趋化因子 CXCL12 中性配体-LIT927--有望治疗炎症疾病

我们知道，当趋化因子与相应的受体结合后，可以控制免疫细胞在组织器官和循环系统中迁移路径，从而到达受感染部位并执行清除感染源、消灭异常增殖细胞、促进伤口愈合等功能。此外，趋化因子还参与胚胎期免疫系统、循环系统和中枢神经系统的形成和发育[1]。

当前已报道的趋化因子在功能上具有一些共同的特征，比如分子量小（约 8 -14 KDa），有四个位置保守的半胱氨酸残基以保证其三级结构。其中趋化因子 CXCL12 又称基质细胞衍生因子-1(SDF-1)，包括两种形式：SDF-1α/CXCL12a 和 SDF-1β/CXCL12b。研究表明，CXCL12 通过与受体 CXCR4 或 CXCR7 相互作用进而调节白细胞的定向迁移，与许多疾病有关，包括慢性炎症、自身免疫性疾病(红斑狼疮)、癌症、动脉粥样硬化、艾滋病[1]。虽然 CXCR4 或 CXCR7 作为药物靶点被广泛的研究，然而临床实验的失败却令人失望。本研究从一个新的角度出发，通过寻找趋化因子 CXCL12 拮抗剂，进而减少 CXCL12 与相应受体的结合，从而应用于炎症疾病的治疗。

Regenass,P.等作者前期通过高通量筛选发现的 CXCL12 小分子配体-查尔酮-4（Chalcone-4，1），其可以通过与 CXCL12 结合，进而阻断 CXCL12 与 CXCR4 的结合。然而，化合物 Chalcone-4 存在一些致命的缺点：（1）水溶性差（2）分子中存在 Michael 加成受体，容易与巯基发生反应（3）在气道嗜酸细胞增多症的过敏性哮*小鼠模型中，口服无效，因此阻碍了其进一步的药物研发。本文针对化合物 Chalcone-4 的缺点从四个角度进行结构优化：（1）探索 A 环取代基的影响；（2）探索 B 环取代基的影响；（3）母核替换的影响；（4）增加分子的刚性。经过大量的结构优化，最后获得了含有嘧啶酮结构的全新 CXCL12 拮抗剂 LIT-927（57），其不仅水溶性优于 Chalcone-4，而且不包含 Michael 加成受体。该化合物和 Chalcone-4 均能够减少气道嗜酸细胞增多症的过敏性哮*小鼠模型中嗜酸性粒细胞的聚集。值得注意的是，LIT-927 是唯一一个在口服给药后显示抑制活性的药物。

图1. 化合物 Chalcone-4 的构效关系研究

化合物 Chalcone-4（1）是首个报道的 CXCL12 有机小分子拮抗剂，作者通过四个方面的结构优化：（1）A 环的变动；（2）B 环的变动；（3）中间母核部分的变动；（4）通过电子等排的策略增加分子的刚性，同时又保持分子的构象不变。所有合成的化合物采用基于FRET的结合力实验测试与 CXCL12 蛋白的结合力。将活性较好的几个化合物进行溶解度和稳定性的评价，结果如图2所示，化合物 LIT-927（57）的综合性质最优，其 Ki 值为 267nM，在 PBS 中的溶解度为 36.4 μM，优于化合物 Chalcone-4。 

图2.代表性化合物的溶解性和稳定性评价

挑选 6 个代表性的化合物进行体内抗炎效果的评价。选用气道嗜酸细胞增多症的过敏性哮*小鼠模型，每种化合物（300 nmol／kg，10% pBs/CDX）通过鼻腔途径给药，测试结果如图 3 所示。化合物 6 虽然溶解度较差，但其产生了一定的效果，减少了 36% 嗜酸性粒细胞的渗入，与化合物 1 相当。而化合物 45, 65和67 没有产生效果，因此后续将不对这三个化合物进行研究。有意思的是，化合物 50和 57在体外与它们具有相似的活性，但在体内却拥有较好的活性，分别减少了 39% 和 48% 嗜酸性粒细胞的渗入（图3A）。最后挑选化合物 57 作为先导化合物进行研究，化合物 57 在该模型中的体内 IC50 为 310 nmol/kg，而化合物 1 由于溶解度较差，因此其 IC50 大于 500 nmol/kg（图3B）。

图3. 化合物对气道嗜酸细胞增多症的过敏性哮*小鼠模型体内抗炎活性的评价

鉴于化合物 57 是一个含有嘧啶酮结构的全新分子，又进一步进行了三方面的评价：（1）嘧啶酮结构的 Michael 加成受体反应活性；（2）与 CXCL12 的结合活性；（3）对其它趋化因子的选择性。化合物 57 和 1 的 Michael 加成受体反应活性采用加入 GSH 的方式进行评价，LC-MS 分析显示化合物 57 的反应活性明显低于 1。结合力实验测试表明，化合物 57 与 CXCL12 的解离平衡常数（Kd）为 780 nM，与之前采用 FRET 实验测得的 Ki 值（267 nM）在同一数量级。选择性评价（图5）显示，化合物 1 和 57 对其它趋化因子均具有较好的选择性。

图4.化合物 57 和 68 的结构及其活性测试

图5. 化合物的选择性测试

小M 的小思考：

趋化因子及其受体因特殊的生物学功能，使之成为潜在的药物靶点。其中CXCL12/CXCR4 生物轴尤其重要，广泛参与了炎症、肿瘤、病毒感染、心血管等多种病理过程。采用小分子拮抗剂或者单克隆抗体阻断这一相互作用可用于多种疾病的治疗。虽然基于阻断 CXCL12/CXCR4 相互作用的小分子拮抗剂有很多，但大部分研究均集中于 CXCR4 受体上。因此， Regenass,P.等作者从一个全新的角度出发，通过针对 CXCL12 去寻找小分子拮抗剂，最终发现了化合物 LIT-927 可以阻断 CXCL12 与 CXCR4 的结合，并且是首个在气道嗜酸细胞增多症的过敏性哮*小鼠模型中具有口服效力的药物，未来具有应用于治疗炎症疾病的潜力。

参考文献

[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

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