多肽藥物

隨著生物技術與多肽合成技術的日臻成熟，越來越多的多肽藥物被開發並套用於臨床。因適應證廣、安全性高且療效顯著，多肽藥物目前已廣泛套用於腫瘤、肝炎、糖尿病、愛滋病等疾病的預防、診斷和治療，具有廣闊的開發前景。

基本介紹

• 中文名：多肽藥物
• 外文名：polypeptide drugs

一、相關概述

多肽是由多個胺基酸通過肽鍵連線而形成的一類化合物，通常由10~100個胺基酸分子組成，其連線方式與蛋白質相同，相對分子質量低於10000。多肽普遍存在於生物體內，迄今在生物體內發現的多肽已達數萬種，其廣泛參與和調節機體內各系統、器官、組織和細胞的功能活動，在生命活動中發揮重要作用。

近年來，利用現代生物技術合成的多肽藥物已成為藥物研發的熱點之一，其因適應證廣、安全性高且療效顯著，目前已廣泛套用於腫瘤、肝炎、糖尿病、愛滋病等疾病的預防、診斷和治療，具有廣闊的開發前景。

二、多肽藥物的來源

多肽藥物主要來源於內源性多肽或其他外源性多肽。

內源性多肽

即人體固有的內生性多肽，如腦啡肽、胸腺肽、胰臟多肽等。

外源性多肽

如蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蠍毒、水蛭素、竽螺毒素衍生物和蒼蠅分泌的殺菌肽等。

隨著現代生物技術與多肽合成技術的發展，某些活性多肽可通過計算機進行分子設計與篩選、並經人工合成而獲得。

三、多肽藥物的品種

較早上市的多肽類藥物主要是一些多肽類激素，如鮭魚降鈣素、生長抑素、人高血糖素、縮宮素等。隨著新藥研發的不斷深入，多肽藥物的開發已經發展到疾病防治的各個領域如抗腫瘤多肽、抗病毒多肽、多肽疫苗、細胞因子模擬肽、抗菌活性肽、診斷用多肽、減肥用多肽等。

四、多肽藥物的特點

多肽易於合成改造和最佳化組合，能很快確定其藥用價值

由於本身的特性，多肽從臨床試驗到FDA批准所需時間也比小分子藥物時間短很多，大約平均為10年。而多肽通過臨床試驗的機率比小分子化合物要高兩倍。多肽的特定優點使其在藥物開發中表現出特定的優勢和擁有臨床套用價值。

多肽半衰期一般很短，不穩定

多肽藥物在體內容易被快速降解，多肽製劑需要低溫保存，但是，通過改造修飾或者與其他材料組成穩定的複合物，可提高穩定性。相對大分子蛋白或抗體類，多肽在常溫下卻更穩定，用量更少，單位活性也更高。

與大分子蛋白相比，多肽化學合成技術成熟

多肽容易與雜質或副產品分離，純度高。而重組蛋白的質量、純度和產量都難以保證。重組蛋白也不能引入非天然胺基酸，不能在末端醯胺化，同時生產周期長，成本高。多肽一般比蛋白抗體類藥物成本低，但比很多小分子藥物的合成成本高。長鏈多肽的合成成本會更高，但是隨著科技進步，設備更新和工藝改善，小分子多肽的合成成本和商業成本已經大幅度下降，更加適合於臨床套用和市場開拓。

多肽藥物最大問題是不能口服

主要是因為易被降解和難穿越腸黏膜。但是，有各種可替代的其他給藥途經如皮下注射，鼻腔噴射。

有些多肽藥物和小分子藥物相比，用藥量更少、選擇性更強、特異性更好、作用效果更好、副作用更小。

許多小分子化合物在人體特定器官聚集，大分子蛋白或抗體會被網狀內皮系統和肝臟非特異性吸收，不可避免地導致不同程度的副作用，有的會很嚴重。多肽一般沒有副作用或者副作用很小，主要是小分子多肽降解後的產物為胺基酸，一般不會在特定器官組織中累積，容易通過肝和腎從體內很快被清除掉，因而，幾乎沒有異物代謝引起的毒理學問題。但是有些會因用量過大等原因而產生副作用或者因注射導致注射部位的炎症或其他反應。

多肽缺乏細胞膜滲透力，影響細胞吸收

多肽的分子大小、極性、親水性和帶電性等問題使之一般難以如小分子那樣穿越細胞膜，通過生理屏障，也不能穿過血腦屏障。但是有一類細胞滲透肽卻具有很強的細胞膜穿透力，因而被用作藥物載體來輔助這些藥物穿過細胞膜。同時，一些多肽可以用作非靶向特異性的小分子藥物的靶向載體，通過細胞表面的特定受體將藥物傳遞到受體特異性的特定靶點細胞如腫瘤細胞內。

五、多肽藥物的靶點

大多數多肽以細胞外分子為靶點

細胞外分子靶點主要是G蛋白偶聯受體（Gprotein-coupledreceptor，GPCR）。GPCR家族是最大的受體家族，已經確定的家族成員大約有800~1000個。GPCR在現代藥物開發中占據極其重要的地位，現代藥物約50%都是以GPCR為靶點。這些GPCR的共同特點是都有七個跨膜結構域。GPCR信號一般是通過細胞外的配體與這些GPCR相互作用，引起GPCR的構象變化，通過激活三聯體G蛋白調控GPCR下游的各種信號路經。GPCR家族中的一些受體在特定組織細胞內異常表達，調控人體正常的或者異常的生理功能，是藥物開發的潛在對象。一些GPCR的配體是小分子多肽，對這些多肽的改造和修飾成為多肽藥物開發的最主要方向之一。

少於10%的是以細胞內（intracellular）分子為靶點

六、多肽藥物的製備方法

提取法

有相當部分的多肽藥物是從動植物體內提取的，例如從豬胰腺中提取的胰島素。提取法獲得的多肽純度較低，且在生物體內多肽類物質含量甚微，提取過程中易引入動物致病菌或病毒，從而限制了其套用。所以，生物提取多肽技術已逐漸被化學合成法或基因重組技術所替代。

化學合成法

（1）多肽合成的保護劑

多肽由胺基酸組成，不論是生物體產生的天然多肽還是人工合成的多肽，都有不同胺基酸按照一定的順序以醯胺鍵連線而成。醯胺鍵則有一個胺基酸的氨基和另一個胺基酸的羧基脫去一分水形成。因此，多肽的化學合成重點在於在恰當的位置和時機活化或保護氨基、羧基。多肽的合成包括3個步驟：第1步，保護不參與反應的活性部分；第2步，活化羧基為活性中間體；第3步，對保護的基團進行脫保護。再經過高效液相色譜提純所要合成的多肽。

（2）多肽藥物的液相合成

多肽的液相合成主要在溶液中進行，有逐步合成和片段組合兩種策略。這兩種策略往往聯合使用。先用逐步合成法合成一些短的多肽片段。再用片段組合的方法將上一步所得的多肽片段連線成目標多肽。採用液相合成法方便快速，純度高，適用於目標多肽較短且需要大量合成的情況。

（3）多肽藥物的固相合成

固相合成法是將胺基酸的N末端固定在不溶性樹脂上，然後在此樹脂上依次縮合胺基酸。固相法已成為多肽和蛋白質合成中的一個常用技術。尤其是在合成長鏈多肽或蛋白質時，固相合成法表現出了經典液相合成法無法比擬的優點。

基因重組技術

自然界很多生物都能產生活性多肽，如哺乳動物的胰島素。但從動植物體內提取活性多肽需要大量原料，成本昂貴，不夠綠色環保。利用基因技術生產天然活性多肽解決了這一問題。重組技術是通過將多肽的基因序列構建到載體上，形成重組DNA表達載體，並在原核或真核細胞中進行多肽分子表達、提取、純化。此方法適合製備大於50個胺基酸組成的目的多肽，且較易獲得。隨著基因工程生產多肽的技術趨於完善，加快了基因工程類多肽藥物的研製及臨床套用的步伐。

酶降解法製備多肽藥物

生物體含有大量蛋白質，某些活性多肽可能是蛋白質中的某段序列，如果能將較為易得的蛋白質降解為所需多肽分子(可能為多種)，也能起到節約成本的效果。近年來，一些學者運用酶解法合成多肽。酶降解法往往需要尋找在特定結構處催化分解反應的酶，它可以高效地在蛋白質中所有相同結構處發揮作用。但此法往往得到一系列多肽，分離純化難度較大，因此不適於合成單一的多肽。此外，由於酶往往具有很強的特異性，有時需要切斷多種結構單元，則需要尋找多種酶，增加了該方法的套用難度和範圍。

七、多肽藥物的檢測方法

反相高效液相色譜法

高效液相色譜法已經成為藥物質量分析中最常用的方法，具有靈敏、準確、快速的特點，多肽類物質是由多個胺基酸通過肽鍵連線而成，有一定的疏水性，在反相色譜柱上有一定的保留，在反相高效液相色譜中能有效分離，現在多肽類藥物的有關物質分析大多採用高效液相色譜法。

毛細管電泳

除採用傳統的高效液相色譜法進行有關物質分析外，毛細管電泳用於多肽類藥物的分析也具有較大的優勢，毛細管電泳兼具有高壓電泳及液相色譜法的優點，與反相高效液相色譜法的疏水性的分離機制不同，存在多種分離模式，具有分析速度快，解析度高，樣品用量少，操作簡便，消耗少等特點。

高效液相色譜質譜聯用

液質聯用技術目前已經成為分離鑑定各種化合物的重要手段，MS是強有力的結構解析工具，能為結構定性提供較多的信息，作為理想的色譜檢測器，不僅特異性強，而且具有極高的檢測靈敏度。採用液質聯用進行有多肽類藥物有關物質分析時，可以在不得到純雜質的情況下，給出雜質的一級甚至多級質譜信息，從而獲得該雜肽的分子量及序列信息，為相關肽定性和結構解析提供依據。

高效分子排阻色譜法

高效分子色譜法是根據分子大小進行分離的一種液相色譜技術，常用於蛋白質多肽的分子量測定、生物大分子聚合物與分子量分布的測定和藥品中高分子雜質的測定。

八、多肽藥物的給藥系統

口服給藥系統

口服給藥途徑方便、簡單、易於被患者所接受，但多肽類藥物的口服給藥存在以下限制：①胃腸道降解；②相對分子量大，胃腸黏膜的穿透性差；③形成多聚體；④肝臟的首過代謝作用。一般多肽藥物的口服吸收率都小於2%，生物利用度極低，使得口服給藥成為生物技術藥物難度最大的給藥途徑。目前，蛋白多肽類藥物口服製劑研究的重點主要集中在尋找促進吸收、提高生物利用度方面。常採用的促進吸收、提高生物利用度的方法如下：

（1） 提高吸收屏障的通透性：加入促進吸收劑。

（2） 降低吸收途徑和吸收部位肽酶的活性：加入抑肽酶、桿菌酶等等。

（3） 分子結構修飾：防止降解。

（4） 延長作用時間：如採用生物粘附技術延長給藥製劑在吸收部位的滯留。

注射給藥系統

PEG化修飾

PEG化修飾是指聚乙二醇與多肽分子的非必需基團的共價結合而修飾藥物。增加藥物在水中的溶解度和穩定性，改變體內生物分配行為，增大相對分子質量，產生空間屏障，減少藥物的酶解，避免在腎臟的代謝和消除，並使藥物不被免疫體系細胞識別，從而延長藥物體循環時間[7]。

注射用微球

發展注射用微球的主要目的是為了達到緩釋效果。1986年法國Ipsen生物技術公司上市肌注曲普瑞林一聚丙交酯一乙交酯微球，此後又陸續生產了醋酸亮丙瑞林、布會瑞林和meterelin肌注微球，臨床上用於治療一些激素依賴性疾病，如前列腺癌、子宮肌瘤、乳腺癌、子宮內膜異位等。人體每月注射1次亮丙瑞林（75mg）微球治療前列腺癌時相當於每天注射1mg溶液劑。改變共聚物比例或分子量可得到不同持續時間的作用。

靜脈注射用脂質體

有報導將各種細胞因子如GM－CSF、IFN－r、IL－1、IL－2、IL－6等包埋於脂質體中，可經r-射線照射滅菌，低溫貯存3個月以上，靜脈注射達緩釋效果，並改變如IL－2等在體內的分布和蓄積特性，更易進入細胞發揮作用，提高受體敏感性。類似的用脂質體包理TNF－a也明顯提高其細胞毒活性，對非敏感的抗性細胞也有活性，表明脂質體對靶細胞有敏化作用。免疫脂質體的製備方法也同樣套用於生物技術藥物。

疫苗控釋製劑

一次接種疫苗以達到完全免疫、提高接種類、減低接種費用是世界衛生組織疫苗發展規劃的主要目標之一。進行的研究的疫苗控釋製劑主要是微球或其它微粒製劑，通過材料的選擇和包理程度，可控制疫苗釋放速度，如速釋及恆釋，脈衝釋放等。研究的疫苗包括類毒素疫苗如白喉、破傷風、氣性壞疽、霍亂等，病毒疫苗如B肝疫苗等、核酸疫苗及人工合成疫苗等。

其他給藥系統

多肽藥物的其他給藥途徑包括鼻黏膜、肺部、直腸、口腔黏膜、皮膚給藥途徑等。

九、多肽藥物的發展現狀

多肽藥物主要用於治療癌症、代謝紊亂相關的重大疾病，這些疾病相關的藥物擁有全球非常重要的市場。目前，總的來說，全球藥物市場上有大約60～70種多肽藥物，如索馬杜林（somatuline）、copaxone、諾雷德（zoladex）、sandostatin、促胰液素（secretin）、亮丙瑞林（leuprolide）、icatibant、雨蛙素（ceruletide）、比伐盧定（bivalirudin）、加壓素（vasopressin）、伐普肽（vapreotide）、普蘭林肽（pramlintide）、促腎上腺皮質激素（corticotropin）和桿菌肽（bacitracin）等等，有200~300種多肽藥物在臨床試驗中，有500~600種正在臨床前試驗中，更多的多肽藥物在實驗室研究階段。

可以預見，未來會有越來越多的多肽藥物獲FDA批准進入藥物市場。一些現有的多肽藥物已經擁有可觀的消費市場。有些藥物如格拉替雷和奧曲肽的全球銷量達到每年10億美元以上。治療骨質疏鬆的特立帕肽（teriparatide，forteo）和治療糖尿病的艾塞那肽也接近10億美元的年銷量。儘管如此，在近萬億美元的全球藥物市場中，多肽藥物的市場份額仍然非常小，每年市場不到200億美元，占全球藥物市場<2%。從另一方面而言，這剛好顯示出多肽藥物具有很廣闊的上升空間[4]。

十、前景與展望

隨著現代技術和設備的迅速發展使得多肽生產成本大幅度的下降，多肽藥物已進入黃金髮展階段。

（1）多肽化學、重組蛋白生產、酶法合成、生物有機化學等多學科多領域可能有更多的交叉和融合，利用各自方面的優勢來分工合作以解決上述諸多問題、提高效率和促進大規模化生產。

（2）生物重組技術的成熟，將更適合於大批量生產，尤其是有利於長鏈多肽的生產。生物信息技術將更好地預測多肽功能片段和可能的生物活性。

（3）新配方或輔助劑使多肽藥物在室溫下更加趨於穩定。長效多肽或者緩釋系統能使更少量的多肽藥物在更長時間內在人體內維持或者提高活性。

（4）口服給藥問題將會持續取得進展，最終得以解決。這種給藥方式將會給病人帶來最大便利，同時也會有助於大幅度擴大多肽藥物市場。

（5）多肽藥物（從大批量生產到純化、從幾個胺基酸的短肽到達數百個胺基酸的長肽）的生產、設備和工藝將來會有更顯著的提高。

（6）其他現代技術如生物信息學、系統生物學方法、噬菌體展示技術和基因重組技術將會進一步完善，新的技術和方法會不斷出現。

（7）新的多肽載體技術也將有助於擴展多肽藥物的開發和套用。這種多肽載體擁有高親和力、高靶向特異性和高穩定性等特點，而且生產工藝簡單，容易工業化。將非靶向的抗癌小分子藥物連線到多肽載體上，構成全新的受體靶向的多肽載體抗癌藥物。這些新的藥物通過其癌細胞表面的特定受體將藥物分子輸送到特定癌細胞內，增加特異性，減少副作用，提高靶向抗癌效果。

（8）除此之外，多肽也可以廣泛套用到其它方面。此外，其他傳統方面如藥物配方、藥物篩選、藥物輸送和化學修飾等方面的不斷進展都將會進一步提高人們對多肽藥物的期望值。