研創(chuàng)新以及專利申請的積極性得到鼓舞，極大促進了國內(nèi)申請量的提升。

2.2 主要申請人 由表1可知，全球申請量前十名的專利申請人中，國內(nèi)和國外的申請人各占一半，除佛山市賽維斯醫(yī)藥科技有限公司以外，國內(nèi)申請量最多的是中國科學(xué)院海洋研究所，國外申請量最多的是默克公司。

圖1 合成類PTP1B抑制劑專利申請量年度分布

排名申請人申請量(項)1佛山市賽維斯醫(yī)藥科技有限公司452默克公司333諾和諾德公司274中國科學(xué)院海洋研究所245中國科學(xué)院上海藥物研究所196華東師范大學(xué)137ISIS制藥公司118山西大學(xué)109諾華公司1010第一三共株式會社8

對國內(nèi)前五名申請人的專利申請法律狀態(tài)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2所示。佛山市賽維斯公司的授權(quán)率為0，中國科學(xué)院海洋研究所、中國科學(xué)院上海藥物研究所、華東師范大學(xué)、山西大學(xué)的授權(quán)率分別為81.8%、57.9%、100%、100%，表明上述4位申請人的專利申請質(zhì)量較高，也反映出我國在該領(lǐng)域的研發(fā)實力在不斷增強。

3 合成類PTP1B抑制劑的專利技術(shù)

目前,對于PTP1B抑制劑的藥物設(shè)計主要集中在兩個方向：一個是針對 PTP1B 的催化活性區(qū)設(shè)計得到磷酸酪氨酸(pTyr)模擬物,另一個是針對PTP1B酶的變構(gòu)抑制位點設(shè)計得到非競爭性PTP1B抑制劑，前后由于催化位點具有正電性和保守性的結(jié)構(gòu)特征,通常細(xì)胞滲透性差,作用特異性不強，后者由于變構(gòu)抑制位點在PTP酶家族保守性較低，相較于磷酸酪氨酸(pTyr)模擬物在細(xì)胞滲透性和作用特異性方面具有一定優(yōu)勢[8]。本節(jié)根據(jù)抑制劑結(jié)構(gòu)的不同，選取專利申請量較大的酰胺類、羧酸類、雜環(huán)類進行分析。

表2 國內(nèi)主要申請人專利申請授權(quán)率

3.1 含有酰胺結(jié)構(gòu)的專利申請 此類抑制劑大多是以含有草酰氨基基團的化合物為先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)改造，通過結(jié)構(gòu)中的草酰氨基與PTP1B的精氨酸活性中心相互作用，形成鹽橋，在適當(dāng)位置引入大體積疏水基團進行結(jié)構(gòu)修飾，依靠氫鍵作用和疏水相互作用，可以特異性識別PTP1B。

諾和諾德公司CN99806015以人工合成的生物素化33P-磷酸化的肽為底物，用胰島素受體酪氨酸激酶在酪氨酸殘基處33P-磷酸化，對化合物進行篩選發(fā)現(xiàn)草酰氨基苯甲酸(見圖2)可作為競爭性、可逆轉(zhuǎn)的、活性位點指導(dǎo)的抑制物，部分化合物對于PTP1B具有選擇性抑制活性，而對其他PTP酶幾乎沒有影響。之后，該公司的專利申請AU6985300涉及草酰氨基取代的噻吩并吡喃衍生物(見圖3)，對PTP1B酶抑制的Ki值達0.8 μmol·L-1。

圖2 草酰氨基苯甲酸衍生物

圖3 草酰氨基取代的噻吩并吡喃衍生物

應(yīng)用研究系統(tǒng)ARS股份公司的專利申請WO2003EP00808涉及取代亞甲基酰胺衍生物(見圖4)，優(yōu)選化合物對PTP1B的IC50值少于5 μmol·L-1。華東師范大學(xué)CN201510083031涉及手性3,3-二取代氧化吲哚衍生物(見圖5)，表現(xiàn)出良好的PTP1B抑制作用，優(yōu)選化合物的IC50值達到2.06 μmol·L-1。

圖4 取代亞甲基酰胺衍生物

圖5 3,3-二取代氧化吲哚衍生物

3.2 含有羧酸結(jié)構(gòu)的專利申請 輝瑞公司開發(fā)的以PTP1B為靶點的藥物Ertiprotafib(見圖6)和日本煙草公司開發(fā)的JTT-551(見圖7)均含有羧酸結(jié)構(gòu)，曾進入臨床階段，但是由于臨床效果不佳和毒副作用大而被終止[10]。

圖6 Ertiprotafib

圖7 JTT-551

應(yīng)用研究系統(tǒng)ARS股份公司的專利申請AU2005231980涉及作為PTP1-B抑制劑的1,1′-(1,2-乙炔二基)雙苯羧酸衍生物(見圖8)，對PTP1B的IC50值為0.51 μmol·L-1。賽諾菲-安萬特公司AU2005263418報道了羧酸類抑制劑，以水楊酸為核心結(jié)構(gòu)(見圖9)，對PTP1B酶IC50值為0.7～46 μmol·L-1。

圖8 1,1′-(1,2-乙炔二基)雙苯羧酸衍生物

圖9 水楊酸類化合物

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所CN 20101013976涉及苯甲酰胺基羧酸類化合物(見圖10)，總結(jié)出抑制劑的藥效團應(yīng)至少包括兩個芳基和一個羧基，采用藥效團與骨架遷越相結(jié)合的設(shè)計策略，篩出在理論上強效結(jié)合的化合物，IC50值0.09～0.85 μmol·L-1。華東師范大學(xué)CN201410084085涉及4,4-二甲基石膽酸-2,3-駢N-芳基吡唑衍生物(見圖11)，基于石膽酸進行結(jié)構(gòu)改造得到了一種結(jié)構(gòu)新穎、PTP1B抑制活性顯著提高的抑制劑，優(yōu)選化合物的IC50達到0.42 μmol·L-1。

圖10 苯甲酰胺基羧酸類化合物

圖11 4,4-二甲基石膽酸-2,3-駢N-芳基吡唑衍生物

3.3 含雜環(huán)結(jié)構(gòu)的專利申請 由于羧酸的電性較高，用雜環(huán)來替代羧酸以改善PTP1B抑制劑的細(xì)胞膜滲透性一直是人們研究的熱點。

美國家用產(chǎn)品公司CN99808438涉及(2-酰氨基噻唑-4-基)乙酸衍生物(見圖12)，化合物在25 μmol·L-1濃度下對PTP1B的抑制率最高達到96.6%?；舴蚵?拉羅奇公司AU2005304040涉及氨基喹唑啉化合物(見圖13)，PTP1B抑制活性的IC50在1.09～91.79 μmol·L-1的范圍內(nèi)。

圖12 (2-酰氨基噻唑-4-基)乙酸衍生物

圖13 氨基喹唑啉化合物

諾華公司的一系列專利申請WO2006US46543、WO2007US65421涉及噻唑烷二酮類化合物(見圖14)，結(jié)構(gòu)的共同特征是1,2,5-噻唑烷二酮鄰近位置有一個羥基或取代的羥基進行取代，通過抑制PTPase-1B(PTP1B)和T細(xì)胞PTPase(TC PTP)來治療由PTPase介導(dǎo)的疾病，對PTP1B的IC50范圍為0.000 1～15 μmol·L-1。

中國科學(xué)院上海藥物研究所CN200710037848涉及含唑類結(jié)構(gòu)的小分子蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B抑制劑(見圖15)，最優(yōu)化合物抑制PTP1B的IC50值為2.48 μmol·L-1。華東師范大學(xué)、中國科學(xué)院上海藥物研究所的共同申請CN201410078744涉及苯并雜環(huán)取代1,3,4-噁二唑類化合物(見圖16)，通過保留現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的N-H，引入并雜環(huán)，從結(jié)構(gòu)上增強了化合物的剛性，固定了化合物的構(gòu)象，提升化合物與酶的結(jié)合能力，改善分子的親水性，從而改善化合物的生物利用度。

圖14 噻唑烷二酮類化合物

圖15 含唑類結(jié)構(gòu)的化合物

圖16 苯并雜環(huán)取代1,3,4-噁二唑類化合物

4 總結(jié)

合成類PTP1B抑制劑的國外申請人起步早，大部分原研藥申請人對專利進行了布局，國外申請人主要為大型制藥公司，其在糖尿病藥物領(lǐng)域均有上市藥物，可見其專利轉(zhuǎn)化度較好。然而鑒于PTP1B靶點結(jié)構(gòu)本身的局限性，外國專利申請量從2004年以后就呈現(xiàn)下降趨勢，逐漸進入衰退期，而中國隨著知識產(chǎn)權(quán)意識的覺醒，從2002年開始申請量呈逐步上升趨勢。國內(nèi)申請人主要集中在高校/科研單位，缺乏企業(yè)的介入。通過對化合物結(jié)構(gòu)進行深入分析發(fā)現(xiàn)，合成類PTP1B抑制劑涉及多種不同結(jié)構(gòu)類型的化合物，說明由于目前此類抑制劑尚未有成功應(yīng)用的先例，研發(fā)熱點不集中，在該領(lǐng)域尚無系統(tǒng)的專利布局，國內(nèi)外申請人都一直在探索發(fā)現(xiàn)新化學(xué)結(jié)構(gòu)，這在一定程度上為國內(nèi)申請人的研發(fā)和專利布局提供了機遇。

面對此種局面，國內(nèi)申請人應(yīng)當(dāng)加大仿制藥和原研藥的研發(fā)投入，以進入臨床的、具有PTP1B抑制活性的化合物作為先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)改造，積累一定方向性的研究基礎(chǔ)，開發(fā)具有更好活性、靶向性或者藥代動力學(xué)的藥物，提升藥物有效性或針對性。同時，應(yīng)當(dāng)對國外已有技術(shù)以及專利布局給予充分關(guān)注，深入研究重要申請人的技術(shù)脈絡(luò)，一方面注意規(guī)避其專利雷區(qū)，另一方面，在充分利用國外申請人已有研發(fā)成果的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)造性，針對核心技術(shù)和專利進行進一步創(chuàng)新，可以圍繞新劑型、新晶型、新工藝、新用途以及聯(lián)合用藥進行外圍專利布局，形成一定的反制約，或通過交叉許可等方式為自身謀求利益。