【First-in-class药设系列】针对丝虫病治疗的速效化合物发现
2013年，全球估计有4,380万人感染了寄生性的丝虫，其中包括导致淋巴丝虫病和盘尾丝虫病(也称为河盲症)，不仅如此，超过10亿人都有感染的风险。淋巴丝虫病和盘尾丝虫病通常都不致命，然而，它们具有相当高的发病率以及极其痛苦的患病体验。这些感染没有短期治疗方法，目前的药物主要集中在伊维菌素(Mectizan)，阿苯达唑、乙胺卡马嗪、多西环素这几种。这些药物治疗方案必须维持至少5年；且这些治疗手段已开始有了耐药的报道，亟需全新靶点的能速效发挥杀虫的药物发现。来自美国Scripps研究所的研究者近日在Science Translational Medicine上报道了其发现特异性抗丝虫病的喹唑啉系列化合物，并在临床前研究中显示了优良的成药性。
研究人员首先使用感染wMel株型的沃尔巴克氏体的黑腹果蝇细胞建立了高通量初筛体系筛选化合物。通过筛选约300,368个各类小分子，从中鉴定了一些已知的药物和生物活性分子，但由于较差的生物利用度、已确定的毒性、合成及改造的高难度和高成本等各种原因，大部分均不适合重新利用或进一步开发。在剩余的一些阳性分子中，一类喹唑啉化学骨架的化合物具有体外抗沃尔巴克氏体特异性活性，或对沃尔巴克氏体在宿主细胞内生存所需的过程起作用。进而，他们构建了基于虫体的体外试验，实验周期可以在11天内完成，与3个月的体内验证试验相比，大大缩短了优化周期，适用于对化合物优化改造。
研究人员系统优化了喹唑啉系列的药效、安全性、理化和药代动力学特性，获得了多个性质出色的化合物。除了进一步确认了它们的抗沃尔巴克氏菌活性，还系统评价其成药性，包括吸收、分布、代谢和排泄（ADME），CYP和hERG的抑制效应、人体和小鼠肝微粒体的代谢，对Caco-2细胞的渗透性、溶解动力参数和血浆蛋白结合率等；并在小鼠体内进行药物动力学研究，以确定它们适合在体内感染的临床前模型中使用每日一次(QD)还是每日两次(BID)剂量。喹唑啉系列化合物在体内外实验中对彭亨布鲁丝虫和马来丝虫的抗沃尔巴克氏体活性与多西环素相当。
与筛选获得的阳性化合物CBR008相比，其同系物CBR422, CBR625, CBR715, CBR417, 和CBR490)显示出了更好的体内外药效(wMel IC50 ≤ 33 nM；wBp EC50 ≤ 356 nM)，具有可接受的选择性，在小鼠体内具有口服生物活性，具有良好的药代动力学特性，较长血浆暴露时间，当剂量≤50mg/kg给药，12 至24小时后，血药浓度仍超过EC90。上述优化后的喹唑啉系列在丝虫感染的临床前模型“棉鼠丝虫感染小鼠获得模型”中普遍显示了体内疗效，将整个疗程缩短到14天的时间。
然而，理论上在缩短治疗时间(≤7天)的临床前模型中达到疗效的能力是一个理想的配置，减少抗沃尔巴克氏菌药物的剂量计划有利于促进治疗和提高依从性。因此，他们进行治疗方案缩短的研究，喹唑啉类似物CBR625 给药7天(60 mg/kg，一天两次)，疗效(99.80% 沃尔巴克氏体清除率)；给药7天(60 mg/kg，一天一次)，疗效(98.50%沃尔巴克氏体清除率)。同样，口服7天和12天的CBR715 50mg/kg，一天给药两次，清除了98.8%和99.80%的沃尔巴克氏菌。此外，口服4天，60mg/kg，一天给药一次，优化喹唑啉类药物CBR490，清除了99.80%的沃尔巴克氏菌；给药CBR417，除了99.96%的沃尔巴克氏菌；与14天给药的多西环素95.21%的清除率有显著差异。
为了更好的确定临床前候选药物，研究人员继而对CBR417和CBR490的安全性进行了更广泛的评估。这两种化合物在小鼠体内疗效研究中都有很好的耐受性，即使在高剂量服用(200 mg/kg）;或长期服用CBR490每日总剂量(60 mg/kg)，持续11天。无论是否有大鼠肝脏S9混合代谢激活，mini-Ames实验都为阴性的结果，表明这两种化合物都没有表现出内在的致突变潜能。核试验也没有显示固有的基因毒性潜力。CBR417对hERG和CYP酶都没有强烈的抑制作用，这两种化合物也没有引起人孕酮X受体(PXR)的激活。在初步分析中，CBR490因hERG抑制而具有潜在的心血管疾病倾向(IC50 = 7.07 M)，但幸运的是，进一步检测显示这两种化合物都没有明显的心脏损伤效力。为了探索这两个化合物可能导致体内毒性的脱靶效应，他们对这两个化合物和44个潜在结合蛋白进行Eurofins Cerep-Panlabs安全筛选，发现CBR490对12个蛋白有显著抑制(>50%)，CBR417只有3个蛋白有影响。
综上，研究人员开发了抗沃尔巴克氏菌药物开发系统，为消除依赖沃尔巴克氏菌的丝状线虫的速效先导发现开辟了道路，同时获得了一系列体内有效喹唑啉类候选药物，正在进行临床前研究，为选择性治疗目前顽固性丝虫病感染提供了新的治疗策略。该研究通过体内筛选模型体外化，为快速筛选和结构改造提供了重要检测方法。但美中不足的是，该研究并没有披露该系列化合物对于丝虫病发挥药效的作用靶标，难以根据其信息进行药物化学骨架跃迁获得非喹唑啉类的新类型化合物。
参考文献：
[1] Bakowski M A, Shiroodi R K, Liu R, et al. Discovery of short-course antiwolbachial quinazolines for elimination of filarial worm infections[J]. Science Translational Medicine, 2019, 11(491).