Toll样受体-4及其拮抗剂在类风湿关节炎发病机制和治疗中的作用

Toll-like receptor (TLR) is a group of protein molecules which connect the innate immune system and acquired immune system. TLR4, which is the best-understood TLR family member, has been proven to participate in the development of rheumatoid arthritis (RA). RA is an important auto-immune disease, which has high prevalence and disability rate in diffused connective tissue diseases. Anti-tumor necrosis factor, which was raised from lately bench work, has made important break in RA treatment, but the high cost and inconvenience of usage frustrated its spread in Chinese RA patients. Small molecular inhibitors of TLRs probably will become the new choice for RA treatment. The TLR4 antagonists selected in our study, have been proven to block the activation and followed signaling pathway of TLR4 effectively in preliminary experiments. We schedule to add the TLR4 antagonist into the culture of PBMC collected from RA patients, to find out the effect of TLR4 antagonist on primary cells. We will also add the TLR4 antagonist into the culture of human rheumatoid arthritis fibroblast-like synoviocytes (RA-FLS) to find out its effect on RANKL/RANK/OPG pathway in RA-FLS cells. Collagen-induced arthritis mice are planned to receive periarticular injection of TLR4 antagonist to demonstrate the preventive and therapeutic function of TLR4 antagonist in RA. Our results would further disclose the role of TLR4 in pathogenesis of RA. We also use TLR2 antagonist in our study, trying to find out the relationship between different TLR molecules in development of inflammation.

Toll样受体(TLR)是联系固有免疫和获得性免疫的重要蛋白分子，其中TLR4已被证实参与了类风湿关节炎（RA）的发病过程。RA是一种重要的自身免疫病，在弥漫性结缔组织病中发病率高、致残率高，虽然抗肿瘤坏死因子治疗在RA中已取得重要突破，但其高昂的治疗成本和给药的不便限制了该类生物制剂在中国RA患者中的应用，而TLR小分子抑制剂可能会成为RA治疗的新选择。本课题利用前期实验验证有效的TLR4拮抗剂，在RA患者外周血单个核细胞中验证TLR4和TLR4拮抗剂的作用，在人类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞中研究TLR4拮抗剂对RANKL/RANK/OPG通路的影响，并在胶原诱导关节炎小鼠模型中验证TLR4拮抗剂对关节炎的预防和治疗作用，从而揭示TLR4在RA发病机制中的作用。本课题同时应用TLR2拮抗剂，研究炎症过程中不同TLR分子之间的相互联系，以进一步了解TLR参与炎症的机制。

本项目的研究目的是探索Toll样受体（TLR）在类风湿关节炎发病机制中的作用，并验证TLR的小分子抑制剂在类风湿关节炎治疗中的药用前景。主要研究内容是在类风湿关节炎及其他关节炎患者的外周血单个核细胞及成纤维样滑膜细胞培养中加入TLR抑制剂，检测其信号传导通路关键标志物和下游产物，来分析TLR在关节炎发病机制中的作用。. 研究发现，TLR8的特异性小分子抑制剂CU-CPT8m、CU-CPT9a、CU-CPT9b等，对TLR8具有很强的抑制能力，对其他TLRs却几乎没有影响。利用培养出的TLR8和这些小分子抑制剂的共结晶，发现非激活态的TLR8以二聚体的形式存在，加入CU-CPT系列TLR8的小分子抑制剂时，它会紧密地与TLR8二聚体交汇部分结合，抑制分子构型发生变化，无法被激活。从类风湿关节、骨关节炎和成人斯蒂尔病患者中收集外周血和滑膜组织，经检验证实存在较高程度的炎症反应后，在培养液中加入CU-CPT8m分子，可以有效地降低外周血单个核细胞或滑膜细胞中产生的IL-1β、TNF-α等炎症因子水平，显示出这些TLR小分子抑制剂作为抗炎药物的潜力。这组CU-CPT8m等小分子抑制剂的发现很可能为抗炎药物研发领域带来一个“模式转换”。另一方面，从本研究的结果也可以看出，对基础科学问题的崭新理解可以开拓药物研发的新策略和新方法。2017年11月20日，《自然•化学生物学》杂志在线发表了这一研究，并选为当期封面文章（Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state. Nat. Chem. Biol. 2018, 14(1), 58-64）。