小分子Destruxin A5特异性调控表皮角质形成细胞中IL-17A/TNF-α炎症信号治疗银屑病的研究

Direct blocking the IL-17A/TNF-α signaling can be effective in the treatment of moderate-to-severe psoriasis, but it will bring many drug side-effects such as destruction of the basic immunity, indicating that there exist limitations. A smart drug design that can precisely control the IL-17A/TNF-α signaling by avoiding inhibition of the important physiological pathways under this signal is a clever way to solve this problem. We first proved that activation of ERK1/2 in epidermal keratinocytes can effectively inhibit IL-17A/TNF-α inflammation signaling. Additionally, we found Destruxin A5, a small molecule, which specifically activates ERK1/2 in the epidermal keratinocytes and inhibits the IL-17A/TNF-α inflammation signaling without affecting the NF-κB pathway that has important physiological functions. In this study, the genome-wide transcriptional analysis was used to evaluate the regulation of IL-17A/TNF-α inflammation signaling by Destruxin A5-activated ERK1/2. The target protein of Destruxin A5 was detected by DARTS method, CESTA method and SPR-Biacore method. Western blotting, immunoprecipitation and SPR-Biacore were used to elucidate the effect of Destruxin A5 on ERK1/2 phosphorylation. The effect of Destruxin A5 on psoriasis was evaluated by immunohistochemistry and tissue immunofluorescence. This study will provide a new way to precisely regulate the IL-17A/TNF-α signaling and treat psoriasis.

直接阻断IL-17A/TNF-α信号能有效治疗中重度银屑病，但这种方式存在局限性能引发多种药物副作用。精确调控IL-17A/TNF-α信号下致病通路的药物设计是解决问题的关键。我们首次发现激活表皮角质形成细胞中的ERK1/2能有效抑制IL-17A/TNF-α炎症信号。我们还发现小分子Destruxin A5能细胞特异性地活化表皮角质形成细胞中的ERK1/2，在不影响具有重要生理功能的NF-κB通路的情况下抑制IL-17A/TNF-α炎症信号。本课题将评价Destruxin A5对IL-17A/TNF-α诱导的炎症分子抑制情况；利用DARTS等方法寻找Destruxin A5的靶蛋白；利用免疫共沉淀等方法阐明ERK1/2被调控的方式；利用免疫组化和组织免疫荧光评价Destruxin A5治疗小鼠银屑病的效果。本研究将为实现精确调控IL-17A/TNF-α炎症信号而治疗银屑病的目标提供新思路。

银屑病是一种病因复杂的慢性炎症皮肤病，影响着全球2-3%的人口，其复发率高且难以治愈，给患者带来了巨大困扰。目前治疗银屑病的药物存在不良反应较大或费用昂贵等原因，相关新型药物的研发一直是热点。本项目以阻断该病炎症环路为目标，以参与免疫反馈的表皮角质形成细胞为靶向，力求发现能选择性抑制靶细胞中IL-17A/TNF-α信号的化合物，期待为该病提供新型免疫抑制剂。文献总结发现，IL-17A/TNF-α信号下游包含着致炎病理环路和同时具有生理功能的通路如NF-κB信号，所以阻断全部IL-17A/TNF-α通路的药物存在局限性。该项目首先去寻找能有效“关闭”致炎环路但不影响NF-κB信号的调控点。我们惊喜地发现ERK的过度磷酸化可能是IL-17A/TNF-α通路的自我抑制性信号。由此我们产生了“以其人之道还治其人之身”的思路，即筛选出既能放大表皮角质形成细胞中ERK磷酸化但又不抑制NF-κB信号的小分子。项目检测了该化合物对靶细胞的活性、分化及炎症反应的调控作用，并考察与p-ERK的关联；然后，在小鼠Imiquimod银屑病模型上观察其在体效果，并判断与p-ERK的关联；最后，本项目期待推测出化合物的靶蛋白，为药物优化做准备。最终，利用高内涵筛选技术筛选出了DestruxinA5，它（10μM）能显著促进靶细胞中ERK磷酸化（维持约12h）但不抑制NF-κB信号；在不影响靶细胞活性和分化的同时以p-ERK依赖的方式显著抑制炎症因子（CXCL1、CCL20、IL-6和S100A9）的表达；DestruxinA5（30-60mg/kg）能显著减少小鼠皮屑的产生和皮肤病理反应（H&E病理切片），降低角质层和表皮层厚度（马松和天狼猩红染色），修复表皮层分化功能（K5、K10、filaggrin和loricrin的表达），维持皮肤屏障作用（E-cadherin、ZO-1和Occludin的表达），减少皮肤中血管的产生（CD31的表达）及多种炎症细胞（肥大细胞、CD3-阳性、CD4阳性和CD45阳性细胞）的浸润，降低皮肤中IL-17A和TNF-α的表达，以上药理作用均是p-ERK依赖性的；有趣的是，DestruxinA5促进p-ERK表达的同时却抑制p-P38和p-JNK，因此推测DestruxinA5的靶点可能是磷酸酶。本项目发现了银屑病的新病理机制及潜在精确调控策略和化合物。