Introducción a la vía JAK-STAT
La vía de la cinasa Janus (JAK) y el transductor de señal y activador de transcripción (STAT) regula múltiples procesos biológicos fundamentales que incluyen muchos aspectos de la inmunidad innata y adaptativa, la hematopoyesis y la proliferación celular. Los factores circulantes conocidos como citocinas se unen al lado extracelular de los receptores transmembrana compuestos por dos o más subunidades o cadenas, cada una asociada con un JAK en el lado intracelular. Tras la unión de las citocinas, las JAK en el complejo receptor se fosforilan y activan, lo que conduce a la fosforilación del dominio citoplasmático del receptor. Las proteínas STAT se acoplan al receptor fosforilado y, por sí mismas, se sujetan a la fosforilación mediada por JAK. Una vez fosforilados, las STAT se dimerizan y se translocan al núcleo donde modulan la expresión génica uniéndose al ADN.
Hay cuatro miembros de la familia JAK (JAK1, JAK2, JAK3 y tirosina cinasa 2 (TYK2), cada uno de los cuales se asocia con cadenas receptoras específicas. Estas cadenas se ensamblan en combinaciones estrictas definidas para formar receptores para las diferentes clases de citocinas. JAK3 se asocia con la cadena γ común, que se combina en forma exclusiva con las cadenas asociadas con JAK1 para formar receptores para la familia de citocinas γ común (interleucinas (IL)-2, IL-4, IL-7, IL-9 e IL-15 e IL-21). Las cadenas de receptores asociadas con JAK1, JAK2 y TYK2 forman varias combinaciones heteroméricas entre sí, por ejemplo, en los receptores para interferones tipo 1 (JAK1, TYK2), interferón-γ (JAK1, JAK2), IL-23 (JAK2, TYK2) e IL-6 (JAK1, JAK2, TYK2). JAK2 es el único JAK que forma un par homodimérico en los receptores de citocinas como la eritropoyetina (EPO), la trombopoyetina (TPO) y el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF). Se cree que las citocinas como la IL-5 y el factor estimulante de colonias de macrófagos y granulocitos (GM-CSF) también transmiten la señal de forma principal por medio de JAK2. La inhibición de las JAK relevantes presentes en un complejo del receptor de citocina interrumpirá la transmisión de señales de las citocinas.
Relevancia de la vía JAK-STAT para el asma
El asma es una enfermedad inflamatoria crónica de la vía aérea. Es el resultado de una interacción compleja entre los factores genéticos que influyen en la respuesta inmune y los estímulos externos inespecíficos, como el resfriado, los alérgenos y el ejercicio. El asma de manera frecuente se caracteriza como una condición heterogénea, que se refiere a la diversidad de desencadenantes, fenotipos, factores fisiopatológicos de la enfermedad y las respuestas a la terapia. Los síntomas comunes incluyen tos persistente, sibilancias, dificultad para respirar y opresión en el pecho.Si bien los medicamentos existentes son efectivos de manera frecuente, hay un subconjunto de pacientes con asma no controlada que de manera correspondiente tienen una calidad de vida reducida y un uso mayor de la atención médica. Mejorar el acceso a los medicamentos existentes puede beneficiar a algunos de estos pacientes, sin embargo, las nuevas terapias contra el asma también son una necesidad importante.
Existen varios sistemas de clasificación del asma grave, incluidos los que describen el grado de control clínico de la enfermedad, implicación de atopia/respuesta alérgica, y endotipo de enfermedad. Un ejemplo cada vez más común del enfoque de endotipo es clasificar la enfermedad según el estado de “tipo 2-alto” o “tipo 2-bajo”. El tipo 2-alto es el mejor entendido y se asocia con una expresión alta de las citocinas clásicas T-cooperadoras 2 (TH2) IL-4, IL-5, IL-9 e IL-13, todas las cuales son JAK-depedientes. Múltiples biomarcadores también se asocian con la enfermedad tipo 2-alto, que incluye eosinófilos en sangre y esputo, fraccion exhalada de óxido nítrico (FeNO), periostina sérica e inmunoglobulina sérica (IgE) elevados. La linfopoyetina estromal tímica (TSLP) es otra citocina dependiente de JAK que desempeña un papel importante en la enfermedad tipo 2-alta, que sirve como alarmina al inicio de la producción de citocinas TH2.
Dada la asociación de IL-4, IL-5, IL-9, IL-13 y TSLP a las patologías del asma, todas se dirigen con terapias basadas en anticuerpos que se unen en forma directa a las citocinas o sus receptores. Tres fármacos dirigidos a la IL-5 (mepolizumab, reslizumab) o la cadena alfa de su receptor (benralizumab) se aprobaron como tratamientos para el asma con un fenotipo eosinofílico. Un anticuerpo bloqueador de la IL-9 mostró efectos prometedores en el asma en un estudio preclínico, pero no pudo mostrar un efecto en un entorno clínico, aunque no se evaluó el alcance del compromiso objetivo. El tezepelumab es un anticuerpo antagonista contra TSLP. Los resultados de un ensayo fase 2 indican que redujo con éxito las exacerbaciones del asma en pacientes con y sin endotipo tipo 2-alto. En la actualidad, se llevan a cabo ensayos confirmatorios fase 3. Se avanzó a ensayos fase 3 en dos terapias potenciales dirigidas a la IL-13 (lebrikizumab y tralokinumab), donde ambas moléculas demuestran la reducción de biomarcadores clave vinculados a la IL-13, como la FeNO. A pesar de la evidencia, las reducciones inconsistentes en las exacerbaciones del asma llevaron a las compañías patrocinadoras (Roche y AstraZeneca, de manera respectiva) a abandonar las actividades adicionales de desarrollo en el asma. Sin embargo, un anticuerpo que bloquea la actividad de la IL-13 y la IL- 4 al enfocarse en la subunidad alfa del receptor de la IL-4 (dupilumab) no sólo redujo la FeNO y los biomarcadores relacionados, sino que también redujo las exacerbaciones del asma lo suficiente como para ganar la aprobación para el tratamiento del asma con un fenotipo eosinofílico, o asma dependiente del uso de corticoesteroides orales.
El concepto obtenido de las pruebas clínicas al dirigir en forma directa estas citocinas o sus receptores también respalda el estudio de los inhibidores de JAK como posibles tratamientos para el asma. De hecho, las señales de IL-4, IL-5, IL-9, IL-13 y TSLP pueden suprimirse de forma simultánea al inhibir los JAK relevantes, y ofrece el potencial para una mayor eficacia y/o capacidad de tratar una gama más amplia de pacientes en comparación con un solo anticuerpo bloqueante. Los programas de desarrollo de lebrikizumab, tralokinumab y dupilumab también proporcionaron información útil sobre biomarcadores para un inhibidor inhalado de JAK. Estas campañas validaron el uso de FeNO como un biomarcador exhalado de la supresión de la vía IL-4 y/o IL-13, un representante útil del compromiso JAK in vivo. Tal biomarcador exhalado es de especial importancia para un inhibidor inhalado de JAK con farmacología restringida a los pulmones, ya que los cambios en los biomarcadores sanguíneos típicos (por ejemplo, periostina, eosinófilos o IgE) pueden no ser relevantes debido a la exposición sistémica baja esperada del inhibidor.
En particular, la medición de FeNO es parte de los programas de desarrollo clínico de GDC-0214, AZD0449 y TD-8236, los tres inhibidores inhalados de JAK que se sabe que ingresaron a la fase clínica hasta la fecha. Estos y otros inhibidores inhalados de JAK se analizan en más detalle a continuación.
El asma tipo 2-bajo es poco entendida, por lo tanto, el beneficio potencial de la inhibición de JAK para estos pacientes es menos claro que para la enfermedad tipo 2-alto. El tipo 2-bajo de manera probable abarca una variedad de síndromes con diferentes factores de la enfermedad, y de hecho, también puede haber superposición e incluso cooperación entre las vías tipo 2-bajo y tipo 2-alto en el asma grave. Aunque en un subconjunto de pacientes asmáticos graves con una enfermedad más neutrofílica donde los marcadores tipo 2-alto (como los eosinófilos) pueden estar reducidos o ausentes. El asma neutrofílica a menudo se asocia con una respuesta TH1/IFN-γ, una respuesta TH17/IL-17, o una mezcla de los dos. Además, se obtuvo la medición de concentraciones altas de IL-6 en pacientes con asma grave, de forma independiente de una señal tipo 2. Mientras que la IL-17 no es JAK-dependiente, tanto el IFN-γ como la IL-6 requieren actividad JAK para la transmisión de señales. Sin embargo, los anticuerpos terapéuticos que neutralizan la transmisión de señales de IFN-γ o IL-6 no están probados de manera clínica en el asma, por lo que el beneficio de inhibir estas vías por medio de la inhibición de JAK es no conocida.
Una posible fuente de apoyo para la intervención JAK en el asma tipo 2-bajo proviene del ensayo fase 2 de tezepelumab. Como se describió con anterioridad, el bloqueo de TSLP en este estudio produjo reducciones consistentes en las exacerbaciones del asma de forma independiente del estado tipo 2. Si estos datos positivos se reproducen en ensayos más grandes fase 3, se puede sugerir que la inhibición posterior de JAK de la transmisión de señales de TSLP también podría ser eficaz en el tratamiento del asma tipo 2-bajo.
Inhibidores orales de JAK
Debido a su papel central en la vía JAK-STAT y la comprensión madura de las cinasas como objetivos farmacológicos, los inhibidores de JAK se estudian de manera intensa como potenciales terapéuticos. Estos esfuerzos resultaron en múltiples fármacos aprobados y candidatos clínicos. Los primeros dos inhibidores de JAK administrados por vía oral aprobados para uso humano en enfermedades autoinmunes fueron tofacitinib (1), seguido de baricitinib (2). La artritis reumatoide es la indicación autoinmune mejor estudiada hasta la fecha, donde los compuestos 1 y 2 muestran eficacia convincente en pacientes.
Las revisiones recientes resumen la creciente cantidad de datos de seguridad de ensayos clínicos y ensayos de extensión a largo plazo, en forma particular para los compuestos 1 y 2. Debido a la importancia de los JAK para la función inmune y la formación de células sanguíneas, preocupaciones teóricas y prácticas sobre infecciones, tumores malignos, y los cambios en los recuentos de células y otros parámetros sanguíneos dominan la discusión sobre seguridad. Se observaron infecciones graves que incluyen herpes zoster y neumonía. Se reportaron leucemia y otras neoplasias malignas. Se observó anemia y citopenias, así como reducción de las células asesinas naturales (NK) y cambios en los lípidos plasmáticos (lipoproteínas de alta densidad, lipoproteínas de baja densidad y triglicéridos). También se describieron eventos tromboembólicos. Se requieren más estudios para distinguir con precisión el grado en que estos hallazgos se relacionan con los fármacos en lugar de ser comorbilidades subyacentes de la población de pacientes que se tratan, y para caracterizar el grado en que los cambios en los parámetros de laboratorio (por ejemplo, cambios en los lípidos) se traducen en eventos adversos (por ejemplo, resultados cardiovasculares negativos). Sin embargo, hay evidencia creciente que identifica a los inhibidores de JAK en la mejoría en los índices terapéuticos, aún es una importante necesidad no satisfecha.
Un enfoque potencial para mejorar el índice terapéutico es ajustar el perfil de selectividad del inhibidor de la familia JAK. De hecho, como se ejemplifica en la Tabla 1, de manera reciente se aprobaron múltiples compuestos adicionales con una gama de perfiles de selectividad de la familia JAK para uso humano (3 y 4), o que progresan por medio de ensayos clínicos (5–8). Será fascinante observar en los próximos años si el perfil riesgo:beneficio de estos compuestos se diferenciará en forma significativa de 1 o 2 en la AR o en otras enfermedades autoinmunes.
Justificación de los inhibidores JAK inhalados en el asma, restringidos a los pulmones
A pesar de una fuerte justificación biológica, los autores desconocen los ensayos clínicos en curso de inhibidores de JAK administrados por vía oral en el asma. Las preocupaciones de seguridad desempeñan un papel en torno a la inhibición sistémica de JAK. De hecho, a diferencia de la AR, que por lo general se manifiesta en sujetos mayores de 60 años, el asma afecta a pacientes de todas las edades, incluidos los niños. Por lo tanto, la tolerancia a la toxicidad en pacientes asmáticos es menor y un inhibidor de JAK administrado por vía sistémica, de forma independiente de la selectividad de la isoforma, tiene un riesgo mayor de falla debido a la seguridad.
La administración por inhalación se empleó con anterioridad para producir perfiles de seguridad aceptables para los medicamentos contra el asma. Por ejemplo, los corticoesteroides inhalados (CEI) y los agonistas de los receptores adrenérgicos β2 inhalados de acción prolongada (LABA) son dos de los estándares de atención existentes más importantes en el asma.. Dado que el asma es una enfermedad pulmonar, la inhalación administra el medicamento en forma directa al tejido deseado, lo que minimiza la dosis. Además, un medicamento inhalado con las propiedades adecuadas exhibirá concentraciones efectivas más altas en el pulmón en relación con la sangre y los tejidos periféricos, lo que conducirá a una farmacología con restricción pulmonar. Por lo tanto, de manera similar a los CEI y los LABA, se espera que los inhibidores inhalados de JAK tengan mejores índices terapéuticos para el asma en relación con los agentes administrados por vía oral.
Consideraciones de inhalación, restricción pulmonar, diseño de fármacos
El pulmón es un órgano con vascularización alta, que posee en sus generaciones más profundas sólo una delgada barrera entre el aire y la sangre, y también un área de superficie muy grande. Para evitar una rápida absorción por medio del pulmón hacia la circulación sistémica, el diseño de moléculas restringidas al pulmón debe incluir una estrategia de retención pulmonar. Dicha estrategia por lo general utiliza una o más propiedades moleculares para frenar la absorción por medio de la membrana pulmonar, por ejemplo, al limitar la fracción soluble en el pulmón (por medio de una solubilidad baja y/o velocidad de disolución lenta), lo que promueve la afinidad al tejido (con lipofilia alta y/o basicidad alta), y minimiza la permeabilidad de la membrana. Además, una tasa de disociación lenta del objetivo de interés puede ser beneficiosa para mantener una acción de larga duración en el pulmón. Como se destaca por los compuestos inhalados 9–12 (Tabla 2), numerosas estrategias de retención pulmonar que usan diferentes combinaciones de estos principios pueden ser exitosas.
Es importante destacar que el diseño inhalado debe contemplar no sólo la retención del compuesto dentro del pulmón, sino también el acceso del fármaco al objetivo biológico relevante. Por ejemplo, el uso de permeabilidad en extremo baja para facilitar la retención pulmonar de tiotropio. El bromuro (11) es viable ya que su objetivo (el receptor M3) se expresa en la superficie celular. Por el contrario, la retención pulmonar basada en una permeabilidad muy baja puede no ser efectiva para un inhibidor de la cinasa, ya que impide el acceso al objetivo intracelular. En particular, el inhibidor inhalado de fosfoinositida 3-cinasa δ (PI3Kδ) 12utiliza la afinidad tisular impartida por la piperazina básica (pKa=8.1) y un cLogP alto de manera relativa (4.1) para equilibrar la retención pulmonar con suficiente penetración celular para el compromiso del objetivo.
Una consideración final en el diseño de terapias inhaladas y dirigidas a los pulmones es mantener bajas las concentraciones sistémicas ya que, incluso con dosis de inhalación, es posible que una cantidad sustancial de medicamento ingrese a la circulación sistémica. Tras la inhalación, sólo una fracción de la dosis se deposita en el pulmón. El resto se retiene en el dispositivo inhalador o se deposita en la boca y garganta y se deglute. El componente ingerido puede de manera potencial absorberse en la circulación sistémica por medio del tracto gastrointestinal (GI). La porción de la dosis depositada en el pulmón también tiene dos puntos de acceso primario a la circulación sistémica. Primero, incluso un compuesto retenido de forma significativa en los pulmones de manera eventual pasará por medio del tejido pulmonar hacia la sangre. En segundo lugar, el material depositado en el pulmón está sujeto a un aclaramiento mucociliar mediante el cual las células ciliadas llevan el material fuera del pulmón hacia la faringe donde puede ser deglutido. Dado el potencial de absorción sistémica por medio del pulmón o GI, es deseable para los fármacos inhalados poseer una pobre estabilidad metabólica en el hígado o el plasma con el correspondiente aclaramiento sistémico rápido. Un compuesto inhalado que se retenga en forma significativa en el pulmón y se elimine vía sistémica de forma rápida tendrá un perfil de distribución deseable para la farmacología con restricción pulmonar, que se caracteriza por una exposición sostenida en el pulmón a concentraciones de forma significativa más altas que en plasma o en tejidos periféricos.
Modelos preclínicos de eficacia
Los modelos típicos de eficacia preclínica para el asma incluyen modelos de sensibilización/exposición a la ovoalbúmina (Ova) que producen una respuesta TH2/eosinofílica en el pulmón de manera principal. También se desarrollaron modelos con un grado mayor de respuesta neutrofílica al utilizar pruebas de reto con ácaros del polvo doméstico (APD) con la adición de adyuvantes bacterianos o fúngicos, lo que incluye diguanilato cíclico, o Aspergillus y Alternaria, de manera respectiva. La incorporación del reto con metacolina también puede inducir una respuesta de hiperreactividad de la vía aérea (HVA). Por último, los biomarcadores clave en la vía JAK-STAT, como los STAT fosforilados (pSTAT), pueden inducirse en el pulmón mediante estimulación con prueba reto con Ova o mediante estimulación in vivo con citocinas (por ejemplo, IL-13-pSTAT6 o IL-6-pSTAT3).
Inhibidores inhalados de JAK
Varias compañías revelaron datos sobre los inhibidores inhalados de JAK. La figura 4 muestra las estructuras de estos compuestos o, cuando la estructura no se reveló, un ejemplo representativo de las publicaciones de JAK y/o literatura relevante de patentes de la compañía. Además, las potencias bioquímicas y basadas en células recopiladas de las fuentes indicadas se resumen en la Tabla 3. Si bien los datos en la Tabla 3 dan una idea de la potencia y selectividad de la familia JAK, la comparación directa entre moléculas es un reto ya que los datos se generaron en diferentes laboratorios al utilizar diferentes protocolos experimentales. De hecho, las variaciones en parámetros como la concentración de ATP en ensayos bioquímicos y el tipo celular, las concentraciones séricas y las condiciones de estimulación en ensayos basados en células pueden afectar la potencia y la selectividad de JAK. Por lo tanto, un esfuerzo sistemático para perfilar los inhibidores inhalados de JAK en los mismos ensayos del mismo laboratorio, similar a lo que se hizo con anterioridad para los inhibidores orales de JAK, es una valiosa contribución a la literatura.
Pfizer: PF-06263276 (14)
El descubrimiento y caracterización de PF-06263276 (14) se describió por los científicos de Pfizer. Al seguir una hipótesis de que un inhibidor tipo 2 puede tener una tasa lenta de disociación, un preeliminar de las estructuras cristalinas internas de Pfizer para compuestos de la cinasa accesibles al bolsillo cinasa produjo indazol 13. Este compuesto mostró tanto una tasa de desactivación enzimática extendida para JAK3 (0..006 min−1, T1/2=114 min) y duración celular de acción prolongada (T1/2 en IL-2-pSTAT5 PBMC ensayo después del aclaramiento=6.5 horas). Una estructura cristalina de 13 en complejo con JAK2 reveló que se une en un modo tipo 1.5, con el resto fenólico al ocupar una bolsa inducida producida por un movimiento significativo del residuo guardián de metionina de la proteína. Si bien no hubo un movimiento significativo del motivo Asp-Phe-Gly (DFG), el fenol también formó enlaces de hidrógeno favorables con el esqueleto NH del Phe DFG (F995) y el α-Glu (E898) de la hélice C. El inhibidor pan-JAK 14, resultó en una mayor optimización para garantizar una solubilidad acuosa baja pero aún medible y una pobre estabilidad metabólica.14 mantuvo una duración larga de acción celular con un T1/2 de 9 horas en el ensayo de aclaramiento de células mononucleares en sangre periférica (CMSP).
La caracterización adicional de 14 reveló un aclaramiento plasmático alto en ratas y perros después de la dosificación intravenosa (I.V.) y biodisponibilidad oral baja en ratas, como se deseaba. De acuerdo con el objetivo de la inhibición de JAK dirigida al pulmón, la administración intratraqueal (I.T.) de 14 (10 μg) en ratones inhibió por completo la formación de pSTAT3 inducida por IL-6 en el pulmón sin inhibir la producción de pSTAT5 inducida por GM-CSF en sangre. La ocupación extendida de los objetivos de JAK1 en vivo también se demostró en el pulmón de ratón después de la dosificación I.T., con ocupación significativa retenida después de 4 horas. Aunque las concentraciones plasmáticas y pulmonares no se mostraron, el compuesto 14 exhibió farmacología con restricción pulmonar indicativa de retención pulmonar después de la dosificación I.T. Es probable que la retención pulmonar esté impulsada por múltiples factores, incluida la fracción soluble limitada en el pulmón, y la afinidad tisular impartida por la lipofilia alta (cLogP=4.4, LogD=3.9). A pesar de que el objetivo fue una tasa de disociación enzimática lenta con esta clase de compuestos, los autores destacaron que las semividas celulares de las proteínas JAK se demostraron con anterioridad y que son sólo 2-3 horas. Por lo tanto, una tasa lenta de disociación de las proteínas JAK, quizá no sea el principal operador de la duración de la acción celular in vitro (T1/2 en el ensayo de aclaramiento de CMSP=9 horas), o la retención in vivo extendida de 14 dentro del pulmón.
El compuesto 14 también mostró resultados prometedores tras la aplicación tópica en un modelo de psoriasis en ratones. Se obtuvo avance en los ensayos clínicos fase 1 como un tratamiento de investigación para la psoriasis tópica, sin embargo, no tuvo efectos significativos en el reporte final. No se conoce el estado de progresión clínica del compuesto 14 como terapia inhalada para el asma u otras enfermedades respiratorias.
Theravance: TD-8236 (estructura no revelada, 15 es un ejemplo representativo)
Theravance anunció de manera reciente que su inhibidor inhalado restringido a pulmón pan-JAK TD-8236 ingresó a la evaluación clínica fase 1 como un tratamiento potencial para el asma y otras afecciones respiratorias graves. Aunque no se reveló la estructura de TD-8236, el compuesto representativo 15 aparece en múltiples publicaciones de patentes, incluidas las de inhibidores de JAK en enfermedades respiratorias, formas cristalinas y métodos de tratamiento. En un estudio de farmacocinética, el compuesto 15 se administró a ratones vía I.T. y se encontró que la aspiración tenía un ABC 55 veces mayor en el pulmón que en el plasma. Cuando se dosificó I.T. en un modelo in vivo de farmacodinámica, el compuesto 15 inhibió la formación de pSTAT6 desencadenada por IL-13 en el pulmón de ratón aproximadamente 60%, mientras que exhibió concentraciones mayores entre 50 y 100 veces en el pulmón que en el plasma. Para finalizar, el compuesto 15 también exhibió eficacia in vivo en varios modelos, incluido un modelo de inflamación pulmonar inducida por Alternaria alternata, donde una dosis aspirada vía orofaríngea de 15 redujo la eosinofilia pulmonar en 88% con respecto al control.
El compuesto 15 tiene múltiples centros ionizables potenciales, los más fuertes se estima que son la piperidina básica (pKa=10.5), la imidazopiperidina (pKa=7.7), y el fenol ácido (pKa=8.4). Si los valores calculados son precisos, el compuesto 15 es de manera probable ion dipolar con un centro básico adicional (pKa=7.7). La retención pulmonar después de la dosificación inhalada puede, por lo tanto, facilitarse por la afinidad tisular impartida por el centro básico y la naturaleza lipofílica relativa de la molécula (cLogP: 4.5, cLogD: 2.0). Para finalizar, mientras que no se reportó la duración de acción celular in vitro, la similitud estructural con 14 hace posible que el compuesto 15 también pueda exhibir ese efecto fenotípico. Se esperan resultados clínicos detallados de TD-823633b, la confirmación de su estructura, la historia de su descubrimiento y la caracterización preclínica.
Rigel/AstraZeneca: R256/AZD0449 (estructura no revelada, 16 es un ejemplo representativo)
AstraZeneca avanzó de manera reciente a ensayos clínicos fase 1, el inhibidor inhalado de JAK R256, con licencia de Rigel y renombrado AZD0449, para el tratamiento del asma. La estrategia de descubrimiento de Rigel tuvo como objetivo inhibir en forma selectiva la transmisión de señales de IL-13/IL-4 mientras se ahorran las rutas dependientes de JAK2 para mejorar la seguridad. Uno de los compuestos identificados durante ese esfuerzo fue R256, que inhibió en forma selectiva JAK1 y JAK3 en ensayos celulares. Cuando se dosificó, R256 redujo la HVA y la infiltración de neutrófilos y macrófagos en un modelo Ova de ratón con asma crónica. Además, en estudios de farmacocinética en ratones, la administración I.T. de R256 condujo a una separación marcada entre las concentraciones de pulmón y plasma, lo que indica que se retuvo en el pulmón después del suministro. Sin embargo, R256 también fue eficaz en ratones con modelos Ova cuando se dosificó por vía oral, lo que indica que tiene suficiente biodisponibilidad oral a dosis más altas para generar efectos farmacológicos significativos. Si bien no se liberó la estructura de R256, hay evidencia que sugiere que es una pirimidina diamina como 16. El compuesto 16 y las moléculas relacionadas aparecen en una solicitud de patente de Rigel, y 16 fue el tema de una gran campaña de AstraZeneca y otros para identificar formas cristalinas con una velocidad ideal de disolución para el suministro inhalado. La pirimidina 16 sólo tiene centros con ionizacion debil (pKa básico=5.9, pKa ácido=8.9). Por lo tanto, la basicidad de manera probable no desempeña un papel importante en su retención pulmonar. El compuesto tiene solubilidad baja (solubilidad cristalina=0.03 μM) y es lipofílico de forma relativa (LogD=4.2). Como se deduce de la campaña de forma cristalina, la retención pulmonar observada después del suministro pulmonar es de manera probable atribuible al efecto de estas propiedades en limitar la fracción soluble en el pulmón y promover la afinidad tisular. Se esperan los resultados clínicos de R256/AZD0449, la confirmación de su estructura y una descripción detallada de su descubrimiento.
AstraZeneca: “Ejemplo 35” (17)
Un inhibidor inhalado adicional de JAK de AstraZeneca (17) se reportó como “ejemplo 35” en una solicitud reciente de patente. El inhibidor 17 tiene selectividad alta para JAK1 con una selectividad mayor de 400 veces sobre JAK2 y una selectividad mayor de 10,000 veces sobre JAK3 en ensayos enzimáticos. Una publicación que describe la materia química relacionada aclara que la selectividad alta de isoformas se logra por medio de una interacción de 2 puntos del ligando con un residuo de arginina en JAK1, que no es posible con los residuos correspondientes en JAK2 (glutamina) o JAK3 (serina). En un modelo Ova de rata, 17 (0.6 μg/kg) administrado por inhalación de polvo seco redujo los eosinófilos en el líquido de lavado broncoalveolar (LBA) en 68%. Sin embargo, no se observó mejoría a dosis más altas (61% de inhibición a 4.76 μg/kg). Aunque no están disponibles los perfiles farmacocinéticos en pulmón y plasma, si el compuesto se retiene en el pulmón después de la dosificación inhalada, es probable que la afinidad del tejido impartida por la basicidad desempeñe un papel importante (pKa calculado=7.9). De manera sorpresiva, 17 también exhibió eficacia en un modelo de alopecia areata en ratones tras la administración oral (aumento gradual de la dosis a 0.5, 2.5 y 12.5 mg/kg QD durante dos semanas con cada dosis), lo que indica que tiene cierto grado de biodisponibilidad oral. En particular, las dosis de 17 utilizadas en el estudio de alopecia areata oral resultaron más altas de forma significativa que las utilizadas en el estudio de Ova inhalado. Por lo tanto, mientras que la biodisponibilidad oral de 17 conduce de manera teórica a una supresión indeseable de la vía sistémica en el entorno inhalado, las dosis muy bajas y eficaces podrían dar como resultado niveles circulantes demasiado bajos del inhibidor para ser relevantes fuera del pulmón. El estado de progresión de 17 se desconoce en la actualidad.
Almirall: LAS194046 (18)
Almirall reveló de manera reciente el inhibidor inhalado de JAK, LAS194046 (18). La fluoropirimidina 18 es un potente inhibidor pan-JAK con cierta discriminación sobre TYK2 y potencias similares basadas en células en ensayos dependientes de JAK1/3 o JAK2. En ratas, 18 demostró propiedades farmacocinéticas favorables para una terapia inhalada. Cuando se dosificó vía intratraqueal, 18 (0.3 mg/kg) exhibió retención prolongada dentro del pulmón con niveles libres de disociación de la concentración inhibitoria (CI)80 en ratas durante 16 horas y concentraciones mucho más altas en el pulmón que en el plasma. El suministro de una solución nebulizada de 18 (1 mg/kg) proporcionó eficacia en un modelo Ova en rata, al inhibir la entrada de células inflamatorias (por ejemplo, eosinófilos y neutrófilos) y citocinas (por ejemplo, IL-6) en LBA, lo que redujo las lesiones histológicas pulmonares y mostró una inhibición prolongada de la formación de pSTAT3. Se cree que la retención pulmonar de 18 está impulsada por la afinidad tisular impartida por la naturaleza dibásica de la molécula (pKa básico calculado=8.6, 6.7). La afinidad tisular puede facilitarse por la lipofilia (cLogP=3.8. CLogD7.4=2.2). El estado de progresión actual de LAS194046 no se reveló.
Vectura: VR588 (estructura no revelada, 19 es un ejemplo representativo)
Si bien no se reveló la estructura de VR588, un inhibidor de JAK descubierto en forma original por Palau Pharma (19) apareció en dos solicitudes de patente de Vectura que describen formas cristalinas o cocristalinas que pueden ser adecuadas para la administración por inhalación. La VR588 demuestra inhibición pan-JAK, con un solo dígito bioquímico de CI50, que se traduce en inhibición potente en ensayos celulares basados en estimulación de IL-2 o IL-6. La administración intranasal (I.N.) de VR588 a ratones proporcionó una exposición pulmonar sostenida y dependiente de la dosis durante 24 horas. Es importante destacar que la exposición en plasma fue en forma aproximada 1000 veces menor que en el pulmón, lo que sugiere que VR588 tiene una inhibición mínima de JAK en la periferia. Los puntos altos de fusión de las formas cristalinas de 19 indican que la retención pulmonar puede ser impulsada por una fracción soluble limitada al pulmón. En un modelo de asma con APD en múridos, VR588 dosificado I.N. mostró eficacia en varios puntos finales, incluida una reducción de células inflamatorias en el LBA, reducción de la HVA y reducción en la expresión pulmonar de citocinas como IL-4, IL-5 e IL-17. También se demostró una reducción sostenida de pSTAT3 durante 24 horas. En 2016, Vectura realizó broncoscopías en pacientes con asma grave para recolectar células epiteliales para pruebas ex vivo con VR588. Se desconoce el estado de progresión actual de VR588 más allá de este estudio.
Merck: iJAK-001 e IJC-1 (estructuras no divulgadas, 20 es un ejemplo representativo)
Merck se encuentra activo en el área de los inhibidores inhalados de JAK y presentó datos preclínicos sobre el compuesto IJC-1. IJC-1 es más potente contra JAK1 y TYK2 en ensayos bioquímicos y también es potente en ensayos celulares estimulados con citocinas dependientes de JAK. Además de demostrar la inhibición de la transmisión de señales inflamatorias celulares, IJC-1 inhibió las funciones inflamatorias en los tejidos humanos. En cortes de pulmón humano estimulados con IL-13, IJC-1 inhibió la liberación de quimiocina de timo regulada por activación (TARC) y la proteína quimioatrayente de monocitos (MCP-4), ambas citocinas proinflamatorias. Además, suprimió el aumento de las células de goblet y restableció el latido ciliar en las células epiteliales de las vías aéreas humanas estimuladas con IL-13. IJC-1 mostró eficacia en modelos de exacerbación de la vía aérea en múltiples modelos animales. En un modelo múrido de asma con APD, IJC-1 (1 mg/kg, i.t.) suprimió la inflamación pulmonar en un grado comparable al control positivo de dexametasona (1 mg/kg, i.t.). En un modelo adicional con APD y exacerbación de influenza, IJC-1 demostró sinergia con dexametasona (ambos dosificados 1 mg/kg, i.t.), lo que suprimió la entrada de eosinófilos al pulmón. Para finalizar, cuando se administró como un polvo seco micronizado en ovejas sensibilizadas, IJC-1 suprimió la resistencia de las vías respiratorias durante varias horas tras la exposición con Ascaris suum inhalado.
Merck también publicó de manera reciente una caracterización farmacocinética preclínica de un inhibidor inhalado de pan-JAK, iJAK-001. No se notificó potencia bioquímica ni celular para iJAK-001, pero el compuesto demostró eficacia en múltiples modelos, incluso en ovejas sensibilizadas con A. suum cuando se administró como polvo seco micronizado. Además, una suspensión de iJAK-001 dosificado i..t. en ratas mostró una exposición pulmonar sostenida durante 24 horas, con una relación pulmón/plasma mayor de 1000. iJAK-001 se describió como un compuesto neutro con permeabilidad alta y solubilidad baja, lo que sugiere que la retención pulmonar es impulsada por una fracción soluble limitada en el pulmón. Si bien las estructuras no se divulgaron para IJC-1 o iJAK-001, es posible que estos nombres se refieran al mismo compuesto. La pirazolopiridona 20 es una estructura de la literatura de patentes con un peso molecular similar con lo que se reportó para iJAK-001, y potencias bioquímicas consistentes con IJC-1. Se desconoce el estado de progresión de iJAK-001/IJC-1.
Genentech: iJAK-381 (21) y GDC-0214
Genentech publicó de manera reciente una serie de inhibidores de JAK1/2 con potencia alta, así como iJAK-381 (21), una molécula relacionada optimizada para el suministro por inhalación. En los ensayos bioquímicos 21 fue más potente contra JAK1 con modesta selectividad sobre JAK2 y con más discriminación sobre JAK3 y TYK2. En un ensayo basado en células, 21 fue ~10 veces más potente en la transmisión de señales de bloqueo de IL-13 por medio de JAK1/JAK2 que en la transmisión de señales de bloqueo de EPO por medio de de JAK2/JAK2. 21 inhibió la transmisión de señales de IL-13 en múltiples tipos de células y también bloqueó la transmisión de señales de IL-4 e IL-6. La retención pulmonar del compuesto 21 después de la inhalación se ajustó al hacerlo básico en forma débil (cpKa=6.4) para impartir cierto grado de afinidad tisular, soluble en forma moderada (solubilidad cinética, pH 7.4=34 μM) para limitar la fracción soluble en el pulmón, y permeable en forma moderada (riñón canino Madin-Darby (RCMD) Papp A:B=2.7 cm/s 10−6) para atenuar el flujo por medio de la membrana pulmonar. El compuesto también se diseñó para tener una estabilidad metabólica pobre en los microsomas hepáticos para promover un aclaramiento sistémico rápido. Después de i.n. o inhalación de polvo seco en ratones, 21 exhibió un perfil farmacocinético favorable con concentraciones sostenidas en el pulmón y concentraciones mucho más bajas en plasma. Después de la inhalación de polvo seco, 21 inhibió múltiples marcadores farmacodinámicos relevantes y puntos finales de eficacia en diferentes modelos y especies. Por ejemplo, 21 redujo la producción de pSTAT6 después de la estimulación con IL-13 o el reto con Ova en ratón. 21 también inhibió la entrada de células inflamatorias a los pulmones de los ratones, tanto en un modelo de eficacia inducida por Ova con afinidad alta eosinófilica como en un modelo impulsado por alérgenos con un componente neutrófilo. Los marcadores sistémicos de la inhibición de JAK no se afectaron, incluidas las células NK o la celularidad en el bazo, lo que indica que la farmacología está restringida a los pulmones. Para finalizar, se encontró que 21 reduce la HVA inducida por metacolina en ratones sensibilizados y tratados con Ova, y que inhibe la inflamación pulmonar inducida por Ova en cobayos según lo medido por histología.
Genentech también avanzó en el inhibidor inhalado JAK GDC-0214 en un estudio clínico fase 1 en voluntarios sanos y asmáticos leves. Los resultados clínicos de GDC-0214, su estructura química y los detalles de su descubrimiento y caracterización preclínica se informarán según su curso.
Conclusión
Los inhibidores inhalados de JAK ofrecen una nueva clase intrigante de tratamientos de investigación para el asma, sin embargo, quedan varias preguntas importantes por aclarar. El primero es si la naturaleza restringida a los pulmones de los inhibidores inhalados de JAK cambiará de forma significativa el perfil de eficacia frente a la toxicidad en relación con los medicamentos sistémicos. Desde la perspectiva de la eficacia, el asma es una enfermedad que se manifiesta en el pulmón, sin embargo, existe una biología relevante que ocurre en los tejidos distales. En la actualidad se desconoce si inhibir sólo las actividades específicas de las citocinas pulmonares relevantes se traducirá en una mejoría de los síntomas del asma. Por ejemplo, una función relevante de la IL-5 para el asma es estimular el desarrollo de eosinófilos en la médula ósea. Un inhibidor de JAK con restricción pulmonar no inhibirá la transmisión de señales de la IL-5 en la médula ósea, por lo tanto, no inhibirá todos los aspectos relevantes del asma de la biología de la IL-5. Hay una consideración similar para la toxicidad. La farmacología con restrincción pulmonar de los inhibidores inhalados puede mejorar cualquier toxicidad dependiente de JAK impulsada por la biología fuera del pulmón, como la infección por herpes zoster o los cambios en los parámetros de lípidos y sangre. Sin embargo, es menos claro el beneficio del suministro inhalado a cualquier toxicidad potencial dentro del pulmón. Es posible que se manifiesten problemas como las infecciones pulmonares (como se observa para los inhibidores orales de JAK), o la proteinosis alveolar pulmonar debido a la inhibición de GM-CSF. Por el contrario, la función inmune y hematopoyética en gran medida ininterrumpida en los tejidos periféricos y la sangre también puede conferir un efecto protector al pulmón.
Una pregunta adicional es el perfil ideal de selectividad de la familia JAK. Las citocinas más validadas en el asma señalan por medio de JAK1 y/o JAK2, por lo tanto, es probable que sea importante apuntar a esas isoformas. La inhibición de JAK3 y TYK2 puede proporcionar un beneficio adicional al bloquear algunas de las citocinas de la figura 2 u otras citocinas con un vínculo menos apreciado con el asma. Por lo tanto, es muy probable que la inhibición potente de pan-JAK proporcione la máxima eficacia en una población más amplia de pacientes, sin embargo, también con el mayor riesgo de toxicidad debido a la supresión amplia de la vía. Una última pregunta se centra en la amplitud de los tipos de asma que pueden mejorarse con los inhibidores inhalados de JAK. El beneficio en el asma tipo 2 alto se valida mejor dada la dependencia de JAK de las citocinas tipo 2 y el éxito en atacar estas vías de transmisión de señales con agentes terapéuticos de anticuerpos. El asma tipo 2 bajo también puede beneficiarse de manera potencial de la inhibición de JAK debido a la interrupción de la transmisión de señales de TSLP u otras citocinas menos validadas. La primera generación de compuestos inhalados JAK ingresó al campo clinico y se esperan las respuestas a las preguntas sobre eficacia, seguridad y sobre la influencia de la selectividad. Esta información será fundamental para aclarar el potencial de la inhibición restringida a los pulmones de JAK para mejorar la vida de los pacientes que sufren de asma mal controlada por las opciones actuales de tratamiento.
Digest
Inhaled Janus Kinase (JAK) inhibitors for the treatment of asthma
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México
Dra. Med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. Cindy Elizabeth De Lira Quezada Profesor
Dra. María del Rocío Salinas Díaz Residente 1er Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
No hay comentarios:
Publicar un comentario
Nota: solo los miembros de este blog pueden publicar comentarios.