JAK-STAT 信號通路靶向藥物淺析

撰文 紫薯

2017年9月18日

受到其選擇性JAK1小分子抑製劑upadacitinib（ABT-494）積極的臨床數據的提振，AbbVie的股票上周連漲3天，公司市值增加了超過100億美元。

JAK/STAT通路有潛力誕生多個重磅藥物嗎?

JAK-STAT信號通路

JAK-STAT信號通路簡介

JAK-STAT通路主要由四個部分組成：（1）胞外信號因子、（2）受體、（3）JAK激酶、（4）信號轉導及轉錄激活蛋白（STAT）。JAK-STAT是除了第二信使系統外最重要的信號途徑[1]。

胞外信號：包括干擾素、白細胞介素、生長因子等等。

受體：JAK-STAT通路相關受體的共同特點是受體本身不具有激酶活性，而是通過胞內結構域與酪氨酸激酶JAK結合。通過JAK的活化來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實現信號從胞外到胞內的轉遞。這與受體酪氨酸激酶的信號傳導方式非常不同。

JAK激酶：JAK激酶家族的蛋白共有4個，包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2。

不同的受體結合選擇不同的JAK蛋白。其選擇特異性也各不相同。比如IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15、IL-21等通過共用的γ-鏈（γ-chain，γc），只特異性地結合JAK3來傳遞信號。其它的受體亞基能夠通過不同的JAK結合來傳遞信號，如gp130亞基能夠結合JAK1、JAK2和TYK2。

進一層的選擇性則由受體亞基的配對來決定，如γc受體亞基只與與JAK1結合的受體亞基選擇配對。JAK2相關的生長因子和激素類細胞因子受體則具有獨特的自配對屬性，這也是後面提到的選擇性JAK2抑製劑的科學依據[2]。

從功能獲得性（gain of function）表達或突變分析來看，不同的JAK都與血液癌症相關。同時，JAK1、JAK3更多的與免疫調節有關，JAK2則與紅細胞和血小板的生成直接相關。從功能缺失（loss of function）分析來看，JAK1、JAK2功能缺失會造成老鼠胚胎致死，在人體中尚未發現JAK1、2功能缺失相關的疾病，也許間接表明了JAK1/2生理功能的重要性。JAK3功能缺失會造成嚴重的綜合免疫缺陷，這也是後面提到的靶向JAK3，從而調節自身免疫相關疾病的依據[3, 4]。TYK2的功能研究較少，有報道其會引起與內在免疫相關的缺陷(hyper-IgE syndrome)。

JAK function and expression in human diseases

信號轉導及轉錄激活蛋白STAT：

人體中有7種STAT基因，即STAT1、2、3、4、5A、5B、6。

JAK激酶通過結合受體感受胞外的信號，如干擾素、白細胞介素、生長因子等，並將信息傳送到STATs。磷酸化的STATs能夠從胞內轉移到細胞核。而每種不同的STAT結合到各不相同的啟動子DNA序列上。啟動子會控制其DNA序列表達，引起DNA轉錄與活性水平發生改變，進而影響細胞生長、分化及死亡等基本細胞功能。

不同的STAT主管的功能既有重複又不盡相同。如STAT1主要與IFNγ介導的病毒和癌症免疫直接相關，PD-1/PD-L1介導的T-細胞激活及殺傷癌細胞很大程度上是通過IFNγ介導的STAT1通路。同時，STAT1又與其它的STATs協調其它的諸多功能[4]。

STATs and the main cytokines that activate them

值得一提的是，一種JAK激酶可以參與多種細胞因子的信號轉導過程，一種細胞因子的信號通路也可以激活多個JAK激酶，但細胞因子對激活的STAT分子卻具有一定的選擇性。例如IL-4激活STAT6、IL-12特異性激活STAT4、IFNγ激活STAT1、EPO激活STAT5等。

Overview of JAK–STAT signaling in host defense and cellular homeostasis

JAK-STAT途徑在進化過程中是非常保守的，從黏菌和蠕蟲到哺乳動物（但真菌或植物則不是）。若JAK-STAT的功能被打亂或異常上調，會導致自身免疫，免疫缺陷，癌症等疾病。

這裡，我們按照藥物發現批准的先後順序重點介紹JAK靶點相關藥物。

靶向JAK2或JAK1/JAK2治療血液癌症

JAK2 V617F突變在骨髓增生性腫瘤（MPN）中的發現大大促進了JAK2抑製劑的開發[5]。

MPN是一組以骨髓中異常造血祖細胞增殖為特徵的慢性疾病。MPN包括骨髓纖維化（myelofibrosis，MF）、真性紅細胞增多症（polycythemia vera，PCV）、原發性血小板增多症（essential thrombocythemia，ET）和慢性髓細胞白血病（chronic myelogenous leukemia，CML）。

大約95%的PCV患者，和50-60%的MF和ET患者都發現有JAK2 V617F單氨基酸突變。這個突變發生在假性的JH2激酶區域（pseudokinase domain），引起了JAK2構象改變，造成了不依賴胞外細胞因子信號的JH1激酶區域的持續激活，進而引起細胞增生和血液癌症[6]。

JAK2 V617F突變

Ruxolitinib最初由Incyte開發，是一個JAK1/JAK2小分子激酶抑製劑。於2011年11月獲得FDA批准，用於治療中，高危的骨髓纖維化MF。2014年進一步獲批用於真性紅細胞增多症PCV。Ruxolitinib能夠達到緩解JAK2 V617F突變引起的脾臟增大（Splenomegaly），減輕患者虛弱的癥狀[7]。

JAK2突變或過量表達致癌除了高發於MPN，在其它的血液癌症中也有一定比例。如在高危B-ALL中，大約有10%患者含有JAK2致癌突變（20/187）。Ruxolitinib在這些B-ALL患者中的初步應答非常積極。同時，在淋巴瘤中也有一定比例的JAK2突變或過量激活，Ruxolitinib在淋巴瘤的臨床試驗結果還沒有報道。

Ruxolitinib的毒副作用主要包括貧血，血小板減少症，中性粒細胞減少症和腹瀉等。多為JAK1/JAK2直接靶向相關毒性。JAK2/STAT5調控的下游信號包括細胞凋亡靶點Bcl-2家族蛋白，如Bcl-2、Bcl-XL等。所以我們看到的二者靶向毒副作用非常相似。

由於ruxolitinib不能夠減少變異血癌細胞的JAK2V617F突變負荷(allele burden)，所以ruxolitinib幾乎不能帶來治癒[8]。新一代的MPN藥物開發重點集中在JAK2選擇性的抑製劑，期望能夠降低由於靶向JAK1引起的過多副作用的同時增加療效。

曾經的先鋒官Sanofi的JAK2選擇性抑製劑fedratinib在二期臨床及三期臨床早期在MPN耐葯患者上顯示出非常出色的療效。卻因為有多個患者發展出嚴重的副作用——韋尼克腦病（encephalopathy），於2013年底被FDA迅速叫停了7個相關的臨床試驗。Fedratinib夭折的同時，也嚇到了一大批跟fedratinib結構類似的JAK2抑製劑。迄今都還不清楚這個腦病副作用是怎麼來的。與靶向JAK2有沒有直接相關。為什麼ruxolitinib沒事？這也間接使得ruxolitinib減少了競爭對手而獲益。雖然多個選擇性的JAK2抑製劑都能夠在MPN上得到較好的療效，但迄今還沒有第二個JAK2抑製劑獲得批准。問題的關鍵在於毒性的控制。最近臨床進展較快的JAK2選擇性抑製劑包括pacritinib、momelotinib，等[2]。

Ruxolitinib在2016年的銷售約為700 M。Evaluatepharma樂觀的預測ruxolitinib在2022年的銷售可以達到2.9 Billion，可能提前預加了其在器官移植（graft vs host disease （GVHD））及自身免疫疾病上的潛力。

JAK獲批及在研小分子抑製劑

靶向JAK3治療自身免疫疾病

JAK3特異性的在造血細胞表達，是白細胞介素（IL）-2、4、7、9、15和21信號通路的關鍵組成部分，主要調控淋巴細胞發育和存活。JAK3功能缺失會造成淋巴細胞減少，引起嚴重的免疫缺陷。這為開發JAK3選擇性抑製劑提供了科學依據，可以用於治療自身免疫相關的疾病。

這裡有個小插曲。

JAK3作為免疫抑製劑的潛力最早由NIH的免疫學家John O Shea於1994年發現。NIH聯繫到輝瑞，希望成立一個「公私合作體」共同開發JAK3選擇性抑製劑，條件是將來的葯價能夠給患者更多折扣。輝瑞沒有答應。1996年，NIH在合同中劃掉了對葯價補償約定的條款。二者開始合作解析JAK3的結構及與其受體的調控功能。後來輝瑞完成了先導化合物的篩選，優化，臨床前及大型臨床試驗，號稱總共花了1個Billion。

輝瑞開發的JAK3選擇性抑製劑tofacitinib於2012年11月獲得FDA批准用於RA。定價一個月$2055。據說超高葯價當時震驚了許多人，引來一番熱議。

Tofacitinib是最早進行臨床試驗的JAK抑製劑，但卻晚於ruxolitinib獲得批准。RA上的主流治療方案是TNF的單抗，成就了多個重磅，和史上新的藥王（Humira）。但有相當多數量的患者對TNF單抗耐葯或不應答，而tofacitinib能夠在這些耐葯患者中產生良好的應答[9，10]。

Tofacitinib除了有JAK3活性外，還有相對弱一些的JAK1活性，及更弱一些的JAK2活性。JAK1和JAK2的活性增加了tofacitinib的療效，但同時也帶來了較為嚴重的副作用。Tofacitinib背著諸多的黑框標識，嚴重影響了其早期的銷售。2016年tofacitinib的銷售為$9.27億美元，比2015年增加了77%。以1 billion美元為重磅標準，tofacitinib今年銷售達到重磅應該是板上釘釘。

靶向JAK1治療自身免疫疾病

JAK3曾經是人們公認的JAK/STAT通路中較為安全有效的抗自身免疫靶點。但最新的臨床研究動向顯示JAK1選擇性抑製劑可能是比JAK3更安全有效的靶標。

JAK1選擇性抑製劑ABT-494和filgotinib在臨床中顯示出與tofacitinib類似的療效，但安全性有所提高，特別是淋巴細胞減少（lymphopenia）的癥狀大大緩解[4]。當然，還需要更多的臨床數據進一步驗證選擇性JAK1抑製劑的風險獲益比。至少目前，市場認為JAK1是更安全有效的靶點。重磅藥物好像更有潛力。AbbVie因ABT-494的積極數據三天漲了10 Billion。

其它

Ruxolitinib除了在MPN顯示療效外，初步的臨床試驗也證明其在RA上的療效。Incyte重新設計了一下Ruxolitinib，推出Baricitinib，一個新的JAK1/2抑製劑，與禮來共同開發RA等自身免疫上的應用。最初的臨床設計絕對是沖著重磅去的。截止2016年8月，共開了36個臨床試驗，完成了24個。Baricitinib今年二月在歐盟獲得批准。但由於擔心安全性和劑量問題，FDA於今年四月拒絕了baricitinib的NDA上市申請。Baricitinib的前景變得不明朗起來。

具備重磅潛力的JAK抑製劑

小結：

JAK/STAT通路作為第二重要的信號中轉站，要處理的信息錯綜複雜。幸運的是通過篩選選擇性的JAK抑製劑，我們能夠達到目標療效的同時，安全性還能夠有所保障。已經獲批的兩個JAK小分子抑製劑ruxolitinib和tofacitinib也是激酶小分子設計的典範：

選擇性好、活性高的同時，分子量小到極致，均只有300 Da出頭。應該是選擇性激酶小分子里最小的了吧。

有道是，唯小不破。

不久的將來，JAK/STAT通路的小重磅藥物數量應該是大於等於3？

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