以下文章來源于TSS轉化醫(yī)學譜 ，作者TSS轉化醫(yī)學譜

人體內(nèi)的天然肽/激素

肽藥物發(fā)現(xiàn)的歷史始于利用天然激素和具有經(jīng)過充分研究的生理功能的肽來治療由激素缺乏引起的疾病，例如 T1DM 或 T2DM 患者缺乏調(diào)節(jié)血糖水平所需的胰島素。糖尿病可以通過注射胰島素或通過刺激胰島素分泌相關靶點（例如 GLP-1 受體）產(chǎn)生胰島素來治療。尋找天然肽和激素或用動物同源物替代它們，如胰島素、GLP-1、生長抑素、GnRH、8-Arg-加壓素和催產(chǎn)素，是肽藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的最初策略（圖 1 ） 。然而，與這些天然肽相關的缺點引起了人們對優(yōu)化其天然序列的興趣，從而產(chǎn)生了一系列天然激素模擬肽藥物。

圖1. 人胰島素和人胰島素衍生藥物的結構。上:人胰島素的結構（左，PDB：1XDA）。對其殘基進行修飾（B 鏈：B3：Asn、B28：Pro、B29：Lys；A 鏈：A21：Asn）產(chǎn)生了幾種短效和長效胰島素藥物（下表）。

模擬激素的肽

GLP-1衍生肽藥物（圖 2a ）：GLP-1是一種37個氨基酸的肽，調(diào)節(jié)胰島素的產(chǎn)生和分泌，在體內(nèi)半衰期非常短。研究人員付出了大量的努力來修改其序列，以增強這種激素的穩(wěn)定性，同時保持其效力和藥理作用，從而開發(fā)了目前三種最暢銷的多肽藥物：Trulicity（杜拉魯肽，dulaglutide）、Victoza （利拉魯肽，liraglutide）和 Ozempic（索馬魯肽，semaglutide）。

圖 2a. 利拉魯肽是一種 GLP-1 衍生肽藥物，對其天然序列的第26 個殘基 (K) 進行了修飾。

促性腺激素釋放激素（GnRH）衍生肽藥物（圖2b ）：GnRH是一種含有10個氨基酸的肽，由下丘腦中的GnRH神經(jīng)元產(chǎn)生。GnRH 天然序列的修飾導致了多種肽藥物的開發(fā)，例如亮丙瑞林(leuprolide)和地加瑞克(degarelix)。亮丙瑞林通過激活 GnRH 受體而具有與 GnRH 相同的生物活性，并用作 GnRH 受體激動劑，用于治療激素反應性前列腺癌、子宮內(nèi)膜異位癥、子宮肌瘤和性早熟。雖然地加瑞克的序列同樣是根據(jù) GnRH 進行優(yōu)化的，但它通過與 GnRH 受體競爭性結合而充當 GnRH 受體拮抗劑，用于治療晚期前列腺癌。

圖 2b. 亮丙瑞林和地加瑞克是根據(jù) GnRH 的天然序列進行修飾的。

許多其他批準的肽藥物也源自天然激素，包括奧曲肽(octreotide)，一種生長抑素模擬肽藥物，用于治療產(chǎn)生生長激素的腫瘤和垂體腫瘤；去氨加壓素(desmopressin)，一種 8-Arg-加壓素模擬肽藥物，用于治療尿崩癥和夜尿癥；卡貝縮宮素(carbetocin)，一種用于治療閉經(jīng)的催產(chǎn)素oxytocin同系物；和阿托西班(atosiban)，一種用于抑制早產(chǎn)的催產(chǎn)素拮抗劑 。

從天然產(chǎn)物中鑒定出的多肽

許多來自細菌、真菌、植物和動物的生物活性肽都具有治療特性，例如蛇毒，它被認為是血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 類似物、VEGF-F 或 svVEGF。它們通常是不超過 80 個殘基的富含二硫鍵的環(huán)肽，可以通過靶向離子通道和其他膜結合受體來誘導細胞毒性。來自蛇和蝎子的毒液肽已被修飾用于治療應用。此外，從希拉毒蜥毒液中優(yōu)化而來的艾塞那肽(exenatide，圖 3a ）是一種 GLP-1 激動劑，而齊考諾肽（ziconotide，一種源自墨西哥芋螺的毒液肽）已被用于治療慢性神經(jīng)性疼痛。

圖3. 艾塞那肽 ( a ) 和lugdunin ( b )。

非核糖體肽 (NRP，Non-ribosomal peptides) 是從天然產(chǎn)物中鑒定出的另一類肽。序列中包含的非標準殘基意味著NRP不是通過核糖體通過傳統(tǒng)的生物合成途徑產(chǎn)生的，而是由非核糖體肽合成酶通過由起始、延伸和終止模塊組成的途徑產(chǎn)生。與核糖體合成的肽相比，NRP 對水解酶具有更強的抵抗力，并且在體內(nèi)表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。研究最多的NRP主要來源于細菌和真菌，包括萬古霉素、環(huán)孢菌素、lugdunin（圖 3b ）。以及具有抗菌活性的teixobactin，以及具有抗腫瘤活性的α-鵝膏菌素、納米囊藻素A和放線菌素。此外，環(huán)縮肽是包含通常在植物中鑒定的特定類別的NRP的環(huán)肽，例如enniatin B和emodepside。這些多肽藥物表現(xiàn)出增強的血漿穩(wěn)定性，使其能夠口服給藥。然而，NRP 的合成和構效關系研究是 NRP 最具挑戰(zhàn)性和令人興奮的研究領域之一。

基于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的合理設計多肽分子

蛋白質(zhì)組學和結構生物學的發(fā)展導致發(fā)現(xiàn)了許多涉及大多數(shù)細胞過程和生物功能的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用 (PPI) 。迄今為止，已研究的 PPI 超過 14,000 種，僅占人體所有 PPI 的 1% 左右。PPI 還調(diào)節(jié)人類疾病中許多重要的細胞途徑，因此是潛在的藥物靶點。與小分子和抗體相比，肽作為 PPI 抑制劑或激活劑具有內(nèi)在優(yōu)勢。因此，基于晶體結構的新型肽藥物發(fā)現(xiàn)技術由此應運而生：肽的合理設計(rational design of peptides)。它被認為是發(fā)現(xiàn)新肽候選藥物的一個有前途的策略。

肽的合理設計涉及基于目標 PPI 的解析晶體結構的計算機輔助生物信息學技術。PPI 結合界面的生物信息學和計算分析能夠識別兩種相互作用蛋白質(zhì)表面的必需氨基酸。這些必需氨基酸貢獻了 PPI 的主要吉布斯能量，通常稱為“熱點” 。熱點可以是蛋白質(zhì)的連續(xù)片段或蛋白質(zhì)不同二級結構上的分散殘基。PPI 多肽調(diào)節(jié)劑的設計基于這些熱點，要么直接使用連續(xù)片段，要么使用連接分散殘基作為初始序列的策略。然而，需要進一步的肽開發(fā)和結構優(yōu)化，包括肽環(huán)化和主鏈修飾，以提高其活性和理化性質(zhì)。例如，通過結構-活性關系的研究來鑒定必需的肽殘基和非必需殘基的取代，以及對序列進行化學修飾以穩(wěn)定肽的二級結構，包括轉角、螺旋、發(fā)夾和延伸構象，可用于增強生物活性并改善理化性質(zhì)。

通過噬菌體展示發(fā)現(xiàn)候選多肽藥物

噬菌體展示是一種高效且穩(wěn)定的技術，用于識別生物靶標的配體，由 Smith 于 1985 年首次報道。噬菌體展示利用重組技術在噬菌體表面設計靶標配體。通過高通量測序方法可用于鑒定先導藥物，包括抗體和肽。噬菌體展示已廣泛用于發(fā)現(xiàn)新的多肽藥物研發(fā)。

通過噬菌體展示發(fā)現(xiàn)了 GLP-1 和其他膜受體配體的有效肽類似物，包括蛋白質(zhì)、肽和毒液，它們主要充當激動劑。此外，靶向TGF-β1 或EGFR的多肽，以及破壞FGF1-FGFR1 相互作用的肽拮抗劑都是肽藥物噬菌體展示篩選的良好案例。

噬菌體展示技術的最新發(fā)展集中于尋找更有效的篩選方案，以簡化大量數(shù)據(jù)中的配體選擇，例如通過減少噬菌體篩選周期。采用“噬菌體上”修飾技術，從傳統(tǒng)噬菌體展示中獲得化學修飾的肽，得到雙硫醚環(huán)肽。另一種策略涉及開發(fā)新穎的展示方法。例如，開發(fā)了鏡像噬菌體展示來探索 D-手性肽和進行mRNA展示以發(fā)現(xiàn)和選擇具有非天然氨基酸的大環(huán)肽。還有，使用核糖體展示來開發(fā)先導肽，包括生物活性大環(huán)肽，含有 D-氨基酸和非天然氨基酸。這些進展使得能夠構建大量展示文庫來發(fā)現(xiàn)新的候選多肽。