Cobicistat (GS-9350): Un puissant et inhibiteur sélectif du CYP3A humain en tant que nouveau médicament pharmacologique

L’avènement du traitement antirétroviral hautement actif (HAART) a transformé l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) en une maladie chronique gérable en un peu plus d’une décennie. L’utilisation d’une combinaison de médicaments antirétroviraux inhibant différentes étapes du cycle de vie du VIH a conduit à une suppression virale complète et durable, entraînant une augmentation du nombre de lymphocytes T CD4, retardant ainsi la progression de la maladie et réduisant le taux de mortalité1,2. une mauvaise observance du traitement antirétroviral augmente le risque de suppression virale incomplète et l’émergence d’une pharmacorésistance. L’observance, motivée par une faible posologie, un schéma posologique commode et un profil de tolérance et d’innocuité améliorés, joue un rôle essentiel dans l’efficacité à long terme du traitement antirétroviral et la prévention de l’émergence de variants pharmacorésistants.3,4Ritonavir (RTV, 1) (Schéma 1) a joué un rôle clé en permettant une meilleure adhérence aux régimes HAART qui contiennent un inhibiteur de la protéase (IP).En tant que classe, les IP du VIH sont métabolisés rapidement principalement par les enzymes du cytochrome P-450 de la sous-famille 3A (CYP3A) dans le foie et les intestins, entraînant une faible exposition systémique et des demi-vies courtes après administration orale.5 RTV, bien qu’approuvé VIH PI (600 mg deux fois par jour), est principalement utilisé à une dose sous-thérapeutique (souvent 100 Ȣ 200 mg par jour) en combinaison avec d’autres médicaments anti-VIH à “ boost ” leurs concentrations plasmatiques. Cette utilisation largement acceptée du RTV en tant qu’agent activateur pharmacocinétique (ou pharmaco-oxygénant, rappel) simplifie les schémas thérapeutiques et facilite la compliance en réduisant le fardeau de la pilule et la fréquence de dosage.6 − 8 Alors qu’une interaction directe entre le RTV et le groupe hème l’enzyme CYP3A peut jouer un rôle dans l’inhibition du CYP3A9, plusieurs études ont montré que le RTV exerçait principalement son effet stimulant par l’inactivation du CYP3A.11 par le mécanisme. 14 Utilisation de microsomes recombinants CYP3A4 ou hépatiques, paramètres cinétiques d’inactivation et KI ont varié de 0,14 à 0,45 min − 1 et de 0,04 à 0,38 μ M, respectivement. Ceci est cohérent avec l’observation clinique que l’effet pharmacoenhancement du RTV résulte de l’inhibition du CYP3A et qu’il persiste au-delà du moment où les concentrations plasmatiques de RTV sont adéquatement supérieures ou proches des valeurs Ki conférant une inhibition directe des enzymes.16 − 18En plus des PK des médicaments anti-VIH, le RTV a démontré dans des études cliniques l’augmentation des PK des médicaments antiviraux importants qui sont des substrats du CYP3A, y compris l’inhibiteur de l’intégrase du VIH-1 elvitégravir, le antagoniste du CCR5, le 20,22 et le VHC. PI narlaprevir.23 L’elvitégravir est métabolisé principalement par le CYP3A4 dans le foie et l’intestin. Lorsqu’il est administré seul, l’elvitégravir doit être administré à raison de 400 mg deux fois par jour pour obtenir une concentration plasmatique minimale suffisamment élevée par rapport à la dose EC95 ajustée aux protéines. Lorsqu’il est administré en concomitance avec 100 mg de RTV, l’elvitégravir peut être administré une fois par jour pour atteindre ce niveau plasmatique. Cependant, l’utilisation d’une dose sous-thérapeutique de RTV peut avoir le potentiel de sélectionner un virus résistant aux PI dans un régime ne contenant pas d’IP. En outre, le RTV a d’autres inconvénients, notamment causer des troubles lipidiques et déclencher des interactions médicamenteuses indésirables en tant qu’inducteur d’enzymes métabolisant les médicaments comme le CYP, la p-glycoprotéine (Pgp) et les UDP glucuronosyltransférases (UGT). – elvitégravir tous les jours, nous avons initié un effort de découverte pour identifier un nouveau pharmacoenhancer avec les propriétés ciblées suivantes: (1) activité anti-VIH nulle ou minimale, (2) un mécanisme d’inhibition du CYP similaire au RTV, (3) solubilité aqueuse et meilleures propriétés physicochimiques, (4) interactions médicamenteuses réduites hors cible, et (5) tolérance améliorée avec des effets secondaires minimes dus aux troubles lipidiques et aux troubles gastro-intestinaux.Schéma 1Synthesis of Desoxy-ritonavirParce que RTV (1) est un pharmacoenhancer unique qui exerce une pharmacologie soutenue effets cliniques démontrés dans des contextes cliniques, notre stratégie consistait à éliminer son activité anti-VIH tout en maintenant son activité inhibitrice puissante. y sur les enzymes CYP3A. Nos tentatives initiales pour éliminer l’activité antivirale du RTV étaient axées sur l’élimination du groupe hydroxyle clé qui imite l’état de transition de l’hydrolyse de l’amide par la formation de liaisons hydrogène aux oxygènes de l’Asp25 catalytique et de l’Asp25 ′ Le désoxy-ritonavir (2) a été obtenu à partir du RTV par la formation d’un thiolester et d’une désoxygénation subséquente induite par les radicaux libres (Schéma 1) .25 Comme prévu, le composé 2 était moins puissant que le RTV dans test antiviral à base de cellules, mais a conservé son activité inhibitrice complète contre le CYP3A. Cependant, le composé 2 conservait encore une activité anti-VIH détectrice et d’autres propriétés défavorables, donc après des études approfondies de la relation d’activité de structure avec le composé 2, nous rapportons ici l’identification du cobicistat (GS-9350, 3; inhibiteur sélectif et oral du CYP3A qui fait actuellement l’objet d’une étude clinique en tant que pharmacoenhancer. Le composé 3 (GS-9350, cobicistat) a été préparé par la voie décrite dans le schéma 2 par couplage de l’intermédiaire 13 et de l’acide synthèse de 13 départs avec de la 1,4-diamine symétrique 6, préparée en cinq étapes à partir de Cbz-l-phénylalaninol disponible dans le commerce comme décrit précédemment.26 L’installation du carbamate de méthyle monothiazole a été réalisée par traitement de la diamine 6 avec du carbonate 12 equiv de la base et de la séparation du produit secondaire de biscarbamate mineur pour fournir le monocarbamate 13. La synthèse de 11 commence par le couplage médiée par le carbonyldiimidazole de thia la zolylamine 7 avec la lactone 8 pour obtenir l’urée 9. L’hydrolyse de la lactone 9 suivie par la protection in situ de l’acide sur son ester benzylique a donné l’ester d’urée 10.L’oxydation de l’alcool 10 en l’aldéhyde correspondant, suivie de l’amination réductrice de la morpholine avec l’aldéhyde résultant a conduit à la formation d’amine 11. Finalement, l’hydrolyse de l’ester 11 en l’acide correspondant et le couplage subséquent avec l’aminé 13 ont donné le composé 3.Schéma 2 Synthèse du composé 3 Le composé 3 a été testé à la fois dans le dosage enzymatique de la protéase du VIH-1 et dans les dosages cellulaires antiviraux. Il est inactif contre la protéase du VIH-1 (IC50 > 30 μ M) et n’a aucun effet inhibiteur contre la réplication du VIH dans un essai d’infection par le VIH MT-2 multicycle 5 jours en absence ou en présence de sérum humain ( CE50 > 30 μ M, Tableau 1). En outre, le composé 3 présentait une cytotoxicité minimale, avec une valeur CC50 supérieure à 80 ° C dans les essais utilisant des cellules MT-2. Tableau 1 Inhibition de la protéase du VIH et infection par le VIH Le mode d’inhibition du CYP3A humain par le composé 3 a été largement comparé avec de RTV. De manière similaire au RTV, 3 effets inhibiteurs sur le CYP3A peuvent impliquer une interaction directe et une inhibition basée sur le mécanisme. En plus d’interagir directement au niveau du groupe hème de l’enzyme CYP3A, 3 est également un inhibiteur efficace du CYP3A basé sur un mécanisme avec une activité inhibitrice dépendante de son métabolisme. Un protocole similaire à celui décrit par Ernest et al.6 a été utilisé pour mesurer les paramètres de la cinétique d’inactivation, kinact et KI, en utilisant le midazolam comme substrat du CYP3A.27 Fait important, le composé 3 et le RTV inactivent le CYP3A à des concentrations faibles et élevées. d’une manière dépendante du temps et de la concentration. Les estimations correspondantes de kinact et KI sont présentées dans le tableau 2. Ces résultats suggèrent que RTV et 3 partagent le même mécanisme d’action pour l’inhibition de CYP3A.Table 2Kinetics pour l’inactivation du midazolam hépatique microsomal CYP3A dépendant humain 1 ′ – Activité d’hydroxylase L’inactivation par mécanisme du CYP3A humain par le composé 3 implique qu’en clinique, l’inhibition prolongée du CYP3A sera vraisemblablement obtenue même après que 3 soit éliminé du corps et avant que les hépatocytes synthétisent de nouvelles enzymes du CYP3A, comme la demi-vie Le taux de renouvellement du CYP3A a été estimé à environ 12 − 48 h.28 Les données in vitro suggèrent également que le composé 3 inhibe le CYP3A avec une activité similaire à celle du RTV chez l’homme. Cela a été récemment démontré dans des études cliniques, où 3 ont montré une activité similaire à RTV en affectant les PK du substrat modèle CYP3A, le midazolam. Le composé 3 a également montré des PK non linéaires et dépendantes de la dose, ce qui est cohérent avec le fait qu’il s’agit d’un inhibiteur basé sur un mécanisme29. Les enzymes CYP3A sont connues pour présenter une dépendance au substrat dans leur susceptibilité à l’inhibition. Pour confirmer que le composé 3 conserve également une spécificité de substrat similaire à celle du RTV dans l’inhibition du CYP3A, nous avons comparé les capacités du RTV et 3 à inhiber le métabolisme d’un ensemble de substrats en utilisant des protocoles d’analyse basés sur les directives industrielles et réglementaires actuelles. La puissance du composé 3 en tant qu’inhibiteur du CYP3A microsomal hépatique humain a été comparée à celle du RTV en utilisant des substrats qui comprennent la terfénadine, le midazolam, la testostérone, l’atazanavir (ATV), le télaprévir et l’elvitégravir. La puissance inhibitrice a été mesurée soit avec des activités de marquage pour les enzymes, soit déterminée en surveillant l’épuisement du substrat. Comme le montre le tableau 3, le large spectre d’activité inhibitrice du composé 3 contre le CYP3A humain a été confirmé.Tableau 3 Potences inhibitrices contre les activités catalysées par le CYP3A et d’autres cytochromes hépatiques microsomes hépatiques majeurs P450Les paramètres cinétiques inhibiteurs (Tableau 2) et large spectre d’activité inhibitrice (Tableau 3) du composé 3 sont similaires à ceux du RTV. Il conserve la caractéristique d’inhibition par mécanisme du CYP3A et est équipotent au RTV pour les substrats testés. Les études d’inhibition avec les enzymes CYP humaines les plus importantes n’ont montré aucune inhibition significative à des concentrations susceptibles d’être atteintes cliniquement (Tableau 3). De plus, le composé 3 est plus sélectif que le RTV avec une activité inhibitrice réduite vers CYP2D6, CYP2C8 et CYP2C9. En plus de présenter des effets inhibiteurs avec des enzymes autres que le CYP3A, le RTV active le récepteur du pregnane X (PXR), régulateur prédominant du CYP3A. expression. Bien que l’effet net du RTV sur le CYP3A humain soit cliniquement inhibiteur, cette activité inhibitrice est réduite lors d’un dosage chronique, car le taux de resynthèse du CYP3A est augmenté par induction. D’autres protéines induites par le RTV in vivo comprennent CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, UGT1A4 (famille UGT 1, polypeptide A4) et P-gp, compliquant davantage les interactions médicamenteuses potentielles.33,33 Il est donc souhaitable d’éliminer ou de réduire ce potentiel d’interaction médicamenteuse pour de nouveaux amplificateurs PK. Des études pour évaluer le risque d’induction du composé 3 ont été réalisées. Ces études ont utilisé des cellules d’hépatome humain exprimant de manière constitutive la protéine PXR humaine ou les protéines du récepteur d’aryle hydrocarboné (AhR).Les cellules ont également été transfectées de manière stable avec la luciférase de luciole comme rapporteur sous le contrôle du promoteur CYP3A4 (pour les cellules PXR) ou du promoteur CYP1A2 humain (pour les cellules AhR). Les cellules ont été maintenues dans un milieu contenant 10% (v / v) de sérum fœtal bovin et ont été exposées au composé d’essai pendant 24 h avant le dosage de l’activité luciférase. Des inducteurs de contrôle positifs avec une gamme de puissances ont été testés en parallèle, et tous ont été comparés à la réponse observée avec le témoin de véhicule (0,1% v / v DMSO). La réponse observée avec 10 μ M rifampicine a été considérée comme 100% de la comparaison Emax.Figure 1 de RTV et GS-9350 (3) pour activer la PXR humaine. Les valeurs représentent les moyennes des déterminations en double. Ni 3 ni RTV ont montré une activité stimulante significative dans le test sensible à AhR. Cependant, à 10 μ M dans le test PXR, RTV a montré 93% d’Emax, et la CE50 correspondante était 1,9 μ M. Le RTV est donc confirmé comme un puissant agoniste de PXR avec le potentiel de réaliser une activation significative chez l’humain où la Cmax est d’environ 2 μ M. Ceci est en accord avec l’induction significative par le RTV des protéines régulées par le PXR observé en clinique. Le composé 3 était considérablement plus faible que le RTV dans l’activation du PXR avec 15% d’Emax détectés à une concentration de 10 μ Les formes de la courbe suggèrent également qu’une réponse de 100% avec 3 serait difficile à obtenir. Le composé 3 est donc beaucoup plus faible que le RTV en tant qu’activateur du PXR et est potentiellement moins susceptible de provoquer des interactions médicamenteuses cliniques par induction.Le traitement chronique des patients infectés par le VIH avec RTV est connu pour induire des changements dans la distribution des graisses (lipodystrophie). ), un taux élevé de cholestérol et de triglycérides (hyperlipidémie) et une résistance à l’insuline, connue sous le nom de syndrome métabolique34. On croit que certains de ces effets sont dus en partie aux effets directs du RTV sur les adipocytes. In vitro, il a été démontré que le RTV affecte les fonctions adipocytaires telles que l’accumulation de lipides pendant la différenciation et l’absorption de glucose stimulée par l’insuline intolérance. Par conséquent, le composé 3 a été évalué pour ses effets sur les adipocytes en comparaison avec le RTV. ATV, l’IP utilisé dans la clinique avec le syndrome métabolique le moins prononcé, 37 a également été évalué comme comparateur. Le test d’accumulation de lipides a suivi l’accumulation normale de lipides dans les adipocytes humains cultivés après induction de la différenciation en présence d’IP testés pendant 9 jours. RTV a montré un effet clair avec une CE50 de 16 μ M (Tableau 4). En revanche, 3 et ATV ne présentaient aucun effet à une concentration allant jusqu’à 30 μ M. Le test d’absorption du glucose a surveillé l’absorption de glucose stimulée par l’insuline dans les adipocytes de souris en présence de M RTV, ATV ou 3. RTV a montré un effet prononcé à cette concentration. En revanche, les effets sur l’absorption du glucose par 3 et ATV étaient significativement moins. Les effets indésirables minimaux de 3 dans ces dosages suggèrent un potentiel de toxicité lié à un métabolisme lipidique plus faible que celui du RTV. Tableau 4: Inhibition des fonctions cellulaires dans les adipocytesComposé 3 a une solubilité aqueuse nettement améliorée par rapport au RTV à la fois neutre (pH 7,4: 75 contre ∼ 2,0 μ g / mL) et acides (pH 2,2: > 6500 vs 3,1 μ g / mL). Le composé 3 a été formulé sous la forme d’un comprimé, de même que coformulé avec d’autres agents. Le composé 3 et le RTV présentent une faible stabilité métabolique avec des espèces précliniques in vitro. Leur stabilité métabolique dépend de la concentration, et les deux peuvent inhiber leur propre métabolisme à des concentrations élevées. La PK du composé 3 chez les animaux précliniques est en accord avec cela, car une clairance élevée est observée à faibles doses. Les volumes de distribution sont modérés. En raison de l’inhibition par mécanisme du CYP3A humain et de l’auto-inhibition consécutive de leur clairance, le potentiel d’absorption chez l’humain est le paramètre PK le plus pertinent pour 3 et RTV. Le potentiel d’absorption a été évalué chez des chiens porteurs d’une canule veineuse portale. Les résultats indiquent que l’absorption de 3 est supérieure à 50% chez cette espèce, comparable à celle de RTV. En résumé, le composé 3 (cobicistat, GS-9350) est un inhibiteur puissant et sélectif du CYP3A humain qui n’a pas d’activité anti-VIH significative. Des études in vitro suggèrent également que 3 pourraient avoir un potentiel plus faible pour provoquer des interactions médicamenteuses indésirables et des troubles lipidiques que le RTV. Sur la base de ces résultats, le composé 3 a été sélectionné comme candidat clinique pour un développement ultérieur. Il a été co-formulé sous forme de comprimé avec l’elvitégravir / emtricitabine / ténofovir DF, un seul comprimé à dose fixe (FDR) connu sous le nom de Quad, qui est actuellement testé en clinique. La taille de Quad est plus petite que Atripla. Dans les études de phase I, à des doses de 100 et 200 mg une fois par jour, 3 ont réduit la clairance du midazolam de 90 et 95%, respectivement.16,29 Lorsqu’il était utilisé en tant que composant de l’intégrase FDR Quad, 3 (150 mg une fois par jour) augmentait la PK de l’elvitégravir à des niveaux similaires (Ctrough) avec 100 mg de RTV une fois par jour16,29. concentrations de l’ATV à des niveaux bioéquivalents à ceux obtenus avec 100 mg de RTV une fois par jour.39 Le composé 3 est actuellement évalué dans des études de phase II chez des sujets infectés par le VIH-1, en tant que composant de Quad et en tant que pharmacoenhancer