白介素17A（IL-17A）参与多种自身免疫性疾病发生的机制得到广泛认知，针对IL-17A 的单克隆抗体药物被成功应用于治疗中度至重度银屑病和其他炎症性疾病（如银屑病关节炎和中轴性脊柱关节炎）。然而截至目前，尚无IL-17A小分子调节剂获批，仅有Lilly、DICE、LEO 3家公司进入临床1期，主要在于靶向蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI)调节剂的开发具有非常大的挑战性：通常PPI的小分子调节剂靶向更长和更浅的结合位点，往往需要超过 5 规则 (Ro5) 的属性空间才能获得足够的效力。因此，开发疗效好且患者依从性更高的口服小分子药物是制药公司努力实现的目标。

近日，丹麦的LEO(利奥)制药公司在药物化学TOP期刊JMC的专栏Drug Annotation上介绍白介素17A的口服PPI调节剂（cpd23）的发现过程。本期Dr.X将基于此研究，与各位共同学习探讨其开发之路。

关于白细胞介素 17 (IL-17)

白细胞介素 17 (IL-17) 细胞因子家族由6个成员组成，命名为 IL-17A-F，通过二硫键组装成活性细胞因子同源二聚体。此外，相近的成员，如IL-17A 和 IL-17F，通常在细胞中共表达，可以形成异源二聚体细胞因子 IL-17A/F (IL-17AF)。IL-17AA 的失调表达引起自身免疫性疾病，例如银屑病、银屑病关节炎、 类风湿性关节炎、强直性脊柱炎和非放射学检查轴性脊柱炎等。

IL-17的信号受体（IL-17R）大多是异源二聚体，由IL-17RA，B，C，D和E中的2个亚基组成，每个亚基包含一个细胞外细胞因子结合区、一个跨膜结构域和一个细胞内信号结构域。异二聚体 IL-17RA/IL-17RC被认为是 IL-17AA、IL-17FF 和 IL-17AF 的主要受体。IL-17AA与IL-17RA/IL-17RC结合示意图，如图1所示。

图1. 同源二聚体IL-17AA(红色/白色)与IL17RA(绿色)

和IL-17RC(蓝色)的胞外结构域相互作用形成的复合物示意图。

共晶结构为化合物的改构

提供关键指导作用

第一个IL-17A 小分子调节剂（Ensemble 159）于 2013 年问世，来自于Ensemble Therapeutics公司，通过DEL技术筛选获得。Ensemble 159（图2），在SPR测定中能够与 IL-17A 特异性结合，并在HEKa细胞试验中显示功效。接下来对Ensemble 159进行开环改构，得到化合物cpd1 (EC50 = 575 nM)（图2），表明大环结构不是活性所必须的。

图2. 已知的IL-17A小分子化合物的结构

共晶的信息对于小分子的理性设计是至关重要的，为了更加有效的改构，对cpd1进行了共晶（PDB ID: 7AMG），如图3所示。化合物cpd1与IL-17A 的复合物的晶体结构表明，结合位于两个IL-17A 单体形成二聚体的中央口袋中（图 3）。

图3. cpd1在IL-17AA蛋白的中央结合口袋

与 apo IL-17A 二聚体 (PDB ID: 4HR9) 相比，化合物cpd1结合过程中，对蛋白口袋进行了诱导，扩大了口袋的空间（图S1）。

图S1. 小分子cpd1对IL-17A的诱导效应。

进一步观察小分子cpd1对IL-17A的氢键作用，如图4所示，在中央口袋内， 每个单体的 Leu120 与化合物 cpd1 的酰胺形成双氢键。在链B的Trp90的主链酰胺氮和化合物cpd1的羧酸部分之间形成了一个额外的氢键（图4）。氯苯基部分与Leu120、Leu122 和 Leu135形成疏水作用，而苯胺环部分与Ile119形成疏水相互作用。

图4. cpd1与IL-17AA的相互作用模式图

后续，辉瑞解析了3个类似物的共晶(PDB ID: 5HI3, 5HI4, and 5HI5)。这些共晶结构与化合物cpd1的共晶结构有许多相似之处，但也存在一些差异。相同点：大环化合物 Pfizer3 (PDB: 5HI5) 与无环化合物cpd1占据相同的 IL-17AA 中心口袋，与 Leu120 和 Trp90 保持相同的氢键。不同点：主要的区别是Phe85的取向，在7AMG共晶中，Phe85翻转为化合物cpd1的长尾部分留出了空间。在5HI5共晶中，该残基并与Pfizer 3化合物的一个芳香环形成了边对面的pi−pi相互作用(图5)。另外，氯苯环的朝向不一样，这也是改构设计的方向。

图5. 化合物Pfizer 3在IL-17AA中的相互作用模式图

改构之路：多维度探索与优化

●1．cpd1和Pfizer 3叠合改构

把化合物cpd1和Pfizer 3进行叠合，如图6所示，表明二苯甲基甘氨酸可能是合适的核心氨基酸，每个苯基部分占据cpd1或Pfizer 3的氯苯基占据的空间（图 6）。

图6. 化合物cpd1和Pfizer 3的叠合图

●2．Hits的优化——R1探索

为了减少分子量和极性表面积，提高分子的口服生物利用度和成药性，对苯胺取代基（R1）部分进行探索，如表2所示。其中二甲基吡唑类似物化合物cpd7与Ensemble 159 相比，活性增加10倍，代谢稳定性更高，分子量和极性表面积 (PSA) 更低。于是对cpd7的性质进一步表征，如表2所示，无外排效应、26%口服生物利用度、低至中等清除率、中等半衰期。

●3．Lead的优化——R2探索

化合物cpd7被选定为先导化合物的起点，并对R2基团（二苯甲基）进行优化，降低亲脂性，提高活性和改善药代性质，如表3所示。将苯基更改为环丁基 (cpd18) 使活性增加 10 倍(EC50 = 10 nM)， 保持HLM的稳定性。改为亲脂性更低的双环丙基丙氨酸cpd19，虽然活性比cpd18稍差一些（EC50 = 53 nM），但它在 HLM 中更稳定，比化合物cpd7活性提高2倍以上。

●4．Lead的优化——R3探索

最后对N-甲基吡唑酰胺取代基(R3)进行优化，如表4所示。发现环丁基的母核活性更优，但是HLM稳定性不如环丙基。

对cpd23进行了ADMET性质表征，如表5所示。

鉴于化合物 cpd23 的整体性质（活性、DMPK、脱靶、hERG、Ames 和 micronucleus assays）支持其作为 IL-17A 蛋白质-蛋白质相互作用调节剂 (PPIm) 临床开发候选化合物，并成功解析了cpd23和IL-17A的共晶结构（PDB ID: 7AMA），如图8所示。

图8. 化合物cpd 23在IL-17AA中的相互作用模式图

总结

共晶结构为化合物的改构提供了关键的指导作用，发现苗头化合物后及时进行共晶，能够为后续的改构提供方向，从而进行基于结构的理性药物设计。越来越多的PPI能够满足5规则，拥有更好的口服生物利用度。在PPI优化改构的过程中，需要保持关键的相互作用、降低分子量、降低亲脂性，提高活性和稳定性。

参考文献

1. J. Med. Chem. 2022, 65, 13, 8828–8842

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