摘要:功能肽目前已经越来越广泛地应用于临床诊断和治疗中。本文分7个大类介绍了多肽类药物的主要研究内容、现状和发展方向, 并简要介绍了多肽药物的非注射给药途径的研究成果。多肽类药物的主要特点是用量小、生物活性强。通过生物表达和化学合成方法制备出的多肽类药物将在疫苗、抗菌、抗肿瘤、诊断用药等领域发挥出积极而重要的作用。关键词: 功能肽 多肽药物 诊断试剂近几十年来, 肽在人体中的作用已引起科学界的高度重视。大量研究结果表明, 蛋白质摄入后, 并不完全水解成氨基酸, 而是大部分以肽的形式吸收, 同时发现, 多肽被吸收的速度比同组成的氨基酸要快。多肽涉及人体的激素、神经、细胞生长和生殖等各个领域, 可被广泛地应用于医疗、卫生、保健、食品、、化妆品等方面。多肽类药物的主要特点是用量小, 生物活性强, 对癌症、自身免疫性疾病、记忆力减退、精神失常、高血压和某些心血管及代谢等疾病有显著的疗效和广泛的应用前途。随着医学及生化技术的发展, 多肽类药物将成为21世纪重要的诊断、监测、预防和治疗药。因此, 开展多肽药物的研究具有重要意义。 1 多肽类药物的研究 主要包括多肽疫苗、抗肿瘤多肽、多肽导向药物、细胞因子模拟肽、抗菌性活性肽、诊断用多肽及其它药用小肽等7大类。1.1 多肽疫苗20世纪人们发明了疫苗, 疫苗的出现有效地降低了人类传染病的发病率和死亡率。但传统疫苗是减毒或灭活病原体, 存在一定的毒副作用。随着分子生物学和免疫学研究的快速发展, DNA疫苗、基因工程疫苗、抗体疫苗等一些新形式的疫苗不断出现。20世纪 80年代Strohmaier等 [1] 发现口蹄疫病毒 (FMDV) 的146~154及200~213氨基酸肽段含有免疫性位点, 从而找到了一种新型的疫苗, 即肽疫苗。合成肽疫苗 [2] (synthetic peptidevaccine) 就是用化学合成抗原表位氨基酸序列法制备而成的具有保护性作用的类似天然抗原决定簇的多肽疫苗, 这种疫苗不含核酸, 是最为理想的安全新型疫苗, 也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。多抗原肽 (multiple antigen peptide, MAP) 是将病原微生物蛋白表面的多种T细胞或B细胞表位的氨基酸连接于树枝状的多聚赖氨酸骨架上而形成的一种具有独特三维空间结构的大分子疫苗。这种分子中含较多的抗原表位肽, 不需载体蛋白就能对机体诱导出较高的免疫应答。这种设计方法使疫苗的一个分子中能够包含多种特异性的表位, 能够很好地模拟表位构象, 可诱导更好的保护力 [3] 。多抗原肽疫苗已经用于人免疫缺陷综合症病毒 (HIV) 、口蹄疫 (FMDV) 和疟原虫等多种病原的保护性抗原分析和疫苗的分子设计。美国科学家Bittll等按照O型口蹄疫病毒VP1的核苷酸序列合成了7种寡肽, 将这些寡肽和钥孔血蓝蛋白 (KLH) 偶联, 然后混合于弗氏完全佐剂中, 制备成合成肽疫苗, 能够产生足够的抗体, 保护牛和猪不发病。该疫苗有B细胞表位 (VP1环) 和T细胞表位结合制备而成 [4] , 目前已经有将口蹄疫的O、A、C型口蹄疫病毒的保护性抗原决定簇偶联在同一载体上, 研制成功多价合成肽疫苗;Patarroyo等 [5] 研制的复合多价45肽疫苗SPf66, 是第一个成功的抗疟疾合成肽疫苗。脂肽疫苗 (lipopeptide vaccines) 是最近10多年来才开发出的一种多肽疫苗, 它是将具有佐剂活性的脂质分子共价连接于抗原多肽链而制备成的。这种疫苗不需其它佐剂就能诱导机体产生广泛的免疫应答, 而且没有佐剂的副作用, 是一种很有应用前景的疫苗设计方法 [6~8] 。例如, 用脂肽P3C (lipopeptide tripalmitoyl-S-glyceryl cysteine, P3C) 核心作为内源性佐剂, 将蛋白的T细胞表位和B细胞表位与水溶性的脂肽P3C通过肟键连接制成四分枝的聚肟疫苗 (polyoxime vaccine) , 在没有任何外源性佐剂的情况下即具有良好的免疫原性 [9] 。1.2 抗肿瘤多肽目前对肿瘤患者常见的化疗和放疗手段往往导致严重的副作用, 因此寻找高效、低毒的抗肿瘤药物是目前的热点之一, 而新型的多肽药物恰恰具备了这些特点。小分子多肽广泛存在于自然界, 并可通过人工方法合成, 由于其具有相对分子质量 (Mr) 小、活性高、毒性低的特点, 在肿瘤的临床治疗上有重要的价值。肽类药物的资源数量巨大, 利用提取、化学合成、噬菌体展示技术和蛋白酶降解可得到各种不同的肽 [10] 。如: 易杨华等 [11] 从棕色扁海绵 (PhakelliafuscaThiele) 的乙醇提取物中获得1个新的Phakellistatins类环肽化合物, 为1个环状七肽 (Pro1-Gly-Phe-Pro2-Trp-Leu-Thr) , 该化合物具有抗肿瘤活性, 其潜在的应用前景正在评价之中, 这是首次从产于我国海域的Phakellia属海绵动物中分离获得此类化合物, 对这些活性成分的研究为今后药用资源的开发和新药研究奠定了基础; 1981年Rinehart等 [12] 首次从海鞘Trididemnum solidum中分出并测定了环肽Didemnins A, B和C的结构, 证实了它们具有抗肿瘤、抗病毒的活性, 其中Didemnin B的活性最强, 既能抑制蛋白质的合成, 也能抑制DNA、RNA的合成, 对黑色素瘤Bl6细胞周期作用的研究表明, 它可杀伤各种周期细胞, 尤其是对G1至S期细胞敏感。人们又以合成、半合成或从其他海鞘中分离等多种方式得到了许多Didemnin的同系物。对多达42种Didemnin类化合物进行的结构与功能的对比研究表明, 天然环肽核为其生物活性所必需, 而对侧链的化学修饰则会明显地影响其活性强弱。如第二代Didemnin——脱氢Didemnin B的体内外抗肿瘤活性比Didemnin强许多, 目前脱氢Didemnin B已进入临床研究; Kathleen等 [13] 人工合成了与ANUP的N端同源的2个多肽, A序列为: ELKCYTCKEPMTSASCRTIT, B序列为: py-roELKCYTCKEPMTSASCRTIT, 裸鼠实验表明, 它们对人宫颈癌细胞Hela的抑制率达到70%, 鸡胚胎尿绒毛膜试验 (chickchorioallantoic membrane assay, CAM) 结果表明, 这2个多肽都具有抑制血管生成的作用。1.3 多肽导向药物在肿瘤的药物治疗过程中, 化学药物在体内扩散后, 不仅作用于肿瘤, 还作用于健康的组织和器官, 因而在杀伤肿瘤的同时, 也给机体带来了很大的副作用, 最终影响对肿瘤的治疗效果。而利用特异性作用于肿瘤组织或器官的结合分子能解决这个问题, 从而改善抗癌药物的传递系统, 也只有提高药物导向的特异性, 才能实现治疗的针对性和安全性 [14] 。传统的导向治疗是以单克隆抗体为导向载体的, 目前仍然存在着没法克服的缺陷。而利用噬菌体展示技术构建的随机肽库可用于确定靶细胞的特异性结合肽, 即通过确定表达在不同肿瘤细胞和组织器官上特异性分子的结合肽, 并以此结合肽为载体与药物相联, 这样可以有效地提高定向传递治疗药物的能力。噬菌体随机肽库技术是从20世纪80年代开始发展起来的一种新兴的分子生物学技术, 是将大量随机合成的肽段与噬菌体外壳蛋白融合表达并展示于噬菌体表面, 这种由表面表达有各种外源肽段的噬菌体就构成了随机肽库。用特定的靶分子通过亲和淘洗, 能够高效、快速、简便地从噬菌体随机肽库中筛选到与特定靶分子结合的噬菌体肽, 大大简化了蛋白质表达的筛选和鉴定。其中筛选肿瘤特异性结合肽, 与药物偶联后用于肿瘤导向治疗是一项重要内容。例如, Thom-sen-Friedenreich抗原 (简称T抗原) 是暴露在大多数原发性癌细胞表面的一种糖抗原, 属肿瘤相关抗原, 它们与肿瘤细胞的聚合和转移直接相关。1997年Peletskaya等 [15] 利用表面融合有T抗原的糖蛋白对2个噬菌体随机肽库 (15肽) 进行了亲和筛选, 并筛选到许多能与糖基识别位点结合的多肽, 而且这些多肽都有1个共同的富含芳香族氨基酸的基序 (W-Y-A-W/F-S-P) 。用化学合成方法合成了其中4个多肽, 发现这4个合成多肽都与结合在牛血清白蛋白上的T抗原有高度的特异性和亲和性, 其中2个多肽P30和P10能够在体外抑制黑色素瘤细胞的聚合。又如人肿瘤相关抗原TAG72是一种上皮细胞的粘蛋白, 常与人多种肿瘤相关, 可被单抗B72·3所识别。Gui等 [16, 17] 用纯化的TAG72抗原对随机肽库 (6肽和10肽) 进行筛选, 最后筛选到多个具结合活性的噬菌体肽克隆, 而且它们与TAG72抗原上的识别位点不同于该抗原与单抗B72·3的位点。进一步发现了其中有1个10肽HYVSIELPDH和1个6肽ARTLRF与TAG72抗原结合活性最强, 且能优先结合表达有TAG72抗原的结肠癌组织, 具有潜在的开发价值。另外Kupsch等 [18] 利用细胞ELISA和荧光标记的方法, 从噬菌体肽库中成功地筛选到2个肽B3和B4, 这2个肽段能够特异性地与黑色素瘤细胞结合, 而不与人外周血单个核细胞结合, 经免疫组化鉴定与正常组织无交叉反应, 而在肿瘤细胞上高水平表达有与B3和B4特异性结合的分子, 这使肿瘤导向治疗成为可能。同样Poul等 [19] 用乳腺癌细胞从噬菌体肽库中经过3轮淘洗, 得到了3个能够特异性地与SKBR3以及其他肿瘤细胞结合、而不与正常细胞结合的噬菌体肽。经过分析发现, 其中2个噬菌体肽 (F5和C1 ) 是与ErbB2结合, 另1个噬菌体肽 (H7 ) 是与转铁蛋白的受体结合, 而且F5和H7都能经内吞作用进入肿瘤细胞, F5能诱导通过ErbB2受体的下游信号传导; H7可抑制转铁蛋白与其受体的结合从而抑制细胞的生长。这些结果表明, 通过噬菌体肽库能够筛选到通过肿瘤细胞内化从而进入细胞内部的肽。这为肿瘤导向治疗以及抗肿瘤药物的研究提供了基础。1.4 细胞因子模拟肽具有刺激造血生物学活性的细胞因子通过参与机体造血网络的调控, 在造血细胞的增殖、分化、成熟及程序性死亡过程中发挥着至关重要的作用。除了在维持机体造血功能方面具有无可替代的作用外, 细胞因子临床应用已取得令人瞩目的效果。然而, 在应用细胞因子的过程中, 一个不容忽视的重大问题就是毒副作用以及现有的给药方式, 这无疑限制了许多细胞因子生物学效应的充分发挥。为此, 近年来国际上有些学者对红细胞生成素 (EPO) 和血小板生成素 (TPO) 等细胞因子的模拟肽类/非肽类小分子进行了深入研究, 以寻求理想、高效、安全、更佳的给药途径和临床适应证更广的新型药物 [20] 。如Cwirla等 [21] 发现利用噬菌体表面展示技术已筛选出的短肽序列与TPO亦不存在同源性, 其核心序列分别为:VRDQLXXXL, TLREWL及GCXLXXWXXGXC [22] 。但模拟TPO活性的短肽片段表现出与天然TPO相似的生物学效应。在体外研究中, 短肽表现出与受体具有很高的亲和力, 并刺激具有hTPOR的Ba/F3细胞系增殖。进一步用PEG修饰或化学偶联短肽形成短肽二聚体后, 其比活力能显著提高, 如在刺激Ba/F3 hTPOR细胞系增殖和CFU-Meg增加实验中, 0.1~6 nmol/L浓度的AF13948和rhTPO具有相当活性;在促进巨核细胞扩增和成熟中也发挥重要作用;同时该短肽诱导的信号转导途径亦与TPO相同, 都通过JAK2/STAT5磷酸化完成 [23] 。不仅如此, 短肽在体内刺激造血过程中亦产生显著效应。小鼠在接受该短肽250 μg/kg剂量注射后, 骨髓、肾脏中的巨核细胞明显增多, 其增加率达80%, 有效地刺激了血小板生成。此外, 人们对另一种经过PEG修饰的短肽GW395058 (GW) 功能也进行了比较透彻的研究, 如其在体外能刺激具有TPO受体的Ba/F3细胞系增殖, 并在CFU-MK实验中具有与rhTPO相同的集落形成活性 [24] 。在小鼠体内则具有较长的血浆半衰期, 且发挥刺激效应, 促进巨核细胞增加, 加速照射后的血小板恢复。在大动物体内也获得同样效应, 如经卡铂抑制造血机能的比格犬, 在接受肌内或皮下注射GW后, 血小板的恢复明显加快。更为重要的是研究中并未发现该短肽具有临床和造血系统的药物相关的毒性反应, 提示其在降低化疗造成的血小板减少和治疗血小板减少症方面具有一定的临床应用潜力 [25] 。此外, 用GW免疫BALB/c小鼠和兔后, 动物体内血小板数在上升3~4倍时, 并未检测到类似临床使用TPO所遇到的机体内产生TPO中和抗体的问题, 由此证明该短肽对动物不产生免疫损害, GW作为抗原被免疫监视系统识别的可能性极低, 这为临床实验安全性提供了可靠依据, 即短肽诱生的抗体与内源性TPO不会发生免疫应答 [26, 27] 。1.5 抗菌性活性肽抗菌活性肽是由瑞典科学家 Boman 于 1972 年首先发现, 1980年 Hultlmark 等分离纯化的, 分子质量约为 4 ku 的碱性多肽。现在发现抗菌肽广泛分布于细菌、昆虫、植物、两栖动物、哺乳动物中 ( 包括人) , 具有广谱杀菌、抑病毒、抑杀肿瘤细胞等活性, 还能加速免疫和伤口的愈合过程 [28] 。罗刚等 [29] 从猪白细胞中分离防御素, 用RT-PCR 方法获得 β-防御素基因, 经IPTG 诱导后以融合蛋白形式表达。谢维等 [30] 根据已知家蚕CMIV 的氨基酸序列, 选用大肠杆菌偏爱的密码子, 首次合成了家蚕抗菌肽 CMIV 基因, 并将其克隆到含金黄色葡萄球菌 A 蛋白与 IgG 亲和结构域 ZZ 的融合表达载体中, 得到 PEZZ318.CM4 质粒, 以此质粒转化大肠杆菌 HB101, 得到 ZZ- CM4 融合蛋白的表达, CNBr 切割裂解后, 重组 CM4 有较强的抗菌活性并对肿瘤细胞 U937 和 K562 有抑杀作用。温刘发等 [31] 通过在 50 L 发酵罐培养中间试验, 在优化发酵条件后, 用甲醇诱导启动醇氧化酶启动子而成功表达抗菌肽基因并分泌抗菌肽到菌体外, 培养液中抗菌肽的杀菌活力达 5 000 IU/mL。进一步改进培养基配方, 发酵生产周期可缩短到24 h。杀菌活力达5 600 IU/mL。吕国才等 [32] 对 α- 防御素抑制HepG2 215 细胞 HBV 表达进行研究, 得出结论是α-防御索在体外能有效地抑制 HBV 表达, 提示它在抗乙型肝炎病毒中有较大的应用前景。1.6 诊断用多肽多肽在诊断试剂中最主要的用途是用作抗原检测病毒、细胞、支原体、螺旋体等微生物和囊虫、锥虫等寄生虫的抗体, 多肽抗原比天然微生物或寄生虫蛋白抗原的特异性强, 且易于制备, 其检测抗体的假阴性率和本底反应都很低, 易于临床应用。现在用多肽抗原装配的抗体检测试剂包括:甲、乙、丙、庚肝病毒、艾滋病病毒、人巨细胞病毒、单纯疱疹病毒、风疹病毒、梅毒螺旋体、囊虫、锥虫、莱姆病及类风湿等。使用的多肽抗原大部分是从相应致病体的天然蛋白内分析筛选获得, 有些是从肽库内筛选的全新小肽 [33] 。心力衰竭是很多心血管系统疾病的最终转归, 近年来很多研究结果发现心力衰竭患者血浆心脏利钠肽类激素 (cardiac natriuretic hormone, CNH) [34, 35] 浓度与超声心动图的很多参数又有很好的相关性, 且能较好的反映心脏功能状态, 因而被认为是一种有效的心功能评价手段。1.7 其它药用小肽小肽药物除在上述几大方面已取得较大进展外, 在其它很多领域也取得一些进展。比如Stiernberg等 [36] 发现一个合成肽 (TP508) 肽能促进伤口血管的再生, 加速皮肤深度伤口的愈合。Pfister等 [37] 发现一个小肽 (RTR) 能防止碱损伤角膜内炎症细胞的侵润, 抑制炎症反应。Carron等 [38] 证实其筛选的2个合成肽能抑制破骨细胞对骨质的重吸收。 2 多肽药物给药途径的研究 蛋白质多肽类药物相对于一般的西药来说稳定性较差, 其稳定性易受温度、pH值等的影响, 在体内易降解, 半衰期短。这些特殊性使得该类药物的主要临床应用剂型为注射剂, 但是注射剂, 尤其是对于胰岛素等需频繁给药的药物来说, 不仅患者的依从性差, 并且副作用也大。因此, 相对于注射制剂, 蛋白质多肽类药物的口服、经呼吸道以及经皮肤或黏膜给药制剂更具优越性 [39, 40] 。2.1 口服给药途径胃肠道对蛋白质多肽类药物的低吸收及其中的酶对药物的降解是口服给药面临的两个最大障碍。因此, 寻找合适的吸收位点, 避免胃肠道的酶降解作用以及肝脏的首过效应是解决问题的关键。除对药物的结构进行化学修饰, 加入吸收促进剂、酶抑制剂等方法外, 脂质体、微囊、微球、纳米粒、乳剂等微粒给药系统也可有效地促进药物经胃肠道吸收入血液循环, 提高蛋白质多肽类药物口服的生物利用度。2.2 呼吸道给药途径制备蛋白质多肽类药物鼻腔制剂的关键在于克服鼻腔纤毛的清除作用、鼻黏膜中3种氨肽酶 (氨基肽酶N、氨基肽酶A、氨基肽酶B) 对肽类药物的降解作用以及选择何种剂型以使药物在鼻腔内合理的分布。促进蛋白质多肽类药物鼻黏膜吸收的方法包括:应用吸收促进剂、酶抑制剂、对肽类药物进行化学修饰或制成前体药物, 以及使用大分子载体以促进药物的吸收。肺泡吸收面积很大, 血液循环丰富, 其上皮细胞的通透性很高, 肽类水解酶的活性也很低, 而且还能避免肝脏的首过效应, 这些都有益于多肽类药物的吸收。目前粉雾剂是肺部给药的主要剂型。2.3 经皮给药途径蛋白质多肽类药物经皮给药必须克服皮肤角质层牢固的屏障作用, 对药物成分进行处理、修饰或瞬间提高皮肤渗透性以及各种绕过或清除最外层皮肤的方法都可促进药物进入皮肤。目前应用较多的一种技术为离子导入技术 [41] 。即借助电流控制离子化药物释放速度和释放时间, 并促进药物进入皮肤。电流电压、皮肤阻抗、离子强度等因素都可影响药物离子电导入, 而将离子导入技术与电致孔、超声导入技术以及化学促渗剂相结合则能较好地解决以上问题。 3 展望 随着生物技术和遗传工程领域的迅速发展, 人们可以在短期内合成更多的多肽药物, 因此多肽药物在不久的将来可能取代越来越多的现存药物。我国政府对多肽药物和诊断试剂也非常重视, “十五”期间已将多肽药物和诊断试剂列为了生物医药研究的重点方向之一, “十一五”期间将继续加大此方面研究的投入。相信在未来几年里将会有大量的多肽药物和试剂进入临床试验。免责声明:本文为行业交流学习,版权归 原作者所有,如有侵权,可联系删除。返回搜狐,查看更多