CN114315980A - 抑制il-17a与il-17受体结合的多肽及其应用 - Google Patents

抑制il-17a与il-17受体结合的多肽及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一系列对IL‑17A与IL‑17RA结合或者对IL‑17A与IL‑17RA和IL‑17RC二聚体结合有抑制作用的多肽,上述多肽能够作为IL‑17A和IL‑17A受体的抑制剂,进一步开发出针对与IL‑17相关的银屑病、类风湿关节炎、炎症性肠疾病、克罗恩病等自身免疫性疾病的多肽类新药。

Description

抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽及其应用
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域,具体涉及IL-17A与IL-17受体(IL-17RA或者IL-17RA和IL-17RC二聚体)抑制剂的发现及其应用。
背景技术
细胞因子是细胞与细胞间交流的重要介质,是由多种细胞产生在体内生存时间很短的小蛋白(15-20KDa)。它们通过作用于细胞表面的细胞因子受体参与多种病理生理过程,如自身免疫、癌症的发展等。细胞因子及其受体根据结构共性分为了7大类:酪氨酸激酶受体(RTK)家族及相应的细胞因子;Class I细胞因子受体家族(促红细胞生成素家族)及相关细胞因子;Class II细胞因子受体家族(干扰素家族)及相关细胞因子;肿瘤坏死因子(TNF)及受体家族;免疫球蛋白类型受体(IL-1/Toll-like受体)家族及相关细胞因子;IL-17受体家族及细胞因子;丝氨酸/苏氨酸激酶受体家族(转化生长因子TGF-β家族);趋化因子受体家族(参见Floss D.M.;Scheller,J.,2019Cytokine and Growth Factor Reviews,47:1–20.)。
IL-17属于白细胞介素家族,IL-17(IL-17A)被认为是一种主要的炎症细胞因子,其主要功能是激活组织反应和指导中性粒细胞控制的免疫防御。IL-17通过IL-17RA/IL-17RC受体亚基,引发和诱导其他下游炎症驱动途径,与自身免疫疾病和慢性炎症有关。由于它在几种慢性自身炎症疾病中的作用,并且IL-17对于多种癌症的促癌作用正在出现,它成为当今生物制剂和药物开发的主要目标。
IL-17被认为主要由T helper 17(Th17)细胞产生,这是一种独特的辅助T细胞亚群,不同于Th1和Th2细胞。IL-17作为一种促炎细胞因子,可诱导从间充质细胞和髓细胞释放某些趋化因子、细胞因子、基质金属蛋白酶(MMPs)和抗菌肽(参见Cua DJ,and Tato CM(2010))。IL-17自身是一种重要的促炎性因子,能上调免疫应答,主要通过与受体A(IL-17RA)及受体C(IL-17RC)组成的跨膜受体结合,进而激活包括核因子(NF)-κB在内的一系列下游信号传导途径发挥促炎症作用。IL-17可以通过促进炎性反应因子的产生,如IL-6、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和前列腺素E(PGE)等,调节中性粒细胞的趋化作用,介导机体组织的炎性反应(林锋,刘伦旭.辅助性T细胞17、白介素-17与肺癌关系的研究进展.中国胸心血管外科临床杂志,2019,26(1):92-96.doi:10.7507/1007-4848.201803038)。
在自身免疫性疾病期间,IL-17A的过渡表达引起的促炎作用会导致致病性炎症。IL-17家族与许多自身免疫相关的疾病有关,IL-17也可以通过趋化因子等激活包括淋巴细胞、NK细胞等多种免疫细胞参与到多种自身免疫性疾病的病理发生过程中,包括类风湿性关节炎,哮喘,狼疮,同种异体移植排斥,抗肿瘤免疫性以及牛皮癣和多发性硬化症等。
多肽类药物分子量上介于小分子药物和生物制品如抗体蛋白之间,有着独特的特性,因为多肽在机体内作为信号分子参与众多生理功能,所以多肽药物往往充当替代疗法的角色,以弥补内源性多肽激素水平的缺乏,2019年,多肽类药物,占全球医药市场的5%,全球销售额超过500亿美元。
发明内容
发明目的:为解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽。
为实现上述目的,本发明提出了一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽,其氨基酸序列如SEQ ID NO.1至SEQ ID NO.11中的任意一条所示,其中,SEQ ID NO.1的第1个氨基酸和第80个氨基酸通过肽键成环,SEQ ID NO.3的第1个氨基酸和第43个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.8的第1个和第30个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.9的第1个和第26个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.10的第1个和第25个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.11的第1个和第23个氨基酸通过肽键成环。
其中,所述IL-17A和IL-17受体是人IL-17A和人IL-17受体。
在一些具体的实施方式中,所述IL-17受体为IL-17RA,或者IL-17RA与IL-17RC的二聚体。
进一步地,编码上述任意多肽的核苷酸也在本发明的保护范围之内。上述多肽可以通过化学合成和构建表达载体两种方法来合成。
本申请进一步提出了上述多肽及其截短体在制备用于治疗与IL-17A及其受体相关的自身免疫性疾病的药物上的应用。
其中,所述自身免疫性疾病包括银屑病、类风湿关节炎、炎症性肠疾病、克罗恩病中的任意一种。
本发明进一步提出了一种药物组合物,其包含上述多肽或截短体或者其药学上可接受的载体。
进一步地,本发明还提出了一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽的筛选方法,包括如下步骤:以链霉亲和素-Eu作为荧光供体,Fc-Alexa Fluor647标记的山羊抗人IgG(Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647)作为荧光受体,以生物素标记IL-17A和偶联人IgG Fc标签的IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA作为靶标蛋白;当IL-17A与IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA结合后,加入荧光供体和荧光受体以发生FRET,然后加入待测多肽,观察FRET信号是否减弱。
优选地,在FRET体系中,IL-17A的浓度为0.5nM至8nM,IL-17RA&IL-17RC的浓度为0.5nM至8nM。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明所用多肽库比传统化学合成多肽库信息量大得多的多肽化合物氨基酸序列,库内各化合物均为独立生产,均经过质谱鉴定和精确称量,保证了筛检的准确和稳定,避免了传统的噬菌体库等混合化合物库的失真(实际库容远低于理论值)问题;
(2)本发明建立了针对IL-17A与IL-17A受体进行多肽抑制剂高通量筛选方法;
(3)本发明发现了一种抑制IL-17A与IL-17A受体结合的80环肽及一系列短肽,可以作为阻断IL-17A与IL-17A受体的药物进行开发;
(4)本发明的多肽抑制剂,开发成口服药物将给患者带来更多的治疗选择。
附图说明
图1为IL-17A与IL-17A受体结合的TR-FRET筛选体系建立;
图2为IL-17A抗体阻断IL-17A与IL-17A受体结合的TR-FRET测试结果;
图3为TR-FRET测试单浓度IL-17A与IL-17RA及IL-17A与IL-17RA和IL-17RC结合的效果以及IL-17A抗体分别抑制两种受体与IL-17A结合的效果;
图4为PL02802001以及其他两个筛选的多肽对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线;
图5为对80环肽PL02802001的氨基酸序列进行分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的线性肽或者环肽,筛选得到30个氨基酸数量的线性肽PL02802027对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线;
图6为对80环肽PL02802001的氨基酸序列进行分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的线性肽或者环肽,筛选得到43个氨基酸数量的环肽PL02802067对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线;
图7为对80环肽PL02802001的氨基酸序列进行分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的线性肽或者环肽,得到20-30个氨基酸数量的线性肽对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线;
图8为对80环肽PL02802001的氨基酸序列进行分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的线性肽或者环肽,得到20-30个氨基酸数量的环肽对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明,实施例将有助于理解本发明,但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。
多肽药物多以天然活性多肽为基础进行改造,本发明应用自主知识产权的大型多肽库,采用高通量筛选技术,获得IL-17A与IL-17受体抑制剂的编号为PL02802001多肽及系列不同氨基酸数量的线性和环状多肽。
其中,多肽库是湖南中晟全肽生化有限公司利用PICT(Peptide InformationCompression Technology)专利技术,该技术利用生物学手段对多肽信息进行压缩,可将多个多肽的信息集成进一个多肽,从而实现以相对较小的库容包含较大的多肽信息量,其具体构建方法可以参见专利CN201580081102.3和专利CN201780089941.9;通过PICT技术构建含有近73000条80个氨基酸的环肽库。
下述实施例中采用的试剂除非另有说明,均为市售试剂。
实施例1
关键试剂:多肽库(自制)、Biotinylated Human IL-17A/CTLA-8Protein;HumanIL-17RA/CD217 Protein,Fc Tag;Human IL-17RA&IL-17RC Heterodimer Protein,FcTag&Fc Tag;Streptavidin-Eu;Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647;Anti-IL-17Aantibody。
(1)TR-FRET筛选方法建立:
本申请利用IL-17A与IL-17RA&IL-17RC建立TR-FRET体系。
荧光共振能量转移(Fluorescence/
Figure BDA0003447048740000051
Resonance Energy Transfer,FRET)是两个具有特定光谱性质的荧光团之间的非辐射能量转移现象。为了便于理解FRET的发生,一个荧光团(即“供体”)的发射光谱必须与第二个荧光团(即“供体”)的激发光谱重叠,当供体被入射光激发时,能量可以通过长程偶极-偶极相互作用转移到受体上,导致受体发射荧光。只有当供体和受体足够接近(小于10nm)的时候才能发生FRET。在使用具有长激发半衰期(至1500μs)的荧光供体如稀土金属Europium(简称Eu)or Terbium(简称Tb)时,允许在供体激发和受体发射记录之间有一个时间延迟(50-150μs),避免其他荧光信号干扰,该技术称作时间分辨荧光共振能量转移(Time Resolved(TR)FRET,TR-FRET),也叫做均相时间分辨荧光技术(Homogeneous Time Resolved Fluorescence,HTRF)其原理可参考AssayGuidance Manual。
本发明应用上述TR-FRET技术建立筛选体系,以Streptavidin-Eu作为荧光供体,Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647作为荧光受体。
本发明选取生物素标记IL-17A和偶联人IgG Fc tag的IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA作为靶标蛋白。
当IL-17A与IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA结合后,加入荧光供体和受体,荧光供体Streptavidin-Eu与IL-17A上的生物素结合,荧光受体Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647与IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA上的Fc tag结合,使得荧光供体Eu与荧光受体Alexa Fluor647靠近,以发生FRET。
在上述体系中加入IL-17A抗体(来源于北京义翘神州科技股份有限公司)后,阻断IL-17A与IL-17RA&IL-17RC二聚体或者IL-17RA结合,使FRET信号减弱。
本发明将IL-17A用稀释液稀释至不同摩尔浓度(如8nM、4nM、2nM、1nM、0.5nM),将IL-17RA&IL-17RC用稀释液稀释至不同摩尔浓度(如8nM、4nM、2nM、1nM、0.5nM),用上述TR-FRET方法优化IL-17A和IL-17RA&IL-17RC的浓度,选取signal window(指IL-17A与IL-17RA&IL-17RC发生FRET的阳性值与不含IL-17A或者IL-17RA &IL-17RC未产生TR-FRET的阴性值的比值)大于2的浓度,如图1所示,最大signal window可以达到8倍左右,选取合适的IL-17A和IL-17RA &IL-17RC的浓度进行抑制剂筛选。通过浓度优化,最终选取0.5nM IL-17A和1nM IL-17RA&IL-17RC,signal window大于8,作为TR-FRET体系使用浓度。
本发明用IL-17A抗体作为抑制剂对照,以阻断IL-17A和IL-17RA&IL-17RC的结合作用,验证筛选体系。如图2所示,IL-17A抗体抑制IL-17A和IL-17RA&IL-17RC的IC50值为0.09μg/ml,换算为摩尔浓度为0.6nM。
用同样浓度的IL-17RA代替IL-17RA&IL-17RC进行验证,得到同样的效果,如图3所示,使用0.5nM IL-17A和1nM IL-17RA&IL-17RC;0.5nM IL-17A和1nM IL-17RA;IL-17A抗体使用浓度为0.5μg/ml最为抑制剂对照。在不加抑制剂的情况下,IL-17A与IL-17RA&IL-17RC或者与IL-17RA,用上述抑制剂筛选的方法进行测试,IL-17A与IL-17RA&IL-17RC结合或者与IL-17RA结合产生TR-FRET信号值;使用IL-17A抗体,能够明显的抑制IL-17A与IL-17RA&IL-17RC结合或者与IL-17RA的结合,说明用IL-17A与IL-17RA &IL-17RC结合或者IL-17A与IL-17RA体系都可以用来进行抑制剂筛选。
本发明验证IL-17A抗体对IL-17A和IL-17RA结合的抑制作用与IL-17A抗体对IL-17A和IL-17RA&IL-17RC结合的抑制作用具有一致的效果。
其中,抑制作用以抑制率表示:
抑制率:Inhibition%=(1-(样品信号-阴性信号)/(阳性信号-阴性信号))*100%.
(2)多肽的筛选。
多肽库的溶解:将多肽库96孔深孔板放于离心机4000rpm离心2~3分钟。用自动分液仪向96孔深孔板中加入200μL/孔超纯水中。用硅胶盖密封,放置95℃水浴5分钟。注:此时多肽浓度约为:50μM。溶解后的96深孔板多肽放于离心机4000rpm离心2~3分钟。
多肽库稀释:将溶解后的多肽用工作站转移至384孔板中,用loading buffer(Tris-Hcl缓冲液,pH 7.4)稀释至10uM。
TR-FRET高通量筛选:
应用上述建立的TR-FRET筛选方法对大型实体多肽库进行高通量筛选。在384孔板中依次加入2μM待测多肽、0.5nM IL-17A和1nM IL-17RA,以及荧光供体Streptavidin-Eu和荧光受体Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647,室温孵育2小时后,检测TR-FRET信号。阳性对照:不含多肽,只含0.5nM IL-17A和1nM IL-17RA,以及荧光供体Streptavidin-Eu和荧光受体Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647;阴性对照为:不含多肽,只含0.5nM IL-17A与1nM IL-17RA其中一个组分或者2者都不含,以及荧光供体Streptavidin-Eu和荧光受体Goat Anti-Human IgG Fc-Alexa Fluor647。计算抑制率,选取抑制率大于50%的多肽。
筛选结果:
通过对初筛到的多肽进行重复实验确认,最终选取PL02801001、PL02802001、PL02803001三个样品进行浓度依赖性验证,并最终选取PL02802001作为进一步研究对象,另外两个解压缩后得到的短肽抑制作用较弱,后续不再进行讨论。
进一步地,检测当天,将活性多肽母液稀释至50μM(5×浓度),再以倍比稀释8-10个梯度,每个浓度做复孔,测试活性多肽的IC50值,通过Graphpad进行作图分析,结果如图4所示。IC50值的测试方法参照上述抑制剂TR-FRET筛选的方法。
对80环肽PL02801001、PL02802001、PL02803001进行氨基酸的序列进行分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的线性肽或者环肽。
按照步骤2筛选过程进行筛选,并根据上述步骤对筛选到的80环肽PL02801001、PL02802001、PL02803001进行氨基酸的序列分析和拆解工作,设计出10-80不同氨基酸序列的具有活性的线性肽或者环肽进行IC50验证。
实验结果:
通过高通量筛选,从近7.3万条80环肽中找到3条,通过对80环肽PL02801001、PL02802001、PL02803001氨基酸的序列进行分析和拆解工作,设计出10-80条不同氨基酸序列的线性肽或者环肽并进行测试,从PL02802001中发现具有更高活性的短肽,能够抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽,并进行再次确认实验。其他两个PL02801001和PL02803001得到的低活性的短肽在此未列出。
在确认80环肽抑制作用后,测试其对IL-17A与IL-17受体抑制作用的浓度响应曲线,得到IC50值如图4所示和表1所示。表1为80环肽抑制IL-17A与IL-17受体的IC50值。由于PL02801001后续拆解出来的短肽活性都不好,因此对该序列没有进一步讨论。
对80环肽PL02802001进行氨基酸的序列进行分析和拆解工作,设计出10-80条不同氨基酸序列的具有活性的线性肽或者环肽,对IL-17A与IL-17受体抑制作用进行浓度响应曲线验证,如图3至图8所示和IC50值如表2和表3所示,得到的短肽PL02802122的IC50值达到0.29μM,具有进一步药物开发价值。表2为第一次对80环肽的氨基酸序列进行分析和拆解工作,从PL02802001得到的30个氨基酸线性肽和40个氨基酸环肽抑制IL-17A与IL-17受体的IC50值。表3为第二次对80环肽的氨基酸序列进行分析和拆解工作,得到的线性肽和环肽抑制IL-17A与IL-17受体的IC50值。
本发明筛选到具有较高活性的能够抑制IL-17A与IL-17受体的多肽,有望用于IL-17A相关疾病的多肽药物开发。
表1
编号 PL02801001 PL02802001 PL02803001
IC50(μM) 0.71 1.46 3.33
表2
编号 PL02802027 PL02802067
IC50(μM) 0.53 0.95
表3
编号 IC50(μM)
PL02802084 1.12
PL02802089 1.05
PL02802090 0.85
PL02802092 2.09
PL02802114 0.51
PL02802118 0.79
PL02802120 0.32
PL02802122 0.29
本发明提供了一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽及其应用的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
序列表
<110> 湖南中晟全肽生化有限公司
<120> 抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽及其应用
<160> 11
<170> SIPOSequenceListing 1.0
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<211> 80
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Asp Lys Leu Glu Arg Arg His Pro His Val Phe Ala Asp Ser Ser Ala
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Glu Arg Ala Gln Lys Ala Gln His Ser Ala Leu Asp Asp Ile Pro Arg
50 55 60
Ser Leu Pro Ala Leu Met Arg Ala Gln Lys Ile Tyr Cys Phe His His
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Ala Leu Asp Asp Ile Pro Arg Ser Leu Pro Ala Leu Met Arg Ala Gln
1 5 10 15
Lys Ile Tyr Trp Arg Ser
20

Claims (9)

1.一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽,其特征在于,其氨基酸序列如SEQ IDNO.1至SEQ ID NO.11中的任意一条所示,其中,SEQ ID NO.1的第1个氨基酸和第80个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.3的第1个氨基酸和第43个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.8的第1个和第30个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.9的第1个和第26个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.10的第1个和第25个氨基酸通过肽键成环;SEQ ID NO.11的第1个和第23个氨基酸通过肽键成环。
2.根据权利要求1所述的多肽,其特征在于,所述IL-17A和IL-17受体是人IL-17A和人IL-17受体。
3.根据权利要求1所述的多肽,其特征在于,所述IL-17受体为IL-17RA,或者IL-17RA与IL-17RC的二聚体。
4.一种核苷酸,其特征在于,其为编码权利要求1所述的多肽的DNA。
5.权利要求1所述的多肽在制备用于治疗与IL-17A及其受体相关的自身免疫性疾病的药物上的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述自身免疫性疾病为银屑病、类风湿关节炎、炎症性肠疾病、克罗恩病中的任意一种。
7.一种药物组合物,其特征在于,包括1所述的多肽和其药学上可接受的载体。
8.一种抑制IL-17A与IL-17受体结合的多肽的筛选方法,其特征在于,包括如下步骤:以链霉亲和素-Eu作为荧光供体,Fc-Alexa Fluor647标记的山羊抗人IgG作为荧光受体,以生物素标记的IL-17A和偶联人IgG Fc 标签的IL-17 RA & IL-17 RC 二聚体或者IL-17RA作为靶标蛋白;当IL-17A与IL-17 RA & IL-17 RC 二聚体或者IL-17RA结合后,加入荧光供体和荧光受体以发生FRET,然后加入待测多肽,观察FRET信号是否减弱。
9.根据权利要求7所述的筛选方法,其特征在于,FRET体系中, IL-17A的浓度为0.5nM至8nM,IL-17 RA & IL-17 RC 的浓度为0.5nM至8nM。
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