Durchbrechen der oralen Barriere (3)

Die Entdeckung, Optimierung und anschließende Modifikation von PN-235 (Icotrokinra, JN-2113)

Die Vorteile oral verabreichter zyklischer Peptide wurden in früheren Artikeln detailliert beschrieben, wobei PN-235 als eines der wenigen derzeit für die orale Verabreichung verfügbaren Arzneimittel mit zyklischen Peptiden große Aufmerksamkeit erregte. Am 21. Juli 2025 gaben Protagonist und Janssen bekannt, dass sie bei der FDA einen New Drug Application (NDA) für Icotrokinra zur Behandlung mittelschwerer bis schwerer Plaque-Psoriasis bei Erwachsenen und Kindern ab 12 Jahren eingereicht haben. Im Falle der Zulassung wird Icotrokinra voraussichtlich das weltweit erste orale Medikament gegen IL-23R zur Behandlung von Psoriasis sein. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Entdeckungsprozess und systematische Optimierungsstrategien dieses Moleküls, wobei die Daten der Patentveröffentlichungen als Zeitleiste dienen, und fasst auch mögliche Richtungen für eine weitere Optimierung zusammen.

Bereits 2007 reichte Valorisation Hsj, Societe En Commandite, einen Patentantrag für IL-23R-Peptidantagonisten ein (WO2009007849). Dies ist eines der frühesten Patente über IL-23R-Peptidantagonisten in den öffentlich zugänglichen Informationen. Dieses Patent beschreibt eine Reihe von Peptiden, die auf IL-23R abzielen, einschließlich des Agonisten APG-2301 und der Antagonisten APG-2303, APG-2305, APG-2307 und APG-2309 (Sequenzen in der Abbildung unten dargestellt). Das Team nutzte die Aminosäuresequenz von IL-23R als Grundlage in Kombination mit Computermodellierungstechniken, um lineare Peptide zu erzeugen, die seiner Gelenkregion entsprechen (die IL-23 nachahmen und als IL-23R-Antagonisten wirken). Unter diesen hemmten APG-2305 und APG-2309 wirksam die STAT3-Phosphorylierung in Maus-Splenozyten in vitro mit IC50-Werten von 1 nM bzw. 2 nM. Darüber hinaus linderte die Behandlung mit APG-2309 in einem Ratten-IBD-Modell entzündungsbedingte Ödeme und Rötungen deutlich und reduzierte die Schleimhaut-Leukozyteninfiltration und Gefäßverstopfung deutlich, was ein gutes entzündungshemmendes und therapeutisches Potenzial zeigt.

Im Jahr 2013 veröffentlichte Medical Diagnostic Laboratories (MDL) ein Patent (US20130029907), das die Entdeckung von IL-23R--bindenden Peptiden mithilfe der Phagen-Display-Technologie beschreibt und dabei erfolgreich mehrere Peptidsequenzen identifizierte, die spezifisch an IL-23R binden. Im Rahmen dieser Forschung wurde eine M13-Phagen-Display-Bibliothek mit zufälligen 12{23}mer-Peptidsequenzen erstellt und mehrere Screening-Runden durchgeführt, wobei lösliches rekombinantes IL-23R voller Länge und seine Spleißvarianten als Ziele verwendet wurden. Letztendlich wurden 27 Peptide mit Bindungsaktivität identifiziert. Bemerkenswerterweise zeigten diese Peptidsequenzen eine geringe Ähnlichkeit mit der von Beyer et al. beschriebenen IL-23-Kristallstruktur. (PDB-ID: 3D85). Durch Sequenzabgleich stellten die Forscher fest, dass 66,7 % der Peptide eine konservierte Erkennungssequenz enthielten: -WX1X2X3W-, die vermutlich ein Schlüsselfunktionsmotiv für die Bindung an IL-23R und die Blockierung seiner nachgeschalteten Signaltransduktion ist (eine repräsentative Sequenz ist in der Abbildung unten dargestellt). Anschließend bewerteten die Forscher die Hemmwirkung der Peptide auf die Bindung von IL-23 an IL-23R mithilfe kompetitiver ELISA-Experimente und identifizierten Peptid 23 (ein 12-mer-Peptid) als das aktivste Peptid, das die Bindung von IL-23 an IL-23R (IC50=0.85 µM) signifikant inhibierte.

Auf dieser Grundlage optimierte das Team die Struktur von Peptid 23, einschließlich der Verlängerung oder Verkürzung der C/N-Termini, des Ersatzes interner Aminosäuren durch saure/neutrale/basische Aminosäuren und Zyklisierungsmodifikationen. Kompetitive ELISA-Ergebnisse zeigten, dass die Verlängerung von Aminosäuren an beiden Enden von Peptid 23 nur geringe Auswirkungen auf dessen Hemmaktivität hatte, eine Verkürzung jedoch zu einer Verringerung der Hemmaktivität führte. Das Modifizieren der Ladungseigenschaften der „X“-Reste im Kernmotiv -WX1X2X3W- (z. B. Ersetzen negativ geladener Reste durch andere negativ geladene, polar ungeladene oder positiv geladene Reste) hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Hemmaktivität, was darauf hinweist, dass die Ladungseigenschaften der Reste in dieser Region keine Schlüsselfaktoren für die Bindungsaktivität sind. Der Ersatz eines der Tryptophanreste (W) in der Kernstruktur durch Phenylalanin (F) oder Tyrosin (Y) behielt seine Hemmwirkung, während der Ersatz durch Alanin (A) die Aktivität verringerte, was mit den Sequenzmerkmalen übereinstimmt, die aus früheren Phagen-Display-Screenings erhalten wurden.

Darüber hinaus schwächte die Verkürzung von Peptid 23.15 unter Beibehaltung der Kernstruktur -WQDYW-, obwohl das Kernmotiv erhalten blieb, seine inhibitorische Aktivität deutlich ab. Darüber hinaus führte die Einführung von Cystein (Cys) an beiden Enden zur Bildung eines zyklischen Peptids zu einer Aktivität, die mit der des linearen Peptids vergleichbar war; Die Reduzierung der Größe des zyklischen Peptids auf 7 oder 9 Peptide unter Beibehaltung der Kernstruktur schwächte jedoch seine Fähigkeit, IL-23R zu hemmen, erheblich.

In zwei nachfolgenden Patenten, die von MDL veröffentlicht wurden (US20130172272 und US20160039878), verwendeten Forscher die -WX1X2X3W--Kernstruktur als Gerüst und konstruierten und durchmusterten eine gezielte Peptidbibliothek mithilfe der Ribosomen-Display-Technologie (Peptidbibliothekssequenz: XXXWXXYWXXXX). Nach acht Screening-Runden wurden die Peptide basierend auf der -WX1X2YW--Struktur weiter unterteilt: Gruppe A enthielt -WVDYW-, Gruppe B enthielt -WQDYW- und Gruppe C enthielt Peptide mit anderen Kernsequenzen. ELISA-Aktivitätstests zeigten, dass Peptid Nr. . 2/7 in Gruppe A eine überlegene Aktivität im Vergleich zu Peptid Nr. . 23.19 aufwies, das im vorherigen Patent offenbart wurde. In kompetitiven ELISA-Tests hatte Peptid Nr. . 7 einen IC50 von 58,0 nM und Peptid Nr. . 2 hatte einen IC50 von 34,6 nM.

Anschließend wurden unter Verwendung von Peptid NO.2 und Peptid NO.7 als Ausgangspunkte drei zyklische Peptide entworfen und synthetisiert: 2HT-AA, 7-CC und 7HT-AA. Unter diesen wies das Molekül 2HT-AA, basierend auf der Kopf---zu---Schwanz-Cyclisierung von Alaninresten an beiden Enden des Peptids NO.2, die beste Aktivität auf (Struktur in der Abbildung unten dargestellt), mit einem kompetitiven ELISA-IC50-Wert von 8,1 nM und einer Reporteraktivität von 341,8 nM (Testmethode: IL-23 stimulierte eine DB Zelllinie, die mit einem STAT3-Reportergen transfiziert wurde, und die Hemmaktivität wurde durch Nachweis der Reportergenexpression quantifiziert. Dies stellte eine 4-6-fache Steigerung der Aktivität im Vergleich zum linearen Peptid dar. In In-vitro-Aktivitätstests hemmte 2HT-AA wirksam die IL-23-induzierte IL-17F-Sekretion in menschlichen Th17-Zellen in konzentrationsabhängiger Weise und blockierte die IL-22-Produktion in menschlichen PBMCs und Rattensplenozyten. Gleichzeitig regulierte dieses zyklische Peptid auch die IL-17F-mRNA-Spiegel in Rattensplenozyten herunter. Leider wurden trotz der vielversprechenden pharmakologischen Aktivität von 2HT-AA keine nachfolgenden Optimierungsberichte dieser zyklischen Peptidstruktur und ihrer Derivate durch MDL gefunden.