CN113336824A

CN113336824A - 一种多肽在作为pd-1/pd-l1蛋白-蛋白相互作用(ppi)调节剂中的应用

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Publication number: CN113336824A
Application number: CN202110484838.2A
Authority: CN
Inventors: 王远强; 李广平; 郭海琼; 何清秀; 赵丽楠; 庹燕; 刘周; 李跃鹏
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-09-03

Abstract

本发明公开了一种多肽作为PD‑1/PD‑L1蛋白‑蛋白相互作用(PPI)调节剂的应用，多肽的氨基酸序列为以下2种中的任意一种R‑R‑W‑W‑R‑R‑NH₂、R‑R‑Q‑W‑F‑W‑NH₂。本发明提供2种新的人工设计阳离子的肽。这些多肽可采用Fmoc固相化学法合成获得。该阳离子多肽对PD‑1/PD‑L1的结合起着较强的抑制作用，可以作为良好的免疫抑制剂进行肿瘤药物的开发，且对动、植物细胞无明显毒害作用，可操作性强，成本低。

Description

一种多肽在作为PD-1/PD-L1蛋白-蛋白相互作用(PPI)调节剂中的应用

技术领域

本发明涉及一种多肽在作为PD-1/PD-L1蛋白-蛋白相互作用(PPI)调节剂中的应用，涉及多肽领域。

背景技术

癌症为严重威胁世界人类健康的主要疾病之一，2018年全球估计有1810 万新发恶性肿瘤病例，而我国约为380.4万例，占20％以上，形势严峻。肿瘤发生是一个渐进式、涉及多重因素和多步骤的过程，为系列组织细胞的基因突变积累。除涉及与肿瘤细胞直接相关的因素外，肿瘤微环境基质成分同肿瘤细胞间的相互作用也影响肿瘤发生，其为癌症发生提供有利环境，利于肿瘤细胞的新生物学功能。面对日益严重的肿瘤问题，越来越多的研究者发现，癌细胞生长扩散除了取决于肿瘤的无限增殖，以及利用血管将恶性细胞扩散到全身各处的能力以外，还取决于对免疫系统的成功逃逸。迄今为止，肿瘤治疗的研究中，新的免疫疗法策略(例如免疫检查点阻断)和过继性T细胞疗法(包括 CAR-T细胞疗法)进行的临床试验结果清楚地表明，免疫疗法已成为治疗癌症的重要手段，其中，免疫检查点封锁的最新临床结果表明它已成为免疫治疗发展的重要方向。近年来，通过阻断T细胞靶向程序性死亡受体1(programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1)/及其配体1(programmed celldeath 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1)通路的免疫检查点阻断剂，由于其抗肿瘤的疗效持久、适用性广，目前已成为最有发展前景和治疗价值的肿瘤免疫治疗策略。

PD-1/PD-L1免疫抑制剂为一种新的靶标药物，在抗肿瘤的免疫治疗方面备受关注，主要是利用激活自身的免疫系统来有效控制肿瘤的生长，与其他的治疗方法联用在现代肿瘤治疗中成为新趋势。然而，目前PD-1/PD-L1免疫抑制剂主要为抗体，虽然增强了细胞免疫抗肿瘤作用，但它们也可能增强人体的正常免疫反应，导致免疫耐受失衡，出现免疫相关性不良反应(immune-related adverse events，irAEs)。另外，由于其昂贵的研发成本，苛刻的运输和储存条件，差的稳定性以及口服性而限制其发展。因此，成本低、用药效果好、免疫原性副作用小、可靶向胞内、胞外及膜上抗原、较好的肿瘤微环境渗透作用的靶向免疫检查点多肽抑制剂是一种具有巨大潜力的治疗方法。

PPI调节剂多肽是一类短肽，具有阳离子性和两亲性的特点且结构多样，是生物体天然免疫系统对抗病原菌入侵的重要组成部分，在生物进化过程中保持稳定和高效。其水溶性好，热稳定高，具有广谱抗菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤细胞等生物效应，还可以作为免疫调节剂在机体中发挥多种免疫效应，比如充当趋化因子、诱导趋化因子产生、促进伤口愈合、调节树突状细胞和细胞免疫的应答等。绝大多数PPI调节剂多肽通过阻断PD-1/PD-L1相互作用来起到阻断免疫逃逸的作用。这不同于传统肿瘤治疗药物，对人体具有较大的伤害性和副作用，因而PPI调节剂多肽在治疗肿瘤方面显示出良好的应用前景，近年受到广泛关注，成为新型免疫检查点抑制剂研发的热点。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多肽在作为PD-1/PD-L1 蛋白-蛋白相互作用(PPI)调节剂中的应用，免疫抑制活性强、成本低、溶血毒性低。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种多肽在作为PD-1/PD-L1 蛋白-蛋白相互作用(PPI)调节剂中的应用，多肽的氨基酸序列为以下2种中的任意一种：

Peptide-A:R-R-W-W-R-R-NH₂(Arg-Arg-Trp-Trp-Arg-Arg-NH₂)

Peptide-B:R-R-Q-W-F-W-NH₂(Arg-Arg-Gln-Trp-Phe-Trp-NH₂)

多肽的结构式分别为：

所述多肽在阻断PD-1/PD-L1免疫逃逸中的应用。

所述多肽在制备治疗癌症药物中的应用。

本发明通过固相肽方式合成多肽，本发明挑选出来的多肽与PD-1具有高结合亲和力，对PD-1/PD-L1相互作用具有阻断作用，通过基于SPR的竞争性结合试验表明，本发明多肽调节剂RRWWRR-NH₂和RRQWFW-NH₂对 PD-1/PD-L1的相互作用具有较强的阻断作用。

评估Jurkat T细胞活化的重要指标之一是检测细胞因子的分泌。在该实验中显示，经RRWWRR-NH₂和RRQWFW-NH₂处理的实验组，IL-2的释放量以浓度剂量依赖性方式显著增加。表明Jurkat T细胞的活性被恢复且随调节剂浓度的增加而增强。同理，ELISA试验结果证实，在相同的培养体系中，评估的PPI多肽调节剂对Jurkat T细胞(人外周血白血病T细胞)分泌IL-2有显著促进的效果，表明我们筛选的PPI多肽调节剂可以通过阻断PD-1/PD-L1相互作用，来恢复Jurkat T细胞的抑制功能。

IL-2(Interleukin-2)是一种白介素，是免疫系统中的一类细胞生长因子，能调控免疫系统中白血球的细胞活性，促进Th0和CTL的增殖，也参与抗体反应、造血和肿瘤监视。

本发明使用(LDH)释放法和(MTT)细胞活力法，通过干扰PD-1/PD-L1 的结合，评估PPI调节剂对T细胞细胞毒性的影响。结果都证明本发明的PPI 调节剂多肽能增强T细胞的杀伤靶细胞功能。在高浓度下抗菌肽溶血率依然非常低，证实本发明PPI调节剂多肽的溶血毒性较小。

有益效果：本发明的2种人工设计的多肽在阻断PD-1/PD-L1免疫逃逸中可以发挥良好的作用，且对动、植物细胞无任何毒害作用，可操作性强，成本低。可应用于治疗癌症药物中。

附图说明

图1是抗菌环肽Peptide-A的HPLC及MS谱图。

图2是抗菌环肽Peptide-B的HPLC及MS谱图。

图3为RRWWRR-NH₂(6.25-100μM)与hPD-1的SPR分析图。

图4为RRQWFW-NH₂(0.78125-100μM)与hPD-1的SPR分析图。

图5为RRWWRR-NH₂对PD-1/PD-L1相互作用的竞争性抑制作用图。

图6为RRQWFW-NH₂对PD-1/PD-L1相互作用的竞争性抑制作用图。

图7为多肽调节剂通过阻断PD-1/PD-L1相互作用对T细胞分泌IL-2的影响效果图。

图8为通过阻止PD-1/PD-L1相互作用，多肽调节剂对T细胞分泌IFN- γ的影响效果图。

图9为PPI多肽调节剂治疗上调T细胞的细胞毒性。

图10为不同浓度的RRWWRR-NH₂孵育后MDA-MB-231细胞的细胞存活率

图11为不同浓度的RRQWFW-NH₂孵育后MDA-MB-231细胞的细胞存活率。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图，对本发明作进一步说明：

目标产物Peptide-A，Peptide-B按照标准的Fmoc固相程序人工合成PPI 调节剂多肽：

Peptide-A:R-R-W-W-R-R-NH₂(Arg-Arg-Trp-Trp-Arg-Arg-NH₂)

Peptide-B:R-R-Q-W-F-W-NH₂(Arg-Arg-Gln-Trp-Phe-Trp-NH₂)

合成的产物经过反相液相色谱(Vydac 218TP1022柱2.2*25cm)纯化，采用乙腈/水体系洗脱，然后质谱分析。制备的Peptide-A多肽序列为： R-R-W-W-R-R-NH₂(Arg-Arg-Trp-Trp-Arg-Arg-NH₂)，Peptide-B多肽序列为: R-R-Q-W-F-W-NH₂(Arg-Arg-Gln-Trp-Phe-Trp-NH₂).

实施例1

1、Peptide-A:(Arg-Arg-Trp-Trp-Arg-Arg-NH₂)，多肽合成：

采用Fmoc固相多肽合成，以2-CTC树脂为载体，先合成全保护肽粗肽。

初始树脂1g用10ml的DCM室温溶胀30min；

1.1第一个氨基酸偶联操作：

称取树脂取代值总量3eq的保护氨基酸Fmoc-Arg(Pbf)-OH加入到DCM 溶液中，再加入树脂取代值总量9eq的DIEA进行溶解，将溶解后的澄清溶液加入到树脂中偶联反应3h，排出废液，DMF洗涤3次。

1.2第二个氨基酸偶联操作：

脱Fmoc保护基：加入5ml 20％的PPD/DMF试剂到反应管中反应5min，排出反应液后再次加入5ml 20％的PPD/DMF溶液反应25min；

脱保护后洗涤：用DMF液洗涤8次，每次洗涤时间3min，每次用量5ml；洗涤结束后取少量树脂用溴酚蓝溶液进行显色检测，树脂应呈深色；

偶联Fmoc-AA-OH：称取3eq待偶联保护氨基酸和3eq的Cl-HOBt，加入DMF 4ml溶解，溶解毕再加入3eq的DIC振荡混合1-2min，将溶液加入反应管与脱保护后的树脂在室温反应1.5h；

偶联后洗涤：用DMF洗涤树脂5次，每次洗涤时间3min，每次用量5ml。洗涤结束后取少量树脂用溴酚蓝溶液进行显色检测，树脂应近乎无色。

照第二个氨基酸偶联方式依次偶联完所有的保护氨基酸并脱除最后一个保护氨基酸的Fmoc保护基、用DMF洗涤4次后用DCM洗涤5次，真空减压抽干。

将树脂用其重量5倍体积的TFA/DCM(浓度2％左右)溶液进行3-5次裂解，每次时间3分钟。裂解液立即用10％的NaHCO₃溶液调到中性。合并多次裂解液，真空减压浓缩，析出固体，过滤，水洗。固体真空减压干燥后得全保护线性肽，烘干后送检。

1.3粗肽用制备液相进行纯化。

首先将粗品肽用30-50mL的50％的乙腈溶液溶解，超声2min，用滤膜过滤溶解液后，取3uL的溶液，用分析级HPLC分析粗品。用水和乙腈作为流动相，经过30min进行梯度洗脱，HPLC先平衡5min,然后进样。将样品溶解后进样，并收集样品，然后将溶解好的样品做进样准备。制备HPLC平衡10min，起始梯度为：水95％，乙腈5％，结束梯度为：水25％，乙腈75％，梯度时间 40min。收集从检测器出来的样品。

实施例2

Peptide-B:(Arg-Arg-Gln-Trp-Phe-Trp-NH₂)的制备与Peptide-A相同，最终制备得到的多肽的结构式分别为：

1.4多肽的鉴定

制备的多肽Peptide-A，Peptide-B经过质谱分析，在质谱中显示的分子量分别为1015.20和977.60，由多肽序列计算出的理论值为1015.20和978.13。证明制备的多肽即为设计Peptide-A、Peptide-B多肽。鉴定合格的多肽产物备用。

多肽与PD-1的SPR分析

通过多循环动力学/亲和力分析结合亲和力。以PBS-P运行缓冲液新鲜制备分析物的浓度梯度(至少5个，设置重复浓度及零浓度)，并手动进样优化分析物浓度范围。以30μl/min的流速流经固定PD-1，结合100s，解离120s， 10mM甘氨酸(2.0,2.5,3.0)再生芯片表面30s，记录获得的RU。

利用BIA evaluation分析软件的Kinetics/Affinity工具评估所得传感图数据，采用1:1Lamgmuir模型分析拟合动力学模型，计算平衡解离常数(KD) 以测定调节剂与PD-1相互作用的能力。

结果如下：

表1 PD-1与PD-L1及Peptide与PD-1作用的亲和力

结果分析：对于筛选的PPI调节剂多肽，通过Biacore X100测定其与PD-1 的亲和力，越小KD(Kd/Ka)值说明分析物与PD-1有越大结合程度及越少程度解离，与PD-1之间的亲和力越强。与PD-1作用的多肽调节剂的KD列于表1 中，作用传感图呈现于图3、4中。结果显示筛选的多肽与PD-1有不同程度的亲和力，且对于PD-1的亲和力范围为1.3245-507.8203M，亲和力的强弱与分子对接结果呈现正相关性，表明分子对接结果可侧面反应出调节剂的活性，并说明这部分多肽具有成为PD-1/PD-L1抑制剂的潜力。

多肽与PD-1/PD-L1的竞争结合试验

为评价具有与PD-1高结合亲和力的多肽对PD-1/PD-L1相互作用的阻断作用，进行基于SPR的竞争性结合试验。

将500nM PD-1蛋白与呈浓度梯度的肽于PBS-P缓冲液中孵育15min，在 SPR直接结合测定法的相同条件下，将最终混合物注入到固定了hPD-L1的传感器芯片上，10mM甘氨酸3.0、2.5或者2.0以30μL/min的流速再生传感器芯片表面30s，以完全除去紧密结合的PD-1残余量，收集传感图的RU值以评估多肽的竞争性结合潜力。通过对照组(不添加调节剂)以确定PD-1与PD-L1 的最大结合程度。将实验独立重复两次以确保结合响应结果的可靠性。

结果如下：

表2 PPI调节剂(多肽类)的竞争性阻断作用

Y:Competitive inhibition

PPI调节剂的竞争性SPR结合研究结果(表2)显示，筛选出的部分PPI 调节剂，包括RRWWRR-NH₂和RRQWFW-NH₂能竞争性抑制PD-1/PD-L1的结合。竞争性实验结果通过分析物的剂量曲线反应(图5、6)，如图中各种浓度下分析物的RU值所示，分析物的浓度增加会导致SPR信号降低，零浓度样品产生了最大响应，且各个分析物以浓度计量依赖的方式显著降低结合反应，由此说明，筛选的部分PPI调节剂可以有效抑制hPD-L1与hPD-1的结合。

多肽调节剂的生物活性评价

在已利用SPR技术评价出的与PD-1或PD-L1具有良好结合能力，以及能竞争性抑制PD-1/PD-L1结合的PPI调节剂的基础上，对其的体外阻断作用，克服免疫抑制信号介导的T细胞活化抑制作用进行评价，以及分析恢复活性的 T细胞发挥杀伤肿瘤细胞的能力。

结果图7和8，图7显示多肽调节剂通过阻断PD-1/PD-L1相互作用对T 细胞分泌IL-2的影响。以RRWWRR-NH2(A)或RRQWFW-NH2(B)温育的实验组显示，Jurkat T细胞产生IL-2的水平以剂量依赖性方式显著增加。图8显示通过阻止PD-1/PD-L1相互作用，多肽调节剂对T细胞分泌IFN-γ的影响。IFN-γ的产生量与RRWWRR-NH2(A)或RRQWFW-NH2(B)的培养浓度呈正相关，因此，验证在相同培养系统中IL-2细胞因子的分泌显著提高的结果。，IL-2的释放量以浓度剂量依赖性方式显著增加(*P<0.05；**P<0.01； ***P<0.001)，表明Jurkat T细胞的活性被恢复且随调节剂浓度的增加而增强。更具体而言，RRWWRR-NH₂的作用最高能使IL-2的分泌量能达122.6737± 7.1581pg/mL，低于RRQWFW-NH₂试验组水平146.1883±9.4738pg/mL。在相同的培养体系中，评估的PPI多肽调节剂对Jurkat T细胞分泌IL-2有显著促进的效果(*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001)，表明我们筛选的PPI多肽调节剂可以通过阻断PD-1/PD-L1相互作用，来恢复Jurkat T细胞的抑制功能。

T细胞细胞毒性试验

T细胞介导的细胞毒性是评估细胞免疫水平(尤其是杀死肿瘤细胞的能力)的一种常用指标。靶细胞表面特异性抗原被活化的T细胞特异性的识别，并在通过Fas途径或脱粒酶途径破坏和裂解靶细胞中发挥作用。在这里，我们使用(LDH)释放法和MTT细胞活力法，通过干扰PD-1和PD-L1的结合，评估PPI调节剂对T细胞细胞毒性的影响。

结果如图9、10、11所示，结果表明筛选的PPI多肽调节剂通过阻断T 细胞上的PD-1，增强了T细胞的细胞毒性，导致肿瘤细胞的被识别和杀死。故可说明RRWWRR-NH₂与RRQWFW-NH₂对PD-1的抑制不仅增强了细胞因子的分泌，而且增强了T细胞的细胞毒性。对于筛选的PPI肽调节剂，进行MTT细胞活力测定，以评价调节剂对T细胞的活化从而产生对MDA-MB-231 肿瘤细胞的细胞毒性作用。试验结果如图11所示，经肽调节剂孵育后，肿瘤细胞的细胞生存力随时间显著下降(**P<0.01；***P<0.001)，而用PBS处理的对照组细胞仍然能够正常生长。此外，经RRQWFW-NH₂调节剂孵育致使肿瘤细胞存活率下降，其作用要显著于RRWWRR-NH₂调节剂。MTT测定结果进一步证明肽调节剂增强T细胞的杀伤靶细胞功能。

综上分析，本发明的PPI调节剂多肽的毒性较低，而活性较好，因而有着较强的研究价值。

本发明不局限于上述实验例子，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种多肽在作为PD-1/PD-L1蛋白-蛋白相互作用(PPI)调节剂中的应用，多肽的氨基酸序列为以下2种中的任意一种：

Peptide-A：R-R-W-W-R-R-NH₂(Arg-Arg-Trp-Trp-Arg-Arg-NH₂)

Peptide-B：R-R-Q-W-F-W-NH₂(Arg-Arg-Gln-Trp-Phe-Trp-NH₂)

多肽的结构式分别为：

2.一种如权利要求1所述多肽在阻断PD-1/PD-L1免疫逃逸中的应用。

3.一种如权利要求1所述多肽在制备治疗癌症药物中的应用。