CN1868537A - Ⅱ型胶原变构肽对类风湿关节炎的治疗作用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种II型胶原(CII)变构肽用于类风湿关节炎(RA)的治疗。这种多肽治疗剂可从RA发病的上游途径特异性抑制RA的异常免疫反应，从而控制本病的发展。

Description

II型胶原变构肽对类风湿关节炎的治疗作用

本研究涉及II型胶原(CII)变构肽的制备及其做为类风湿关节炎(RA)和其他自身免疫病的药物应用。

一、背景技术

类风湿性关节炎是一种以慢性进行性关节病变为主的全身性自身免疫病。病变主要累及全身多个关节，呈多发性和对称性慢性滑膜炎，进而引起软骨和骨质的破坏，严重者可导致关节畸形，甚至残疾。在我国，类风湿关节炎患病率为0.32％-0.38％，总患病人数超过400万，致残率高达93％，是造成劳动力丧失与致残的主要疾病之一。

近年来对类风湿关节炎发病机制的研究显示，自身抗原驱动的T细胞激活是类风湿关节炎发病及病情演变的基础。抗原多肽通过体内的抗原提呈细胞识别与提呈，进而被抗原特异性T细胞表面T细胞受体(TCR)识别，形成MHC-抗原肽-TCR三分子复合物，激活抗原特异性T及B细胞，导致细胞因子、免疫球蛋白以及趋化因子和氧自由基等炎症介质产生增多，引起血管炎、滑膜增生、软骨及骨质破坏等类风湿关节炎的免疫病理损伤(图1)。由此可见，MHC-抗原肽-TCR三分子复合物的形成处于类风湿关节炎发病机制的上游环节，启动了类风湿关节炎患者的自身免疫反应。

目前，尚无从根本上控制类风湿关节炎的药物。非甾体抗炎药常用于缓解关节肿痛等症状，但不能抑制病情的进展。慢作用抗风湿药如甲氨喋呤可通过抑制DNA合成从而广泛抑制免疫反应及关节炎症，减缓关节破坏的发生。这些药物在类风湿关节炎治疗中并非作用于发病的起始环节，不能在发病的最早期抑制类风湿关节炎。而且，由于此类药物的广泛免疫抑制作用，副作用较多，导致很多患者不能用药。目前，急需能够针对类风湿关节炎发病的根本原因，从免疫反应的上游途径治疗本病的药物。

本发明人经过多年的研究发现了可以用以治疗类风湿关节炎的无T细胞反应性II型胶原变构肽。研究证明，本申请中的多肽在类风湿关节炎患者外周血T细胞成无反应性，并能够抑制患者外周血T细胞的抗原特异性增殖反应，从类风湿关节炎发病的上游环节遏制本病的发展。

本发明的目的之一是提供能够有效治疗类风湿关节炎的无T细胞反应性II型胶原变构肽制剂。

本发明的另一目的是提供所述无T细胞反应性II型胶原变构肽在治疗类风湿关节炎中的作用。

最后，本发明提供了含有所述无T细胞反应性II型胶原变构肽的药物组合物。

二、发明概述

抗原多肽、HLA-DRB1及T细胞受体(TCR)三分子间的特异性识别与结合是类风湿关节炎异常免疫反应的上游环节。本发明从导致类风湿关节炎的关键点一阻断T细胞对抗原的结合入手，从根本上抑制和治疗类风湿关节炎。

已经证明，与类风湿关节炎相关的HLA-DRB1基因第三高变区可变区编码的DR1和DR4蛋白的β链在第70-74位含有一段共同序列QK/RRAA(即谷氨酰胺-赖氨酸/精氨酸-精氨酸-丙氨酸-丙氨酸)。这几个氨基酸残基恰位于HLA-II类分子抗原结合槽的α螺旋部位，具有共同的抗原结合特性，可与致病抗原肽结合，并呈递给T细胞，引发自身免疫反应^(1，2)。

对HLA-DRB1-抗原肽二聚体结晶结构的研究发现，与类风湿关节炎相关的HLA-DRB1分子相结合的抗原肽在三维结构上及其相似，其中包括II型胶原(CII)、流感病毒血凝素(HA)、II类分子相关的恒定链多肽(CLIP)及热休克蛋白(HSP)等，其中，CII在RA中的作用发现较早，研究也最深入。我们及国外的多项研究证实，CII的263-272位氨基酸是诱导RA发病的主要抗原表位，在激活T细胞引起自身免疫反应中发挥了重要作用^(3，4)。通过单个氨基酸替换和计算机模拟等方法证实，该肽段的263位苯丙氨酸(P)和264位赖氨酸(K)是与HLA-DR分子结合的主要位点，而267位谷氨酰胺(Q)和270位赖氨酸(K)则主要与TCR结合^(5，6)。Roslonec和Andersson等的研究显示，在替换265位或271位甘氨酸(G)为丙氨酸(A)后，CII多肽与HLA-DR4/1分子的结合能力增强^(3，7)。以CII263-272序列为原型替换氨基酸位点产生CII变构肽，有可能抑制RA患者的T细胞活化，从RA发病的上游环节切断免疫反应，从而起到治疗作用。本实验室及国外的研究显示，单个替换CII263-272多肽中与TCR接触位点所形成的CII变构肽，不改变其与HLA-DR分子的结合能力，但T细胞激活能力却明显下降或消失^(8，9)。此外，我们的试验还发现，2-3个氨基酸替换形成的变构肽对T细胞活化的抑制作用优于单个氨基酸替换。

基于以上研究基础，本发明人将II型胶原抗原多肽(CII263-272)中与T细胞受体结合的267位和270位氨基酸用丙氨酸(A)替换，保留与HLA-DRB1结合的氨基酸，形成一种仅与HLA-DRB1结合，而不被T细胞受体识别的CII变构肽。在此基础上，分别替换265位或271位G为A，以增强变构肽与HLA-DR分子的结合能力。这种CII变构肽可特异性结合HLA-DRB1分子，竞争性地抑制自身抗原与HLA-DRB1的结合，从而抑制HLA-DRB1特异性T细胞介导的自身免疫反应以及由此引起的炎症反应。此外，合成多肽的氨基端连接十四烷酸基团(Ma)，不仅增加多肽的水溶性及稳定性，还有可能促进多肽向细胞内的转运及提呈。本发明的三条CII变构肽的名称及序列见表1。

因此，在本发明的实施方案中，提供了三条CII263-272变构肽。这些多肽可以与类风湿关节炎相关的HLA-DRB1特异结合，抑制抗原肽与HLA-DRB1结合，从而使T细胞的激活受到抑制，达到治疗类风湿关节炎及其他T细胞介导的自身免疫病的目的。

在发明的实施方案中还提供了含有所述HLADRB1结合以及可药用载体或佐剂的组成。

可药用载体或佐剂包括乳糖、蔗糖、山梨醇、甘露醇、马铃薯淀粉或支链淀粉、纤维素衍生物、明胶、硬脂酸美及硬脂酸钙等。可将所述组合物制成片剂、丸剂、胶囊剂、糖浆剂、粉剂或溶液剂等。例如将所述药物组合用于口服给药时，该活性化合物可以与上述可药用载体或佐剂混合，然后压制成片剂。如果需要亦可包衣。

液体制剂还可以包括本领域技术人员熟知的其他赋性剂。该药物组合物中还可能包含药剂学允许的一些载体，如水，混悬剂和乳化剂等其他成分。

本发明中无T细胞反应性II型胶原变构肽制剂可通过多种途径(例如：口服、注释等)对关节炎患者给药。

以下通过实施例进一步说明本发明，但下列实施例不以任何方式限制本发明的范围。

实施例

实施例1：多肽的合成

以短侧链的A替换CII263-272多肽中由TCR识别的氨基酸(267Q和270K)，从而得到三条CII263-272变构肽(altered peptide ligand，APL)。它们的序列见表1。同时合成II型胶原263-272(FKGEQGPKGE)原型肽。上述多肽均由上海博亚公司以固相合成法合成、高效液相层析法纯化。为利于肽向细胞内转运，在多肽氨基端均连接十四烷酸。质谱分析结果显示多肽的序列正确，纯度在95％以上。

表1合成多肽及其序列

肽的名称	肽序列
												CII263-272APL1APL2APL3	Ma---------	F---------	K---------	G---A---	E---------	QAAA	G---------	P---------	KAAA	G------A	E---------

M＝十四烷酸，Y＝酪氨酸，V＝缬氨酸，K＝赖氨酸，Q＝谷氨酰胺，N＝天冬酰胺，

T＝苏氨酸，L＝亮氨酸，A＝丙氨酸，F＝苯丙氨酸，G＝甘氨酸，E＝谷氨酸，P＝脯氨酸

实施2：计算机模拟CII263-272原型及变构肽与HLA-DR4分子的结合

应用Red Hat Linux 9操作系统，以HLA-DR4-CII1168-1179晶体结构(PDB：2SEB)为模板，在CPU 2.4 GHz Xeon CPU×2工作站进行CII263-272原型及变构肽与类风湿关节炎易感基因HLA-DR4分子结合的计算机模拟试验。通过SCORE评分软件评价每条多肽与HLA-DR4分子的结合能力。结合能力大小以pKd值(解离常数Kd的负对数)表示。pKd值越大提示分子间结合力越强。

结果显示，CII263-272原型肽分子可良好嵌和入HLA-DR4的抗原结合槽中，而267Q和270K的长侧链伸出抗原结合槽外，构成与TCR接触的位点，通过SCORE评分计算得到CII263-272原型肽与HLA-DR结合的pKd值为5.30。此外，3条变构肽均通过氨基酸替换消除了CII原型肽与TCR接触的暴露位点，而并未影响多肽与HLA-DR4分子结合，pKd值分别为5.84(APL1)、6.13(APL2)和6.16(APL3)(图2)。

实施3：低或无T细胞反应性II型胶原变构肽在RA患者外周血T细胞中的低反应性。

在本发明的实施方案中，研究了RA患者外周血T细胞对三条CII263-272变构肽的反应性，并检测了变构肽刺激下Th1型细胞因子IL-2和IFN-γ产生水平的变化。

密度梯度离心法分离RA患者外周血单个核细胞(PBMC)，接种96孔板(2×10⁵/孔)，分别加入CII263-272原型肽或3条变构肽(10μg/ml)，阳性对照为植物血凝素(10μg/ml)，阴性对照为1640培养液。每组做3复孔，在37℃，5％CO₂条件下培养5天，结束培养前8小时每孔加入1μCi³H标记的胸腺嘧啶核苷(³H-TdR)，³H掺入法检测T细胞增殖情况。以刺激指数(SI)评价增殖反应，SI≥2.0者判定为增殖试验阳性。

随机选取10例上述CII263-272原型肽增殖试验阳性患者，分离PBMC，2×10⁵/孔接种96孔板分别加入CII263-272原型肽或3条变构肽(10μg/ml)，在37℃，5％CO₂条件下进行培养，24小时和72小时分别取细胞上清，ELISA法检测上清液中IL-2和IFN-γ的水平。

结果显示，61例RA患者中，在CII263-272原型肽刺激下呈阳性T细胞增殖反应者占41％(25例)，而仅有1.6％(APL1)，6.6％(APL2)and 11.5％(APL3)患者对3条变构肽存在反应性(图3)。3条变构肽的刺激指数分别为1.32±0.37，1.26±0.31和1.20±0.43，明显低于CII263-272原型肽(2.40±0.39，P＜0.01)。

在10例对CII263-272增殖反应阳性的RA患者中，CII263-272原型肽刺激外周血PBMC IL-2和IFN-γ的水平分别为30.6±16.0pg/ml和92.8±60.0pg/ml，明显高于阴性对照(11.8±5.3和43.3±29.0pg/ml，P＜0.01)；相反，在三条变构肽刺激下，患者PBMC产生的IL-2和IFN-γ水平分别为18.3±7.9pg/ml和56.7±39.0pg/ml(APL1)，19.4±6.8pg/ml和46.5±33.0pg/ml(APL2)，21.7±13.6pg/ml和32.3±17.0pg/ml(APL3)，均低于原型肽，其中APL和APL3的IFN-水平明显低于原型肽(P＜0.05和P＜0.01，图4)。

实施例4：CII263-272变构肽对类风湿关节炎患者外周血T细胞激活的抑制作用

在本发明的实施方案中，还研究了CII263-272变构肽对类风湿关节炎患者外周血T细胞激活的抑制作用。

选取1例对CII263-272增殖反应阳性的类风湿关节炎患者，用淋巴细胞分层液分离外周血单个核细胞，接种96孔板(2×10⁵/孔)，同时加入CII263-272多肽(10μg/mL)以及不同浓度(0、2、10和50μg/mL)的CII263-272变构肽，在37℃、5％CO₂条件下培养5d后，培养孔内掺入³H-TdR，8h后用细胞收集仪收集细胞至玻璃纤维滤纸上，³H掺入法检测T细胞增殖。

结果发现，与单独加入CII263-272的对照组相比，HA308-317变构肽可以抑制CII263-272或HA308-317原型肽诱导的T细胞活化(图5)，并且这种抑制作用呈剂量依赖型，随着浓度的增高，抑制作用增强。

参考文献

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附图说明

图1类风湿关节炎的发病机制。HSP、EBVgp110和CII等抗原多肽被抗原提呈细胞表面HLA-DR分子识别和提呈，并通过分子模拟或模糊识别机制活化自身反应性T细胞，进而引起一系列炎细胞活化，并产生致炎性细胞因子，导致类风湿关节炎的免疫病理损伤。HLA-DRB1*0401和*0404等易感基因在类风湿关节炎的发病中具有重要作用。

图2.CII263-272原型肽及变构肽与HLA-DR4分子结合能力的计算机模拟图。A.CII263-272原型肽与HLA-DR4分子的结合。图中可见，CII263-272原型肽分子嵌和入HLA-DR4的抗原结合槽中，而267Q和270K的长侧链伸出抗原结合槽外，构成与TCR接触的位点。B.APL1与HLA-DR4分子的结合。APL1在CII263-272原型肽的基础上把267Q和270K替换为A，消除了与TCR结合的长侧链。

图3.RA患者对CII263-272原型肽及变构肽的T细胞反应性。在CII263-272刺激下，RA患者T细胞发生增殖反应，而3条变构肽具有明显T细胞低反应性。^*P＜0.01。

图4.CII263-272变构肽对RA患者PBMC分泌IL-2和IFN-γ水平的影响。CII263-272原型肽刺激外周血PBMC产生Th1型细胞因子反应，IL-2和IFN-γ的水平增高。而三条变构肽刺激下，IL-2和IFN-γ水平明显下降。与原型肽比较，Δp＜0.05；*p＜0.01。

图5.CII变构肽对CII263-272原型肽诱导T细胞活化的抑制作用。与原型肽比较，不同浓度的变构肽均可明显抑制原型肽的T细胞激活作用，这种抑制作用呈剂量依赖性，Δp＜0.05；*p＜0.01。

序列表

1、多肽名称：APL1

序列长度：10(氨基酸)

序列类型：氨基酸

拓扑学：线性

分子类型：肽

序列：FKGEAGPAGE

2、多肽名称：APL2

序列长度：10(氨基酸)

序列类型：氨基酸

拓扑学：线性

分子类型：肽

序列：FKAEAGPAGE

3、多肽名称：APL3

序列长度：10(氨基酸)

序列类型：氨基酸

拓扑学：线性

分子类型：肽

序列：FKGEAGPAAE

Claims (4)

1、多个氨基酸位点替换的无T细胞反应性II型胶原变构肽。

2、权利要求1的无T细胞反应性II型胶原变构肽，其中主要多肽含有FKGEAGPAGE、FKAEAGPAGE、FKAEAGPAAE的序列。

3、含有权利要求1的无T细胞反应性II型胶原变构肽及可要用载体或佐剂的药物组合物。

4、权利要求1的CII变构肽在制备治疗类风湿关节炎的药物中的应用。

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