研发 | 蛋白及多肽类药物长效化技术的研究进展（上篇）
自 1953 年 Robert Bruce Merrifield 合成第一个具有生物活性的多肽起，多肽类药物的研究发展迅猛，国际上甚至还开展了针对多个受体的多肽类药物的研究。多肽药物的成药性高于一般化学药物，其生物活性高，特异性强，毒性反应相对较弱，在体内不易产生蓄积，与其他药物的相互作用比较少，与体内受体的亲和性比较好，在药物开发中被认为是十分有前途的生物大分子。鉴于此，许多医药企业加大了多肽药物的研发力度，特别是在肿瘤及糖尿病治疗领域，已有多个多肽药物上市，并取得了巨大的经济效益。然而，此类药物大多存在稳定性差、给药剂量小、体内半衰期短、生物利用度低等问题，尤其是治疗慢性疾病的蛋白及多肽类药物往往需要长期、频繁注射，不仅顺应性低，还可能导致其他不良反应的产生。例如，采用贝伐珠单抗（bevaci-zumab）治疗年龄相关性黄斑病变需要频繁进行玻璃体内注射，易于诱发白内障、视网膜出血和脱离等并发症。
为改善蛋白及多肽类药物稳定性、延长体内半衰期，使其长效化。目前主要分为两种方式，1是对蛋白质及多肽进行分子改造：通常采用氨基酸替代或环化、PEG修饰、融合长效化片段（与Fc融合、与人血清白蛋白融合）、缀合脂肪酸链等策略，并已有多款药物成功上市。2是通过制剂学手段改善蛋白及多肽类药物的吸收并使其长效化，能够有效缩短药品研发周期、降低药品研发成本。
1. 蛋白质及多肽的分子改造
1.1 氨基酸替代
蛋白及多肽类药物含有的某些代谢不稳定的氨基酸，会极大地影响药物的半衰期，因此取代这类代谢不稳定的氨基酸是延长药物半衰期的一种方式。生长抑素是一种多肽类药物，含有14个氨基酸，其体内半衰期非常短，只有2~3min，研究发现，通过将第8位的D-色氨酸用L-色氨酸取代可以增加作用时间，延长其体内半衰期。除一般氨基酸取代策略，将非天然氨基酸引进蛋白多肽类药物中也可以增加此类药物的稳定性、延长半衰期，目前已研究出多种将非天然氨基酸引入蛋白多肽中的方法。
1.2 环化
线性肽在治疗上受到代谢和构象稳定性差等因素的限制，可能损害其生物活性并影响半衰期，而环肽可以克服这些挑战，因为它们更能抵抗代谢降解且能被设计成所需要的构象。通过环化使多肽类药物获得稳定的刚性结构，是延长血浆半衰期的一种有效途径。环化法能够消除多肽链中带电荷的末端，防止氨基酸的酶解，改善药物代谢稳定性、膜渗透性甚至提高口服生物利用度。奥曲肽是天然生长抑素的环状八聚体合成类似物，其保留了生长抑素的关键Phe-Trp-LysThr部分（含有色氨酸残基），与生长抑素药理作用相似，但作用持续时间更长，在很大程度上延长了体内消除半衰期。
1.3 PEG化学修饰
化学修饰是蛋白多肽类药物常用的一种长效化技术，修饰的常用方法包括N-乙酰化和C-酰胺化，氨基酸链中氨基和/或羧基末端的化学修饰可以增强敏感蛋白多肽对蛋白水解酶的稳定性。例如BAX 855[PEG-重组凝血因子Ⅷ（rFVIII），rFVIII经聚乙二醇修饰后，可以减少注射频次，同时也保留了FVIII分子的功效。对原药N端氨基进行修饰目前已被广泛应用于多肽蛋白类药物的商业化长效技术，例如PEG化粒细胞集落刺激因子（PEGG-CSF）和PEG化白细胞介素-10（PEG-IL-10）早在2006年已申请美国专利，目前也已经有多种PEG化药物被批准上市。
1.4 通过基因手段与其他蛋白融合
融合蛋白与蛋白多肽类药物基因融合表达，能够增加药物的相对分子质量，降低体内肾清除率，可达到延长药物体内半衰期的目的。FcIII是一种13-merIgGFc结构域结合肽（IgGBP），通过融合蛋白结合血清IgG来增加蛋白质的体内半衰期，其与未融合修饰的蛋白质相比，半衰期增加了75倍。艾塞那肽被广泛用于治疗2型糖尿病，将艾塞那肽与人血清白蛋白（HSA）结合得到的融合肽显示出与天然艾塞那肽类似的促胰岛素分泌活性。皮下给药后艾塞那肽-HSA的药动学分析显示，其与艾塞那肽相比，血浆半衰期延长了4倍。此外，艾塞那肽-HSA在口服葡糖糖耐量试验中显示出显著改善的抗高血糖作用且增强了降血糖作用。通过基因融合技术提高蛋白多肽类药物稳定性，是目前蛋白多肽类药物长效化的良好途径。
1.5 糖基化
糖基化通常发生在核酸、蛋白质和脂质等大分子中，在炎症、免疫反应和细胞内转运等生物过程中发挥着重要作用。许多治疗性蛋白多肽类药物在体外进行糖基化后，其药动学和药效学特性可获得改善，此外，使用酶促或化学缀合方法的聚糖修饰还可促进蛋白质靶向疾病影响的组织。研究发现，对重组α-1抗胰蛋白酶（rA1AT）柔性N-末端区域进行N-糖基化修饰后，增加了rA1AT的循环半衰期，同时未改变其蛋白酶抑制活性。特异性血管活性肠多肽受体2激动剂（BAY55-9837）作为2型糖尿病的潜在蛋白质治疗剂，稳定性较差，体内半衰期较短，而将其与壳聚糖修饰的硒纳米颗粒（CS-SeNP）结合后得到的BAY-CS-SeNPs具有良好的稳定性，释放过程持续超过70h，累积释放达到78.9%。
1.6 钉合肽
钉合肽是近年来新出现的一种结构肽，因其结构十分稳定而受到研究者的关注。钉合肽是将肽“钉”成α-螺旋形状，获得优化的交联化学结构，通过交联“装订”赋予肽对蛋白水解降解的抗性并增强其半衰期。钉合肽代表了一种有前途的新方法，可用于调节细胞内蛋白质-蛋白质或蛋白质-DNA相互作用，并提供了瞄准细胞内靶标的机会。基于BIM BH3螺旋模型设计的碳氢化合物钉合肽，其可广泛靶向Bcl-2家族蛋白，从而触发促凋亡活性。研究证明，碳氢化合物钉合α-螺旋肽已成为一类新的肽治疗剂，此类钉合肽具有稳定的构象，能够提高药物的体内生物利用度。
参考文献：
[1]刘梦,于彭城,徐寒梅. 蛋白多肽类药物长效化技术研究进展[J]. 药学进展,2019,43(03):209-216.
[2]丁源,陈新,涂家生,孙春萌. 蛋白及多肽类药物长效化制剂学技术研究进展[J]. 中国药科大学学报,2020,51(04):433-440.
[3]庞丽然,贺丞,魏敬双,高健. 蛋白多肽类药物长效化技术研究策略[J]. 生物技术进展,2021,11(03):304-310.
作者简介：沙罗，中药研发工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，致力于中药新药的研究开发。
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