我們知道，當(dāng)趨化因子與相應(yīng)的受體結(jié)合后，可以控制免疫細(xì)胞在組織器官和循環(huán)系統(tǒng)中遷移路徑，從而到達(dá)受感染部位并執(zhí)行清除感染源、消滅異常增殖細(xì)胞、促進(jìn)傷口愈合等功能。此外，趨化因子還參與胚胎期免疫系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成和發(fā)育[1]。
當(dāng)前已報(bào)道的趨化因子在功能上具有一些共同的特征，比如分子量?。s 8 -14 KDa），有四個(gè)位置保守的半胱氨酸殘基以保證其三級(jí)結(jié)構(gòu)。其中趨化因子 CXCL12 又稱基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)，包括兩種形式：SDF-1α/CXCL12a 和 SDF-1β/CXCL12b。研究表明，CXCL12 通過與受體 CXCR4 或 CXCR7 相互作用進(jìn)而調(diào)節(jié)白細(xì)胞的定向遷移，與許多疾病有關(guān)，包括慢性炎癥、自身免疫性疾病(紅斑狼瘡)、癌癥、動(dòng)脈粥樣硬化、艾滋病[1]。雖然 CXCR4 或 CXCR7 作為藥物靶點(diǎn)被廣泛的研究，然而臨床實(shí)驗(yàn)的失敗卻令人失望。本研究從一個(gè)新的角度出發(fā)，通過尋找趨化因子 CXCL12 拮抗劑，進(jìn)而減少 CXCL12 與相應(yīng)受體的結(jié)合，從而應(yīng)用于炎癥疾病的治療。
Regenass,P.等作者前期通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)的 CXCL12 小分子配體-查爾酮-4（Chalcone-4，1），其可以通過與 CXCL12 結(jié)合，進(jìn)而阻斷 CXCL12 與 CXCR4 的結(jié)合。然而，化合物 Chalcone-4 存在一些致命的缺點(diǎn)：（1）水溶性差（2）分子中存在 Michael 加成受體，容易與巰基發(fā)生反應(yīng)（3）在氣道嗜酸細(xì)胞增多癥的過敏性哮*小鼠模型中，口服無效，因此阻礙了其進(jìn)一步的藥物研發(fā)。本文針對(duì)化合物 Chalcone-4的缺點(diǎn)從四個(gè)角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化：（1）探索 A 環(huán)取代基的影響；（2）探索 B 環(huán)取代基的影響；（3）母核替換的影響；（4）增加分子的剛性。經(jīng)過大量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得了含有嘧啶酮結(jié)構(gòu)的全新 CXCL12 拮抗劑 LIT-927（57），其不僅水溶性優(yōu)于 Chalcone-4，而且不包含 Michael 加成受體。該化合物和 Chalcone-4 均能夠減少氣道嗜酸細(xì)胞增多癥的過敏性哮*小鼠模型中嗜酸性粒細(xì)胞的聚集。值得注意的是，LIT-927是在口服給藥后顯示抑制活性的藥物。
圖1. 化合物 Chalcone-4 的構(gòu)效關(guān)系研究
化合物 Chalcone-4（1）是報(bào)道的 CXCL12 有機(jī)小分子拮抗劑，作者通過四個(gè)方面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：（1）A 環(huán)的變動(dòng)；（2）B 環(huán)的變動(dòng)；（3）中間母核部分的變動(dòng)；（4）通過電子等排的策略增加分子的剛性，同時(shí)又保持分子的構(gòu)象不變。所有合成的化合物采用基于FRET的結(jié)合力實(shí)驗(yàn)測(cè)試與 CXCL12 蛋白的結(jié)合力。將活性較好的幾個(gè)化合物進(jìn)行溶解度和穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖2所示，化合物 LIT-927（57）的綜合性質(zhì)全優(yōu)，其 Ki 值為 267nM，在 PBS 中的溶解度為 36.4 μM，優(yōu)于化合物 Chalcone-4。
圖2.代表性化合物的溶解性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
挑選 6 個(gè)代表性的化合物進(jìn)行體內(nèi)抗炎效果的評(píng)價(jià)。選用氣道嗜酸細(xì)胞增多癥的過敏性哮*小鼠模型，每種化合物（300 nmol／kg，10% pBs/CDX）通過鼻腔途徑給藥，測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。化合物 6 雖然溶解度較差，但其產(chǎn)生了一定的效果，減少了 36% 嗜酸性粒細(xì)胞的滲入，與化合物 1 相當(dāng)。而化合物 45, 65和67 沒有產(chǎn)生效果，因此后續(xù)將不對(duì)這三個(gè)化合物進(jìn)行研究。有意思的是，化合物 50和 57在體外與它們具有相似的活性，但在體內(nèi)卻擁有較好的活性，分別減少了 39% 和 48% 嗜酸性粒細(xì)胞的滲入（圖3A）。挑選化合物 57 作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行研究，化合物 57 在該模型中的體內(nèi) IC50 為 310 nmol/kg，而化合物 1 由于溶解度較差，因此其 IC50 大于 500 nmol/kg（圖3B）。
圖3. 化合物對(duì)氣道嗜酸細(xì)胞增多癥的過敏性哮*小鼠模型體內(nèi)抗炎活性的評(píng)價(jià)
鑒于化合物 57 是一個(gè)含有嘧啶酮結(jié)構(gòu)的全新分子，又進(jìn)一步進(jìn)行了三方面的評(píng)價(jià)：（1）嘧啶酮結(jié)構(gòu)的 Michael 加成受體反應(yīng)活性；（2）與 CXCL12 的結(jié)合活性；（3）對(duì)其它趨化因子的選擇性?；衔?nbsp;57 和 1 的 Michael 加成受體反應(yīng)活性采用加入 GSH 的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，LC-MS 分析顯示化合物 57 的反應(yīng)活性明顯低于 1。結(jié)合力實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，化合物 57 與 CXCL12 的解離平衡常數(shù)（Kd）為 780 nM，與之前采用 FRET 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 Ki值（267 nM）在同一數(shù)量級(jí)。選擇性評(píng)價(jià)（圖5）顯示，化合物 1 和 57 對(duì)其它趨化因子均具有較好的選擇性。
圖4.化合物 57和 68的結(jié)構(gòu)及其活性測(cè)試
圖5. 化合物的選擇性測(cè)試
小M 的小思考：
趨化因子及其受體因特殊的生物學(xué)功能，使之成為潛在的藥物靶點(diǎn)。其中CXCL12/CXCR4 生物軸尤其重要，廣泛參與了炎癥、腫瘤、病毒感染、心血管等多種病理過程。采用小分子拮抗劑或者單克隆抗體阻斷這一相互作用可用于多種疾病的治療。雖然基于阻斷 CXCL12/CXCR4 相互作用的小分子拮抗劑有很多，但大部分研究均集中于 CXCR4 受體上。因此， Regenass,P.等作者從一個(gè)全新的角度出發(fā)，通過針對(duì) CXCL12 去尋找小分子拮抗劑，發(fā)現(xiàn)了化合物 LIT-927 可以阻斷 CXCL12 與 CXCR4 的結(jié)合，并且是在氣道嗜酸細(xì)胞增多癥的過敏性哮*小鼠模型中具有口服效力的藥物，未來具有應(yīng)用于治療炎癥疾病的潛力。
參考文獻(xiàn)
[1] Koenen,R. R.，et al. Therapeutic targeting of chemokine interactions inatherosclerosis. Nat. Rev. Drug Discovery 2010, 9, 141?153;
[2] Regenass,P.; Bonnet, D. et al. Discovery of a Locally and Orally Active CXCL12Neutraligand (LIT-927) with Anti-inflammatory Effect in a Murine Model ofAllergic Airway Hypereosinophilia. J MedChem. 2018
相關(guān)產(chǎn)品
NBI-74330 是一種有效的 CXCR3 拮抗劑，能夠抑制 CXCL10 和 CXCL11 的特異性結(jié)合，Ki值分別為 1.5 和 3.2 nM。
IT1t 是有效的 CXCR4 拮抗劑；抑制 CXCL12/CXCR4 相互作用的 IC50值為 2.1 nM。
MSX-122 是一種新型小分子 CXCR4 拮抗劑, 有效抑制 CXCR4/CXCL12 (IC50值為 10 nM)。
LY2510924 是有效，選擇性的 CXCR4 拮抗劑；阻止 SDF-1 結(jié)合 CXCR4 的 IC50值為 0.079 nM。
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