體外肽藥物的原理介紹和應(yīng)用范圍

 
多肽是含有至少一個酰胺 (肽) 鍵的氨基酸衍生化合物，從結(jié)構(gòu)上看，多肽包括各種類型的肽，如線性肽、環(huán)肽、脫脂肽等，按功能還能分為，抗菌肽、激素調(diào)節(jié)肽、神經(jīng)活性肽等^[1]。
 
20 世紀初，對肽的研究主要集中在人類信號激素的作用上。胰島素是內(nèi)源性激素治療的典型例子。這是第一種用于臨床的肽類藥物，也是迄今為止商業(yè)上最成功的藥物^[2]，因為，這徹底改變了 I 型糖尿病的治療。
 
 
盡管早期激素類似物取得了成功，但較長的多肽的生產(chǎn)受到合成方法的限制。因此，內(nèi)源性人多肽和蛋白質(zhì)在細胞培養(yǎng)系統(tǒng)中選擇性表達是非�？扇〉模�重組技術(shù)的出現(xiàn)則是多肽藥物開發(fā)的一個里程碑。1982 年，第一個重組生產(chǎn)的人類多肽——生長抑素被生產(chǎn)。隨后，蓬勃發(fā)展的基因工程實現(xiàn)了單個氨基酸的調(diào)整，從而改善多肽在體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄特性。噬菌體顯示等顯示技術(shù)，以及新的化學方法也在推動這一領(lǐng)域的發(fā)展^[2]。

圖 1. 肽藥物的發(fā)展時間軸^[2]

 

 
肽藥物成功的關(guān)鍵因素是肽的有效性、特異性和作用模式安全性^[3]。肽的在體內(nèi)的快速清除，意味著它們不會在組織中積累，對人體的毒性也相對較少^[4]。然而，多肽藥物的局限性和優(yōu)勢一樣明顯。
 
由于肽藥物在血清中易被清除，這也造成了肽藥物的生物可利用性較低。并且，肽的細胞膜滲透性一般較差，這限制了它們在靶向細胞內(nèi)靶點上的應(yīng)用。因此肽治療的發(fā)展主要集中在細胞外靶點。而且因為不能滲透腸黏膜，需要通過皮下或靜脈注射給藥，所以降低了肽藥物在實際治療中的便利性和依從性^[4]。
 
提高肽藥物的生物利用性和療效也是目前熱門的研究領(lǐng)域。多肽藥物通用和可重復(fù)的口服給藥，以及細胞內(nèi)遞送也有了進展^[4]。在多肽藥物中的一個分類——環(huán)肽，就是一種為了解決問題的新興藥物形式。  
環(huán)肽 (包括環(huán)沉積肽和雙環(huán)肽) 作為治療藥物和研究工具具有許多良好的特性。與線性肽相比，環(huán)肽具有更好的蛋白水解抗性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
 
首先，多肽的環(huán)化降低了構(gòu)象自由度，極大地增強了其代謝穩(wěn)定性和與目標分子的結(jié)合親和力/特異性。一般來說，較小環(huán)尺寸 (10 aa) 的環(huán)多肽對蛋白水解降解具有相對抗性。第二，中等大小的環(huán)肽 (6-15 aa；最常用的是 MW = 500-2000 Da)，通常比傳統(tǒng)的小分子藥物 (MW 500) 大 3-5 倍，并能與目標蛋白形成更大的表面積。因此，環(huán)多肽具有再現(xiàn)特殊的蛋白質(zhì)親和力和特異性的能力，即使對沒有任何結(jié)合袋的靶點也是如此。第三，環(huán)肽具有巨大的結(jié)構(gòu)多樣性。僅使用這 20 種蛋白質(zhì)源氨基酸，就可以產(chǎn)生 20⁸ 種不同的環(huán)肽。而其結(jié)構(gòu)多樣性可以通過加入非蛋白源氨基酸進一步增加。第四，與蛋白質(zhì)相比，環(huán)肽保留了小分子的一些屬性，如穩(wěn)定性、較低的免疫反應(yīng)風險、可合成和較低的生產(chǎn)成本^[5]。

圖 2. Angiotensin (1-7) 是一種在腎血管緊張素系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的七肽，但其極短的半衰期限制了它的治療潛力。Moll 使用乳酸乳球菌變體，產(chǎn)生環(huán)化肽 Lanthipeptide A，在大鼠研究中顯示比 Angiotensin (1-7) 長約 30 倍的血漿半衰期^[4]。

 

目前，一些環(huán)肽已經(jīng)成為非常成功的藥物，包括萬古霉素 (抗菌)、達托霉素 (抗菌)、環(huán)孢素 A (移植免疫抑制劑) 和卡泊芬苷 (抗真菌)。受天然產(chǎn)物的啟發(fā)，化學家開發(fā)了許多方法，通過 N-to-C、側(cè)鏈對側(cè)鏈或主鏈對側(cè)鏈環(huán)化來制備環(huán)肽。一些合成的環(huán)肽，如依替巴肽 (用于治療心臟病)、奧曲肽 (一種生長抑素模擬物，用于治療肢端肥大癥和腹瀉)、環(huán) RGD 多肽、二硫環(huán)利那洛肽，也已被 FDA 批準用于臨床或后期臨床試驗^[5]。

 
   

在新藥的策略上，為了克服肽類不穩(wěn)定的缺陷，除了像環(huán)肽一樣對多肽進行不同程度的修飾以外，擬肽化合物也是另外一種合理手段。

 

擬肽化合物是一類藥效團在三維空間中模擬天然肽或蛋白質(zhì)，并保留與生物靶標相互作用的能力，產(chǎn)生相同的生物效應(yīng)的化合物^[6]。不同的是，擬肽規(guī)避了天然多肽的固有缺陷，提高了生物活性和穩(wěn)定性。

 

許多生物活性肽的非肽模擬物已在文獻中報道。αvβ3-integrin 抑制劑 SB223245 (圖 3-1)，以 1-4 苯二氮雜類為中心的 γ-turn 模擬支架，TRH (pGlu-His-Pro-NH2) 類似物 (圖 3-2)，包含順式 -1,3,5- 三取代環(huán)己烷支架，葡萄糖衍生的非肽模擬生長抑素 (圖 3-3)，和 c2 對稱環(huán)尿素作為 HIV 蛋白酶抑制劑 (圖 3-4)，這些都是具有高生物活性和增加酶穩(wěn)定性的非肽類擬肽化合物的突出例子^[1]。

 

圖 3. 一些擬肽的化學式^[1]

(1) SB223245；(2) TRH (pGlu-His-Pro-NH2) 類似物；(3) 葡萄糖衍生的非肽模擬生長抑素；(4) c2 對稱環(huán)尿素

 

表 1. 經(jīng)典肽類藥物及其靶點

 

多肽藥物，無論是從各物種的先天免疫中分離出來的 (包括哺乳動物、兩棲動物、魚類、昆蟲、植物和細菌)，還是基于結(jié)構(gòu)活性關(guān)系研究設(shè)計的，作為一種新的結(jié)構(gòu)類藥物，都具有很大的潛力^[7]。這里介紹一種能快速識別并且找到合適的藥物的高通量方法——構(gòu)建多肽庫。

 

多肽庫的構(gòu)建和使用一般是通過匯總所需要的所有肽的集合，對樣本的統(tǒng)一培養(yǎng)，再通過細胞或者分子的水平來進行高通量的檢測。例如，B. Guixer 等人通過選擇自己需要的特定功能的氨基酸，確定了 N 端和 C 端的形式，利用混合-拆分的方法合成由選定氨基酸不同排列組成的肽庫。然后，他們再通過模擬血腦屏障的實驗，從肽庫中篩選能通過的多肽，最終達到獲得穿越體外血腦屏障模型能力的多肽 (穿梭肽) (圖 4)^[8]。

 

(1) 在 SPPS (多肽固相合成法) 上應(yīng)用混分法進行文庫合成；(2) 體外細胞基礎(chǔ)血腦屏障模型中對文庫進行分析；(3) 肽鑒定采用質(zhì)譜技術(shù)，監(jiān)測特定氨基酸序列的轉(zhuǎn)變。

 

目前，全球市場上將近有百種多肽藥物，新的多肽治療藥物的研究繼續(xù)以穩(wěn)定的速度進行，其中 100 多種多肽處于臨床開發(fā)階段，另有 400-600 種多肽處于臨床前研究階段^[2]。多肽作為治療手段的利用隨著時間的推移而發(fā)展，并隨著藥物開發(fā)和治療模式的變化而繼續(xù)發(fā)展。

 

MCE 可以提供 700+ 種多肽，其中包含有目前已上市以及處于臨床階段的多肽，可以直接用來高通量篩選藥物，此外還提供 60+ 種環(huán)肽和 300+ 種擬肽，為藥物發(fā)現(xiàn)提供有力工具。

 

 

相關(guān)產(chǎn)品

多肽庫 MCE 提供 780+ 種多肽，包括多種生物活性多肽、氨基酸衍生物和阻斷多肽。MCE 多肽庫可用于多肽篩選、藥物發(fā)現(xiàn)、疫苗開發(fā)、靶標驗證、結(jié)構(gòu)活性研究等領(lǐng)域。

環(huán)肽庫 MCE 可以提供 60+ 種環(huán)肽化合物，所有化合物均具有較好的生物活性。MCE 環(huán)肽化合物是進行藥物開發(fā)及 PPI 研究的有用工具。

擬肽化合物庫 MCE 擬肽類化合物庫包含 300+ 種小分子化合物，包括類肽，α-螺旋類似物，β-折疊類似物等，是藥物發(fā)現(xiàn)中研究構(gòu)效關(guān)系不可或缺的工具。

共價化合物庫 Plus MCE 共價化合物庫 Plus 收錄了 2,900+ 種小分子抑制劑，包括已知共價抑制劑及具有共價反應(yīng)基團的活性小分子化合物，如包含丙烯酰胺、活化末端乙炔、磺酰氟化物/酯、氯乙酰胺、烷基鹵化物、環(huán)氧化物、氮雜環(huán)胺、二硫化物等，是篩選共價化合物，研究共價作用機制的有利工具。

大環(huán)類化合物庫‍‍‍ MCE 提供 290+ 種大環(huán)類化合物，可以用于高通量篩選和高內(nèi)涵篩選。MCE 大環(huán)類化合物庫是新藥開發(fā)的有利工具，尤其對于“難成藥”靶點及蛋白互作的新藥研發(fā)。

脂類化合物庫‍‍‍ MCE 提供 1,100+ 種脂類及脂類衍生物相關(guān)化合物，包括甘油三酯、磷脂類、鞘脂類、類固醇及其結(jié)構(gòu)類似物或衍生物。MCE 脂類化合物庫可用于生物活性脂類的研究、高通量篩選 (HTS) 和高內(nèi)涵篩選 (HCS)。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學研究或藥證申報，我們不為任何個人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)
 

更多化合物庫請參考

https://www.medchemexpress.cn/screening-libraries.html

 

 

 

參考文獻

1. Luca Gentilucci. Chemical modifications designed to improve peptide stability: incorporation of non-natural amino acids, pseudo-peptide bonds, and cyclization. Curr Pharm Des. 2010;16(28):3185-203.
2. Markus Muttenthaler. Trends in peptide drug discovery. Nat Rev Drug Discov. 2021 Apr;20(4):309-325.
3. Keld Fosgerau. Peptide therapeutics: current status and future directions. Drug Discov Today. 2015 Jan;20(1):122-8.
4. Antoine Henninot. The Current State of Peptide Drug Discovery: Back to the Future?. J Med Chem. 2018 Feb 22;61(4):1382-1414.
5. Patrick G Dougherty. Understanding Cell Penetration of Cyclic Peptides. Chem Rev. 2019 Sep 11;119(17):10241-10287. Epub 2019 May 14.
6. Josef Vagner. Peptidomimetics, a synthetic tool of drug discovery. Curr Opin Chem Biol. 2008 Jun; 12(3): 292–296.
7. Sylvie E Blondelle. Optimization and high-throughput screening of antimicrobial peptides. Curr Pharm Des. 2010;16(28):3204-11.
8. B Guixer. Chemically synthesized peptide libraries as a new source of BBB shuttles. Use of mass spectrometry for peptide identification. J Pept Sci. 2016 Sep;22(9):577-91.