引言
本文针对Toll样受体8二聚体结合表面的口袋，开展基于结构的理性药物设计发现活性化合物，进一步结构改造得到高选择性强效TLR8抑制剂。
先睹为快
蛋白靶点
Toll样受体8（TLR8）
单位
清华大学（尹航教授课题组），东京大学、中国医学科学院
筛选化合物库
Maybridge库（14,400种类药分子）
计算流程
基于Toll样受体8空蛋白晶体结构，分析二聚体结合表面的口袋，提出引入杂环与口袋内Y348形成氢键相互作用，引入芳香环与口袋表面的疏水氨基酸F405, F261, F494*, F495* and F346形成疏水作用，基于这些特征，对Maybridge库进行筛选，然后使用SEAP报告基因方法，鉴定出72种化合物可抑制TLR8。接着选择了13个毒性小的化合物，然后选择3个符合上述要求的三唑类化合物，随后选择活性最高的化合物56-G5作为起始化合物进行进一步的结构改造，得到强效抑制剂TH1027。
Toll样受体（TLR）家族是一组高度保守的跨膜蛋白，它们是高等动物免疫防御的第一道屏障，这些TLR在病原体入侵和受损组织修复过程中引起的先天性和适应性免疫反应中都起着关键作用。但是，TLRs（例如TLR8）的持续激活通常是多种自身免疫性疾病的发病机理。因此，选择性靶向TLR8的小分子抑制剂的开发为发现自身免疫性疾病的新疗法提供新的视角。然而，由于TLR8二聚体复合物界面的柔性以及TLR7和TLR8在序列上的高度相似性，开发TLR8选择性小分子调节剂是一个巨大的挑战。
目前针对蛋白质-蛋白质界面中的小分子抑制剂的理性设计收效甚微。清华大学联合东京大学、中国医学院共同设计了一系列具有新型结构的三唑衍生物，以特异性抑制TLR8。经过多种测定，TH1027被鉴定为TLR8的高效强特异性抑制剂。TLR8- TH1027晶体复合物验证了TH1027结合在两个TLR8单体之间的一个非常规的结合口袋，从而阻止了TLR8的活化。进一步的生物学评估表明，TH1027在人单核细胞系，外周血单核细胞（PBMC）和类风湿性关节炎患者标本中均剂量依赖性地抑制了TLR8介导的炎症反应，表明该化合物对自身免疫性疾病具有强大的治疗潜力。
为了找出可以特异性靶向TLR8二聚体界面上新发现的结合位点的特异性识别抑制剂，筛选方案如下：首先，为了发挥Y348在结合口袋中的氢键的潜力，引入了不同的杂环，尤其是带有更多氢键受体的杂环，这可能会增加形成氢键的可能性和水溶性。然后，筛选了可能与周围的疏水性氨基酸残基（例如F405，F261，F494 *，F495 *和F346）发生疏水相互作用的芳香环。针对这些分子特征，筛选了Maybridge库，使用SEAP报告基因分析，确定了72种活性化合物。在这些化合物中，排除细胞毒性影响，选择了13个化合物。最终选择了含有1,2,4-三唑类骨架的3个化合物56-G5、169-B11和169-E2，选择活性最高的56-G5化合物作为起始化合物进行进一步的构效关系研究，并得到强效抑制剂TH1027, 晶体复合物验证了化合物结合在TLR8二聚体表面的一个非常规结合口袋。
图1.小分子TLR8抑制剂的合理设计。
图2. TLR8/TH1027复合物的晶体结构（PDB ID：6KYA，分辨率：2.89Å）。
本研究意义在于针对TLR8二聚体界面上非常规口袋进行理性药物设计，发现了具有新型结构的下一代高效特异性的TLR8抑制剂TH1027。TLR8 / TH1027复合物的晶体结构验证理性药物设计的结果。在培养的细胞系，健康捐献者和RA患者的PBMC中进行的各种生物学评估进一步证明了TH1027的高功效和特异性，表明对自身免疫性疾病如RA具有强大的治疗潜力。总体而言，本研究不仅进一步证实了靶向蛋白蛋白界面的可行性，而且还为自身免疫性疾病的药物开发提供了更多候选化合物。
参考文献
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