关于《Discovery of First Branched-Chain Ketoacid Dehydrogenase Kinase (BDK) Inhibitor Clinical Candidate PF-07328948》的综合报告

作者及出版信息

该研究的主要作者包括 Kevin J. Filipski、Luis A. Martinez-Alsina、Matthew R. Reese 等，由多个研究团队共同完成，涉及包括化学、生物学和医药学等多个领域的科学家。此研究发表在 Journal of Medicinal Chemistry，2025 年第 68 卷（2466-2482 页），文章于 2024 年 11 月 19 日在线发布。

学术研究背景

本研究聚焦于支链氨基酸代谢（branched-chain amino acid，BCAA）及其调控机制。支链氨基酸（包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）是人体必需氨基酸，需从膳食中摄取。BCAA 在代谢过程中会转化为相应的支链酮酸（branched-chain ketoacid，BCKA），由 BCAT1 或 BCAT2 催化可逆转氨作用，而不可逆的催化反应由支链 α-酮酸脱氢酶复合体（BCKDH）负责。该复合体通过 BDK（支链-酮酸脱氢酶激酶）进行负调控，而 PP2CM（磷酸酶）负责解磷酸化以抵消上述作用。

过去的研究已表明，BCAA 代谢失调与一系列心血管代谢疾病相关，包括肥胖、糖尿病和代谢异常相关脂肪性肝炎（MASH）。此外，心力衰竭患者的心肌组织中观察到 BCAA 及其代谢产物（BCKA）水平升高。本研究的目的在于开发一种高效选择性的 BDK 抑制剂，通过改善 BCAA 代谢失调来开发治疗心血管和代谢疾病的新药。

研究方法与实验流程

研究总体流程

研究从早期候选分子 PF-07208254 入手，通过系统优化开发出化合物 PF-07328948。实验流程包括结构优化、体内外药效学评估、药代动力学研究和临床前动物模型测试，具体步骤如下：

1. 结构优化：
   研究起点化合物 PF-07208254 的结构具有潜在的毒性和蛋白共价结合风险。通过更改其核心结构为苯并噻吩环（benzothiophene），研究团队发现了一个新型隐性结合袋（cryptic pocket），这一发现显著提高了分子在 3-芳基取代位置的效能，并消除了 PF-07208254 的不良副作用风险。

2. 抑制剂效能和动力学研究：
   研究设计了两种实验方法评估 BDK 抑制效果：

   • 生物化学实验（tr-FRET 法）： 测量 BDK 诱导的底物磷酸化。
   • 细胞实验（AlphaLISA 技术）： 使用人骨骼肌细胞系统检测酶复合体的抑制效果。

同时，采用不同的取代基修饰验证 3-位芳族取代结构的空间适配性和效能。

1. 晶体结构解析：
   对改进后的结构（如化合物 6）进行 X 射线晶体学解析，发现芳基片段触发了 Tyr99 残基的构象变化，形成额外的亲疏水相互作用。

2. 细胞实验和机制研究：
   在 HEK293 细胞模型中，研究团队通过免疫印迹法量化 PBCKDH/BCKDH 的比值，同时确定了 BDK 的降解作用。进一步研究支持了小分子通过解耦 BDK 与 BCKDH 复合体的结合使其暴露于内源性降解途径的假说。

3. 动物模型验证：
   在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中，PF-07328948 展示了显著降低血浆中 BCAA 及 BCKA 的生物标志物水平的效果。长期实验表明，BDK 降解效能可进一步增强药效。研究还在 ZSF1 心力衰竭模型大鼠中验证了显著提升有氧能力和心功能的效果。

4. 药代动力学研究：
   在大鼠、狗和猴体内进行药代研究，结果表明 PF-07328948 有较好的口服生物利用度，且主要通过代谢途径进行清除。人类肝脏细胞实验表明，该化合物代谢以醛酮糖醛酸化为主，而非经氧化代谢。

5. 临床研究：
   通过首剂人体研究（SAD 研究），验证了该药物在安全剂量范围内具有良好的耐受性和一次性每日给药的药代动力学特性。

主要结果与发现

• 新型化学结构的设计与优化： 通过改为苯并噻吩核心并发现隐性结合袋，提高了 BDK 抑制的选择性及效能，同时降低了可能由蛋白共价结合导致的不良反应。
• 有效的 BDK 抑制和降解效能： PF-07328948 展现了显著的 BDK 抑制及降解作用。这种双重作用被验证在体内可以增强药效，改善代谢失调。
• 药代动力学和生物标志物变化： 在多物种的药代研究中，PF-07328948 被证明具有良好的药物分布和生物利用度，并有效降低小鼠、大鼠体内的代谢标志物。
• 改善心功能和代谢指标： ZSF1 心力衰竭模型实验展现了该候选药物改善运动耐力、降低心脏负荷的治疗潜力。

研究结论与意义

本研究开发了首个进入临床试验的高选择性 BDK 抑制剂及降解剂 PF-07328948。其在动物模型和细胞实验中表现出显著的药效，提供了改善心血管代谢疾病新靶点的可能性。PF-07328948 的药代动力学特性支持其在一次每日口服剂量下使用，代表了 BDK 靶向领域的重要突破。

亮点与创新性

1. 通过捕获隐性结合袋的技术提升化合物效能，属领域内创新性发现。
2. 同时实现 BDK 抑制与降解功能，拓展了靶向蛋白的新理论。
3. 多物种交叉验证实验确保了研究结果的可靠性和临床转化潜力。

总结

PF-07328948 的开发填补了 BDK 抑制剂领域的研究空白，不仅为心血管代谢疾病的治疗提供了新策略，也进一步验证了通过降解途径放大药物疗效的理论。这些成果为未来开发类似双功能药物提供了重要参考和研究基础。