PD-1 is an immunoinhibitory receptor expressed by activated T cells, B cells, and myeloid cells. Mice deficient in PD-1 exhibit a breakdown of peripheral tolerance and demonstrate multiple autoimmune features. We report here that the ligand of PD-1 (PD-L1) is a member of the B7 gene family. Engagement of PD-1 by PD-L1 leads to the inhibition of T cell receptor–mediated lymphocyte proliferation and cytokine secretion. In addition, PD-1 signaling can inhibit at least suboptimal levels of CD28-mediated costimulation. PD-L1 is expressed by antigen-presenting cells, including human peripheral blood monocytes stimulated with interferon γ, and activated human and murine dendritic cells. In addition, PD-L1 is expressed in nonlymphoid tissues such as heart and lung. The relative levels of inhibitory PD-L1 and costimulatory B7-1/B7-2 signals on antigen-presenting cells may determine the extent of T cell activation and consequently the threshold between tolerance and autoimmunity. PD-L1 expression on nonlymphoid tissues and its potential interaction with PD-1 may subsequently determine the extent of immune responses at sites of inflammation.

Anti-cytokine therapies such as adalimumab, tocilizumab, and the small molecule JAK inhibitor tofacitinib have proven that cytokines and their subsequent downstream signaling processes are important in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. Tofacitinib, a pan-JAK inhibitor, is the first approved JAK inhibitor for the treatment of RA and has been shown to be effective in managing disease. However, in phase 2 dose-ranging studies tofacitinib was associated with dose-limiting tolerability and safety issues such as anemia. Upadacitinib (ABT-494) is a selective JAK1 inhibitor that was engineered to address the hypothesis that greater JAK1 selectivity over other JAK family members will translate into a more favorable benefit:risk profile. Upadacitinib selectively targets JAK1 dependent disease drivers such as IL-6 and IFNγ, while reducing effects on reticulocytes and natural killer (NK) cells, which potentially contributed to the tolerability issues of tofacitinib. Structure-based hypotheses were used to design the JAK1 selective inhibitor upadacitinib. JAK family selectivity was defined with in vitro assays including biochemical assessments, engineered cell lines, and cytokine stimulation. In vivo selectivity was defined by the efficacy of upadacitinib and tofacitinib in a rat adjuvant induced arthritis model, activity on reticulocyte deployment, and effect on circulating NK cells. The translation of the preclinical JAK1 selectivity was assessed in healthy volunteers using ex vivo stimulation with JAK-dependent cytokines. Here, we show the structural basis for the JAK1 selectivity of upadacitinib, along with the in vitro JAK family selectivity profile and subsequent in vivo physiological consequences. Upadacitinib is ~ 60 fold selective for JAK1 over JAK2, and > 100 fold selective over JAK3 in cellular assays. While both upadacitinib and tofacitinib demonstrated efficacy in a rat model of arthritis, the increased selectivity of upadacitinib for JAK1 resulted in a reduced effect on reticulocyte deployment and NK cell depletion relative to efficacy. Ex vivo pharmacodynamic data obtained from Phase I healthy volunteers confirmed the JAK1 selectivity of upadactinib in a clinical setting. The data presented here highlight the JAK1 selectivity of upadacinitinib and supports its use as an effective therapy for the treatment of RA with the potential for an improved benefit:risk profile.