Sofosbuvir (Sovaldi )/ Simeprevir (Olysio )/ Daclatasvir (Daklinza )

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1 Sofosbuvir (Sovaldi )/ Simeprevir (Olysio )/ Daclatasvir (Daklinza ) Die Therapie der Hepatistis C-Infektion erfährt gerade tiefgreifende Erneuerungen. Immer mehr direkt antiviral wirksame und peroral bioverfügbare Arzneistoffe erlangen die Marktzulassung. Nachdem in 2011 mit Boceprevir (Victrelis ) und Telaprevir (Incivo ) zum ersten Mal zwei peroral bioverfügbare Protease-Inhibitoren, eine Arzneistoffklasse, die bis dahin lediglich von der Therapie der HIV-Infektion bekannt war, zugelassen wurden, sind es in 2014 bereits drei neue, allesamt peroral applizierbare Wirkstoffe, die zur Therapie der HCV-Infektion auf den Markt gekommen sind: Sofosbuvir (Sovaldi ), Simeprevir (Olysio ) und Daclatasvir (Daklinza ) (Strukturformeln s. Abbildung 1). Abbildung 1: In 2014 neu zugelassene Arzneistoffe zur Behandlung einer HCV-Infektion Sofosbuvir (Sovaldi ) ist ein neues, peroral in Form von Filmtabletten zu applizierendes Virustatikum, das zur Therapie der chronischen Hepatitis C (CHC) zugelassen ist. Es wird nicht als Monotherapie, sondern nur in Kombination mit anderen Arzneimitteln eingesetzt. Empfohlene Kombinationspartner sind Ribavirin und pegyliertes Interferon-α je nach HCV-Genotyp. Sovaldi -Filmtabletten werden nur einmal täglich zusammen mit einer Mahlzeit eingenommen (Fachinformation Sovaldi 2014). Sofosbuvir ist ein direkt antiviral wirkender Arzneistoff, der gegen alle 6 Genotypen des HC-Virus wirksam ist. Im Gegensatz zu den in 2011 zur Behandlung der Hepatitis C-Infektion zugelassenen NS3/4A-Protease-Hemmern Boceprevir (Victrelis ) und Telaprevir (Incivo ) entfaltet das Prodrug Sofosbuvir seine Wirkung nach Bioaktivierung über eine Hemmung der RNS-abhängigen RNS- Polymerase NS5B des Hepatitis C-Virus. 1 CA

2 Simeprevir (Olysio ) ist in Form von Hartkapseln im Handel Es ist zugelassen zur Therapie der CHC (Genotypen 1 bis 4) in Kombination mit anderen Arzneimitteln. Als Kombinationspartner stehen Peginterferon alfa und Ribaverin zur Verfügung. Zusätzlich kann es ohne Interferon mit Sofosbuvir kombiniert werden. Die Hartkapseln werden einmal täglich zusammen mit einer Mahlzeit eingenommen (Fachinformation Olysio 2014). Simeprevir ist nach Boceprevir und Telaprevir der dritte NS3/4A-Serinprotease-Inhibitor, der verfügbar ist. Daclatasvir (Daklinza ) ist der erste Vertreter aus der Gruppe der HCV-NS5A- Inhibitoren. Daclatasvir ist ebenso wie Sofosbuvir und Simeprevir indiziert zur Kombinationsbehandlung der CHC. Es wird bei Patienten mit den Genotypen 1 bis 4 des Virus eingesetzt. Geeignete Kombinationspartner sind Ribavirin, Peginterferon alfa und Sofosbuvir. Die Filmtabletten werden einmal täglich entweder mit oder ohne Nahrung eingenommen (Fachinformation Daklinza 2014). Virustatikum (FAM) HCV-Target HCV-Genotypen Kombinationspartner Dosierung/ Art der Anwendung Boceprevir (Victrelis ) NS3/4A-Protease 1 nur mit Peginterferon alfa und Ribavirin 3x täglich 800mg peroral mit Nahrung Telaprevir (Incivo ) NS3/4A-Protease 1 nur mit Peginterferon alfa und Ribavirin 2x täglich 1175mg (2x 3 Tbl. 375mg.) oder alternativ 3x täglich 750mg (3x 2Tbl. 375mg) peroral mit Nahrung Sofosbuvir (Sovaldi ) RNS-abhängige NS5B- Polymerase 1, 2, 3, 4, 5, 6 Peginterferon alfa, Ribaverin 1x täglich 400mg peroral mit Nahrung Simeprevir (Olysio ) NS3/4A-Protease 1 und 4 Peginterferon alfa, Ribavirin und Sofosbuvir 1x täglich 150mg peroral mit Nahrung Daclatasvir (Daklinza ) NS5A 1, 2, 3, 4 Peginterferon alfa, Ribaverin und Sofosbovir 1x täglich 60mg peroral mit oder ohne Nahrung Tabelle 2: Vergleich der seit 2011 zugelassenen direkt antiviral wirksamen Anti-HCV-Arzneistoffe Sofosbuvir Sofosbuvir imitiert als nukleosidischer Inhibitor (NI) das natürliche Substrat der NS5B RNS-abhängigen RNS-Polymerase und bindet im aktiven Zentrum des Enzyms. Da das aktive Zentrum der HCV-Polymerase hochkonserviert über alle Genotypen vorliegt, sind NIs wie Sofosbuvir gegen alle HCV-Genotypen wirksam. Schon eine 2 CA

3 einzige Mutation an beliebiger Position kann zu einem vollständigen Verlust der Aktivität von NS5B führen. Hieraus erklärt sich die hohe genetische Barriere für Resistenzentwicklungen gegen NIs wie Sofosbuvir. Im Gegensatz dazu binden die Nicht-nukleosidische Inhibitoren (NNIs) an verschiedenen Regionen der Polymerase abseits des aktiven Zentrums, bewirken allosterisch eine Konformationsänderung und damit Inaktivierung des Enzyms noch vor der Initiierung der Replikation. Der räumliche Abstand zwischen Bindungsstelle und aktivem Zentrum bedingt eine sehr geringe genetische Barriere für Resistenzen gegen NNIs. Dies mag auch ein Grund dafür sein, weshalb von den NNIs bislang noch keine Substanz eine Zulassung erhalten hat (Sarrazin und Zeuzem 2010, Sofia 2011, Chae et al. 2013, Pockros 2013). Sofosbuvir ist ein Prodrug, das zum aktiven Metaboliten 2 -Desoxy-2 -α-fluoro-β-cmethyluridin-5 -triphosphat metabolisiert. Dieses Triphosphat stellt ein falsches Substrat für die HCV-Polymerase dar, es wird in die wachsende Kette eingebaut, blockiert das aktive Zentrum, und es kommt zum Abbruch der RNS-Synthese. Humane DNS- bzw. RNS-Polymerasen werden nicht gehemmt. Im Unterschied zum natürlichen NS5B-Substrat Uridin-5 -triphosphat besitzen Sofosbuvir bzw. sein aktiver Metabolit an 2 -Position des Zuckers keine OH-Gruppe sondern lediglich eine Methyl-Gruppe (s. Abbildung 2). Abbildung 2: Strukturunterschied zwischen dem natürlichen Substrat der NS5B-Polymerse und dem aktiven Metaboliten des Sofosbuvirs Im Sofosbuvir ist die erste der drei Phosphatgruppen in maskierter, geschützter Form schon enthalten. Dies ist entscheidend, denn die erste der drei Phosphorylierungsreaktionen ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt innerhalb der Bioaktivierung der NIs. Viele frühere NIs zeigten wegen der sehr langsamen ersten Phosphorylierung eine zu geringe Aktivität. Als Phosphoramidat, d.h. eine OH- Gruppe des Phosphats ist durch eine NHR-Gruppe ersetzt, besitzt Sofosbuvir schon eine solche erste Phosphatgruppe am Zucker. Zusätzliche Substituenten maskieren die negativen Ladungen des Phosphats und erleichtern die Aufnahme in die Zelle (s. Abbildung 3) (Murakami et al. 2010, Sofia et al. 2010). Der erste Schritt in der Bioaktivierung des Sofosbuvirs ist die Spaltung des Carboxylesters in der protektiven NHR-Seitenkette des Phosphoamidats durch z.b. Cathepsin A oder Carboxylesterase-1 (1.). Anschließend kommt es zu einer schnellen, nichtenzymatischen Reaktion: sobald der Ester hydrolisiert ist und die freie Carboxyl-Gruppe vorliegt, greift die Hydroxyl-Gruppe der Carbonsäure nukleophil die Phosphat-Gruppe an (2.). Der dritte Schritt in der Metabolisierung besteht in der enzymatischen Abspaltung von Alanin unter Bildung des 5 - Monophosphat-Intermediates (3.), das dann unter enzymatischer Beteiligung von 3 CA

4 UMP-CMP-Kinase und Nukleosid-Diphosphat-Kinase zum aktiven Metaboliten, dem Triphosphat, biotransformiert wird (4.) (s. Abbildung 3) (Murakami et al. 2010). Abbildung 3: Bioaktivierung des Sofosbuvirs (nach Murakami et al. 2010) 4 CA

5 Simeprevir Im Gegensatz zu den bereits zugelassenen NS3A/4A-Protease-Inhibitoren Boceprevir und Telaprevir, die nur zur Therapie der HCV-Infektion vom Genotyp 1 zugelassen sind, ist der neu zugelassene Protease-Hemmer Simeprevir sowohl beim Genotyp 1 als auch beim Genotyp 4 indiziert. Zusätzlich bietet Simeprevir den Vorteil einer einmal täglichen Einnahme, wohingegen Telaprevir und Boceprevir zwei- bzw. dreimal täglich eingenommen werden müssen (s. Tabelle 1). Auch hinsichtlich der chemischen Struktur bestehen zwischen den Inhibitoren der sogenannten ersten Generation und Simeprevir deutliche Unterschiede.Telaprevir und Boceprevir sind lineare peptidomimetische Verbindungen mit einer α-ketoamid- Partialstruktur (s. Abbildung 4). Abbildung 4: lineare NS3A/4A-Protease-Inhibitoren mit α-ketoamid-struktur Durch das reaktive α-ketoamid zeigen die beiden Verbindungen eine kovalentreversible Inhibition der NS3A/4A-Protease ( serine-trap inhibitors ) (s. Tabelle 2). Allerdings beträgt die Halbwertszeit des kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexes z.b. für Boceprevir 10 bis 20 Stunden, so dass das aktive Zentrum effektiv und dauerhaft blockiert wird (Malcolm et al. 2006) (s. auch Neue Arzneistoffe 2011 Boceprevir und Tlaprevir). Simeprevir ist nun kein linearer sondern ein makrozyklischer Inhibitor ohne reaktive Ketoamid-Struktur. Die Inhibition der NS3A/4A-Protease erfolgt über nichtkovalente Interaktionen. Die Bindung ist reversibel und kompetitiv zum Substrat der NS3A/4A-Protease (Lin et al. 2009). Der erste makrozyklische NS3A/4A-Inhibitor, der weit in die klinische Prüfung gelangte, war Ciluprevir (BILN-2061), dessen weitere Entwicklung allerdings aufgrund seiner Kardiotoxizität eingestellt wurde (Tsantrizos 2004, Liu-Young und Kozal 2008). Ausgangspunkt für die Entwicklung eines solchen sogenannten product-based inhibitors war die Beobachtung, dass die N-terminalen Hydrolyseprodukte vor allem durch die freie Carbonsäure-Gruppe des P 1 -Cysteins über Wechselwirkungen mit dem aktiven Zentrum eine sogenannte Produkt- Hemmung der NS3-Protease bewirken. Dementsprechend besitzt Ciluprevir als 5 CA

6 Vorreiter der makrozyklischen product-based inhibitors auch noch eine P 1 - Carboxyl-Gruppe in Analogie zum physiologischen Cystein. Boceprevir/ Telaprevir Simeprevir Chemische Struktur peptidomimetisches, lineares α-ketoamid peptidomimetischer Makrozyklus Wirkmechanismus Kovalente Bindung im aktiven Zentrum, reversible Hemmung nichtkovalente Bindung im aktiven Zentrum, reversible Hemmung Serine-trap inhibitors product-based inhibitor Tabelle 2: Vergleich Struktur/ Wirkmechanismus der beiden 1.Generationen-Inhibitoren Telaprevir und Boceprevir mit dem 2.Generationen-Inhibitor Simeprevir Simeprevir besitzt als an P 1 -Position eine zur Carbonsäure bioisostere Acylsulfonamid-Struktur, die bei vielen NS3A/4A-Hemmern vorhanden ist. Die Acylsulfonamid-Struktur vermag zahlreiche Wasserstoffbrücken-Bindungen zu Aminosäuren im aktiven Zentrum auszubilden. Der Cyclopropyl-Rest positioniert sich optimal in der S 1 -Tasche (Cummings et al. 2010, Rosenquist et al. 2014) (s. Abbildung 5). Abbildung 5: Der erste makrozyklische NS3A/4A-Inhibitor Ciluprevir mit P 1 -Carbonsäure und Simeprevir mit dem bioisosteren P 1 -Acylsulfonamid 6 CA

7 Simeprevir wurde ausgehend von einem linearen Tetrapeptid entwickelt, das eine neuartige P 2 -Cyclopentandicarbonsäure-Struktur bioisoster zum P 2 -Prolin enthielt (Raboisson et al. 2008, Rosenquist et al. 2014). Die Größe des Inhibitors konnte durch Zyklisierung zu einem 14-gliedrigen Makrozyklus verkleinert werden. Die P 1 - Gruppe ist eine bei vielen makrozyklischen Inhibitoren wie z.b. beim Ciluprevir anzutreffende (1R,2S)-1-Amino-2-vinylcyclopropylacyl-Gruppe. Auffällig ist zudem der große heterozyklische P 2 -Rest bestehend aus einem substituierten Thiazol und einem substituierten Chinolin (beide auch schon beim Ciluprevir), das über eine Etherbrücke mit dem Cyclopentan des Makrozyklus verbunden ist (s. Abbildung 6). Abbildung 6: Bindungsstellen des Simeprevirs im aktiven Zentrum der NS3A/4A-Protease Wie andere Protease-Inhibitoren auch wird Simeprevir extensiv in der Leber verstoffwechselt. Hier spielt vor allem CYP3A4 eine gewichtige Rolle, demzufolge ist die Möglichkeit von Interaktionen mit Arzneistoffen, die ebenfalls über dieses Isoenzym metabolisiert werden, in Betracht zu ziehen (Lin et al. 2009, Talwani et al. 2013, Fachinformation Olysio 2014) Daclatasvir Daclatasvir ist der erste Arzneistoff aus der Klasse der NS5A-Inhibitoren. NS5A ist ein multifunktionales Protein, das für einige Schritte der HCV-Replikation benötigt wird und essentiell ist. Allerdings ist die genaue Rolle und Funktion von NS5A innerhalb des HCV-Lebenszyklusses noch Gegenstand der Forschung (Macdonald und Harris 2004). NS5A-Inhibitoren wie Daclatasvir scheinen aber mindestens zwei verschiedene Wirkmechanismen zu besitzen. Zum einen hemmen sie natürlich die Replikation des viralen Genoms, zum anderen hemmen sie aber auch den Zusammenbau des HC-Virus sowie die Freisetzung von neuen Viren. Diese Erkenntnisse ergaben sich aus einem biphasischen Verlauf der Wirkung des Daclatasvirs. Man beobachtet bei Applikation von Daclatasvir zunächst innerhalb der ersten sechs Stunden eine schnelle Abnahme der HCV-RNS-Spiegel im Serum, was auf eine direkte Hemmung der Virus-Synthese oder der Virus-Sekretion hindeutet. Nachfolgend auf diese schnelle Abnahme wird aber danach eine sehr viel langsamere Abnahme der HCV-RNS-Spiegel im Serum registriert, was auf eine Hemmung der viralen RNS-Synthese hindeutet (Guedj et al. 2013). Ein Vorteil der 7 CA

8 neuen Arzneistoffklasse der NS5A-Hemmer ist sicherlich, dass diese Inhibitoren Aktivitäten gegenüber den verschiedenen Genotypen des HCV zeigen (pangenotypische Inhibitoren). So ist Daclatasvir zugelassen zur Behandlung der HCV-Genotypen 1 bis 4 (s. Tabelle 1). Die große Anzahl an experimentellen, potentiellen NS5A-Inhibitoren kann von ihrer chemischen Struktur und vom Aufbau her in zwei verschiedene Klassen eingeteilt werden. Zur ersten Klasse gehören die u.a. Substanzen, die schon in die klinische Prüfung vorgedrungen sind. Neben Daclatasvir zählen dazu GSK und Ledipasvir (Belema und Meanwell 2014, Kohler et al. 2014). Sie alle sind charakterisiert durch einen dimeren chemischen Aufbau (s. Abbildung 7). Zwei peptidische Gruppen, die sogenannten Caps, sind durch einen aromatischen Linker miteinander verbunden, der strukturell bei den verschiedenen Substanzen stark variieren kann. Beim Daclatasvir und beim GSK ist dies eine Bisphenyl- Einheit, die zusätzlich an jedem Phenyl-Ring mit einem Imidazol-Ring verbunden ist. Für die peptidische Kappe hat sich bei den drei erwähnten Substanzen das Prolin- Valin-Carbamat-Motiv durchgesetzt. Die Klasse II-Inhibitoren sind monomere Verbindungen, die chemisch einen sehr heterogenen Aufbau zeigen. Bislang zeigten sich die Klasse II-Substanzen in vitro als weniger aktiv als die Klasse I-Inhibitoren (Kohler et al. 2014). Abbildung 7: dimerer Aufbau der Klasse I-NS5A-Inhibitoren am Beispiel des Daclatasvirs nach Kohler et al Literatur: Belema, M. und Meanwell, N.A. J Med Chem 2014, 57, 5057 Chae, H.B. et al. ScientificWorldJournal 2013, 2013: Cummings, M.D. et al. Angew Chem Int Ed Engl 2010, 49, 1652 Fachinformation Daklinza 2014, Bristol-Myers Squibb GmbH & Co KGaA Fachinformation Olysio 2014, Janssen-Cilag International NV Fachinformation Sovaldi 2014, Gilead Sciences International Ltd. Guedj, J. et al. Proc Natl Acad Sci USA 2013, 110, 3991 Kohler, J.J. et al. Infect Drug Resist 2014, 7, 41 Lin, T.I. et al. Antimicrob Agents Chemother 2009, 53, 1377 Liu-Young, G. und Kozal, M.J. AIDS Patient Care STDS 2008, 22, 449 Macdonald, A. und Harris, M. J Gen Virol 2004, 85, 2485 Malcolm, B.A. et al. Antimicrob Agents Chemother 2006, 50, 1013 Murakami, E. et al. J Biol Chem 2010, 285, Pockros, P.J. Clin Liv Dis 2013, 17, CA

9 Raboisson, P. et al. Bioorg Med Chem 2008, 18, 4853 Rosenquist, Å. Et al. J Med Chem 2014, 57, 1673 Sarrazin, C. und Zeuzem, S. Gastroenterology 2010, 447 Sofia, M.J. et al. J Med Chem 2010, 53, 7202 Sofia, M.J. Antivir Chem Chemother 2011, 22, 23 Talwani, R. et al. Drugs Today (Barc) 2013, 49, 769 Tsantrizos, Y.S. Biopolymers 2004, 76, CA