Palbociclib (Ibrance )

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1 Palbociclib (Ibrance ) Mit Palbociclib (Ibrance ) hat nach langem, ungefähr 20-jährigem Vorlauf und zahlreichen Versuchen erstmals ein Cyclin-abhängiger Kinase-Hemmer (CDK- Hemmer) den Weg von der klinischen Prüfung bis hin zur Zulassung erfolgreich bestanden (Strukturformel s. Abbildung 1). Palbociclib ist dabei kein unselektiver Hemmer vieler der insgesamt 13 CDKs mehr wie die pan-cdk-inhibitoren der ersten Generation, darunter z.b. Flavopiridol (s. Abbildung 3), der am besten untersuchte CDK-Inhibitor bis heute oder auch wie die nicht wesentlich selektiveren Vertreter der zweiten Generation, z.b. Dinaciclib (s. Abbildung 3), die bislang bis auf wenige Ausnahmen in der klinischen Prüfung enttäuschten (v.a. bei hämatologischen Tumoren scheint sich evtl. ein Nutzen abzuzeichnen), sondern Palbociclib ist ein hochselektiver, reversibler und ATP-kompetitiver Inhibitor lediglich zweier Kinasen, nämlich von CDK4 und CDK6 (Ashgar et al. 2015). Abbildung 1 Palbociclib ist indiziert zur Behandlung eines Hormonrezeptor-positiven und HER2- negativen, lokal fortgeschrittenen oder metastasierten Mammakarzinoms. Palbociclib wird dabei aber nur in Kombination eingesetzt, entweder zusammen mit einem Aromatasehemmer wie z.b. Letrozol (z.b. Femara ) oder mit dem Estrogenrezeptor- Antagonisten Fulvestrant (Faslodex ), sofern die Frauen zuvor eine endokrine Therapie erhalten haben. Bei prä- und perimenopausalen Frauen sollte zusätzlich noch ein LHRH-Agonist, wie z.b. Goserelin (Zoladex ), dazu gegeben werden (Fachinformation Ibrance 2016). Die Ibrance -Hartkapseln werden innerhalb eines 28-Tage-Zyklus an den ersten 21 Tagen des Zyklus genommen, gefolgt von 7 Tagen ohne Palbociclib-Einnahme. Wird Palbociclib zusammen mit Letrozol kombiniert, wird der Aromatasehemmer in einer Dosis von 2,5 mg einmal täglich über die vollen 28 Tage des Zyklus gegeben. Wird Palbociclib mit dem Estrogen-Antagonisten Fulvestrant kombiniert, so wird dieser in einer Dosis von 500mg an den Tagen 1, 15 und 29 und anschließend monatlich intramuskulär gegeben. Die empfohlene Dosis von Palbociclib beträgt 125mg einmal täglich ungefähr immer zur selben Zeit. Eine zweimalige Dosisanpassung aufgrund der individuellen Verträglichkeit, aufgrund von Nebenwirkungen ist möglich, zunächst auf 100mg/Tag, dann auf 75mg/Tag. Muss die Dosis weiter reduziert werden, wird die Behandlung abgebrochen (Fachinformation Ibrance 2016). Die Kapseln sollten im Ganzen geschluckt und nicht geöffnet oder zerdrückt werden. Bei einem kleinen Teil der Patienten (ca. 13%) wird Palbociclib bei nüchterner Einnahme nur zu einem sehr geringen Anteil resorbiert. Zusammen mit Nahrung eingenommen, erhöhte die Palbociclib-Aufnahme bei diesem Patienten-Teil deutlich. Für den restlichen überwiegenden Teil der Patienten änderte sich die Resorption im Vergleich zur Nüchterneinnahme nur geringfügig. Dennoch sollte Palbociclib, um für alle Patienten eine dauerhafte Palbociclib-Exposition zu erreichen, stets im Verlauf 1 CA

2 einer Mahlzeit eingenommen werden. Die mittlere absolute Bioverfügbarkeit beträgt für Palbociclib nach einer peroralen 125mg-Dosis 46% (Schwartz et al. 2011, Bowles und Clarke 2015, Ehab und Elbaz 2016, Fachinformation Ibrance 2016). Palbociclib unterliegt einer extensiven Metabolisierung in der Leber. Vorwiegend kommt es zu Oxidationsreaktionen katalysiert durch CYP3A-Isoenzyme sowie zu Sulfonierungen katalysiert durch die Sulfotransferase SULT2A1. Gerade die Metabolisierung über CYP3A birgt die Gefahr für Arzneimittelinteraktionen. Palbociclib ist selbst nur ein mäßig schwacher CYP3A-Inhibitor. Die gleichzeitige starker CYP3A-Inhibitoren (z.b. Itraconazol, Clarithromyin), erhöhte die Palbociclib- Gesamtexposition sowie -Maximalkonzentration deutlich, genauso führte eine gleichzeitige Einnahme starker CYP3A-Induktoren (z.b. Carbamazepin, Johanniskraut, Phenytoin) zu einer drastischen Abnahme von Gesamtexposition und c max beim Palbociclib. Deshalb sollte Palbociclib auch nicht zusammen mit starken CYP3A-Induktoren bzw. -Inhibitoren eingenommen werden. Auch auf Grapefruit sollte man dementsprechend während der Palbociclib-Einnahme verzichten (Ehab und Elbaz 2016, Fachinformation Ibrance 2016, Yu et al. 2016) Der mitotische Zellteilungszyklus eukaryotischer Zellen, in dessen Verlauf die Zelle ihr Erbgut verdoppelt und auf zwei Tochterzellen verteilt, ist durch insgesamt vier Phasen G1, S, G2 und M gekennzeichnet, wobei der jeweilige Eintritt in die nächste Phase strengen Kontrollen an sogenannten Checkpoints unterliegt. Für einen geregelten Eintritt sind vor allem die Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) verantwortlich. CDKs sind Serin/Threonin-Kinasen, die durch die Bindung eines Cyclins als regulatorische Untereinheit und der damit erzwungenen Konformationsänderung ihre volle enzymatische Aktivität erlangen. Von den 13 humanen CDKs sind 5 CDKs, nämlich die CDKs1 bis 4 sowie CDK6, an der Regulation des Zellzyklus beteiligt. Als Cyclin-Komponenten fungieren für diese 5 CDKs die Cycline A, B und E. Die CDK/Cyclin-Komplexe sind lediglich zu ganz bestimmten Zellzyklus-Phasen aktiv. Sie unterliegen einem schnellen Ubiquitinvermittelten proteolytischen Abbau. Zusätzlich zur Bindung des Cyclins ist für eine Aktivierung auch noch die Phosphorylierung bestimmter Threonin-Reste durch die Cyclin-aktivierende Kinase (CAK, CDK7) notwendig. Demgegenüber stehen spezifische CDK-Inhibitoren der CIP/KIP- und INK4-Familien, die die CDK-Aktivität herabsetzen. Als Antwort auf mitogene Signale (z.b. NF- B, MAPKs, STATs, PI3K/AKT/mTOR, s. Abbildung 2) synthetisiert die ruhende Zelle die Cycline D1, D2 und D3, die an die CDKs 4 und 6 binden. Die Hauptfunktion aktivierter CDK4/6/Cyclin D-Komplexe ist die Phosphorylierung des sogenannten Retinoblastomproteins (prb). prb nimmt eine zentrale Rolle innerhalb der Regulation des Zellzyklus ein. Unter normalen Bedingungen ist nichtphosphoryliertes prb an E2F-Transkriptionsfaktoren gebunden, die wiederum an ein Protein gebunden sind, das einfach als Dimerisierungspartner (DB) bezeichnet wird. Die aktivierten CDK4/6/Cyclin D-Komplexe phosphorylieren prb an Stellen, die eine Bindung an E2F behindern. Phosphoryliertes prb dissoziiert als Folge eben dieser Phosphorylierung vom E2F, das damit als Transkriptionsfaktor aktiviert wird, was zur Transkription E2F-abhängiger Gene führt. Andere CDK/Cyclin- Komplexe wie CDK2/Cyclin E bzw. Cyclin A, CDK1/Cyclin A bzw. Cyclin B verstärken den Phosphorylierungsschritt. E2F induziert die Expression von Genen, die am Zellzyklus beteiligt sind, darunter wiederum CDKs und Cycline sowie von Genen, die an der Replikation und der Mitose beteiligt sind und das Voranschreiten von der G1- Phase zur S-Phase und zur Mitose (M-Phase) ermöglichen (s. Abbildung 2). 2 CA

3 A. B. Abbildung 2: Wirkmechanismus selektiver CDK4/6-Inhibitoren wie Palbociclib nach Knudsen und Knudsen 2008; Gampenrieder et al A. Darstellung des Zellzyklus ohne den CDK4/6-Inhibitor B. Angriffspunkt des CDK4/6-Inhibitors innerhalb des Zellzyklus 3 CA

4 Beim Übergang von der M- in die G1-Phase wird prb durch Phosphatasen dephosphoryliert und damit wieder aktiviert (Knudsen und Knudsen 2008, VanArsdale et al. 2015, Gampenrieder et al. 2016). Beim Brustkrebs führen viele negative prognostische Faktoren wie Estrogenabhängiges Wachstum und HER2-positiver Status zu einer Akkumulation des Cyclin D. Zusätzlich laufen viele wichtige Signalwege wie PI3K, MAPK, STAT, NF- B beim Cyclin D zusammen und führen zu einem Fortschreiten des Zellzyklus (Knudsen und Knudsen 2008, VanArsdale et al. 2015, Gampenrieder et al. 2016). Beim Brustkrebs ist zusätzlich die Cyclin D-pRb-Kaskade häufig fehlreguliert, z.b. durch Cyclin D-Amplifikation oder -Überexpression, durch den prb-funktionsverlust entweder durch Mutation oder Genmethylierung. Solche Veränderungen bei wichtigen Zellzyklus-Regulatoren führen selbstverständlich auch zu einer schlechten Prognose beim Estrogen-Rezeptor-positiven Brustkrebs (Witkiewicz und Knudsen 2014). Dementsprechend stellt die CDK4/6-Hemmung ein nachvollziehbares Target für die Therapie des Brustkrebses dar (VanArsdale et al. 2015, Gampenrieder et al. 2016). Pan-CDK-Inhibitoren der ersten und zweiten Generation Die ersten Inhibitoren, die in die klinische Prüfung gelangten, waren relativ unselektive CDK-Hemmer. Diese CDK-Inhibitoren der ersten Generation werden deshalb auch als pan-cdk-inhibitoren bezeichnet. Flavopiridol, in der Literatur auch unter dem Namen Alvocidib bekannt, ist ein solcher pan-cdk-inhibitor, der zusätzlich zu den CDKs 1, 2, 4 und 6, die als Checkpoint-CDKs die Progression innerhalb des Zellzyklus steuern, auch noch die CDKs 7 und 9 hemmt. Diese beiden CDKs kontrollieren die RNS-Polymerase II-abhängige Transkription. Flavopiridol ist ein semisynthetisches Falvonoid-Derivat des Chromon-Alkaloids Rohitukin (s. Abbildung 3). Flavopiridol ist bis heute der am umfangreichsten untersuchte CDK-Inhibitor mit mehr als 60 klinischen Studien zwischen 1998 und 2014 (Ashgar et al. 2015). Obwohl das breite Spektrum der CDK-Hemmung hohe in vitro-aktivitäten hervorruft, waren die in vivo-aktivitäten des Flavopiridols bei zahlreichen soliden Tumoren doch eher moderat. Flavopiridol scheint allerdings bei hämatologischen Krebserkrankungen, z.b. bei der chronisch lymphatischen Leukämie (CLL), mit einer signifikanten Wirksamkeit eine Renaissance zu erleben. Ein verändertes, mit höheren Dosen angepasstes Applikationsschema bestehend aus einer anfänglichen Bolusgabe und nachfolgenden kontinuierlichen Infusionen, das die schnelle und hohe Plasmaproteinbindung des Flavopiridols in vivo berücksichtigt, scheint hierfür verantwortlich zu sein. Allerdings nehmen dementsprechend auch die toxischen Wirkungen deutlich zu (z.b. deutlich höhere Anzahl an Patienten mit Tumorlyse- Syndrom) (Ashgar et al. 2015, Wiernik 2016). Parallel zu Flavopiridol wurde das substituierte Purin-Analogon Roscovitin (=Seleciclib) in der Klinik getestet (s. Abbildung 3). Roscovitin hemmt die CDKs 1, 2, 4, 7 und 9. Eine Phase II-Studie, die Roscovitin mit der bestmöglichen verfügbaren supportiven Therapie bei Patienten mit fortgeschrittenem NSCLC verglich (APPRAISE), wurde nach 187 Patienten beendet. Auch wenn die Studienergebnisse niemals veröffentlicht wurden, scheint es so zu sein, dass Roscovitin das progressionsfreie Intervall bei den beteiligten Patienten nicht verlängern konnte (Ashgar et al. 2015, VanArsdale et al. 2015). Auf Flavopiridol und Roscovitin folgte die nächste Generation an CDK-Inhibitoren, die genauso wie die Vorläufersubstanzen als pan-inhibitoren bezeichnet werden können. Von diesen Inhibitoren der zweiten Generation ist Dinaciclib der am besten 4 CA

5 untersuchte CDK-Inhibitor. Dinaciclib ist das Ergebnis eines in vivo-screenings verschiedener Pyrazolo[1,5-a]pyrimidine (s. Abbildung 3) (Paruch et al. 2010). Dinaciclib ist speziell als hochpotenter Inhibitor der CDKs 1, 2, 5 und 9 entwickelt worden (IC 50 -Werte im Bereich von 1 bis 4nM) mit geringeren Aktivitäten gegenüber den CDKs 4, 6 und 7 (IC 50 -Werte im Bereich von 60 bis 100nM). Auch hier waren waren anfängliche Phase I-Prüfungen vielversprechend. Unter Dinaciclib wurde bei zahlreichen malignen Tumoren eine stabile, progressionsfreie Phase erreicht mit tolerierbaren Nebenwirkungen (Nemunaitis et al. 2013, Ashgar et al. 2015). Allerdings lieferten nachfolgende Phase II-Studien durchweg enttäuschende Ergebnisse bei soliden Tumoren (Ashgar et al. 2015). Aber, ähnlich zum Flavopiridol, scheint Dinaciclib bei hämatologischen Erkrankungen Potential zu besitzen. So zeigte sich unter Dinaciclib bei vorbehandelten CLL-Patienten eine signifikante klinische Aktivität (Blachly und Byrd 2013). Dementsprechend ist die klinische Prüfung des Dinaciclibs noch nicht abgeschlossen, eine Phase III-Studie bei Patienten mit therapierefraktärer CLL ist angelaufen (Asgar et al. 2015). Abbildung 2: Beispiele für pan-cdk-inhibitoren der ersten und zweiten Generation, die weit in die klinische Prüfung vorgedrungen sind. Ein wichtiger Aspekt für das Scheitern der pan-cdk-inhibitoren wie Flavopirindol, Roscovitin und Dinaciclib in der Klinik mag darin begründet sein, dass diese Substanzen ein sehr enges therapeutisches Fenster besitzen, da sie nicht zwischen gesunden, nichtentarteten Zellen und malignen Zellen unterscheiden können. Es 5 CA

6 werden Proteine gehemmt, die essentiell für Proliferation und Überleben normaler Zellen sind. Z.B. führt die Hemmung der CDK1 zum Stopp des Zellzyklus in der M- Phase (und nicht wie bei selektiven CDK 4/6-Inhibitoren in der G0/G1-Phase), was zu einer Myelosuppression und anderen schweren toxischen Nebenwirkungen führt und eigentlich nur mit der herkömmlichen zytotoxischen Chemotherapie in Verbindung gebracht (Ashgar et al. 2015, VanArsdale et al. 2015). Potente, selektive und ATP-kompetitive CDK4/6-Inhibitoren (Palbociclib) Ausgangspunkt für die erfolgreiche Entwicklung selektiver, potenter und ATPkompetitiver CDK4/6-Inhibitoren wie Palbociclib war ein Pyrido[2,3-d]pyrimidin-7-on- Template (s. Abbildung 4). Dieses Pharmakaophor stellt eine hervorragende Basis dar, um verschiedenste Kinase-Inhibitoren herzustellen. Die große Herausforderung in der Entwicklung bestand aber nun darin, aus diesem allgemein genutzten Template, eine Substanz zu generieren, die eine möglichst hohe Selektivität für CDK4/6 gegenüber anderen ATP-abhängigen Kinasen besitzt. Abbildung 4: Strukturvergleich der drei weit in der klinischen Prüfung fortgeschrittenen, selektiven CDK4/6-Inhibitoren Ribociclib und Abemaciclib sowie des bereits zugelassenen selelktiven CDK4/6-Inhibitors Palbociclib. 6 CA

7 Der entscheidene Schritt für die Selektivität des Palbociclibs war die Einführung einer 2-Aminopyridin-Seitenkette an der C2-Position des bizyklischen Systems. Solche Substanzen weisen allesamt ein hohe Selektivität für CDK4/6 gegenüber allen anderen Kinasen auf. Aus einem Pool solcher Pyridin-2-yl-amino-pyrido[2,3- d]pyrimidin-7-one wurde letztlich PD , das spätere Palbociclib, wegen seines Selektivitätsprofil und seiner pharmakokinetischen Eigenschaften für die klinische Entwicklung ausgesucht (Vander Wel et al. 2005, Toogood et al. 2005). In Enzymassays zeigt Palbociclib hohe inhibitorische Aktivitäten gegenüber CDK4/CyclinD (IC 50 = 11nM) sowie gegenüber CDK6/CyclinD (IC 50 = 16nM). Gegenüber CDK1/Cyclin-Komplexen, die wegen der oben erwähnten toxischen Effekte auch auf normale Zellen möglichst nicht gehemmt werden sollen, ist die inhibitorische Aktivität mehr als 1000-fach schwächer ausgeprägt (Toogood et al. 2005). Palbociclib induziert einen Zellzyklusarrest in der G1-Phase. Die Wirkungen des Palbociclibs als CDK4/6-Inhibitor sind zwingend an ein funktionsfähiges prb- Protein geknüpft. Nur in diesen Zellen führt Palbociclib auch wirklich zu einem G1- Arrest (Fry et al. 2004). Weitere selektive CDK4/6-Inhibitoren befinden sich derzeit weit fortgeschritten in der klinischen Prüfung. Die 2-Anilino-2,4-pyrimidin-5-benzimidazol-Partialstruktur diente ebenfalls als Startpunkt für die Synthese hochpotenter CDK4/6-Inhibitoren (s. Abbildung 4). Nach Optimierung war es Abemaciclib, das aufgrund seiner herausragenden inhibitorischen Aktivitäten gegen CDK4 und CDK6 (IC 50 (CDK4) = 2nM; IC 50 (CDK6) = 10nM) und seiner mindestens 160-fach schwächeren Aktivität gegen CDK1/Cyclin-Komplexe ) für die klinische Weiterentwicklung auserwählt wurde (Gelbert et al. 2014, VanArsdale et al. 2015). Die chemische Struktur des Ribociclibs ähnelt der des Palbociclibs am meisten (s. Abbildung 4). Hier wurde anstelle des Pyrido[2,3-d]pyrimidin-7-ons des Palbociclibs auf ein strukturell vergleichbares Pyrrolo{2,3-d]pyrimidin-6 carboxamid zurückgegriffen, das an Position C2 des Heterozyklus ebenso einen 2-Aminopyridin- Substituenten enthält. Selbst das sich in p-position zur Amino-Gruppe am Pyridin- Ring befindliche Piperazin ist vorhanden - beim Palbociclib genauso wie beim Ribociclib wohl vorwiegend aus pharmakokinetischen Gründen. Ribociclib hemmt die CDK4 bzw. CDK6 mit IC 50 -Werten von 10nM bzw. 39nM und ist mehr als 1000-fach schwächer wirksam gegenüber dem CDK1/CyclinB-Komplex (Kim et al. 2013). Literatur: Ashgar, U. et al. Nat Rev Drug Discov 2015, 14, 130 Blachly, J.S. und Byrd, J.C. Leuk Lymphoma 2013, 54, 2133 Bowles, H.J. und Clarke, K.L. J Adv Pract Oncol 2015, 6, 577 Ehab, M. und Elbaz, M. Breast Cancer (Dove Med Press) 2016, 8, 83 Fachinformation Ibrance 2016, Pfizer Limited Fry, D.W. et al. Mol Cancer Ther 2004, 3, 1427 Gampenrieder, S.P. et al. Memo 2016, 9, 76 Gelbert, L.M. et al. Invest New Drug 2014, 32, 825 Kim, S. et al. Mol Cancer Ther 2013, 12(11Suppl): Abstract Nr Pr02 Knudsen, E.S. und Knudsen, K.E. Nat Rev Cancer 2008, 8, 714 Nemunaitis, J.J. et al. J Transl Med 2013, 11, 259 Paruch, K. et al. ACS Med Chem Lett 2010, 1, 204 Schwartz, G.K. et al. Br J Cancer 2011, 2011, 104, 1862 Toogood, P.L. et al. J Med Chem 2005, 48, CA

8 VanArsdale, T. et al. Clin Cancer Res 2015, 21, 2905 VanderWel, S.N. et al. J Med Chem 2005, 48, 2371 Wiernik, P.H. Expert Opin Investig Drugs 2016, 25, 729 Witkiewicz, A.K. und Knudsen, E.S. Breast Cancer Res 2014, 16, 207 Yu, Y. et al. J Clin Pharmacol 2016, Epub ahead of print 8 CA