国内新发现对抗炎症风暴和自身免疫性疾病的新型小分子抑制剂
前沿科学与文化2020-07-22 18:26
近日，华中科技大学同济药学院李华教授、张勇慧教授、周宜荣副教授和沈阳药科大学无涯创新学院陈丽霞教授在药物化学顶级期刊Journal of Medicinal Chemistry（IF=6.205）发表了题为“Discovery of an Orally Active Small Molecule TNF-α Inhibitor”的研究文章，发现了一种新型高效低毒、可口服的TNF-α小分子抑制剂苄吡呤（benpyrine），可用于治疗TNF-α介导的炎症风暴和自身免疫性疾病。
TNF-α主要由活化的巨噬细胞和单核细胞分泌，在炎症反应和自身免疫性疾病中发挥至关重要的作用，例如败血症、类风湿性关节炎（RA）、银屑病、多发性硬化症和克罗恩病等。目前上市药物中的TNF-α抑制剂多是单克隆抗体或融合蛋白，如阿达木单抗和依那西普，在自身免疫性疾病的治疗中具有较好的效果，但其稳定性较差、价格昂贵以及较为严重的副作用，在一定程度上限制了其广泛的应用。即使如此，药王“修美乐”，即阿达木单抗，仍然连续7年位居全球畅销药物榜首，2018年全球销售额高达204.85亿美元，卫冕冠军。
对于TNF-α这个靶点，小分子抑制剂极其缺乏；据估计，全球大约有5~8%的人口受到自身免疫性疾病的威胁，逐年上升的致残率与死亡率亦提示自身免疫性疾病的诊断与治疗正面临着巨大挑战。而小分子抑制剂和单克隆抗体相比，在降低费用和方便给药途径等方面有很大优势，因此，TNF-α小分子抑制剂的市场潜力巨大。
目前尚未有上市的TNF-α小分子抑制剂，已知报道的包括聚砜化萘脲苏拉明类似物和吲哚连色酮衍生物SPD304等，由于其疗效低、选择性差且不良反应严重，不适合进一步开发用于抗TNF-α治疗。因此寻找高效低毒的TNF-α小分子抑制剂具有广阔的市场前景和社会意义。
该研究以TNF-α二聚体与SPD304的共结晶结构为模板，对ZINC数据库中含有600多万个化合物的先导化合物库进行虚拟筛选，并结合TNF-α诱导的L929细胞毒性实验，发现一个有效化合物苄吡呤（benpyrine），对TNF-α具有剂量依赖性的抑制作用。再利用微量热泳动（MST）技术、ELISA、DARTS和CETSA等实验表明苄吡呤能够直接结合TNF-α，阻断其与受体TNFR的结合；通过分子对接和氨基酸突变分析，并结合MST和L929细胞实验，发现TNF-α的57位亮氨酸和59位苯丙氨酸是苄吡呤结合的关键氨基酸，为后续化合物优化提供了依据；利用RAW264.7巨噬细胞进行NF-κB炎症通路分析，进一步证明苄吡呤能够抑制TNF-α或脂多糖（LPS）诱导的IκBα磷酸化和NF-κB/p65的核转位，从而阻断NF-κB通路激活，且对细胞无明显毒性。
进一步研究表明，苄吡呤对小鼠的半数致死量LD50大于2000mg/kg，为低毒性化合物。苄吡呤对小鼠灌胃给药对胶原诱导的关节炎（CIA）和咪喹莫特诱导的银屑病有良好的治疗作用，显著缓解其症状，且无明显不良反应。
值得一提的是，苄吡呤对脂多糖(LPS)诱导的小鼠脓血症模型具有良好的治疗效果，大大降低其死亡率，研究结果显示苄吡呤能够缓解TNF-α诱导的炎症风暴，从而减轻急性肝损伤和肺损伤。众所周知，在本次新冠疫情中，炎症风暴也是引起许多患者死亡的重要原因。新冠病毒感染人体后，肺部免疫细胞过度活化，产生大量炎症因子，如IL-6、TNF-α、IFN-γ等，通过正反馈循环的机制形成炎症风暴。大量的免疫细胞和组织液聚集在肺部，会阻塞肺泡与毛细血管间的气体交换，导致急性呼吸窘迫综合征。苄吡呤对TNF-α的直接抑制作用提示其可能可以用于新冠肺炎的治疗，而阿达木单抗目前也确实正在进行新冠肺炎的临床治疗研究。
该研究成果目前在线发表在杂志Journal of Medicinal Chemistry
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