Folate

前言：RDC药物的兴起 1905年，居里夫人使用镭针进行第一例放射性同位素插入治疗，自此揭开核药发展的序幕，因各种局限因素，核药发展百年却波澜不惊。直到2018年和2022年诺华的两款重磅放射性核素偶联药物（Radionuclide Drug Conjugates, RDC）产品Lutathera 、Pluvicto获批上市，展现了优异的疗效以及快速的商业化放量，全球越来越多的的MNC将资源投入到核药的开发上，RDC药物作为核药赛道新星冉冉升起。 RDC药物的结构和分类 在药物结构[1]上，RDC药物主要由靶向配体（Ligand）、连接子（Linker）、螯合物（Chelator）和放射性核素（Radioisotope）构成。 图1.RDC药物结构 图片来源：imagingprobes 2016年以来，FDA共批准了9款RDC药物，涉及6个新分子实体，诺华表现突出。目前在研药物的热门靶点集中在生长抑素受体（SSTR）、前列腺特异性膜抗原（PSMA），靶向配体都是肽类，主要适应症为神经内分泌肿瘤、前列腺癌，最常用的螯合剂为DOTA、HBED-CC。 表1.2016年后FDA批准的RDC药物（点击查看大图） 数据来源：FDA，药智咨询整理 1.放射性核素Radioisotope 放射性核素是RDC药物的主要活性成分，通过核衰变放出电离辐射（如α射线、β射线、γ射线等）实现治疗目的。根据核素用途可分为诊断型核素和治疗型核素[2]，诊断型核素主要包括两类：一类是以¹⁸F、⁶⁸Ga和¹²³I为代表的发射正电子的核素，常用于PET-CT；另一类是以⁹⁹mTc和⁶⁷Ga为代表的发射γ射线的核素，常用于SPECT-CT。治疗型核素则以发射α射线的²²³Ra、²²⁵Ac以及发射β射线的⁹⁰Y、¹³¹I、¹⁷⁷Lu、⁹⁰Sr为代表。 选择放射性核素用于靶向治疗需考虑粒子能量、稳定性和半衰期等因素，多项研究表明，理想放射性核素必须具有以下基本特征[3]： 放射性核素必须释放低于40 keV的能量。 光子与电子的发射比不应超过2 units。 为了产生“医学”放射性核素，子代放射性核素必须稳定且半衰期大于60 days。 放射性核素的理想半衰期应为30 min - 10 days，以便为患者提供后续养护和治疗计划。 α粒子具有较短的路径长度(50-80微米)和大约100 keV/微米的高线性能量转移。 试剂盒或合成剂形式的放射性药物必须能够尽快将放射性核素纳入载体基质中在患者体内发挥作用。 2.连接子Linker+螯合剂Chelator 连接子和螯合剂是连接靶向配体与核素的桥梁，连接子负责连接靶向配体和螯合剂，螯合剂负责在到达肿瘤细胞前稳定放射性核素。与ADC需要与细胞表面受体结合并需要高效的内吞效率不同，RDC不需要细胞内吞，Linker也不需要定点断裂。相比ADC复杂的Linker设计如水溶性、可降解、旁观者效应改造等，核药产品的Linker和螯合剂创新空间有限，侧重点在于开发更理想的化学选择方法将螯合剂与配体结合。 表1.常见螯合剂及适用核素[4] 螯合剂 适用核素 螯合剂 适用核素 DOTA 111In,86/90Y,44/47Sc,212/213Bi,68Ga,177Lu TETA 64Cu DTPA 111In,90Y,177Lu,64Cu,68Ga H4octapa 111In，177Lu NOTA 68Ga，64Cu HYNIC 99mTc，186Re NETA 177Lu,90Y,205/206Bi Sar bicyclic chelators 64Cu 数据来源：参考文献4 3.靶向配体Ligand 靶向配体起到精准定位的作用，引导放射性核素到达靶标。RDC最常用的靶向配体[5]包括抗体、多肽、核酸、小分子和纳米粒子(NPs)修饰等，不同的配体选择具备不同的体内行为特征和优缺点（图2）。根据靶向配体的不同类型，RDC可分为抗体偶联核素药物（antibody radionuclide conjugates，ARC）、多肽偶联核素药物（peptide radionuclide conjugates，PRC）和小分子偶联核素药物（small-molecule radionuclide，SMRC）等，其中PRC是目前的热门研发方向。 图2.靶向配体主要类别及优缺点[5] 图片来源：参考文献5 （1）抗体类 目前可以应用于RDC的抗体及抗体片段类型[6]包括免疫球蛋白单克隆抗体、微型抗体、双抗体、单域抗体、纳米抗体、替代的非抗体蛋白支架、双特异性抗体等。抗体作为核素配体具有高亲和力和特异性，但全长抗体分子量较高，其药代动力学缓慢，在实体瘤内的扩散率低。经过改造得到的抗体片段（Fab片段、单链抗体、纳米抗体等）分子量更小，可以改善实体瘤治疗的药代动力学，但是稳定性降低，在健康组织中表现出显著的非特异性积累（肾脏毒性等）。 图3.不同抗体类配体的RDC药物体内行为特征 图片来源：参考文献6 （2）多肽类 多肽核药的发展可以追溯到20世纪90年代，随着对药物多肽分子的研究不断深入，大量数据表明,多肽是一类理想的核素药物靶向分子,其优势主要表现为[7]：①分子量适中,对靶标蛋白具有较高亲和力(亚纳摩尔级别)和专一性，耐药性发生率低；②免疫原性低，组织穿透能力强；③药物代谢性质优异，血液清除快，肾−膀代谢占主导；④合成修饰简单,成本优势明显。诺华核药Lulathera和Pluvicto都是采用的多肽靶向分子，目前围绕多肽靶向配体进行核药开发已经成为全球核药行业的潮流和共识。 但是基于传统的多肽修饰策略改造方式，如D-氨基酸替换、非天然氨基酸插入、N端修饰、钉书化、大环肽、PEG修饰、脂质修饰等，在创新性和效率方面存在不足，难以筛选到亲和力强的分子，异源二聚体肽(靶向不同受体)和双环肽等新型多肽分子有望得到进一步优化。此外，传统策略中多肽靶向分子主要来源于天然多肽的类似物或改性产物，未来面向新靶标蛋白的多肽配体筛选将是多肽核药创制面临的共同挑战。发展靶向多肽高通量筛选技术和人工智能筛选技术[8]（图4），如DNA编码化合物库、噬菌体展示、RNA展示和One-Bead-One-Compound(OBOC)等，或许能为上述难题提供有效的解决方案。 图4.A：传统多肽修饰技术；B:多肽高通量筛选技术 图片来源：参考文献7 （3）小分子类 小分子类靶向配体[9]主要是使用天然来源配体的衍生物，如靶向叶酸受体的叶酸衍生物、靶向前列腺特异性膜抗原的谷氨酸脲衍生物、靶向生长抑素受体的生长抑素类似物等。优势是体积小、低免疫原性，可以快速穿透肿瘤并从非靶组织中快速清除，从而降低毒性。然而小分子配体的递送效率较低，主要是因为它们的高迁移率（可诱导脱靶效应）和小尺寸（需要分子接触才能表现出组织特异性）。例如，尿素、叶酸等小分子在组织中表现出高扩散系数以及高膜转运，可以促进它们在脱靶器官中的生物分布；然后通过增强核素在目标部位的保留而不是将核素主动导航到目标组织来介导靶向，很大一部分配体可能从一开始就永远不会接近靶标，如果核素的半衰期较短和/或在肝脏等高度灌注器官中代谢，则更具有挑战性。 （4）核酸类 核酸类放射性核素配体包括反义寡核苷酸(ASO)和核酸适体。目前，放射性标记ASO[9]已经取得了一系列成功，如2016年Kang等人成功制备99mTc放射性标记的anti-miRNA-155(AMO-155)寡核苷酸。但ASO配体存在体内稳定性差的问题，许多科研团队正在探索更有效的策略改善ASO的靶向传递。例如采用细胞穿透肽基纳米探针，优化标注方法，应用核酸类似物反义肽核酸(PNA)，使用RNA介导的预靶向，利用寡核苷酸功能化的NPs等。适配体[10]也是一种极具潜力的放射性药物配体，它由功能性RNA或单链DNA组成，可以产生独特而多样的三级结构，以高亲和力和特异性与靶标相互作用。 （5）纳米粒子类 在核医学中用于治疗和诊断的有机NPs基本上有五大类[6]：①脂质体②基于白蛋白的NPs③核酸驱动物④聚合胶束和⑤聚合NPs。无机NPs包括金NPs、二氧化硅NPs和碳基NPs。它们本身作为放射性核素载体在癌症治疗中的应用已被广泛讨论，由于纳米颗粒的高表面积与体积比，可以实现高放射性标记产量。此外，纳米粒子的表面可用一个或多个靶向配体进行修饰，与跨膜受体的特异性结合改善了放射性向靶组织的输送，从而提高治疗效果（图5）。 图5.用于放射性药物的有机NPs及放射性标记策略 图片来源：参考文献6 RDC的作用机制 通常RDC药物经静脉给药，药物随着血液循环与肿瘤细胞表面抗原或微环境中的蛋白结合，通过内化或吞噬作用，无需内吞即可发挥药效。RDC的作用机制和治疗效应有3种模式[11]： （A）直接损伤。靶向配体特异性结合肿瘤表面的膜抗原后，放射性核素直接损伤肿瘤细胞的DNA、线粒体DNA、细胞膜等。 （B）旁观者效应。周围的肿瘤细胞因为交叉火力效应（cross-fire effect）被核素辐射导致细胞损伤，从而分泌细胞因子、离子、ROS、RNS、外显体等并释放到细胞外微环境中。微环境中释放的细胞因子和其他效应分子与细胞死亡受体结合，诱导邻近肿瘤细胞死亡。 （C）远端效应。受照射损伤或死亡的细胞通过损伤相关分子模式DAMPs，分泌内源性因子（如热休克蛋白、IL-1α等）结合抗原提呈细胞的T细胞受体，激活CD4或CD8 T细胞免疫，攻击远端肿瘤细胞。远端效应为RDC药物研发提供了更大的想象空间。 图6.RDC的作用机制 图片来源：参考文献11 RDC的多重临床优势[12] 1.实现“可视即可治”的精准个体化诊疗一体化 RDC药物采用相同的靶向配体和连接子，结合不同的核素，在临床上实现诊疗一体化。先与释放γ射线的诊断核素结合，根据监测到的诊断用RDC的体内分布、代谢和排泄等信息，个体化地制定治疗用RDC的剂量，再与释放α和β射线的治疗核素相结合，进行精准治疗和调整剂量。整个过程涵盖疾病诊断、分级与分期、治疗、疗效监测及预后判断等阶段，节约研发成本，更加方便医生给患者精准、个性化用药。 2.实现精准靶向，不易耐药且安全性高 RDC药物通过特异性高的靶向配体将核素精准递送至肿瘤内部，实现高效定位、打击。其核素直接照射损伤肿瘤细胞过程不涉及靶点和通路，相较于常规药物更不易耐药；且起效过程中linker无需断裂，避免payload提前释放，降低正常细胞损伤，同时提升药物稳定性和安全性。这种设计既减少副作用，又允许更长时间的放射性暴露，从而增强治疗效果。 3.满足临床未满足需求，适应症广 传统肿瘤诊疗依赖影像学检查和病理活检，存在有创操作、周期长、对医生技术要求高及难以精准定位转移性肿瘤等问题。相比之下，RDC药物只需通过注射结合影像学检查，可快速获得肿瘤病灶位置及敏感性信息，特别适用于传统方法难以诊断或治疗的肿瘤领域，例如前列腺癌、神经内分泌肿瘤、多发转移性肿瘤等；因其诊疗几乎无创，在癌症早期诊断和监测中也具有重要作用。 探索RDC药物新赛道，共创未来新机遇 目前，RDC药物凭借其独特的药物结构设计及在疾病诊疗方面的优势，为核药壁垒下的企业开辟了一条全新的发展赛道。未来，随着新型放射性核素和创新靶点的不断涌现，RDC药物的应用前景将更加广阔。 据不完全统计，目前处于临床III期的RDC产品有12个，涉及PSMA、SSTR2、FAP、CXCR4、CD45等众多靶点。最新报道用于诊断肾透明细胞癌的TLX250-CDx完成国内III期临床首例患者入组给药，拟今年底向FDA递交生物制品上市许可申请(BLA)。 表3.部分企业处于临床后期的核药管线梳理（点击查看大图） 数据来源：截至2024.11.28，药智数据，药智咨询整理（不完全统计） 参考文献 1.董国生等, 放射性核素偶联药物的研究进展及临床应用. 药学进展, 2023. 47(05): 324-336页. 2.Vermeulen, K., et al., Design and Challenges of Radiopharmaceuticals. Semin Nucl Med, 2019. 49(5): p. 339-356. 3.Kitson, S.L., et al., Radionuclide antibody-conjugates, a targeted therapy towards cancer. Curr Radiopharm, 2013. 6(2): p. 57-71. 4.Holik, H.A., et al., The Chemical Scaffold of Theranostic Radiopharmaceuticals: Radionuclide, Bifunctional Chelator, and Pharmacokinetics Modifying Linker. Molecules, 2022. 27(10). 5.Zhang, T., et al., Carrier systems of radiopharmaceuticals and the application in cancer therapy. Cell Death Discov, 2024. 10(1): p. 16. 6.Peltek, O.O., et al., Current outlook on radionuclide delivery systems: from design consideration to translation into clinics. J Nanobiotechnology, 2019. 17(1): p. 90. 7.陈雪瑶等, 全球多肽核药研究进展与我国的机遇. 药学学报, 2023. 58(12): 第3477-3489页. 8.Jaroszewicz, W., et al., Phage display and other peptide display technologies. FEMS Microbiol Rev, 2022. 46(2). 9.Zhao, Z., et al., Targeting Strategies for Tissue-Specific Drug Delivery. 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DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c00110 非天然氨基酸（UAAs）在基于多肽和模拟肽类药物的理化特性优化、靶标选择性提高等方面起到关键性作用。 近日，J Med Chem上刊载了一篇综合性分析文章，结合美国FDA批准药物，分析了利用UAAs对多肽的物化特性调节和药理学特性改进起到重要作用。 主要内容 01 FDA获批药物中的非天然氨基酸UAAs系统性分析：数量占比、给药方式占比、疾病治疗领域分析 02 UAAs调控多肽物化特性亲脂性和稳定性、口服生物利用度、渗透性改造 03 UAAs类似物最新设计和发展 抗癌、疼痛、神经和神经退行性（CNS）疾病、抗感染、心血管疾病、代谢紊乱等领域的最新设计和发展 04 总结与展望 及往期相关精彩回顾 part.1 UAAs系统性分析 FDA获批药物中的非天然氨基酸 当前大概有超过100多种治疗药物是基于多肽开发出的，还有超过约500种处于临床和临床前研究阶段，这造就了多肽在药物设计、发现和开发中超然的地位。 高通量展示和编码技术，如DNA编码化合物库筛选技术、mRNA展示技术、噬菌体展示技术、酵母菌展示技术等，对于基于多肽（线性肽+环肽）的药物发现产生了积极的影响。 多肽是理想的药物发现支架，然而，阻碍其进一步扩展应用主要是受到低细胞渗透性、体内稳定性、生物利用度和口服吸收的限制。要改善多肽这些固有的问题，主要有以下策略： 策略一：肽键电子等排体、和主链骨架修饰，如缩肽、氮杂肽、硫肽、逆转录肽、氟烯烃、脒、三唑、氧杂环丁烷、咪唑酮等； 策略二：末端修饰； 策略三：大环化； 策略四：非天然氨基酸和修饰氨基酸的插入。 其中，非天然氨基酸（UAAs）的插入几乎成了药物化学和药物发现项目设计和开发新疗法的通用工具。在结构特征升级方面，UAAs具有几个优势：如，可变官能团、特定的化学反应性、易于化学修饰、以及物理化学特性，包括酶稳定性、理想的亲脂性、亲水性、和离子电荷。 因此，UAAs备受新的生物活性分子实体和化合物优化相关项目的青睐，在FDA获批药物中多有包含。 与经典天然氨基酸或者说蛋白源氨基酸相比，UAAs可以增加肽分子的多样性，从而提高分子的类药性；UAAs作为一种具有独特物化特性和药理特性的多功能构建模块，在构建新肽和拟肽方面受到极大关注。 而“非天然氨基酸”一词，也多用来指向化学修饰的蛋白源氨基酸、不寻常类别的氨基酸、天然存在的非蛋白源氨基酸、D-氨基酸、N-甲基化氨基酸、或者α-/β-/γ-/δ-氨基酸等。 图片源自J Med Chem. 如上图，是自1950年以来，每10年中FDA获批药物中包含UAA的药物实体数量分布，总共约有118款药物。 具体结构，戳下图 可以上下滚动的图片 每款获批药物详细信息：如药品名、获首次获批权公司、包含UAA残基、作用靶点、适应症、给药途径、获批时间等，戳下表。 可以上下滚动的图片 在某些情况下，UAAs本身即可作为一种药物，如2009年获批的维迦巴特林（vigabatrin）、2016年获批的布瓦西坦（brivaracetam）、以及2019年获批的氟多巴（fluorodopa）。 环状氨基酸、具有非天然侧链的氨基酸、合成设计的氨基酸、构象约束的氨基酸等，广泛存在于获批药物中。 通过引入设计的或非天然的氨基酸序列，可以很容易地控制天然肽的药代动力学。比如，以胰岛素为例，肽最为人所知的缺陷有易降解、口服给药代谢缺陷等；然而，利用UAAs开发基于肽的生物活性已经引导药物发现过程走向使其成为口服稳定的支架。 图片源自J Med Chem. 就给药途径分析，如上图，目前为止，大约44%的FDA获批含UAAs药物通过口服给药，而48%的药物是通过肠道外给药：包括静脉注射（IV）、肌肉注射（IM）、皮下注射（SC）。 而合理使用UAAs支架已经显示出了广泛的生物活性，也可以从FDA获批含UAAs药物中得到证明，如下图，相关药物在不同的疾病领域中的应用。 图片源自J Med Chem 可以看出，占比最高的是抗感染和抗癌类药物，其次是心血管和神经系统疾病。 UAAs调控 part.2 多肽理化特性 多肽是人体生理和条件系统的重要组成部分，然而，作为候选药物，其具有固有的局限性。 代谢稳定性问题：酶降解、肾脏清除、以及半衰期短等使其浓度不足以作用于靶组织或器官； 膜渗透性问题：亲水性残基的存在会降低生物膜的渗透性，进而降低多肽药物的功效； 利用UAAs可以调节多肽这些内在的特征局限性，产生更具有类药性的类似物。主要是通过改变药理学特征和一些物理化学特性，如亲脂性、氢键供体（HBD）、氢键受体（HBA）、稳定性、膜渗透性、生物利用度、生物活性、分布和靶标选择性等。 2.1 亲脂性和稳定性 亲脂性是多肽临床药物的重要理化性质，在优化药物的ADME属性中起到关键作用。正所谓牵一发而动全身，多肽的亲脂性变化，对其稳定性、溶解度、膜渗透性、效力、选择性等都有重要影响。因此，影响其药代动力学、药效学、和毒理学特征。 图片源自JMC 如上图中，对于环肽DPDPE，用2',6'-二甲酪氨酸（Dmt）代替天然氨基酸Tyr，增加了原有的亲脂性，并增强了δ-阿片受体（10倍）和μ-阿片受体（35倍）的镇痛活性。甲基的存在，降低了多肽的氢键能力，通过增强了亲脂性进而促进了扩散能力。 图片源自JMC 如上图，一个经典的增强蛋白质水解稳定性的案例，奥曲肽的优化。这是一种生长抑素的合成类似物，通过对D-Trp替代L-Trp，以及其它的一些变化，将环肽在人类血浆中的半衰期从1-2分钟增加到1.5个小时，同时保留了类似的药理作用。 图片源自JMC 上图中，仅仅通过对Leu4侧链的改造，天然抗菌肽Feleucin-K3的效力和代谢稳定性均得到了增强。 下图5中，通过引入UAAs，对两个位置天然氨基酸进行镜像替代，使得抗癌剂的整体稳定性和效力均获得了显著的提高。 图片源自JMC 上图中的TPI是天然存在的两亲性环肽，具有广谱抗菌活性，但对哺乳动物红细胞具有溶血作用，且易被降解。然而，通过将其所有序列进行镜像替代，以及其中的Ile被D-Leu替代，克服了以上缺陷。 图片源自JMC 上图中hECP30具有强大的抗菌活性，但是由于存在6个精氨酸残基，可以激活丝氨酸蛋白酶，因此它对丝氨酸蛋白酶比较敏感。通过将精氨酸改造成近似的非天然氨基酸，其稳定性提高了30倍以上。 通过以上实例可以看出，引入非天然氨基酸的形式没有特定的模式来调节多肽的亲脂性，但证明了引入UAAs对改造亲脂性的高效性，根据具体的先导化合物的特性和问题，具体问题具体分析，已经是一个通用的优化方案。 2.2 口服生物利用度 与非肽类药物相比，多肽类药物通常表现出较低的口服吸收和生物利用度，这主要是由于全身性酶降解和穿过肠膜的渗透性差。 而UAAs对于多肽膜通透性和口服生物利用度的增强主要来自于N-甲基化氨基酸的应用，如下图。渗透性的改善与肽在N-甲基化后其形成氢键的能力有限有关。 图片源自JMC 如下图，PMX53的口服生物利用度仅为9%，通过末端修饰，对环外Phe残基进行改造后，口服生物利用度提高到23%，亲脂性的增强，其中枢神经系统渗透性更好。若皮下注射，生物利用度可超90%，可延长血浆和中枢神经系统暴露时间。 图片源自JMC 上图中，通过对酰胺键进行电子等排体迭代，消除了氢键受体和供体基团，进而提高了分子的稳定性，改善了其药代动力学。 口服给药的生物利用度受到溶解度、肠粘膜透过性、和代谢稳定性等的影响。 药物的摄取是通过被动扩散、或肠粘膜中的载体蛋白相互作用来调节的。以上的实例通过提供提高稳定性的方法来提高药物的生物利用度。而因为影响肽类药物的口服生物利用度的因素是多方面的，因此，其生物利用度具有多维度特性，可以通过多种途径来改善，而UAAs在优化口服生物利用度方面发挥了突出的作用。 2.3 渗透性 由于多肽类药物分子量高、尺寸大，其渗透性问题是固有的，为药物开发带来了巨大的挑战。设计和合成线性、和环状多肽药物最大障碍之一是实现高膜通透性。 UAAs可以通过调节多肽的理化性质和ADME性质来提高多肽的渗透性。 特别是在环肽设计与开发中，在序列中引入γ-/D-或N-甲基化氨基酸残基，可以很好地提高环肽分子的渗透性。如下图中的环肽，在人类肝微粒体中，表现出良好的活细胞渗透性和代谢稳定性；在体内研究中，该环肽表现出增强的ADME特征，具有良好的生物利用度。 图片源自JMC 计算的方法也已经应用于设计大环肽，发现各种治疗相关靶点的口服可利用环肽。 比如，对于硫醚键关环的大环肽，一些3D描述符已经被证明是确实可信的特征，用于预测此类大环肽的渗透性和口服暴露性。这些特征包括大环肽从水转移到膜的最低自由能构象（ΔG*转移）、亲脂性、极性表面积等。 具体来说，N-甲基化多肽可有效限制氢键供体的溶剂暴露，并可能降低与进入膜相关的脱溶惩罚补偿。例如下图，亲代环肽23具有三个溶剂暴露的主干NHs，其在PAMPA试验中不具有渗透性，LogPapp＜-5.9；其N-甲基化类似物具有无溶剂暴露的NH的初始最低能量构象，在PAMPA测试中显示良好的通透性。 图片源自JMC 以上案例，通过在新发现的环肽中合理性设计，插入UAAs，可以成功地提高环肽的渗透性。 需要注意的shi，有时为了获得更好的药理学特性，还需要在插入这些非天然氨基酸的同时进行多种化学变化。通过化学分子编辑，对药物的药理学特征和物化特征（如溶解性、膜渗透性、效力、选择性）产生相当大的影响。 也要注意，这些调整并没有特定的模式化范式，需要经验丰富的从业人员仔细评估生物靶点、代谢位点、肽酶和药效团基序的性质，利用多肽中基于UAAs的化学变化，获得临床上有用的分子实体。 part.3 UAAs类似物 最新设计和发展 非天然或者说非经典氨基酸在一些情况下也出现在天然产物多肽中，例如，比较特别的有非核糖体肽（NRP）、和核糖体合成和翻译后修饰肽（RiPPs）。因此，当前不仅在多肽药物发现，而且包括非多肽药物（小分子药物）发现之中，都有非天然氨基酸（UAAs）的应用，广泛用于治疗靶点和疾病领域。 3.1 抗癌 UAAs可以提高抗癌药物的效力和降低其毒性，如抗体-药物偶联物、Coibamide A（一种N-甲基稳定的细胞毒性缩酚酞）、棉酚衍生物等。 叶酸受体拮抗剂：叶酸和抗叶酸通过多种转运体进行跨膜转运，这其中包括叶酸受体（FRs）、还原性叶酸载体（RFC）、和质子偶联叶酸转运体（RCFT）等，在肿瘤细胞中过表达，是抗癌研究的重要靶点。 图片源自JMC 如上图，抗叶酸化合物培美曲塞（Pemetrexed），利用3碳桥噻吩取代原先的2碳桥对位二取代苯，获得化合物26；对其末端天然氨基酸谷氨酸进行天然和非天然氨基酸取代，合成了一系列化合物26类似物，并进行抗癌活性进行评估。 其中，化合物26对FRα、FRβ、PCFT和CHO细胞人类KB肿瘤表达了显著提高的活性；而末端非天然氨基酸取代的类似物，对FR的选择性更高，并保留了相当的活性，可用于靶向化疗，降低剂量相关的毒性问题。 抗叶酸：肿瘤化疗中，本是用于阻止细胞增殖快速生长的小细胞毒性药物，却因非特异性在健康器官中积累而造成极大的系统性全身毒性。要解决这个问题，一种策略是通过抗体-药物偶联（ADC）将小分子药物和单克隆抗体偶联，借助抗体靶标特异性的递送系统，进而瞄准靶标，减少非特性毒性， 如下图。化合物28是一种强效抗叶酸ADC，通过分解为非常有效的苯胺代谢物发挥效用。 图片源自JMC 近期，通过对药物和抗体连接体部分的二肽四种非对映异构体研究发现，氨基酸立体化学对ADC抗肿瘤疗效有影响。在高抗原表达的人类肿瘤细胞中，四种ADC均表达出强效作用，IC50在5-40pM之间；然而，在低抗原表达的肿瘤细胞中，类似物30（IC50=80pM）的活性比类似物31、32高3倍，比类似物33高90倍。 这表明，天然氨基酸组成的二肽作为连接体容易被肽酶裂解，产生活性代谢产物，表现高效；而对于非天然类似物，活性代谢产物产生的就会非常缓慢。因此，天然氨基酸组成的连接体构建的ADC类似物可以在低剂量时表现出高效的抗肿瘤活性。 STED8抑制剂：STED8是一种含有甲基转移酶的352氨基酸序列，可催化ε-氨基的位点特异性单甲基化；其多在乳腺癌、肺癌、肝胰脏癌、膀胱癌、和慢性骨髓性白血病中过表达，是比较有潜力的肿瘤靶向靶点。 如下图，以34为模板设计SETD8抑制剂。利用非天然氨基酸迭代K20，如多肽35，在对32种不同的甲基转移酶进行测试时，其可以选择性抑制STED8。 图片源自JMC Sec61α易位子抑制剂：如下图，Coibamide A是一种天然存在的大环甲基化沉积肽（缩酚酞），具有强大的抗增殖活性。Sec61α易位子是一种通道转运体，控制调节蛋白和失势抗癌靶点的易位，而Coibamide A具有抑制Sec61α易位子的作用。 图片源自JMC 然而，在Coibamide A中，大环氨基酸序列的位置MeThr5与D-MeAla11之间的酯链不稳定；利用非天然氨基酸替代，同时对位置3和6的氨基酸残基进行MeAla替代，最终环肽分子的稳定性获得了提高，然而其抑制活性降低了300倍！表明了酯链对环肽活性的重要性，而通过利用不同立体位阻的UAAs对位置3、6、10进行迭代，如环肽38、39，其抑制效力获得了进一步的提高。 泛RAS抑制剂：RAS癌蛋白是小GTP酶的一个亚族，其结构扁平而缺乏小分子的结合位点，因此是最具挑战的癌症治疗靶点之一。RAS的一个亚型，KRAS，一般和GTP酶在细胞信号传导过程中协调作用；当KRAS激活导致GPT水平增加，以及GDP的解离，进一步的信号级联反应因为KRAS活性降低而终止；而RAS蛋白突变，抑制GTP酶活性，使细胞过度的和持久增殖而致癌。 图片源自JMC 如上图，Cyclorasin B3是一种双环环肽，RSD抑制剂（KD=1.6 μM)，通过凋亡诱导癌细胞死亡。利用UAAs对分子进行优化，提高了环肽的选择性、效力和细胞渗透性。 其他抗癌策略： 碳硼烷是一种富硼多面体，通过硼中子俘获治疗对人类脑肿瘤具有抗癌潜力；这是因为热中子辐射导致同位素核裂变，释放α-粒子，导致细胞死亡。如下图，苯基S-取代半胱氨酸本身即使在1000 μM下也不具有生物活性，而利用碳硼烷替代苯环后，表现出较强的细胞抑制作用。 图片源自JMC 迷你胃泌素（MG）激发肽是胆囊收缩素-2受体的潜在配体，然而，尽管其具有较高的肿瘤摄取值，却表现出低代谢稳定性和高肾脏蓄积。针对MG受体结合序列的C末端进行位点特异性修饰，获得一系列MG类似物，可以改善肽的代谢稳定性，有利于肿瘤肾脏的修复。 如下图，利用DOTA偶联MG类似物，并用放射性核素标记进行分子成像和靶向放疗研究。 图片源自JMC 以上实例，通过UAAs改善多肽的治疗概况，并能够将其优化到所需的治疗效果。复杂药物靶点的配体优化非常具有挑战性，然而通过广泛的化学修饰，是可以实现有利属性的。 3.2 疼痛、神经和神经退行性疾病 止痛：疼痛治疗最常用的是非甾体类抗炎药、和阿片类药物。慢性疼痛治疗的选择有限，阿片类药物与成瘾性、耐受性、呼吸控制有关。因此，路漫漫其修远兮，寻找新的药剂仍需努力。 FDA批准药物以UAA为特征的疼痛治疗药物包括普瑞巴林、和罗哌卡因。UAAs与多肽和小分子镇痛药物联用，以改善药理学特性，并作为阿片受体激动剂、神经性镇痛药等。 μ-阿片受体激动剂： 如下图，TAPS可通过激活μ-阿片受体（MOR）表现出镇痛作用，然而其代谢较差。通过大环化，制备了一系列TAPSc(n-m)文库，以提高其代谢稳定性，n和m分别表示甘氨酸和精氨酸酰胺氮上烷基链的长度。其中TAPSc(2-6)具有显著的MOR激动活性和代谢稳定性。 图片源自JMC 此外，如上图，N-端还有四氢喹啉片段的取代酪氨酸类似物显示出阿片样物质的激动活性，然后没有选择性；通过轻微的修饰，则产生了选择性类似物。 总而言之，Dmt是开发具有改进生物活性的新型阿片类多肽的关键组成部分。 如下图，基于皮啡肽的结构限制的类似物，通过插入不同构象受限的非天然氨基酸，获得了一系列阿片受体拮抗剂。这些受限的构建模块通过优化多肽的空间取向来帮助调节阿片受体的选择性和效力。 图片源自JMC MOR/DOR激动剂和KOR拮抗剂：线性脑啡肽样四肽（H-Tyr-Gly-Gly-Phe-OH)类似物是一种具有提高生物利用度的阿片受体多功能配体。N-苯基-N-哌啶-4-酰基丙酰胺（Ppp），是奥芬太尼的亲脂性药效团，将其并入亲代肽的C末端；修饰后的多肽具有混合的μ/δ激动活性，如下图。 图片源自JMC 神经降压素受体激动剂：神经降压素是一种以肽为基础的内源性神经调节剂，被广泛用于非阿片受体的激活所产生的镇痛作用。如下图，通过对天然多肽序列进行非天然氨基酸替代，其选择性提高了1324倍。 图片源自JMC 嵌合阿片-神经降压素类似物：如下图，将神经降压素的非阿片类药效团和阿片类物质结合，获得一系列强效的双功能嵌合体十肽，多肽58通过激活MOR和NTS，通过中枢和外周作用诱导镇痛。通过UAAs替代，亲代多肽的亲和力得到了显著的提高。 图片源自JMC 阿尔兹海默病：阿尔兹海默病是老年人的神经退行性疾病，特征是记忆和认知能力下降，并与大脑中β淀粉样斑块的积累有关。最有潜力的治疗策略包括干扰Aβ聚集体积累的药物，开发肽类淀粉样蛋白β（Aβ）聚集抑制剂。 Aβ聚集抑制剂：基于亲代Aβ四肽片段的先导序列启发，如下图60，利用UAAs进行改造，开发潜在的Aβ聚集抑制剂，使其效力、细胞渗透性、血浆稳定性等都获得了提高。 图片源自JMC 其他CNS活性制剂：γ氨基丁酸转氨酶（GABA-AT）抑制剂 GABA-AT是一种很有前景的治疗癫痫和可卡因成瘾的靶点。如下图，环戊基γ-氨基酸类似物具有较强的GABA-AT抑制活性。 图片源自JMC 3.3 抗感染 抗感染肽和含有非天然氨基酸的小分子为耐多药菌株和超级细菌的发展提供了独特的机制，可以靶向与膜破坏和裂解相关的位点，使其不易发生与蛋白质靶标相关的突变形式的抗性。非天然产物的引入，使类似药物具有高效性、代谢稳定性、和较小的细胞毒性。 抗菌药物：抗菌药物的发现和开发主要是由几类药物与非天然氨基酸的偶联引起的，其中最突出的是脂肽。 如下图中的Stalobacin I是一种基于脂肽的强效抗生素，具有两种不同的肽序列，其具有强大、光谱的抗菌活性。 图片源自JMC 如下图，多粘菌素B是一种对革兰氏菌有效的同环脂肽，它通过与最外层膜的脂多糖相互作用而起作用。通过UAAs替代修饰可以提高亲代的抗菌活性。然而，由于疏水性增加，细胞毒性并未降低。 图片源自JMC 限制性环肽的抗菌活性可以通过加入柔性氨基酸如ω-氨基和α，ω-二氨基酸来修饰，如下图。 图片源自JMC 下图中，Nisin是一种广谱抗生素，引起具有高度选择性的脂质-II结合亲和力而被广泛开发。然而，由于较差的水溶性以及酶降解的原因，使得其不具有类药性。而通过偶联柔性连接体合成生物偶联抗生素，以上问题得到了解决。 图片源自JMC 通过改变天然脂氨基酸的烷基链长度和直链、环链的赖氨酸残基数，如下图，一系列多肽中，脂肽79的活性最强，并且没显示出任何细胞毒性。 图片源自JMC 上图中，活性肽80具有独立的疏水和正电荷结构域，具有高的抗菌效力和低毒性。进一步优化，将活性肽80环化到甜菜肽上获得81，其稳定性和活性得到了改善。 抗真菌药物：通常通过破坏细胞膜和形成孔，产生干扰细胞壁的合成。一些含有非天然氨基酸的肽类药物在临床上发挥重要作用。在开发阶段，通过合理设计序列，修饰侧链氨基酸用于开发有效的抗真菌支架，如下图。 图片源自JMC 抗病毒药物：病毒具有快速变异的独特能力，利用UAAs在开发针对流感、艾滋病、肝炎、COVID-19和寨卡病毒感染有效的抗病毒药物中发挥重要作用，主要针对病毒蛋白酶。引入UAAs不仅提高了现有氨基酸的效力，而且改善了它们的药代动力学，如下图。 图片源自JMC 3.4 心血管疾病 心血管（CV）功能在很大程度上受激素和配体的调节，包括尿紧张素、黑素皮素、儿茶酚胺、利钠肽等。这些药物大多基于天然多肽，因此，基于天然和修饰的肽和氨基酸在CV药物发现中发挥巨大作用。利用UAAs对分子进行药理学优化，产生各种基于肽的心血管疾病药物的发展，如下图。 图片源自JMC 3.5 代谢紊乱 代谢紊乱包括高血糖和低血糖、肥胖、胰腺和肾脏疾病。大多数这些疾病的病因是基于激素失调；因此，以肽为基础的药物，模仿这些激素或配体的生物学途径，已经成为药物发现中最具治疗相关性的候选药物。 在自然产生的肽中插入非天然氨基酸，如胰高血糖素、甲状腺激素前体T4、黑素皮质素和肽YY已被证明在代谢紊乱中显示出有巨大的潜力，如下图。 图片源自JMC part.4 总结与展望 非天然氨基酸（UAAs）是广泛存在的临床药物，临床使用的药物有100多种。约44%经FDA批准的含有药物的UAAs具有口服给药途径。 UAAs在改善多肽的“类药性”方面发挥着关键作用。侧链修饰的UAAs是优化多种药理参数（即体内稳定性、细胞渗透性、生物利用度）的重要工具。UAAs可以阻断代谢位点，改善亲脂与亲水的比例，并提供更好的类药性属性。N-甲基化UAAs是提高渗透性的可靠修饰；基于UAAs的方法允许研究人员探索肽和拟肽分子对抗各种疾病，如癌症、代谢紊乱、感染、心血管和神经问题等。 往期相关精彩回顾 基本天然氨基酸（一）：分类、作用 2023-09-21 “一网打尽”酰胺键（肽键）生物电子等排体 2023-12-04 含非天然氨基酸的噬菌体展示 2024-01-21 Chem Rev | 综述：生物催化中的非典型氨基酸（一）支持技术 2024-07-24 来自DEL的环肽苗头化合物 2024-03-21 环肽药物——肠道通透性设计 2023-11-22 环肽药物——细胞渗透性设计 2023-12-01 环肽药物——如何加强代谢稳定性？ 2023-11-27 往期链接 “小小疫苗”养成记 | 医药公司管线盘点  人人学懂免疫学 | 人人学懂免疫学（语音版）    综述文章解读 | 文献略读 | 医学科普 | 医药前沿笔记 PROTAC技术 | 抗体药物 | 抗体药物偶联-ADC 核酸疫苗 | CAR技术 | 化学生物学 温馨提示 医药速览公众号目前已经有近12个交流群（好学，有趣且奔波于医药圈人才聚集于此）。进群加作者微信（yiyaoxueshu666）或者扫描公众号二维码添加作者，备注“姓名/昵称-企业/高校-具体研究领域/专业”，此群仅为科研交流群，非诚勿扰。 简单操作即可星标⭐️医药速览，第一时间收到我们的推送 ①点击标题下方“医药速览”   ②至右上角“...”  ③点击“设为星标

欢迎关注凯莱英药闻 2024年10月10日，同宜医药宣布，美国食品药品监督管理局（FDA）正式授予CBP-1008快速通道认定（FTD）资格，用于治疗铂耐药卵巢透明细胞癌（OCCC）。 CBP-1008是一款靶向叶酸受体α（FRα）/瞬时受体电位阳离子通道6 蛋白（TRPV6）的全球首款双配体偶联药物，属于小分子偶联药物；此次FTD的认定，不仅是对同宜医药研发实力和试验数据的认可，更为全球OCCC患者带来了新的希望。 关于CBP-1008 CBP-1008基于同宜医药独家Bi-XDC技术平台开发；由优化过的特异靶向FRα/ TRPV6的双配体连接子系统、可酶裂解的三功能连接子，以及作为载药的细胞毒素MMAE三部分组成，能够同时靶向两种在癌症中过表达的受体，拟开发治疗乳腺癌、卵巢癌。 2024年9月，公司在2024 ESMO大会上公布了该药物首次在晚期实体瘤患者开展的I期试验，包括铂耐药性高级别浆液性卵巢癌 (HGSOC)、透明细胞卵巢癌 (OCCC)、转移性三阴性乳腺癌 (TNBC) 和其他实体肿瘤患者。主要目的是评估药物的安全性和有效性。 研究显示，在 16 名 OCCC 患者中，ORR达31.3%，中位缓解持续时间（mDOR）为7.2个月，显著优于OCCC的历史数据（ORR＜8%）。在 31 名接受过 1-2 线含紫杉烷治疗的 HGSOC 患者中，客观缓解率 (ORR) 为 48.4% (15 PR)，疾病控制率为 83.9%，无论 FRα/TRPV6 表达水平如何。 关于FRα/TRPV6药物与卵巢癌 FRα由FOLR1编码，其除了运送叶酸外还参与调控肿瘤细胞的增殖和转移。叶酸是维持细胞生长和代谢所必需的重要营养物质，它在DNA和RNA的合成中起着关键作用。在某些快速增殖的癌细胞中，其对叶酸的需求更高（如乳腺癌、卵巢癌、肺癌等），叶酸受体α表达水平明显增加。据统计，FRα在实体瘤中有广泛高表达，比如间皮瘤（72-100%），三阴性乳腺癌（35-68%），卵巢癌（76-89%），非小细胞肺癌（14-74%）；而在正常组织中表达率很低或仅在特定局限区域表达。 近年来，FRα相关交易频发：2023年11月，艾伯维与ImmunoGen宣布达成最终协议，以总额达约101亿美元收购ImmunoGen，获得其可治疗卵巢癌的、全球首款FRα抗体偶联药物（ADC）Elahere；Elahere曾于2022年11月获美国FDA加速批准上市，作为单药疗法治疗FRα高表达、对含铂疗法耐药的经治晚期卵巢癌患者。无独有偶，今年4月，Genmab和ProfoundBio（普方生物）共同宣布签署了一项确定性协议，Genmab将以18亿美元现金交易收购ProfoundBio；此次收购将使Genmab在全球范围内拥有三个临床开发候选药物的权利，包括rinatabart sesutecan（Rina-S）。Rina-S是一种新一代的、潜在同类最佳的FRα ADC，正在开发用于治疗卵巢癌和其他实体瘤。 TRPV6主要表达于肠道、胎盘和前列腺等组织，参与钙离子的吸收和转运。值得注意的是，TRPV6在卵巢癌、前列腺癌和胰腺癌中的表达量远高于正常组织；活检表明，乳腺癌TRPV6 mRNA表达量比正常乳腺组织高2~15 倍，且在雌激素受体阴性的乳腺癌患者中TRPV6表达量增高与预后不良相关。近年来研究也表明，TRPV6的上调与多种肿瘤的侵袭性增加有关。 据统计，卵巢癌（OC）是严重威胁女性生命的妇科恶性肿瘤，其晚期五年生存率不足30%，而OCCC约占上皮性卵巢癌的10%，其发病机制独特且预后更差。目前，OCCC患者在复发后的生存率显著低于浆液性卵巢癌患者，且缺乏针对性的获批治疗方案，这使得OCCC患者在治疗上面临巨大挑战，存在巨大未被满足的医疗需求。 根据GLOBOCAN 2020数据，2020年全球乳腺癌新发病例226万例，系全球新发病例最多的瘤种。根据国家癌症中心2022年发布的文献，2016年中国乳腺癌新发病例30.6万例，系我国第五大瘤种。陈万青等根据国家癌症中心的数据预测2022年中国乳腺癌新发病例约42.9万例。 根据弗若斯特沙利文，2021年全球乳腺癌药物市场规模345亿美元，2015-2021年复合增速为10.1%。 2021年中国乳腺癌市场规模563亿元，2017-2021年间复合增长率为13%。 关于小分子偶联药物 小分子偶联药物（SMDC）是由小分子的靶向配体与细胞毒药物偶联所得，由三部分构成：小分子靶向配体、细胞毒分子和连接子，其作用机制与ADC 类似。但与ADC相比，SMDC能更快速均匀地分散到肿瘤组织中，且成本低、无免疫原性。 在受体的选择上，SMDC可利用的受体数取决于受体的循环率和再生率，因此药物给药量要考虑到受体的循环率和再生率，避免引起毒性。目前可利用的靶标较少，比较常用的是叶酸受体、前列腺特异性膜抗原、生长抑素受体以及碳酸酐酶Ⅸ ，也有其他受体如磷脂丝氨酸。 在小分子配体的选择上，大小需合适，避免SMDC太大而影响药物在肿瘤部位的积聚速率和含量。与体积较大的ADC 相比，未与受体结合的SMDC 更能快速地从体内排泄，避免长时间血液循环导致细胞毒药物释放引起的不良反应。然而，小分子配体一直较难获得，目前，应用前景较好的是靶向叶酸受体的叶酸衍生物、靶向前列腺特异性膜抗原的谷氨酸脲衍生物、靶向生长抑素受体的生长抑素类似物、靶向碳酸酐酶Ⅸ的芳香磺酰胺类。 在细胞毒的选择上，与ADC的要求是基本一致的，所用细胞毒分子也是基本相同，如美登素、卡奇霉素等。 在连接子的选择上，与ADC也基本一致。但SMDC所用的连接基一般是可断裂的，由于SMDC 能够在几分钟至1 h 内快速地与受体结合及被肾脏清除，因此SMDC 对连接基的稳定性要求与需要在血液中循环较长时间的ADC 相比较低，一般只要求能保持几分钟至1 h 的稳定性。 据不完全统计，目前在研的SMDC约60余种；将目前处于临床以上阶段的药物统计如下： 关于同宜医药 同宜医药是一家领先的双靶向配体偶联药物Bi-XDC创新药企 ，成立于2016年，致力于双靶向XDC药物的研发及产业化。据资料显示，同宜目前共有三个平台，包括BEST™技术平台，C-PROTAC技术平台和慢性病技术平台。 双靶向XDC技术具有以细胞/组织特异性主动传递任何生物活性分子的能力，有望克服多种高生物活性分子的难治性障碍，从而实现"难以药物化"的目标。 公司不仅专注于全球高发癌症，还积极将适应症扩展到其他器官的药物传递和慢性病领域。除CBP-1008外，公司还在重点开发新一代FRα/TRPV6双配体偶联药物CBP-1019，保留、优化了双配体部分，并对链接子进行改造，使其具有更好的稳定性和更高的安全性。核心资产CBP-1008在260例从低到高不同叶酸表达水平的患者中显示出了良好的疗效和安全性。 除此以外，公司还在同步进行多个管线的早期研发，其中包括PROTAC Bi-XDC和放射性配体Bi-XDC等。 参考资料 1、Altmann K H. Tumor Targeting with Small Molecule-Drug Conjugates (SMDCs)–Can They be Better than ADCs? Medicinal Chemistry and Chemical Biology Highlights[J]. Chimia, 2018, 72(3): 154-154. 2、郭立红, 王金朋, 翟立海,等. 抗体偶联药物和小分子偶联药物的研究进展[J]. 中国医药工业杂志, 2019, 50(8):10. 3、公司官网 4、国联证券、西南证券、德邦证券 感谢关注、转发，转载授权、加行业交流群，请加管理员微信号“hxsjjf1618”。 “在看”点一下