ICOTYDE 的诞生（1）：一个口服环肽如何从肠道稳定性开始

ICOTYDE 的诞生 · 第 1 篇

一个口服环肽，最初要解决的究竟是什么？

2026 年，ICOTYDE（icotrokinra）成为获 FDA 批准的口服 IL-23 receptor（IL-23R）拮抗剂。它是一条由 13 个残基组成、游离碱分子量约 1898 Da 的环肽，却能够口服给药并在全身发挥作用。只看故事的终点，人们很容易把整个项目理解为一次“大分子如何穿过肠道”的技术攻关。

但沿着公开专利向前追溯，会看到一个有些反直觉的起点：这条路线最早优先解决的，不是怎样让一个大肽大量进入血液，而是怎样让一个肽口服以后不被胃肠道迅速降解。

这两个问题并不相同。一个肽即使有机会穿过肠上皮，如果在胃液、肠液和蛋白酶面前很快解体，也不可能成为口服药物。反过来，一个分子如果能够完整地留在肠腔或肠组织中，即使系统暴露很低，也可能先成为局部作用药物的起点。Protagonist 最早的 IL-23R 项目正是沿着这条逻辑展开的。

靶点已经被验证，分子形式仍是难题

IL-23 是炎症性疾病中的重要细胞因子。它与由 IL-23R 和 IL-12Rβ1 组成的受体复合物结合，激活下游信号，维持与多种免疫炎症反应有关的细胞程序。抗体药物已经证明，干预 IL-23 通路可以产生明确的临床作用。换句话说，项目面对的主要问题不是“这个靶点值不值得做”，而是“能不能用一种适合口服的分子形式去阻断它”。

IL-23 与 IL-23R 的接触属于 protein–protein interaction。这样的界面通常比经典小分子口袋更宽、更平，能够提供给普通小分子利用的深腔和明确锚点较少。抗体可以用较大的结合面识别它，但必须注射；传统小分子便于口服，却未必能有效覆盖这类界面。

环肽处在两者之间。它比普通小分子大，能够展示更广的结合表面；环化又可以减少构象自由度，使关键侧链以更稳定的方式面对靶点。不过，这种尺寸和结构优势并不自动带来口服性质。肽键可能被蛋白酶切开，末端也可能成为降解入口，而胃肠道中的化学环境还会继续考验整个分子。

2014 年开始的路线，首先面向胃肠道

Protagonist 早期专利 WO2016011208A1 的优先权可以追溯到 2014 年 7 月。专利标题直接写明了“oral peptide inhibitors of IL-23 receptor”，所描述的分子最初主要面向炎症性肠病。其设计目标带有清楚的 GI-restricted 色彩：让化合物经口给药后在胃肠道保持活性、进入肠道组织，同时尽量减少循环中的暴露。

这决定了早期优化顺序。团队需要获得能够结合 IL-23R 的肽，但结合活性并不是唯一读数。候选物还要接受 simulated gastric fluid（SGF）、simulated intestinal fluid（SIF）以及人肠液等条件的稳定性检验。一个在结合实验中很强、进入肠液后却很快消失的分子，不是合格的起点。

Peptide 1185 的序列从哪里来？

Peptide 1185 不是由计算一次性生成的，也不是以最终序列直接从噬菌体库中筛出来的。早期专利说明，这一系列 IL-23R 抑制肽结合了 phage display 与 medicinal chemistry optimization。phage display 先在大量候选序列中寻找能够识别 IL-23R 的环肽骨架，得到有价值的结合 motif；研究人员再把这些初始结果带回化学实验室，逐个改变残基并测试活性和稳定性。

这条路线中有一个可以追溯的早期节点：Peptide 630。后来的研究明确指出，它源自针对 IL-23R 的 phage-display 工作。其序列已经包含经过化学改造的 Pen–Asn–Thr–Trp–Gln–Pen 环内核心，并在环外连接 F(4-OMe)、2-Nal、Aib 和 Glu–Asn–Asn。到了 Peptide 1185，Pen–Asn–Thr–Trp–Gln–Pen 这一核心被保留下来，环外的 F(4-OMe)、Aib 和 Glu 则分别换成了 F(4-2ae)、THP 和 Lys(Ac)。

这些变化说明 Peptide 1185 已经不是一个原始筛选命中物。Pen、2-Nal、F(4-2ae)、THP 和 Lys(Ac) 都需要通过化学合成引入，研究人员还要在 IL-23R 结合、细胞活性和胃肠稳定性实验中反复比较近邻结构。换句话说，phage display 提供了序列骨架和结合方向，药物化学则把这个起点逐步改造成了 Peptide 1185。

Peptide 1185：核心轮廓已经出现

在 Protagonist Therapeutics 后续公开的专利 WO2017011820A2 中，Peptide 1185 被明确列为 SEQ ID NO: 1185。其简化序列为：

Ac–Pen–Asn–Thr–Trp–Gln–Pen–F(4-2ae)–2-Nal–THP–Lys(Ac)–Asn–Asn–NH₂

其中两个 Pen 侧链之间形成二硫键，把 N 端附近的六个残基约束成 macrocycle。F(4-2ae) 表示带 4-(2-aminoethoxy) 取代的苯丙氨酸；2-Nal 是 2-naphthylalanine；THP 是以 tetrahydropyran 为骨架的非天然残基；Lys(Ac) 则是侧链乙酰化赖氨酸。分子的 N 端以 acetyl 封闭，C 端以 amide 封闭。

图 1. Peptide 1185：Protagonist 早期 IL-23R 环肽专利中公开的代表性化合物。两个 Pen 残基通过二硫键形成环。本图依据 WO2017011820A2 的专利页 305（PDF 第 307 页）及 SEQ ID NO: 1185，使用 RDKit 重新绘制。

Peptide 1185 值得关注，因为它已经把 Pen–Pen disulfide macrocycle、多种非天然或修饰残基，以及 N-terminal acetylation 和 C-terminal amidation 放在了同一分子中。它仍然是一条肽，却已经明显超出天然 20 种氨基酸通常能够覆盖的化学空间。

从早期轮廓到最终结构

Peptide 1185 之后，IL-23R 环肽项目仍经历了多代 medicinal chemistry。FDA NDA 220149 的质量审评确认，最终 icotrokinra 是一个 13-residue Pen–Pen cyclic peptide，游离碱分子式为 C90H120N20O22S2，分子量约 1898.17 Da。把两者并排，只需注意早期与最终结构之间存在清楚的 scaffold continuity；具体残基替换和 C-terminal redesign 留给下一篇讨论。

图 2. Icotrokinra 的二维结构。依据 PubChem CID 162462321 和 FDA NDA 220149 的公开结构信息，使用 RDKit 重新绘制，并与图 1 采用相同的核心骨架方向。本图只用于展示早期与最终结构的整体连续性；详细 SAR 见第二篇。

Peptide 1185 为什么已经不像一条普通肽？

Pen vs Cys：在二硫键旁增加位阻。 Cys 的含硫侧链是 –CH₂–SH；Pen 则在硫原子邻近的 β-carbon 上多出两个 methyl groups。这个 β,β-dimethyl substitution 是可以直接从结构确认的事实。由此增加的位阻会限制局部可访问构象、改变二硫键附近几何，并可能让蛋白酶更难容纳相邻肽键，但这些后果不能只凭结构写成必然结果。专利表 E9 提供了一组有信息量的近似 matched pair：SEQ ID NO.554 与 1028 的其余序列相同，主要差别是首位 Pen 换成 Cys；前者在 SIF 中的半衰期分档为 180–360 min，后者为 <60 min。这支持 Pen 在该骨架中能够贡献稳定性，但它不是 Peptide 1185 本身，也不能证明整个分子的 GI stability 由 Pen 单独造成。

两个 Pen 之间的 disulfide 又把 N 端六个残基闭合为 macrocycle。与自由的 linear peptide 相比，闭环减少主链可以采样的构象空间，可能降低形成 binding-competent conformation 时的熵代价，同时改变蛋白酶识别和接近肽键的方式。这里更准确的说法是“环化重塑了整个底物几何”，而不是“某个切点从此消失”。

2-Nal vs Phe：把一个苯环扩展为萘环。 Phe 提供固定大小的 phenyl surface；Peptide 1185 中的 2-Nal 是 2-naphthylalanine，不是 1-Nal。多出的稠合苯环扩大了疏水和 π-contact surface，也改变侧链外形。对于较宽的 protein–protein interaction 界面，这可能提供天然 Phe 无法覆盖的接触面积或 shape complementarity；专利没有证明它的单独作用是提高穿膜或口服吸收。

Phe / Tyr vs F(4-2ae)：把极性末端送到更远的位置。 专利将 F(4-2ae) 明确定义为 Phe[4-(2-aminoethoxy)]。Phe 主要提供芳香表面，Tyr 在 para position 提供较短的 phenolic OH；F(4-2ae) 保留 phenyl core，却以 –O–CH₂–CH₂–NH₂ 把一个极性、可离子化的末端延伸到离芳环更远的位置。它展示的不是简单“更亲水”或“更疏水”，而是芳香接触、侧链长度和极性基团空间位置可以被分别调节。

Lys vs Lys(Ac)：保留长度，重写末端电荷。 普通 Lys 的 –(CH₂)₄–NH₂ 在生理 pH 下主要质子化；侧链 N-acetylation 把它变成 –(CH₂)₄–NHCOCH₃，即一个中性 amide。侧链 reach 基本保留，但强碱性、净正电荷以及氢键供受体模式发生改变，也可能改变周围的酶底物识别环境。这里比较的是天然 Lys 与 Peptide 1185 中已有的 Lys(Ac)，不是把 Peptide 1185 的 Gln 与最终药物中的 Lys(Ac) 混为一谈。

THP 与端基封闭：天然氨基酸没有完全对等参照。 该专利把 THP 写作 4-amino-4-carboxy-tetrahydropyran：氨基和羧基位于含氧六元环的同一个 4 位碳上。它不是某个天然侧链的简单加长版，因此不强行指定一对一 comparator；明确可见的是，环骨架把 α-carbon 纳入六元环，减少普通侧链那样的自由旋转。Peptide 1185 还以 Ac– 封闭 N 端、以 –NH₂ 酰胺化 C 端，改变两个自由末端的电荷和 exopeptidase 识别环境。端基封闭是经典稳定化策略，但本文不把它的贡献与其他设计人为拆开。

图 3. 从天然氨基酸到 Peptide 1185 的扩展化学空间。Pen、2-Nal、F(4-2ae) 和 Lys(Ac) 分别改变局部空间限制、芳香表面、极性基团位置与电荷性质；THP 没有完全等价的天然氨基酸参照。图中展示的是结构事实及其合理药物化学意义，不表示每种修饰的单独贡献都已由 matched-pair 实验证明。

Peptide 1185 的意义因此不只是“含有几个非天然氨基酸”。Pen 改变局部空间限制，2-Nal 扩大芳香表面，F(4-2ae) 把芳香接触与延伸极性功能组合在同一侧链中，Lys(Ac) 则在保留长度的同时重新定义电荷和氢键。再叠加 Pen–Pen 环化与两端封闭，这条肽面对受体和蛋白酶时，已经不再呈现普通天然肽的化学与构象模式。

为什么胃肠道没有迅速把它消化掉？

WO2017011820A2 同族专利的表 E22 给出了 Peptide 1185 本身的定量结果：SIF、SGF 和 human intestinal fluid（HIF）中的半衰期分别为 33 h、12 h 和 24 h。这是本文讨论 GI stability 的直接实验依据，而不是从最终药物结构倒推出来的结论。专利同时报告 Peptide 1185 对 human IL-23R competitive-binding ELISA 的 IC₅₀ 为 2 nM，但稳定性与结合活性是两个不同读数。

胃蛋白酶并不是看到芳香残基就一定完成切割。酶需要识别周围序列、结合底物，并把特定 peptide bond 置于可催化的几何位置。Peptide 1185 的 macrocyclization、带位阻的 Pen、非天然芳香侧链、THP 和端基封闭共同改变了这种识别与定位过程。真实数据证明的是整个分子的稳定 phenotype；除上面的 Pen/Cys 近似 matched pair 外，专利没有把 33 h、12 h 或 24 h 分别归因于某一个残基。

但“活下来”还不是“成为药”

到 Peptide 1185 时，研究人员已经拥有一个高度 GI-stable、由多个非天然或修饰残基构成的 IL-23R cyclic-peptide scaffold，但它仍然不是最终药物。后续真正关键的问题，从“怎样让这条肽在胃肠道中活下来”，转向“怎样在保留稳定骨架的同时，把 IL-23R binding 与整体成药性质继续推到临床候选物水平”。系统暴露、通透性、剂量和食物影响则属于第三篇，不在这里提前展开。

下一篇：ICOTYDE 的诞生（2）：从 Peptide 1185 到 PN-235，为什么还要继续改？

下一篇将沿着 Protagonist 与 Janssen 的后续专利，比较 Peptide 1185、真实代表性中间结构与最终候选物的残基变化及 patent SAR。

科学来源

Protagonist Therapeutics, Inc. Oral Peptide Inhibitors of Interleukin-23 Receptor and Their Use to Treat Inflammatory Bowel Diseases. WO2016011208A1；Peptide Inhibitors of Interleukin-23 Receptor and Their Use to Treat Inflammatory Diseases. WO2017011820A2。Peptide 1185 见后者 SEQ ID NO: 1185。

Lay CS, Isidro-Llobet A, Kilpatrick LE, et al. Characterisation of IL-23 Receptor Antagonists and Disease Relevant Mutants Using Fluorescent Probes. Nature Communications. 2023;14:2882. https://doi.org/10.1038/s41467-023-38541-2

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