C5a受体颉颃剂及其在动物疾病模型治疗中的研究进展

C5a受体颉颃剂及其在动物疾病模型治疗中的研究进展张泽英;刘东旭【摘要】C5a受体是人和动物体内补体系统的重要组成部分,与C5a结合后介导了众多生物学效应,参与了许多疾病的发生、发展,并在多种病变中起重要作用,如器官缺血再灌注损伤、急性肺损伤、脓毒血症、类风湿性关节炎、肾小球肾炎等疾病.如何抑制C5a受体的生物活性,从而减轻炎症反应一直是免疫学研究的热点问题.文章着重介绍了C5a受体颉颃剂及其在动物疾病模型治疗中的研究进展.【期刊名称】《中国畜牧兽医》【年(卷),期】2014(041)002【总页数】6页(P158-163)【关键词】C5a;C5a受体;颉颃剂;补体;治疗【作者】张泽英;刘东旭【作者单位】武汉生物工程学院食品工程系,湖北武汉430015;湖北大学生命科学学院,湖北武汉430062;湖北大学生命科学学院,湖北武汉430062【正文语种】中文【中图分类】S852.4补体是人与动物血清中正常存在的、与免疫有关的、具有酶活性的一组血清蛋白质或与膜结合的蛋白质。

目前已知的补体是由30余种可溶性蛋白、膜结合性蛋白和补体受体组成的多分子系统，故称为补体系统。

补体系统在某些激活物如免疫复合物、某些病原体（落智荣等，2007）等作用下被激活产生许多具有生物活性的片段，如过敏毒素C3a、C4a、C5a。

补体C5a是补体发生级联反应激活后补体C5的裂解片段，是目前最强的过敏毒素，C5a的作用主要通过与C5a受体的结合来实现。

1 C5a和C5a受体C5a是一种由酶催化产生的糖蛋白，属于过敏毒素家族中的一员，是一个由74个氨基酸组成的多肽（相对分子质量约为11200），由C5a转化酶催化C5a链产生的。

人C5a有4个α螺旋及3个链内二硫键，形成一个三元环，与小鼠、大鼠C5a分别有60%和54%的氨基酸序列。

C5a同源性是补体裂解片段中显示过敏毒素作用最强的介质，分别为C3a和C4a作用的20和2500倍。

其具有趋化性因子的作用，能吸引嗜中性粒细胞和单核细胞游走；能刺激组织中的肥大细胞和血液中的嗜酸性粒细胞，促使其释放组织胺和其他活性介质，导致组织坏死。

C5a可结合在1个信号G蛋白偶联的受体（C5aR/CD88）及1个无信号转导功能的G蛋白偶联受体上。

C5aR（又称C5aR1、CD88）是G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor，GPCR）大家族的成员，目前有关C5a受体基因在人类、大鼠、小鼠、犬、奶牛、猪及鱼类等生物中均有报道，且现已通过生物技术克隆出多种生物的C5a受体基因，该基因在人与大鼠、犬、家兔及豚鼠间的序列同源性分别为70.5%、68.6%、79.5%和67%（Hezmee等，2012）。

早期在中性粒细胞和未成熟的树突状细胞上发现了1个新的7次跨膜受体，称为C5a样受体（C5a like receptor，C5L2），但由于其不含G 蛋白，又称GPR77，属于C5a受体亚家族成员，在氨基酸序列上与CD88有35%同源性（宋蓉等，2007）。

早期研究认为C5L2仅是一个诱饵受体，但近年来研究发现C5L2能与CD88相互作用，引起CD88的负调节，减少病变，另一方面，C5L2在体内、外均能引起HMGB1的释放，增加了脓毒血症的病变，说明C5L2也具有促炎作用（Li等，2013）。

C5a受体在炎症和免疫反应过程中起重要作用。

补体活化，导致大量C5a的产生，并诱导C5a受体在细胞上的异常表达，C5a-C5aR相互作用可调节炎症介质的表达、干扰凝血通路和诱导中性粒细胞功能障碍，最终导致器官功能损伤（朱世明，2010），引发疾病，如尿路感染（Li等，2012）、哮喘（Schmudde等，2012）、术后疼痛（Liang等，2012）、缺血再灌注损伤（Peng等，2010）及乳腺瘤（Hezmee等，2011）等病理发生过程。

2 小分子C5a受体颉颃剂及其在疾病治疗中的应用1991年小分子C5a受体颉颃剂就已成为众多科学家研究的热点，这个研究甚至比有关C5a受体克隆的研究还早。

C5a受体与C5a结合才能活化，从而发挥其一系列的生物学功能。

C5a受体含G蛋白偶联受体的7次跨膜结构，与C5a相互作用有2个结合位点。

第1个为识别位点，位于细胞外受体的N端，其与C5a的N端及硫化中心结合；第2个活化位点，是由跨膜区域G蛋白偶联受体和C5a的C 端结合后组成，可介导一系列信号转导途径，其中主要的活化位点是C端的64—74位氨基酸残基。

因此，C5a受体颉颃剂大都是模拟C5a活性C端氨基酸残基合成的肽段，其基本原理是以C5a活性C端的64—74位氨基酸残基某个修饰键或是某一部分氨基酸序列作为研究对象，对其进行构效关系研究（王会会等，2010）。

已报道的小分子C5a受体颉颃剂根据其结构大致可分为肽类和非肽类，而肽类又分为环肽类和非环肽类，其中研究最广泛的为环肽类颉颃剂。

2.1 环肽类C5a受体颉颃剂环肽PMX53（AcF-［OPdChaWR］）（图1）是目前研究最广泛且最有效的C5a受体颉颃剂，结构式中环状氨基序列是由鸟氨酸残基侧链上的氨基和精氨酸残基主链上的羧基构成的肽键连接（陈月等，2007）。

PMX53由Peptech和Promics公司联合开发，其与人、大鼠、犬等生物体内的C5a受体有较高的亲和性，而与山羊、猪、豚鼠、小鼠和家兔体内的C5a受体的亲和力较弱（Woodruff等，2001）。

PMX53在多项动物试验中具有良好的疗效，其半数抑制浓度（IC50）在毫摩尔级，能抑制C5a诱导的脱颗粒及C5a刺激的G 蛋白活化。

Manthey等（2011）在小鼠动脉粥样硬化模型体内静脉注射PMX53（3mg/kg，每周注射3次），同时口服 PMX53 （1mg/（kg·d）），持续25周，减少了小鼠动脉粥样硬化的病灶面积。

Arumugam等（2002，2004）分别将PMX53应用于大鼠小肠缺血再灌注和大鼠肝缺血再灌注，在大鼠小肠或肝缺血前口服或静脉注射PMX53，均能显著减轻模型临床症状，减少模型中 TNF-α。

Garrett等（2009）在小鼠脑出血模型中腹腔注射PMX53（1mg/kg），能减少脑内积水，减少粒细胞浸润率，改善大脑功能。

Woodruff等（2004）在大鼠后肢缺血前10min或再灌注前10min静注PMX53（1mg/kg）或缺血前30min口服PMX53（10mg/kg）均能显著减少由缺血再灌注引起的肌酸激酶、乳酸脱氢酶、血清丙氨酸转氨酶与血清天门冬氨酸转氨酶之比、肌氨酸胺、尿素氮、髓过氧化物酶，减轻了组织损伤，提高了存活率。

PMX53还可用于关节炎（Woodruff 等，2002）、脓毒血症（Huber-Lang等，2002）、中枢神经系统疾病（Woodruff等，2010）等疾病的治疗。

由于PMX53可通过多种给药方式，包括静脉注射、腹腔注射、口服、含片、肠道给药等，在体内均能快速代谢，主要通过肝脏消除，所以其在临床上应用较为方便。

研究者在探索对PMX53的苯丙氨酸残基修饰后的效果时发现了PMX205（HC-［OPd-ChaWR］）（图2）（Qu等，2009）。

Ager等（2008）在Tg2576小鼠阿尔茨海默病模型中通过饮水连续12周给予PMX205，饲喂PMX205组的小鼠相对于未饲喂组的小鼠，纤维淀粉样蛋白减少了54%，总β淀粉样蛋白（Aβ）及活化的小胶质细胞分别减少了29%和49%，试验结果表明，在小鼠阿尔茨海默病模型中用PMX205封闭C5a受体可减轻病理症状，提高小鼠的认知能力。

Woodruff等（2005）在炎症性肠病模型中的研究结果表明，PMX205比PMX53具有更强的亲脂性和更高的代谢稳定性，且PMX205比PMX53更易通过大脑屏障，进入大脑，因此其广泛的用于神经退行性疾病模型（Beck等，2010）。

2.2 非环肽类C5a受体颉颃剂 C089（NMePhe-Lys-Pro-dCha-Trp-dArg）（图3）是由默克公司研究出的第1个完整的C5a受体选择性颉颃剂，是一个由C5a的C末端修饰而成的非环肽类抑制剂，C089对人C5a受体有强亲和力，且在10μmol/L下无任何激动剂活性（Woodruff等，2011）。

其颉颃C5a的机制是在胞外接口附近的C5a受体跨膜区域与C5a的第2个结合位点（效应位点）结合。

2006年德国Schnatbaum在对PMX53进行修饰时，发现了1个线性的肽类类似物JPE1375（HOO-Phe-Orn-hle-Pff-Phe）（图4）。

在体外试验中，JPE1375 比PMX53具有更强的微粒体代谢稳定性和特异性，在对C5a诱导的小鼠J774A.1细胞趋化作用的抑制试验中，JPE1375 （0.42 μmol/L）是 PMX53（7.1μmol/L）的17倍，在小鼠逆转被动阿尔图斯反应（RPAR）模型中，于造模前15min静脉注射JPE1375（1mg/kg）能有效减少中性粒细胞的浸润（Schnatbaum等，2006）。

JPE1375也成功用于小鼠肾纤维化模型和动脉粥样化模型（Boor等，2007；Shagdarsuren等，2010）。

与环肽颉颃剂PMX53和PMX205相比，线性的C089和JPE1375口服活性差，因此其在临床上的应用受到限制。

2.3 非肽类C5a受体颉颃剂在过去20年间，很多医药公司都在致力于研究非肽类C5a受体颉颃剂，包括W-54011、NDT9520492、CP-447697、NDT9513727（图5～8）和 NGD2000-1（Qu等，2009）。

W-54011（三菱制药公司）和NDT9520492（Neurogen公司）是具有口服作用效力的竞争性颉颃剂。

Waters 等（2005）研究表明 W-54011对C5aR的口服IC50为2.2nmol/L。

Peng等（2009）研究表明W-54011在小鼠体外试验中能有效的抑制C5a受体的活性，有可能是小鼠脓毒血症研究中切实可行的工具。

Neurogen公司已开发了几种有效的具有口服活性的非肽类C5a受体颉颃剂，其报道的第1个C5a受体颉颃剂是NDT9520492，分子结构与W-54011相似。

NDT9520492对灵长类动物和沙鼠有特异性，其能抑制［35S］GTPγS与人C5aR结合（Ki=15.2nmol/L）（Qu 等，2009）。

NGD2000-1和NDT9513727也是Neurogen公司开发研究出的C5a受体颉颃剂，其分子结构与NDT9520492相似，而NGD2000-1具体的分子结构尚未公布（Woodruff等，2011）。

NDT9513727在不同细胞类型中均能抑制由C5a介导的免疫反应，包括钙调动、脱颗粒作用、氧化裂解作用、趋化作用及细胞表面CD11b的表达，其IC50为1.1～9.2nmol/L，在沙鼠和猕猴体内试验中，NDT9513727能有效抑制由C5a诱导的嗜中性白血球减少症（Brodbeck等，2008）。