合成類蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制劑專利現狀分析

沈芳，馬永濤，張雄輝，李瑤

(國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心，天津 300304)

隨著全球經濟的快速發展，工業化、城市化進程的不斷推進，人們的飲食呈現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，據統計，預計到2022年全球糖尿病藥物市場規模將達到1 240億美元。我國的糖尿病市場規模也保持著穩定增長的態勢，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，預計到2028年該數字將增至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-葡萄糖共轉運蛋白(SGLT-2)抑制劑等，目前正在研發的熱門靶點涉及G蛋白偶聯受體(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節細胞內蛋白質的去磷酸化與磷酸化從而調節體內細胞生長、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導的關鍵生理調節因子，而且其與ER應激以及胰島β細胞之間也有重要關聯。胰島素敏感度降低是2型糖尿病的重要標志，PTP1B可以通過作用于IR和IRS的關鍵酪氨酸殘基，使其去磷酸化，從而抑制胰島素的信號通路或導致胰島素信號通路的終止，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[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注，陸續開發了一些具有臨床應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而終止研發[10]。 因此，目前大多數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、分子模擬的方法，利用計算機輔助藥物設計進行新藥開發，通過高通量篩選，尋找具有抑制 PTP1B 活性的化合物，再對化合物進行結構改造，以期改善化合物的藥代動力學性質以及不良反應，最后得到具有特異性、高效性的PTP1B抑制劑。

2 合成類PTP1B抑制劑的專利態勢

本文的檢索截止日期為2018年7月，所采用的數據庫是中國專利文摘數據庫(CNABS)、德溫特世界專利索引數據庫(DWPI)以及incopat專利數據庫。檢索策略是初步選擇關鍵詞和分類號對該技術主題進行檢索，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蛋白三維結構的確定和公開發表，基于該靶點的藥物設計得到了廣泛的研究，一度成為國外研究的熱點，從上世紀末開始至2004年的專利申請整體呈現快速上升趨勢。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，中國在該領域的起步較晚，自2002年開始逐步發展，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，主要在于受國內鼓勵發明創造的大環境影響，創新主體的知識產權保護意識顯著提高，科研創新以及專利申請的積極性得到鼓舞，極大促進了國內申請量的提升。

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，國內和國外的申請人各占一半，除佛山市賽維斯醫藥科技有限公司以外，國內申請量最多的是中國科學院海洋研究所，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佛山市賽維斯醫藥科技有限公司452默克公司333諾和諾德公司274中國科學院海洋研究所245中國科學院上海藥物研究所196華東師范大學137ISIS制藥公司118山西大學109諾華公司1010第一三共株式會社8

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

3 合成類PTP1B抑制劑的專利技術

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

表2 國內主要申請人專利申請授權率

3.1 含有酰胺結構的專利申請 此類抑制劑大多是以含有草酰氨基基團的化合物為先導化合物進行結構改造，通過結構中的草酰氨基與PTP1B的精氨酸活性中心相互作用，形成鹽橋，在適當位置引入大體積疏水基團進行結構修飾，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現草酰氨基苯甲酸(見圖2)可作為競爭性、可逆轉的、活性位點指導的抑制物，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

應用研究系統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)，優選化合物對PTP1B的IC50值少于5 μmol·L-1。華東師范大學CN201510083031涉及手性3,3-二取代氧化吲哚衍生物(見圖5)，表現出良好的PTP1B抑制作用，優選化合物的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 含有羧酸結構的專利申請 輝瑞公司開發的以PTP1B為靶點的藥物Ertiprotafib(見圖6)和日本煙草公司開發的JTT-551(見圖7)均含有羧酸結構，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

應用研究系統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，以水楊酸為核心結構(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

中國醫學科學院藥物研究所CN 20101013976涉及苯甲酰胺基羧酸類化合物(見圖10)，總結出抑制劑的藥效團應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合的設計策略，篩出在理論上強效結合的化合物，IC50值0.09～0.85 μmol·L-1。華東師范大學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)，基于石膽酸進行結構改造得到了一種結構新穎、PTP1B抑制活性顯著提高的抑制劑，優選化合物的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 含雜環結構的專利申請 由于羧酸的電性較高，用雜環來替代羧酸以改善PTP1B抑制劑的細胞膜滲透性一直是人們研究的熱點。

美國家用產品公司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。

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)，結構的共同特征是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細胞PTPase(TC PTP)來治療由PTPase介導的疾病，對PTP1B的IC50范圍為0.000 1～15 μmol·L-1。

中國科學院上海藥物研究所CN200710037848涉及含唑類結構的小分子蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B抑制劑(見圖15)，最優化合物抑制PTP1B的IC50值為2.48 μmol·L-1。華東師范大學、中國科學院上海藥物研究所的共同申請CN201410078744涉及苯并雜環取代1,3,4-噁二唑類化合物(見圖16)，通過保留現有結構中的N-H，引入并雜環，從結構上增強了化合物的剛性，固定了化合物的構象，提升化合物與酶的結合能力，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 含唑類結構的化合物

圖16 苯并雜環取代1,3,4-噁二唑類化合物

4 總結

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，其在糖尿病藥物領域均有上市藥物，可見其專利轉化度較好。然而鑒于PTP1B靶點結構本身的局限性，外國專利申請量從2004年以后就呈現下降趨勢，逐漸進入衰退期，而中國隨著知識產權意識的覺醒，從2002年開始申請量呈逐步上升趨勢。國內申請人主要集中在高校/科研單位，缺乏企業的介入。通過對化合物結構進行深入分析發現，合成類PTP1B抑制劑涉及多種不同結構類型的化合物，說明由于目前此類抑制劑尚未有成功應用的先例，研發熱點不集中，在該領域尚無系統的專利布局，國內外申請人都一直在探索發現新化學結構，這在一定程度上為國內申請人的研發和專利布局提供了機遇。

面對此種局面，國內申請人應當加大仿制藥和原研藥的研發投入，以進入臨床的、具有PTP1B抑制活性的化合物作為先導化合物進行結構改造，積累一定方向性的研究基礎，開發具有更好活性、靶向性或者藥代動力學的藥物，提升藥物有效性或針對性。同時，應當對國外已有技術以及專利布局給予充分關注，深入研究重要申請人的技術脈絡，一方面注意規避其專利雷區，另一方面，在充分利用國外申請人已有研發成果的基礎上，發揮創造性，針對核心技術和專利進行進一步創新，可以圍繞新劑型、新晶型、新工藝、新用途以及聯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。