多肽是由多個氨基酸通過肽鍵連接而形成的一類化合物,通常由10~100個氨基酸分子組成,其連接方式與蛋白質(zhì)相同,相對分子量低于10 kDa,因其具有廣泛的生理調(diào)節(jié)作用、顯著的活性、高選擇性和低毒性等特點,已成為藥物研發(fā)的熱點之一,目前已廣泛應(yīng)用于腫瘤、肝炎、糖尿病、艾滋病等疾病的預(yù)防、治療和診斷,具有廣闊的開發(fā)前景。然而,多肽藥物也有不可忽視的缺點,其化學(xué)與生理穩(wěn)定性都較差,容易受到體內(nèi)蛋白水解酶的降解,給多肽藥物的研發(fā)帶來了很多挑戰(zhàn)。本文將從多肽類藥物的藥代動力學(xué)層面進行淺析,了解多肽類藥物體外ADME研究策略,確定多肽類藥物基礎(chǔ)體外研究模型,助力多肽類藥物早期研發(fā)!
多肽類藥物簡介
1922年“治療性胰島素”問世,揭開了多肽類藥物的研發(fā)熱潮。“α-氨基酸”脫水縮合的產(chǎn)物稱為“肽”,通常將由2~20個氨基酸組成的肽稱為寡肽;20~50個氨基酸組成的肽稱為多肽。多肽的連接方式與蛋白質(zhì)間相同,但FDA將蛋白質(zhì)定義為“具有明確序列且大小大于40個氨基酸的聚合物”。因此,小于蛋白質(zhì)定義的多肽氨基酸聚合物仍可按照小分子藥物進行監(jiān)管。大多數(shù)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(lián)受體(Gprotein-coupledreceptor,GPCR)。GPCR家族是最大的受體家族,已經(jīng)確定的家族成員大約有800~1000個。GPCR在現(xiàn)代藥物開發(fā)中占據(jù)極其重要的地位,現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(gòu)象變化,通過激活三聯(lián)體G蛋白調(diào)控GPCR下游的各種信號路經(jīng)。GPCR家族中的一些受體在特定組織細胞內(nèi)異常表達,調(diào)控人體正常的或者異常的生理功能,是藥物開發(fā)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(fā)的最主要方向之一。而少于10%的是以細胞內(nèi)(intracellular)分子為靶點。多肽藥物主要來源于內(nèi)源性多肽或其它外源性多肽。前者為人體固有的內(nèi)生性多肽,如腦啡肽、胸腺肽、胰臟多肽等;后者如蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素、竽螺毒素衍生物和蒼蠅分泌的殺菌肽等。隨著新藥研發(fā)的不斷深入,多肽藥物的開發(fā)已經(jīng)發(fā)展到疾病防治的各個領(lǐng)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。
多肽藥物易于合成改造和優(yōu)化結(jié)構(gòu),能很快確定其藥用價值。多肽藥物同大分子蛋白質(zhì)相比,因其化學(xué)合成技術(shù)相對成熟,所以成本更低;同小分子藥物相比,具有用量少、選擇性強、特異性好、作用效果好及副作用小等特點。以下為三種藥物的優(yōu)、缺點對比總結(jié)表[2]。
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多肽 |
小分子 |
大分子 |
優(yōu)點 |
- 高活性
- 高選擇性
- 靶點廣泛
- 低毒性
- 組織蓄積低
- 高化學(xué)與生物多樣性
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- 高口服生物利用度
- 代謝穩(wěn)定靶點數(shù)量多
- 體積小
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- 高活性
- 高選擇性
- 低毒性
- 組織蓄積低
- 高化學(xué)與生物多樣性
- 難仿制
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缺點 |
- 代謝穩(wěn)定性弱
- 膜滲透性弱
- 口服生物利用度低
- 快速清除
- 有時溶解度低
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- 代謝穩(wěn)定性差
- 膜滲透性差
- 口服生物利用度差
- 快速清除靶點主要在細胞外
- 生產(chǎn)困難成本高
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目前多肽藥物的開發(fā)已經(jīng)發(fā)展到疾病防治的各個領(lǐng)域,因此,了解多肽的藥代動力學(xué)對于多肽類藥物開發(fā)具有重要意義。
多肽藥物體外藥代動力學(xué)特點
由前文可知多肽、小分子及大分子間均有不同的藥代動力學(xué)特性,因此在設(shè)計多肽藥物時,對其藥代動力學(xué)(PK)和藥效學(xué)(PD)進行研究至關(guān)重要。口服給藥由于其給藥途徑簡單、方便且易于患者接受,往往是多數(shù)藥物設(shè)計時的首要選擇。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,胃腸粘膜的穿透性差;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于2%,生物利用度極低,使得口服給藥成為生物技術(shù)藥物難度最大的給藥途徑。目前多肽藥物常用的給藥途徑包括注射、鼻黏膜、肺部、直腸、口腔粘膜及皮膚等系統(tǒng)。而多肽藥物的吸收方式主要為液體的對流、被動擴散和受體介導(dǎo)的主動轉(zhuǎn)運三種。除寡肽外,多肽的分子量較小分子量明顯較大,通常大于1000 Da,且極性更大,其被動擴散速率相對較慢;而分子量在5000~12000 Da的多肽則通過淋巴系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)運和吸收。多肽類藥物在體內(nèi)代謝穩(wěn)定性差,一般會產(chǎn)生首過效應(yīng),且表觀分布容積小,其主要隨血液循環(huán)分布到血漿、肺、肝、胰腺、腎和皮膚等組織器官中。藥物的吸收會直接影響其在體內(nèi)的分布情況。多肽藥物的吸收與其分子量有極大關(guān)系,藥物可從血液被動運輸轉(zhuǎn)運至淋巴液,因此血藥濃度一般高于淋巴液中的濃度[3]。同時,由于肽類較高的氫鍵結(jié)合力和較低的親脂性,多數(shù)的多肽都具有較低的膜滲透性,往往被限制在胞外空間。此外,人血清蛋白(Human Serum Albumin,HSA)與多肽的結(jié)合能力強,生理濃度高,是心血管系統(tǒng)最豐富的轉(zhuǎn)運蛋白,可作為內(nèi)源化合物或外源性藥物的載體,其對多肽分布的影響也較大[4]。多肽藥物主要通過蛋白酶降解、細胞內(nèi)吞及靶點介導(dǎo)的藥物消除等三種主要方式進行代謝[5]。蛋白酶廣泛存在于肝、腎、胃、腸、肺、血液、內(nèi)皮、皮膚組織及其它組織和器官中,可進一步分為內(nèi)肽酶和外肽酶兩類。多肽的水解通常由內(nèi)向外展開,先由內(nèi)肽酶將多肽水解成寡肽,而后由外肽酶進一步降解。其中,某些多肽類藥物的代謝產(chǎn)物也可由CYP450酶分解代謝。而針對相對分子量較大的肽可內(nèi)吞進入細胞后被溶酶體降解,分子量<500 Da的肽被內(nèi)吞進細胞后通過內(nèi)體-溶酶體途徑消除。最后則是多肽類藥物通過特異性地抗原/靶點結(jié)合,通過內(nèi)化作用進行藥物代謝消除。
多肽的分子量一般小于10 kDa,而小于50 kDa的分子均可通過腎臟進行濾過清除,腎小球空隙約為8nm。通常,多肽分子越小,腎清除率越大。對于多肽而言,通過胞吞和溶酶體降解清除,水解成小肽和氨基酸;而分子量較小的多肽會通過外肽酶水解成氨基酸,再特異性被重新吸收進入機體;也可先斷裂為小肽,再轉(zhuǎn)運至胞內(nèi)被水解。因此,綜上所述,多肽藥物具有不同于其它藥物的ADME特性,對于其藥物早期研發(fā)階段應(yīng)該選擇合適的體外代謝模型,更有助于早期藥物開發(fā)研究。
多肽藥物體外ADME研究模型
多肽藥物具有靶點豐富、生物活性高、特異性強及副作用小等優(yōu)點,但其同樣存在化學(xué)、生理穩(wěn)定性差,易受到蛋白水解酶降低,造成口服吸收困難、代謝快及半衰期短等不可忽視的問題。因此,合理的體外藥代動力學(xué)研究有利于優(yōu)化多肽藥物的結(jié)構(gòu)、評估合適的代謝途徑和確定與人體內(nèi)最接近的種屬,為多肽藥物的設(shè)計、開發(fā)提供重要指導(dǎo)。常見的多肽藥物體外ADME研究模型如下:
IPHASE體外ADME研究“一站式”產(chǎn)品解決方案
因此,IPHASE作為體外研究生物試劑引領(lǐng)者,緊隨藥物開發(fā)前沿,針對多肽藥物體外ADME研究方向,研發(fā)了多種類、多層次、多領(lǐng)域的體外生物試劑,助力多肽藥物開發(fā)研究!
產(chǎn)品類別 |
組分分類 |
名稱 |
亞細胞組分試劑 |
肝/腸/腎
微粒體 |
人/猴/犬/兔/大鼠/小鼠/地鼠/貓/小型豬 微粒體 |
肝/腸/腎 勻漿液 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 勻漿液 |
肝S9/
酸化肝S9 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 S9 |
肝胞質(zhì)液 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 胞質(zhì)液 |
腸/腎S9 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 S9 |
溶酶體 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 溶酶體 |
酸化肝勻漿液 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 酸化肝勻漿液 |
原代肝細胞產(chǎn)品 |
/ |
人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 懸浮/貼壁 原代肝細胞 |
轉(zhuǎn)運體產(chǎn)品 |
ABC 家族轉(zhuǎn)運體 |
人類BCRP/BSEP/MDR1/MRP1/MRP2/MRP3/MRP4/MRP8 ABC轉(zhuǎn)運體 |
SLC 家族轉(zhuǎn)運體 |
人類 OATP1B1/OAT1/OAT3/OCT2/ OATP1B3/OATP2B1/OCT1/NTCP/MATE1/MATE2K/OATP1A2
SLC轉(zhuǎn)運體細胞 |
重組酶產(chǎn)品 |
CYP |
人CYP 1A2+/2A6+/2B6+/2C8+/2C9+/2C19+/2D6+/2E1+/3A4+/1A1+/3A5+ 還原重組酶 |
UGT |
人UGT 1A1/1A3/1A4/1A6/1A7/1A8/1A9/1A10/2B7/2B15/2B17 重組酶 |
血漿相關(guān)產(chǎn)品 |
血漿蛋白結(jié)合試劑 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠血漿蛋白結(jié)合試劑 |
平衡透析裝置 |
血漿蛋白結(jié)合試驗平衡透析裝置 |
平衡透析膜 |
血漿穩(wěn)定性試驗產(chǎn)品 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 空白血漿(穩(wěn)定性專用)/全血 |
空白生物基質(zhì) |
血液類 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 血漿 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 全血 |
注:具體產(chǎn)品種屬及規(guī)格以現(xiàn)有庫存為主。IPHASE/匯智和源憑借多年的研發(fā)經(jīng)驗,推出了多領(lǐng)域、多種類的高端科研試劑,為藥物早期研發(fā)提供篩選工具,為生命科學(xué)領(lǐng)域的探索提供新材料、新方法和新手段,為食品、藥品、化學(xué)品等的遺傳毒性研究提供便捷產(chǎn)品,望廣大科研工作者來電咨詢,咨詢熱線400-127-6686。參考文獻:[1] 藥明康德,《藥物代謝與動力學(xué):前沿、策略與應(yīng)用實例》。[2] La Manna S, Di Natale C, Florio D, et al. Peptides as therapeutic agents for inflammatory-related diseases[J]. International journal of molecular sciences, 2018, 19(9): 2714.[3] Lagoutte R, Patouret R, Winssinger N. Covalent inhibitors: an opportunity for rational target selectivity[J]. Current opinion in chemical biology, 2017, 39: 54-63.[4] Tiwari N. Characterization of antigen processing and presentation by peptide-linked MHC class I molecules[D]. , 2005.[5] Datta-Mannan A. Mechanisms influencing the pharmacokinetics and disposition of monoclonal antibodies and peptides[J]. Drug Metabolism and Disposition, 2019, 47(10): 1100-1110.
匯智和源,致力于為創(chuàng)新藥研發(fā)企業(yè)及生命科學(xué)研究機構(gòu)提供高品質(zhì)的生物試劑,IPHASE為公司核心品牌,品牌宗旨“Innovative Reagents For Innovative Research”。