免疫抑制肽和其治疗性应用
注：最近世界文献曾发表了许多探讨多肽在未来药物开发中的地位和特点文章，这篇文章是其中典型的一篇。着重点在免疫抑制肽。希望读者能注意了解。
免疫系统对机体发现和逃避内源性和外源性威胁是至关重要的。这个动态平衡失调控导致自身免疫，往往伴随T细胞信号失效。抑制过度反应T淋巴细胞可得到几种药物，但目前上市药品许多产生严重和危及生命副作用。正在得到核糖体合成肽与用小分子比较制药行业认识到对其增强选择性和减低毒性；特别是，环形肽表现明显稳定性和增加口服给药性质.例如，植物大环寡肽有效抑制T淋巴细胞增殖。它们由头-至-尾环化骨架和一个胱氨酸结构模体[cystine-knotmotif]组成，提供它们明显稳定性，从而使它们成为吸引力的制药工具。
引言
免疫系统是负责发现和逃避外来病原体和肿瘤细胞，但避免自身识别。因此，耐受性机制是不断地在监控下以保留这个动态平衡。如果这些免疫学工具是过度反应它可能导致自身免疫，靶向健康宿主T细胞和器官以及外源性和内源性威胁。在西方国家约5%人群在生命期间发生自身免疫疾病，和这些成员不断增加[1]。自身免疫的原因仍然不明确，单已知牵涉很多参数，例如性别，遗传背景，环境因子和，重要地，淋巴细胞发育障碍[2]。但是，自身免疫不仅是一种先天性疾病；在感染后，某些细菌蛋白可引发一种‘不需要的’免疫反应。反过来，细菌和寄生虫感染病的出现减低和过敏反应增加间存在连接，被所谓卫生假设[hygienehypothesis]支持[3]。自身免疫疾病可能被广义地分类为器官特异性[organ-specific](如多发性硬化症)或为系统性(如系统性红斑狼疮)。在分子学水平，在疾病发生和进展中自身-反应性T细胞起一种重要作用[4]，和因此考虑它是一个基本的必要采取T细胞伴通路，尤其是白介素2(IL2)信号。这个T细胞生长因子细胞因子的基因表达是被转录因子NFAT，NFkB或AP-1诱导。然后IL2作用如同一个自分泌素形式对其自身高亲和力细胞表面受体(IL2R)促进细胞增殖，细胞生长和/或凋亡的抑制其中包括[interalia]通过mTOR[5,6](对术语免疫学词汇表，见方框1)。
免疫抑制药物
各种信号通路和伴规范的信使分子，例如IL2信号分子，为药物发现提供靶点对肿瘤坏死因子一种过度反应免疫反应如在自身免疫疾病，过敏反应和器官移植后，许多免疫抑制情况中早已在临床使用，显示疗效当显示不同作用模式时。这些药物的有些靶向特异性激酶和磷酸酶，干扰基因表达，通过烷化或抑制嘌呤或嘧啶合成阻断细胞周期修饰DNA[7]。
最常使用免疫抑制药物和历史上最老之一是糖皮质激素。它们限制和抑制和炎性细胞因子的合成和分泌和支持抗炎信号级联反应的激活。这个化合物的类别的最著名成员是皮质酮[cortisone]，它与相互作用和抑制，例如，NFkB-依赖信号，导致炎性细胞因子减少表达例如肿瘤坏死因子(TNF)α或IL1。除此以外，糖皮质激素肿瘤坏死因子影响许多非-免疫相关信号通路；它干扰in葡糖异生作用，脂肪分解，蛋白分解代谢和钠潴留。所以，副作用的清单长，范围从库欣氏综合症，高血糖，肌病，皮肤萎缩，骨质疏松，张力过强，体重增加和免疫缺陷[8]。维生素D，一种脂肪可溶性开环类甾类化合物，最近曾成功地免疫治疗实施虽然它不是一种经典抗炎药。维生素D生理学上活性形式[即骨化三醇[calcitriol](1,25-dihydroxycholecalciferol)]显示免疫抑制性质.激活的T和B细胞在其表面表达维生素D受体，可能被用于下调IL2信号。维生素D的补充治疗早已证实在多发性硬化症肿瘤坏死因子保护作用[9]。其他免疫抑制干扰细胞周期。例如，抑制剂硫唑嘌呤[azathioprine]，霉酚酸酯[mycophenolatemofetil]和氨甲喋呤[methotrexate]是非-肽药物影响增殖通过靶向和阻断嘌呤和嘧啶合成的酶[10]。单克隆抗体(mAbs)的应用，表现对其适当蛋白表位高度特异性和因此提供机遇抑制某个靶分子和其选择性地影响，是免疫治疗领域中一个重要分支研究和构成的大量主题。在年被FDA批准的第一个mAb是莫罗单抗[muromonab](Orthoclone1OKT3)指向人CD3[11]。因为对治疗应用高毒性结果在在年被撤出市场，但在非临床应用它仍有重要性[10,12]。抗-TNF或-TNFRmAbs(如英夫利昔单抗[infliximab]，阿达木单抗[adalimumab]或戈利木单抗[golimumab])Bechterew病，银屑病或炎性肠道疾病类风湿性关节炎肿瘤坏死因子中被广泛使用[13]。阻断不同免疫学细胞表面分子，例如CD52(阿仑单抗[alemtuzumab])[12]，CD25(巴利昔单抗[basiliximab])[14]和CD20(利妥昔单抗[rituximab])，在自身免疫疾病的肿瘤坏死因子中重要[15]。在一起mAbs占药业销售超过US$40百万，和抗-TNF抗体或基于蛋白抑制剂对许多自身免疫疾病的肿瘤坏死因子仍然是最重要治疗[16]。除此以外mAbs的最大治疗成功，不良效应相似于免疫缺陷或抗-药物抗体的形成是频繁发生现象[13,17]。此外，缺乏同源性组织分布，有限半衰期和巨大生产成本减低这个表位-特异性被动免疫治疗吸引力。总结，所有常用免疫抑制药物显示自身免疫疾病的肿瘤坏死因子巨大成功。但是，它们的许多在患者中引起不需要的和严重副作用和因此对较低-毒性免疫抑制药物有高需求。
免疫抑制肽
生物活性肽和，特别是，核糖体合成肽与小有机化合物比较常显示减低细胞毒性–明显作为其固有靶向分子作用的结果[18–21]。但是，重要是注意到药物毒性是化合物依赖的一种因子和没有神丹妙药指导一个化合物在人中是否将有或将没有毒性。在下一节中我们将提供天然肽的纵观(即非-核糖体和核糖体合成药物)尚未释放市场，但显示有前途免疫抑制性质(表1).
非-核糖体合成肽
生物活性筛选的利用导致过多新颖和潜在地免疫抑制化合物在微-和海洋-有机生物的鉴定[22]。非-核糖体合成肽干扰细胞因子信号的少数实例是环孢素[cyclosporine]A(CsA)，西罗莫司[sirolimus]和他克莫司[tracrolimus]。CsA(图1a)，一种真菌来源的大环寡肽(Tolypocladiuminflatum)，被广泛地在自身免疫疾病的肿瘤坏死因子使用和预防移植器官的同种异体移植物的排斥。CsA拮抗钙调神经磷酸[calcineurin]的活性，一种钙依赖丝氨酸-苏氨酸磷酸酶，它去磷酸化和激活转录因子NFAT刺激IL2的表达。因此，NFAT的去磷酸化作用被抑制和所以IL2-依赖T细胞增殖受抑制。除此以外，CsA附加干扰p38和JNK信号级联反应[10,23]。由于多靶点通路，CsA的治疗潜能受限制，特别是长期治疗期间，因为它有几种副作用，例如肝毒性，肾毒性，神经毒性和细胞毒性[24]。FKBP-12(FK-结合蛋白)功能如同一个伴侣和归属，与亲环蛋白一起，属于免疫亲和素家族。他克莫司[Tacrolimus](FK)，一个大环内酯内酯首先从链霉菌属细菌[Streptomycestsukubaensis]分离干扰与钙依赖磷酸酶-依赖IL2信号，被FKBP-12比更有效地CsA抑制50-倍[7,25]。西罗莫司(雷帕霉素[rapamycin]；图1b)，一个大环内酯来自吸水链霉菌[Streptomyceshygroscopicus]，和依维莫司[everolimus]，西罗莫司的一种更疏水性类似物，也结合至FKBP-12；它们是结构上与他克莫司相关但不影响钙依赖磷酸酶信号。相反，它们直接阻断mTOR信号，诱导细胞周期停止[26,27]。因为mTOR是一个关键蛋白激酶涉及西罗莫司和依维莫司许多生理学过程副作用清单是长，包括白细胞-和血小板-细胞减少，高胆固醇血症，厌食和胃肠炎[27]。
膜海鞘素[Didemnins]是缩肽类来自海绵从膜海鞘[Trididemnumsolidum]。特别是，膜海鞘肽B(图1C)对其免疫抑制和抗肿瘤活性特征[22]。膜海鞘肽B在浓度10pg/ml(IC50)抑制淋巴细胞激活，与CsA比较相当于增加效力-倍。但是，膜海鞘肽B对IL2或IL4细胞因子水平没有影响；延迟细胞周期进展的观察导致提示关于对RNA和/或蛋白抑制作用和细胞毒性基础的非特异性影响而不是对CsA观察到的靶向影响。一项比较天然淋巴细胞和淋巴母细胞详细研究提供证据几种膜海鞘素表现出一种细胞毒，但也一个靶向作用模式[28].更近期，目标反卷积研究揭示膜海鞘肽B结合至软脂酰蛋白硫酯酶[palmitoylproteinthioesterase]1和真核延伸因子[eukaryoticelongationfactor]1a。发现钙调蛋白[calmodulin]/Ca2+-依赖后者的磷酸化被竞争性抑制，与对CsA报道相似[29]。这些细胞靶点可解释膜海鞘肽B减低细胞的蛋白合成和对靶向机制给予证据[28]。强烈增殖细胞摄取膜海鞘肽B显著较高和因此这个化合物表现为在癌症肿瘤坏死因子或抑制免疫系统激活理想药物。但几个I或II期阶段临床研究令人惊讶地失败因为在人中非预期体内毒性和也因为非常短半衰期引起很强给药依赖性[22]。尽管如此，膜海鞘素被非常好研究和仍然是对福利具有有趣本领的抗增殖和免疫抑制肽药物。事实上化合物aplidin是一个实例，一个膜海鞘素-衍生的大环寡肽在实体和血液学恶性肿瘤，T细胞淋巴瘤，骨髓纤维变性和多发性骨髓瘤II期和III期临床试验对抗癌研究[22,30]。
核糖体合成和翻译后修饰肽
合成的核糖体和翻译后修饰小肽(Ribosomallysynthesizedandpost-translationallymodifiedsmallpeptides,RiPPs)发生在许多分类群[taxa]和是基因编码合成如前体蛋白。这些前体包括几个各自有特殊功能的结构域功能；最近综述了关于RiPPs和其生物合成的详细资料[31,32]。
(图2a).多层面酶机械[machineries]使转录后对其生物合成需要的修饰(如环化[cyclization]，氧化折叠[oxidativefolding]，水解，连接，磷酸化)。对RiPPs报道的化学修饰多方面反映天然生物合成潜能和RiPPs作为对药物发现肽库的高度多样性。
图1显示非-核糖体合成免疫抑制肽化合物。在临床中两个最经常使用免疫抑制肽药物的结构，亦即环十一氨基酸多肽环孢素A(a)和缩酚肽西罗莫司(雷帕霉素)(b)。环孢素A有许多独特特征：它是一个高度疏水性化合物有7个N-甲基酰胺氮，这些修饰往往被报道为来自真菌和细菌非-核糖体的肽。甲基化作用也有利于顺式肽确证和它们减少与它们周围分子氢键数。例如，它是一个强钙依赖磷酸酶阻断剂，在那里形成一个抑制性复合物与亲环蛋白和肽基脯氨基顺反异构酶受体家族的成员。细菌环缩酚肽西罗莫司结合至其他免疫亲和素[immunophilins](亦即FK-结合蛋白)和这个复合物结合至哺乳动物雷帕霉素[rapamycin]靶点(mTOR)和抑制其丝氨酸-苏氨酸激酶活性。另一个强免疫抑制缩酚肽类似物是膜海鞘肽[didemnin]B(c)，曾从海洋被囊动物[tunicate](海鞘[seasquirt])分离。共享其总体结构(即环状骨架，一个顺式酰胺键和一个疏水性表面)与环孢素A和西罗莫司。但是，它可能靶向真核延伸因子[eukaryotic衍生因子1A]和棕榈酰硫酯酶[palmitoylthioesterase1]发挥其抗增殖活性。Aplidin，一种膜海鞘肽B衍生物，目前是在III期临床试验和在下几年内可能释放至市场。
图2核糖体合成免疫抑制肽。与主要从微生物，真菌和海洋来源分离的小非-核糖体合成肽相反，有若干基因-编码生物活性肽有免疫抑制活性来自较高有机体，例如植物和动物。它们是所有通过一个共同机制从一个较大前体蛋白一个信号肽，一个N-端先导序列接着是一个核心区和一个短C-端识别序列合成(a)。前体将被翻译后修饰形成和从核心区释放成熟肽。先导序列和C-端识别序列对切除，环化和成熟结构域翻译后加工是重要。N-端内质网(ER)信号是对细胞易位至分泌隔室重要例如ER[31]。作为模范地，显示四个免疫抑制基因-编码肽结构学的卡通(枝条模式[stick-mode]或丝带[ribbon]卡通)(b–e)。下面卡通示范主要结构和表示骨架的头-对-尾环化。半胱氨酸残基用罗马数字编号和标记骨架环。展示来自海葵[seaanemone]加勒比海葵[Stichodactylahelianthus]ShK毒素的结构(b)。用黄色高光半胱氨酸连接。该肽是一个35-聚体分子量Da。二级结构由残基14–19和21–24间两个短α-螺旋和从残基9至13一对-螺旋相似的轮转组成。显示来自VaejovismexicanussmithiaKTX-型蝎子毒液毒素Vm24(c)的结构和四个二硫键被黄色高光。此肽的C端被酰胺化(标有星号)。这个36-聚体肽分子量为Da。二级结构结构由残基13和16间小α-螺旋和一个延伸三-标准反向平行β-片组成。环亚油肽[Cyclolinopeptide]A(d)来自亚麻[Linumusitatissimum]是已知有前途免疫抑制化合物。该七肽分子量Da和在骨架原子灰色，氧蓝色和氮红色丝带卡通显示。二级结构是一个β-转角和其X-Pro酰胺键是顺式构象。大环寡肽kalataB1(e)如丝带卡通被示范。该29-聚体分子量Da。头-至-尾环肽被其独特胱氨酸结构模体稳定化。大环寡肽的特征性二级结构元素包括一个β-发针涉及环4和环5。环1内一个第三股绳是伴随发针形成一个三-束β-片。几个分子内氢键进一步稳定肽拓扑学结构。
毒液毒素.
毒液毒素为药物开发提供一个巨大的天然产物库[21]。从海葵，蛇，蝎子，螺，水母和其他动物分离所有毒液毒素之中存在高度变异性。它们的大多数是线性肽和，像芋螺肽[conopeptides]和某些蝎子毒液肽，是富有半胱氨酸以稳定其活性构象[31]。对许多生物活性毒液毒素有临床潜能最常作用模式是离子通道的阻断[18]。目前，市场上有一个合成的芋螺肽，亦即齐考诺肽[ziconotide](Prialt?)衍生自僧袍芋螺[Conusmagnus]的ω-芋螺毒素[ω-conotoxin]MVIIA治疗有严重慢性疼痛患者[19]。尽管如此，齐考诺肽的治疗性应用是受其毒性限制[33]，但给药方案的改进提供对严重副作用的保护[34]。
离子通道，往往被特异性细胞类型表达，一般发现是新药有前途靶点，对对细胞信号，细胞间通讯和细胞膜电位的调控的重要影响的基础上[35]。特别是，T细胞激活期间钙(Ca2+)和钾(K+)离子通道起重要作用，和因此对未来药物发展吸引[36]。T细胞刺激后细胞内Ca2+从内质网被释放至胞液通过肌醇-1,4,5-三磷酸(IP3)。此外，Ca2+释放-激活的通道(CRAC)促进细胞外Ca2+流入至胞液。这个持续升高胞液Ca2+浓度激发IL2基因表达。维持激活的T细胞的膜电位和确保在激活期间Ca2+离子恒定流，依赖于内环境稳定分子内离子水平和膜电位，IKCa和Kv1.3通道通过泵出K+起重要作用[37,38]。重要的是，发现来自自身免疫疾病例如多发性硬化症患者T细胞中这些离子通道的几个上调高度。因此，这些通道的阻断将是一个有效药理学策略[39]。有基于肽-钾通道阻断剂的几个报告[40,41]，但它们往往缺乏特异性因为事实上是通道家族经常由相同亚单位的异聚成员[heteromericmembers]组成的结果。ShK-型K+-通道阻断剂来自海葵Stichodactylaheliathus潜在免疫抑制毒液毒素是充分表征化的代表。与来自蝎子其他K+-通道阻断剂比较，ShK是不同和，例如，缺乏一个β-片，它被两个α-螺旋取代[40](图2b)。ShK阻断T细胞特异性Kv1.3通道与一个ICpM，以及Kv1.1通道和几个有高亲和力其他离子通道。有趣的是，被证实缺乏特异性因为D-allo-ShK仍能阻断几种有高亲和力K+离子通道[40,42]。但是，最近提示D-ShK类似物对Kv1.3通道有~50,-倍较低亲和力(IC50=22mM)当与L-ShK类似物(IC50=pM)比较[43]。对35-聚体肽构效关系SAR深入研究和几个修饰(ShK-Dap22，ShK-酰胺或ShK-K-酰胺)增强其选择性，IC50和血清稳定性。ShK-K-酰胺肽的例子显示肽工程高潜能：酰胺衍生物增加选择性阻断Kv1.3超过Kv1.1钾通道[41]。由于肽毒素对药物发现的普遍重要性，毒素类似物体外和体内对自身免疫疾病例如多发性硬化症，迟发性过敏反应，类风湿样关节炎和对慢性复发性，以及急性适应性自身免疫性脑脊髓炎[acuteadoptiveautoimmuneencephalomyelitis]小鼠模型中被广泛地表征化[40,44]。K+-通道阻断剂Vm24(a-KTx23.1)是最近从墨西哥蝎子Vaejovismexicanussmithi的毒液最近分离，是一个强和选择性Kv1.3-通道阻断剂(Kd=0.5–2.9pM)对Kv1.3与10个其他通道比较有一个-倍较高亲和力(图2c)[45,46]。这个有前途先导肽被深入研究关于其SAR揭示两个药效基团，亦即分别为在13–16位前α-螺旋变量残基和保守的C-端β-发针，对通道特异性和通道抑制至关重要[45]。Kv1.3-通道抑制导致对激活的T细胞一个抗增殖影响或，是更精细，诱导IL2R下调和在Cai2+流动中干扰。此外，显示效应器记忆T细胞的增殖减低，而通过IKCa1通道的代偿性上调天然和中央记忆T细胞持续其增殖。of用10mg/kg毒液肽小鼠的肿瘤坏死因子没有显示任何毒性，提示小脱靶效应[44,46]。利用一个迟发型超敏反应自发免疫小鼠模型确证体内免疫抑制活性，证实与对照组比较疾病症状显著减轻[45]。总结，毒液毒素是有前途工具有效地抑制特异性离子通道家族有皮摩尔[pi白癜风早期能治愈白癜风怎么看好