腫瘤壞死因子小分子抑制劑的作用機理

徐葉青 劉菲焱 黃海華 花修凱 朱淼

摘 要：腫瘤壞死因子（TNF）是一種具有多種生物學活性的細胞因子，其過表達與多種疾病有關。目前，TNF已成為一種治療炎癥疾病極具吸引力的藥物作用靶點。綜述TNF小分子抑制劑的研究現(xiàn)狀，旨在為TNF新型小分子抑制劑的設計和研究提供參考。

關鍵詞：腫瘤壞死因子;小分子抑制劑;作用機理

1?腫瘤壞死因子小分子抑制劑研究背景

腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF）是一種具有多種生物學活性的細胞因子，主要源于單核細胞和巨噬細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞、肥大細胞[1]，在免疫反應調(diào)節(jié)、T細胞介導的組織損傷、慢性炎癥的發(fā)生發(fā)展等方面具有重要作用[2]。正常水平的TNF-α可以參與抵抗細菌、病毒和寄生蟲的感染，促進組織修復，引起腫瘤細胞凋亡等。然而，TNF-α在體內(nèi)的大量產(chǎn)生和釋放會破壞機體的免疫平衡，并引發(fā)多種疾病，包括多發(fā)性硬化癥、敗血性休克、惡質(zhì)病、哮喘以及自體免疫疾病等。

TNF-α的多種生物學活性都是通過兩個不同的細胞表面特異受體（TNFR）介導的，且TNFR1和TNFR2產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)導通路并不完全相同[3]。因此，應用拮抗劑或者抑制劑降低患者體內(nèi)的TNF-α水平或抑制其與TNFR的結合，已經(jīng)成為一種臨床上治療類風濕性關節(jié)炎、節(jié)段性腸炎、強直性脊柱炎、銀屑病關節(jié)炎等TNF過度表達引起的相關疾病的主要途徑。

目前出現(xiàn)的TNF-α抑制劑主要抑制TNF-α與受體TNFR1之間的結合，通過破壞兩者之間的信號傳導，最終抑制TNF-α過度表達所引發(fā)的一系列疾病，主要包括合成抗體、合成小分子、天然產(chǎn)物、金屬和多肽抑制劑[4]。不同的抑制劑作用時機理并不相同。本綜述主要從抑制機理的角度對TNF抑制劑進行分類總結。

2?TNF抑制劑的作用機理

2.1? 與TNF結合發(fā)揮抑制作用

Grazioli等[5]發(fā)現(xiàn)蘇拉明對TNF與其受體之間的相互作用起到抑制作用，實驗結果證明蘇拉明的抑制機理與解聚TNF三聚體有關。后續(xù)結果表明了蘇拉明分子中的3個結構特征（6個磺酸基團、29.4?的分子長度和結構對稱性）對TNF影響的重要性。Mancini等[6]在Grazioli等[5]的工作基礎上，選擇了一系列與蘇拉明結構類似的化合物并測試了對? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?TNF-TNFR1相互作用的抑制效果，最終得到了兩種有效的化合物，分別為錐蟲藍和伊文思藍，這兩種化合物同時具備蘇拉明的3種結構特征。Aeg103B、Tyr119C和Lys98B 3個氨基酸殘基是3種活性抑制劑與TNF共同的作用位點，且這? ? ? ? ? ? ?3個氨基酸殘基在TNF三聚體締合時發(fā)揮了重要的作用[7]。近年來，通過生物模擬實驗發(fā)現(xiàn)了許多可能是通過破壞TNF三聚體發(fā)揮作用的抑制劑，如SPD305[8]、天然抑制劑皂苷[9]等。蘇拉明為這部分抑制劑的機理奠定了基礎。

Leung等[10]選擇過渡金屬銥（Ⅲ）復合物作為TNF-α的抑制劑，分子模擬結果表明該金屬復合物的作用模式與SPD305類似，通過疏水作用與TNF二聚體結合。細胞實驗表明，該金屬抑制劑對TNF-α的抑制效果優(yōu)于SPD305。這是首次關于TNF-α金屬抑制劑的報道。

北京大學來魯華課題組[11-12]通過計算確定了α螺旋多肽與TNF二聚體的結合位點，在此基礎上設計了α螺旋多肽DLH08。結果顯示，DLH08可以通過與二聚體結合阻止三聚體的形成，從而抑制其生物活性。

2.2? 與TNFR結合發(fā)揮抑制作用

Carter等[13]通過TNF/TNFR1結合實驗進行了結構篩選，發(fā)現(xiàn)了一系列含有羅丹寧雜環(huán)結構的分子。其中，最佳抑制劑IW927可抑制TNF-TNFR1的相互作用，并可抑制Ramos細胞中TNF引起的Ik-B磷酸化。此外，該化合物對TNFR1的選擇性是TNFR2或CD40的2 000倍，首次確定抑制劑結合TNFR1而不是TNF。他們認為，抑制劑以較弱且可逆的作用力與TNFR1結合，然后共價結合到TNFR1上，形成了明顯的高結合親和力。結果還發(fā)現(xiàn)，抑制劑與TNFR1的Phe60、Thr61、Leu67和Leu71氨基酸殘基形成了范德華作用力。TNFR1沒有發(fā)生大的結構變化，推測該抑制劑是通過阻斷TNF與Ala62附近TNFR1區(qū)域的相互作用而起作用的。

3?結語

盡管對于TNF小分子抑制劑的報道較多，但是目前已經(jīng)進入臨床應用的TNF-α小分子抑制劑甚少。眾所周知，受體結合通常以其大而平坦的表面為特征，表面有許多氨基酸參與復雜多樣的相互作用。一般的小分子抑制劑體積較小，與TNF-α的作用方式單一，親和力差，很難發(fā)揮作用。因此，TNF-α小分子抑制劑只有具備一定的疏水性并且體積足夠大，才能與TNF作用，從而阻止與第三個單體結合，形成具有生物活性的三聚體或者分解已經(jīng)形成的三聚體結構，這應該是小分子抑制劑的發(fā)展趨勢。

[參考文獻]

[1]譚兵，李瑜元，聶玉強.抗腫瘤壞死因子-α治療的研究進展[J].國際內(nèi)科學雜志，2007（3）：143-147，158.

[2]吳嬋媛，李夢濤，曾小峰.腫瘤壞死因子α抑制劑的免疫原性[J].中華臨床免疫和變態(tài)反應雜志，2009（3）：210-215.

[3]NAUD? P J，DEN BOER J A，LUITEN P G，et al.Tumor necrosis factor receptor crosstalk[J].FEBS J，2011（6）：888-898.

[4]AGGARWAL B B，EESSALU T E，HASS P E.Characterization of receptors for human tumour necrosis factor and their regulation by γ-interferon[J].Nature，1985（3）：665-667.

[5]GRAZIOLI L，ALZANI R，CIOMEI M，et al.Inhibitory effect of suramin on receptor binding and cytotoxic activity of tumor necrosis factor[J].International Journal of Immunopharmacology，1992，14（4）：637-642.

[6]MANCINI F，TORO C M，MABILIA M，et al.Inhibition of tumor necrosis factor-α（TNF-α）/TNF-α receptor binding by structural analogues of suramin[J].Biochemical Pharmacology，1999，58（5）：851-859.

[7]MUKAI Y，NAKAMURA T，YOSHIKAWA M，et al.Solution of the structure of the TNF-TNFR2 complex[J].Science Signaling，2010，148（3）：83.

[8]HE M M，SMITH A S，OSLOB J D，et al.Small molecule inhibition of TNF-α[J].Science，2005（11）：1022-1025.

[9]SHAH B A，CHIB R，GUPTA P，et al.Saponins as novel TNF-α inhibitors： isolation of saponins and a nor-pseudoguaianolide from Parthenium hysterophorus[J].Organic & Biomolecular Chemistry，2009（7）：3230-3235.

[10]LEUNG C H，ZHONG H J，YANG H，et al.A metal-based inhibitor of tumor necrosis factor-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2012，51（36）：9010-9014.

[11]ZHANG C S，QI S，BO T，et al.Computational design of helical peptides targeting TNF-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2013，52（42）：11059-11062.

[12]SHEN Q，ZHANG C S，LIU H B，et al.De novo design of helical peptides to inhibit tumor necrosis factor-α by disrupting its trimer formation[J].MedChemComm，2016（7）：725-729.

[13]CARTER P H，SCHERLE P A，MUCKELBAUER J A，et al. Photochemically enhanced binding of small molecules to the tumor necrosis factor receptor-1 inhibits the binding of TNF-α [J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2001，98（21）：11879-11884.