蛋白质药物的研究进展

蛋白质药物的研究进展

生命科学系07级生物科学（3）班魏海涛

摘要：蛋白质药物是生物技术药物中重要组成部分之一。由于其成本低、成功率高、安全可靠，已成为医药产品中重要组成部分。现就蛋白质药物研究的现状做一个综述。

关键词：蛋白质合成给药系统

近年随着化学合成和生物工程技术的迅速发展，大量的多肤和蛋白质药物不断涌现[1]，目前国内外此药物已批准上市的约50多种，处于早期或临床研究的也多达700多种[2]。所谓蛋白质经物，就是采用DNA重组技术或其他新生物技术生产的，在蛋白质水平对疾病进行诊断、预防和治疗的药物。

1蛋白药物的合成

1.1化学法合成蛋白质类药物

用化学法合成多肽主要依赖于固相肽自动合成仪，它是将氨基端被保护的第1个氨基酸的羧基结合到一个不溶性载体上，使之固定，然后脱掉该氨基酸的氨基端保护基，再将第2个氨基端被保护的氨基酸的羧基与固定的第1个氨基酸的游离氨基缩合形成不溶性二肽，如此反复进行，最后经化学降解和脱保护基后，从载体上脱落目的多肽。由于产率随每个氨基酸的缩合而递降，合成多肽的长度受到一定限制，一般在30～50氨基酸残基水平。目前，硫酯键介导的化学连接法已被成功地应用于较小蛋白质和蛋白质结构域的合成，其主要缺点是在连接位点需要特定的亲核性氨基酸残基。随着方法学的改进与发展，现在已经能够进行连续几个肽片断的连接，促红细胞生成素（EPO）变异体的合成就是一个成功的例子[3]。下面是用化学法合成的多肽与蛋白质。

表1化学法合成的多肽与蛋白质[4,5]

1.2化学—生物法合成蛋白质类药物

化学—生物法合成蛋白质主要是利用分子克隆与生物工程技术将化学合成的小片断经特定的介导途径连接于大片断上，例如蛋白质内含子介导法，该法既解决了生物法合成的蛋白质局限于编码氨基酸又能避免化学合成法受到片断大小限制。近年来，已成功地合成了一些多肽与蛋白质。

表2化学-生物法合成的多肽与蛋白质[6]

1.3利用(His)6标识辅助的蛋白类药物合成

最近有报道用(His)6标识辅助蛋白质合成的方法[(His)6tag-assistedprotein synthesis][5]。该方法既利用硫酯键介导又根据固相肽合成原理将2个或多个大片断缩合成多肽或蛋白质，并利用(His)6tag与Ni2+-NTA-树脂的亲和性快速纯化合成蛋白质。Bang和Kent利用该法合成了Crambin和Tetrat-rico peptide repeat（TPR）[7]。然而，利用亲和纯化柱，不可逆吸附是不可避免的，因而导致产率不够理想。

1.4蛋白质内含子介导法合成蛋白质类药物

蛋白质自剪接（protein self-splicing）是细胞内蛋白质生物合成中后转译水平上的一种加工过程，其主要元件是蛋白质内含子（intein）。自20世纪90年代蛋白质自剪接机理被阐明后[8]，为利用蛋白质内含子介导蛋白质的连接（intein-mediated pro-tein ligation,IPL）奠定了基础[9]。IPL不但可以连接化学合成的肽段，也可连接2个表达的大肽片断或蛋白质，大大拓宽了蛋白类药物制备的方法学。Arnold等[10]首次成功地探索了IPL法半合成含有124个氨基酸残基的RNase A。蛋白质内含子介导的蛋白质连接法在蛋白质的合成中具有重要意义：（1）它可以直接缩合大片段肽，而且产率高，从而使合成蛋白的大小远远超过蛋白子介导的蛋白质连接[9]了化学合成法；（2）通过该方法可以对蛋白质进行模拟转录后修饰，如糖基化、磷酸化等；（3）通过该法可在蛋白质中引入非天然序列，如非天然氨基酸残基、非天然辅助因子等；（4）对大分子蛋白进行分段连接与标记如荧光、同位素、生物素等，制备高分子质量标记蛋白质，可为N M R分析蛋白质构象提供样品。

2给药系统

2.1注射类给药

2.1.1普通注射剂

临床上采用的主要剂型。对于在溶液中较稳定的多肽,通过加入适当稳定剂及控制贮存条件可制成溶液剂。某些蛋白质(特别是经纯化后)在溶液中活性丧失,可考虑制成冻干剂。

2.1.2缓释、控释类注射剂

某些半衰期短的多肽,应用缓、控释技术可以有针对性地保护其免受外部环境的破坏,减少给药次数,延缓药物释放。多肽、蛋白质类药物的剂量一般很小,但需要长期给药,这就为缓释微球制剂的应用提供了机会。将多肽、蛋白质类药物包封于微球载体中,通过皮下或肌肉给药,使药物缓慢释放,改变其体内转运的过程,延长药物在体内的作用时间(可达1～3个月),可大大减少给药次数,明显提高病人用药的顺应性。该类注射剂包括可注射的埋植剂、微球注射剂、长效脂质体。

2.2非注射给药

2.2.1鼻腔给药

鼻腔内具丰富的毛细血管和淋巴管,上皮细胞薄且间隙大,因此,通透性高、吸收较好;鼻腔蛋白酶较胃肠中少,无肝脏首过效应。低分子量的小肽极易被吸收;对分子量较大的多肽,使用适合的吸收促进剂增加吸收。但鼻腔给药也存在局部刺激性和鼻腔堵塞、对纤毛的损害、剂量不易掌握等缺点。

2.2.2口服给药

口服剂型是人们比较容易接受,也是使用比较方便的剂型。长期以来,一直认为蛋白多肽类药物在消化道中难吸收且易被破坏,难以制成口服剂型。但是,蛋白多肽类药物的吸收以及生物利用度仍是口服途径给药需要克服的问题。经过近年来的研究,对天然聚合物进行结构改造后作为药物载体,联合应用酶抑制剂,具有生物兼容性的吸收促进剂的发现等各种技术的发展都为研制口服有效的蛋白多肽类药物提供了更大的可能性。

2.2.3肺部给药

蛋白质及多肽类药物肺部给药与其他黏膜给药相比,具有以下优点:①酶的活性较低;②吸收总表面积大(100m2);③有丰富的毛细血管网;④肺泡上皮细胞层很薄,只有0.1～0.2μm;

⑤气血屏障较小,只有0.5μm左右。但是,相对于注射途径给药,蛋白质及多肽类药物肺部给药系统的生物利用度仍然很低。为了提高这类药物的生物利用度,一般采用以下方法:①吸收促进剂;②酶抑制剂;③对药物进行修饰或制成脂质体。

2.2.4眼部给药

眼部给药简单、经济,起效迅速。一般认为多肽分子量小于5000的微克级,不需要吸收促进剂,大于6000的毫克级,则需要吸收促进剂,否则将达不到有效血药浓度。

2.3其他

其他的给药方法包括直肠、结肠、阴道、植入、经皮等方式(8),为延长作用时间、避免酶的破坏或达到某些特殊的要求,还可制成微球、纳米粒、纳米乳、聚乙二醇蛋白质结合物等。

2.3.1亚微粒载药系统

载药纳米微粒可被胃肠道派伊尔氏结大量吸收,微粒粒径越小越易被吸收。选用对pH值变化敏感和疏水性材料制作纳米微粒,可使纳米微粒在吸收前被免于降解。制成纳米粒后,不但注射的生物利用度提高,并且还可以口服给药。

2.3.2微乳及复乳

乳剂中的油相可能增加膜通透性。也可能是乳剂能够增加此类药物的淋巴转运,从而提高生物利用度。国外已有环孢菌素的微乳制剂上市。通常情况下,蛋白多肽类药物分子量大,难以通过消化系统的生物膜屏障,如肝脏的首过效应强;胃酸、消化道酶等对蛋白多肽类药物有破坏、降解或聚合作用,严重影响其稳定性。