引言
本文針對Toll樣受體8二聚體結合表面的口袋，開展基于結構的理性藥物設計發現活性化合物，進一步結構改造得到高選擇性強效TLR8抑制劑。
先睹為快
蛋白靶點
Toll樣受體8（TLR8）
單位
清華大學（尹航教授課題組），東京大學、中國醫學科學院?
篩選化合物庫??
Maybridge庫（14,400種類藥分子）
計算流程
基于Toll樣受體8空蛋白晶體結構，分析二聚體結合表面的口袋，提出引入雜環與口袋內Y348形成氫鍵相互作用，引入芳香環與口袋表面的疏水氨基酸F405, F261, F494*, F495* and F346形成疏水作用，基于這些特征，對Maybridge庫進行篩選，然后使用SEAP報告基因方法，鑒定出72種化合物可抑制TLR8。接著選擇了13個毒性小的化合物，然后選擇3個符合上述要求的三唑類化合物，隨后選擇活性最高的化合物56-G5作為起始化合物進行進一步的結構改造，得到強效抑制劑TH1027。
?Toll樣受體（TLR）家族是一組高度保守的跨膜蛋白，它們是高等動物免疫防御的第一道屏障，這些TLR在病原體入侵和受損組織修復過程中引起的先天性和適應性免疫反應中都起著關鍵作用。但是，TLRs（例如TLR8）的持續激活通常是多種自身免疫性疾病的發病機理。因此，選擇性靶向TLR8的小分子抑制劑的開發為發現自身免疫性疾病的新療法提供新的視角。然而，由于TLR8二聚體復合物界面的柔性以及TLR7和TLR8在序列上的高度相似性，開發TLR8選擇性小分子調節劑是一個巨大的挑戰。
目前針對蛋白質-蛋白質界面中的小分子抑制劑的理性設計收效甚微。清華大學聯合東京大學、中國醫學院共同設計了一系列具有新型結構的三唑衍生物，以特異性抑制TLR8。經過多種測定，TH1027被鑒定為TLR8的高效強特異性抑制劑。TLR8- TH1027晶體復合物驗證了TH1027結合在兩個TLR8單體之間的一個非常規的結合口袋，從而阻止了TLR8的活化。進一步的生物學評估表明，TH1027在人單核細胞系，外周血單核細胞（PBMC）和類風濕性關節炎患者標本中均劑量依賴性地抑制了TLR8介導的炎癥反應，表明該化合物對自身免疫性疾病具有強大的治療潛力。
為了找出可以特異性靶向TLR8二聚體界面上新發現的結合位點的特異性識別抑制劑，篩選方案如下：首先，為了發揮Y348在結合口袋中的氫鍵的潛力，引入了不同的雜環，尤其是帶有更多氫鍵受體的雜環，這可能會增加形成氫鍵的可能性和水溶性。然后，篩選了可能與周圍的疏水性氨基酸殘基（例如F405，F261，F494 *，F495 *和F346）發生疏水相互作用的芳香環。針對這些分子特征，篩選了Maybridge庫，使用SEAP報告基因分析，確定了72種活性化合物。在這些化合物中，排除細胞毒性影響，選擇了13個化合物。最終選擇了含有1,2,4-三唑類骨架的3個化合物56-G5、169-B11和169-E2，選擇活性最高的56-G5化合物作為起始化合物進行進一步的構效關系研究，并得到強效抑制劑TH1027, 晶體復合物驗證了化合物結合在TLR8二聚體表面的一個非常規結合口袋。?
圖1.小分子TLR8抑制劑的合理設計。
圖2. TLR8/TH1027復合物的晶體結構（PDB ID：6KYA，分辨率：2.89?）。
本研究意義在于針對TLR8二聚體界面上非常規口袋進行理性藥物設計，發現了具有新型結構的下一代高效特異性的TLR8抑制劑TH1027。TLR8 / TH1027復合物的晶體結構驗證理性藥物設計的結果。在培養的細胞系，健康捐獻者和RA患者的PBMC中進行的各種生物學評估進一步證明了TH1027的高功效和特異性，表明對自身免疫性疾病如RA具有強大的治療潛力?？傮w而言，本研究不僅進一步證實了靶向蛋白蛋白界面的可行性，而且還為自身免疫性疾病的藥物開發提供了更多候選化合物。
參考文獻
Rationally Designed Small-Molecule Inhibitors Targeting an Unconventional Pocket on the TLR8 Protein–Protein Interface. Shuangshuang Jiang, Hiromi Tanji, Kejun Yin, Shuting Zhang, Kentaro Sakaniwa, Jian Huang, Yi Yang, Jing Li, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu, and Hang Yin
Journal of Medicinal Chemistry. 2020. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b02128