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清华大学廖学斌团队发现新型TLR7/8双激动剂,具有显著的抗肿瘤活性

免疫检查点抑制剂(ICI)已经在许多肿瘤类型中取得显著的临床治疗效果。但是,单用免疫检查点抑制剂的临床应答率较低,尤其是在冷肿瘤中。为了克服这一难点,大量的ICI联合用药临床试验目前正在进行中。Toll 样受体(Toll-like receptor,TLR)是先天免疫中一类十分重要的模式识别受体。激活TLR,可以诱导MyD88或TRIF依赖的信号通路,激活 NF-κB,诱导细胞因子和趋化因子分泌,激活先天免疫反应和介导获得性免疫反应的激活,从而使肿瘤变热,达到重塑肿瘤微环境的目的。

图1. 激活Toll 样受体可以重塑肿瘤微环境


虽然激活Toll样受体7或8早已成为肿瘤免疫治疗中一种备受关注的策略,但除咪喹莫特被批准用于治疗基底细胞癌外,其它TLR7、8激动剂还未能成功实现临床转化。主要原因是现有激动剂的治疗效果不显著或全身给药带来了免疫相关不良反应(irAEs)。为了增强此类小分子的免疫激动活性,清华大学廖学斌团队通过基于结构的药物设计(SBDD)和构效关系研究获得了一系列基于吡啶[3,2-d]嘧啶的TLR7/8双激动剂,它们对TLR7和TLR8表现出显著且相当的激动活性。

图2. 基于结构的新型骨架的 TLR7/8 双激动剂的设计

在体外,化合物24e25a在人外周血单核细胞试验中显著诱导了细胞因子IFN-α、IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-12p40和IP-10分泌。在体内,化合物24e25a通过重塑肿瘤微环境,显著抑制了CT26荷瘤小鼠的肿瘤生长。同时,这些化合物还明显提高了PD-1/PD-L1阻断剂的抗肿瘤活性。尤其,化合物24e与PD-L1抗体联用可使肿瘤完全消退,甚至消失(2/5)。这些结果表明,TLR7/8激动剂作为单药或与ICI联合用药在肿瘤免疫治疗中具有较大的开发潜力。

图3. 化合物24e25a的结构

细胞实验结果显示,24e25a对CT-26肿瘤细胞系无明显增殖抑制活性,GI50均大于35 μM。结合对肿瘤微环境中免疫细胞变化情况的流式检测结果,表明TLR7/8双激动剂单用或联合ICI的抗肿瘤效果主要依赖于浸润至肿瘤微环境中的树突状细胞、M1型巨噬细胞、CD4+T细胞和CD8+T细胞数量的增加以及Teff/Treg和M1/M2比例的上升。这些研究结果为TLR7/8激动剂联合ICI使用以增强抗肿瘤免疫应答提供了理论依据,特别是在单独使用免疫检查点阻断剂无效的肿瘤类型中。

图4. TLR7/8激动剂单用或联合PD-1/PD-L1阻断剂的抗肿瘤效果

目前,廖学斌团队对化合物24e25a进行了较为全面的成药性评估,包括水溶性、代谢稳定性、诱导磷脂沉积的风险、心脏钾离子通道抑制活性、体内急性毒性和亚急性毒性等。总的来说,化合物24e在低剂量下(~1.5 mg/kg)具有显著的抗肿瘤活性,但同时也伴有一定脱靶(off-target)和靶点依赖(on-target)毒性。25a的治疗活性虽然不如24e,但安全性有显著的提升。重要的是,其结构和理化性质符合Lipinski规则,水溶性也相对24e提升了23倍。由于24e与PD-1或PD-L1具有一定的协同抗肿瘤效应,可作为抗体偶联药物(ADC)的小分子荷载,该团队目前已制备了基于PD-L1 THIOMAB与24e的免疫调节型抗体偶联药物(投稿中)。此外,也正在评价25a口服成药的可能性。


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Structure-Based Design of Highly Potent Toll-like Receptor 7/8 Dual Agonists for Cancer Immunotherapy
Zhisong Wang, Yan Gao, Lei He, Shuhao Sun, Tingting Xia, Lu Hu, Licheng Yao, Liangliang Wang, Dan Li, Hui Shi, and Xuebin Liao*
J. Med. Chem.2021, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00179


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