诱导性T细胞共刺激分子（ICOS）与其配体（ICOS-L）之间的相互作用是T细胞活化和免疫调节的关键途径。文章通过计算设计了一种双环肽（CP5），它能够抑制ICOS/ICOS-L蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）。基于ICOS/ICOS-L共晶结构（PDB：6X4G）的结构信息以及偏置交换元动力学模拟（BE-META），文章首先设计了包含ICOS-L中与ICOS相互作用的β-折叠链（残基51-5551YVYWQ55）的单环肽候选物。通过Rosetta的flexddG计算以及进一步的二硫键约束，文章得到了CP5（cyclo-RVY[CQPGWC]WVLpG）作为潜在的ICOS/ICOS-L抑制剂。通过动态光散射（DLS），文章研究了CP5与ICOS之间的相互作用。重要的是，文章通过时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）测定和酶联免疫吸附测定（ELISA）验证了CP5对ICOS/ICOS-L的抑制活性。值得注意的是，CP5在体外表现出令人满意的药代动力学特性，如代谢稳定性和亲脂性，使其成为进一步药物开发的有前景的候选物。文章的研究结果为未来旨在开发能特异性靶向ICOS/ICOS-L相互作用的环肽类药物的研究工作奠定了基础。
图1 参与ICOS/ICOS-L相互作用的关键残基及环肽设计。（A）ICOS（棕色）和ICOS-L（蓝色）的界面（PDB：6X4G）。ICOS-L中主要负责结合的三个残基被突出显示并标注：Y51、Y53和Q55。（B）ICOS-L蛋白中β-折叠链51YVYWQ55的侧视图以及相邻的反平行β-折叠链112HCLVL116。（C）我们旨在环肽设计方案中保留的六个氢键相互作用（蓝色虚线）。氧、氮和硫原子分别以红色、深蓝色和黄色显示；NH和Hα原子以白色显示。（D）与ICOS结合的CP5的结构。该CP5/ICOS结构是通过将MD模拟中未结合的CP5结构与ICOS/ICOS-L共晶结构中ICOS-L的β-折叠链51YVYWQ55的主链原子对齐而创建的。
由于目前针对ICOS的临床候选药物仅限于生物制剂，包括临床试验中的ICOS激动剂和抗ICOS-L抗体，因此开发基于肽的抑制剂具有潜在优势，例如与生物制剂相比，能增强肿瘤渗透性、提高给药灵活性以及降低生产成本。在此，文章通过计算机模拟设计了一种双环肽，可阻断ICOS/ICOS-L的蛋白质-蛋白质相互作用。文章以ICOS-L与ICOS相互作用的结构和序列作为计算工作的起点（PDB：6X4G；图1A）。具体而言，文章考虑了ICOS-L中与ICOS相互作用的51-55位的β-折叠链，其氨基酸序列为51YVYWQ55。从ICOS/ICOS-L的共晶结构来看，ICOS-L的Y51、Y53和Q55与ICOS的114FDPPPFK120相互作用（图1A）。51YVYWQ55是β-折叠片层的中间链，并与相邻的反平行链112HCLVL116形成了6个氢键（图1B-D）。这促使文章设计了包含这两个相互作用的β-折叠链，并通过诱导β-转角的基序连接起来的环肽，即cyclo-YVYWQX1X2HCLVLX3X4。在本研究中，文章将PG和pG（p=D-Pro）视为连接残基X1X2和X3X4。这产生了四种单环肽设计，CP1：环-YVYWQPGHCLVLPG，CP2：环-YVYWQpGHCLVLPG，CP3：环-YVYWQPGHCLVLpG和CP4：环-YVYWQpGHCLVLpG。在对这四种单环肽的分子动力学（MD）模拟结果进行分析后，进一步引入了三个有利的氨基酸替换和一个二硫键的形成，从而构建了一个双环肽CP5，环-RVY[CQPGWC]WVLpG。
总之，文章介绍了一种针对双环肽的计算机辅助设计策略，确立了其作为一类新型高效ICOS/ICOS-L抑制剂的地位。通过对ICOS/ICOS-L接口内关键结合热点的详细分析以及对ICOS-L蛋白的结构研究，文章确定了CP5这种具有前景的抑制活性的双环肽。CP5作为一种有前景的候选药物，能够破坏ICOS/ICOS-L之间的相互作用。文章使用互补平台确认了CP5对ICOS/ICOS-L的抑制特性，并评估了其关键的体外药代动力学特性。与先前报道的ICOS/ICOS-L抑制剂相比，CP5具有高选择性、极低的交叉反应性、强大的体外稳定性以及支持未来结构优化的合理计算设计框架。这些特性使CP5成为针对ICOS/ICOS-L相互作用进一步开发的有力候选药物。
这项工作突显了环肽作为针对免疫检查点的多功能治疗平台的潜力。通过将计算模型与生化验证相结合，文章的研究不仅强调了CP5的治疗潜力，还为利用类似策略来识别其他免疫检查点蛋白的抑制剂开创了先例。这些发现为未来扩大基于环肽的抑制剂库铺平了道路，这可能成为基于单克隆抗体的免疫疗法的创新补充。此类方法可能解决现有疗法的局限性，包括成本、生产复杂性和潜在耐药性，同时丰富癌症免疫疗法的选择。
参考文献：doi.org/10.1111/cbdd.70117
