蛋白质类药物

1 氨基酸、多肽及蛋白质类药物

山东药品食品职业学院 张慧婧

第一部分 氨基酸、多肽及蛋白质基本知识

一、蛋白质基本知识

蛋白质是一切生命的物质基础，是生物体的重要组成成分之一。无论是病毒、细菌、寄生虫等简单的低等生物，还是植物、动物等复杂的高等生物，均含有蛋白质。蛋白质占人体重量的16%～20%，约达人体固体总量的45%，肌肉、血液、毛发、韧带和内脏等都以蛋白质为主要成分的形式存在；植物体内蛋白质含量较动物偏低，但在植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高，如大豆中蛋白含量约为38%，而黄豆中高达40%；微生物中蛋白质含量也很高，细菌中的蛋白质含量一般为50%～80%，干酵母中蛋白质含量也高达46．6%，病毒除少量核酸外几乎都由蛋白质组成，疯牛病的病原体——朊病毒仅由蛋白质组成。

这些不同种类的蛋白质，具有独特的生物学功能，几乎参与了所有的生命现象和生理过程，可以说一切生命现象都是蛋白质功能的体现。

1．生物催化作用

作为生命体新陈代谢的催化剂——酶，是被认识最早和研究最多的一大类蛋白质，它的特点是催化生物体内的几乎所有的化学反应。生物催化作用是蛋白质最重要的生物功能之一。正是这些酶类决定了生物的代谢类型，从而才有可能表现出不同的各种生命现象。

2．结构功能

第二大类蛋白质是结构蛋白，它们构成动、植物机体的组织和细胞。在高等动物中，纤维状胶原蛋白是结缔组织及骨骼的结构蛋白，α-角蛋白是组成毛发、羽毛、角质、皮肤的结构蛋白。丝心蛋白是蚕丝纤维和蜘蛛网的主要组成成分。膜蛋白是细胞各种生物膜的重要成分，它与带极性的脂类组成膜结构。

3.运动收缩功能

另一类蛋白质在生物的运动和收缩系统中执行重要功能。肌动蛋白和肌球蛋白是肌肉收缩系统的两种主要成分。细菌的鞭毛或纤毛蛋白同样可以驱动细胞作相应的运动。

4.运输功能

有些蛋白质具有运输功能，属于运载蛋白，它们能够结合并且运输特殊的分子。如脊椎动物红细胞中的血红蛋白和无脊椎动物的血蓝蛋白起运输氧的功能，血液中的血清蛋白运输脂肪酸，β-脂蛋白运输脂类。许多营养物质（如葡萄糖、氨基酸等）的跨膜输送需要载体蛋白的协助，细胞色素类蛋白在线粒体和叶绿体中担负传递电子的功能。

维普资讯 ■并Ｉ矗一一合成药　生化药　铡剞分瑟２００２　２３ｆＳ）　‘　●　‘　‘　‘　●　‘　‘　●　●　‘　●　●　‘　●　●　‘　●　●　●　‘　●　●　●　●　●　酸基团．可以得到ＦＭＳ—Ｏｓｕ。ＦＭＳ部分水解呈线　形式，ｔ１／２为６±２小时．其水解比Ｆｏｍｃ一蛋白结　物快４倍。当ＦＭＳ连接分子量更低的化合物如氨　酸时，水解过程会更慢（ｔ　＝８—３　０小时）。　人胰岛素衍生物ＦＭＳ３・胰岛素中有三个ＦＭＳ基国　同胰岛素蛋白上的三个氨基共价结合。ＦＭＳ。・胰岛青　能以０．３～０．６ｍｍｏｌ／Ｌ的浓度溶于水性缓；中液中，同　然胰岛素相比．它只有１％的生物活性和受体亲币　力。在生理条件下保温，缓慢水解，变成有活性白ｃ　胰岛素（在３７。Ｃ的人血清条件下ｔｌ／２＝１７±２小时）　对用链脲霉素处理的糖尿病大鼠皮下注射ＦＭＳ。一胰　素可维持低血糖很长一段时间，可以通过腹腔注身　ＦＭＳ。・胰岛素避开皮下隔室。给药后．大鼠从低血　糖恢复的时间是ｆ１，２＝１４±１小时，而在相同的实验穿　ｌ　件下普通胰岛素和长效胰岛素的ｆ１，　为９±１小时。臣　此ＦＭＳ。一胰岛素是一种新型的水溶性长效胰岛素带　－　剂。因其与受体结合力较低，避开了受体介导的陌　皇　解，具有长效的降血糖作用，在体内能逐渐恢复　●＝●　然活性。　■　●一　通过受体介导的内吞和降解清除胰岛素是一个　Ｊ　一　常特殊的机理　不能反映大多数肽类和蛋白质的　点。多肽在体内的半衰期短，原因在于蛋白酶的陌毒　解以及肾小球的滤过清除。因此，即使在肾脏清两　一　率很慢，蛋白质类药物给药后在体内仍迅速失活。　大鼠皮下注射放射性标记ＦＭＳ结合的蛋白质和参　肽以及相应的蛋白质和多肽　研究不同蛋白质和分彳　量０．６￣１．７ｋＤ的多肽，结果显示，皮下注射非ＦＭ，ｃ　处理的蛋白质和多肽（分子量在０．６￣１．７ｋＤ）１—２／Ｊ　时内达峰，ｔ１／２为９—１　２小时。每分子包含二分子　更多分子ＦＭＳ的蛋白质和肽类均能够达到长效效果　其体内半衰期同对应物相比提高２—４倍。此外　单分子ＦＭＳ的肽类和蛋白质类不足以延长其体内作片　时间。实际上，每分子含二分子或更多分子ＦＭＳ　蛋白质或肽类在体内能抵御蛋白质的水解。在所有　时间点，蛋白质的水解都下降了５０％￣７０％。而在菇　有二硫键的多肽中如果两个ＦＭＳ的距离在４￣６个氨砉　酸，则其作用时间延长可能达到最大效果，有关司　究目前正在进行。　２干扰素一ｏ（　干扰素一Ｏ【２（ＩＦＮ　Ｏ【２）是一种分子量１８ｋＤ的蛋Ｅ　质．它具有抗病毒　免疫调节和抗分裂等多种作　用，目前美国ＦＤＡ已批准用于治疗乙型和丙型肝炎以　及白血病和艾滋病患者的卡波济肉瘤。ｌＦＮ　Ｏ【，是一　种体内半衰期很短的蛋白质．在体内经过水解失活，　而后由肾脏清除。通过共价连接７个分子的ＦＭＳ到　人ｌＦＮ　Ｏ【２上制得的ＦＭＳ７－ｌＦＮ　Ｏ【２，同天然干扰素相　比．它只有大约４％的抗病毒活性，但在体内生理条　件下．逐渐水解恢复活性。半衰期为５±０．５小时。　当对大鼠静注ＦＭＳ７・ＩＦＮ　Ｏ【２时，体内的抗病毒活性　逐渐升高。蛋白水平在注射后２小时内开始升高．在　２０小时达峰，消除半衰期为３５±４小时。在相同的　实验条件下，对大鼠给予天然的ｌＦＮ　Ｏ【　．消除半衰　期ｔ１，２是４±０．４小时。把ｌＦＮ　Ｏ【２或ＦＭＳ７－ｌＦＮ　Ｏ【２放　人３７℃与血浆白蛋白保温．具相同的抗病毒活性。　ＦＭＳ７－ＩＦＮ　Ｏ【２的作用有２小时左右的滞后时间．然后　抗病毒活性显著上升，在１　０小时左右达到稳态，以　半衰期３２±２小时消除。由此可见．体内ｌ　ＦＮ　ｏ【２　半衰期较短的主要原因在于血浆蛋白酶的水解失活。　ＦＭＳＴ－ｌＦＮ　Ｏ【２体内和体外的长期抗病毒活性归因　于它能抵抗血浆代谢，通过ＦＭＳ基团的水解而逐渐　恢复活性。因此，ＦＭＳ结合技术可运用于体内被血　浆蛋白酶失活的多种蛋白质类药物。　近来，对上述方法是否也能延长非蛋白质类低分　子药物的体内半衰期进行了研究，这类药物比蛋白质　类药物体内半衰期短，主要是通过肾脏肾小球的滤　过，它们几乎不通过降解形式消除。　白蛋白大量存在于细胞外液之中，它在血浆中的　浓度为０．６ｍｍｏｌ／Ｌ，而在皮下组织液中的浓度是　０．３ｍｍｏｌ／Ｌ。白蛋白结合了非常多的配基，例如长链　的脂肪酸，以及金属离子和无数的药物。低分子药　物与白蛋白结合会导致体内消除速率的下降。使半衰　期较短的非蛋白质药物同配基结合（如长链的脂肪　酸）延长药物的作用时间，然而，结合物必须保持　治疗活性和足够的蛋白结合率。　最近利用血液平衡透析技术发现．引入一个　ＦＭＳ基团（如ＦＭＳ・丝氨酸）可增加与白蛋白的结　合。引入一分子ＦＭＳ后同人血清白蛋白的结合系数　约是０．５×１０　／Ｍ（Ｋｏ＝２０　ｍｏｌ／Ｌ）。因为只含一分子　ＦＭＳ基团的肽类结合物．体内半衰期并没有延长，

第33卷 第4期 2010年8月 - 249 -

•专 论•

PEG-蛋白质类药物的体内代谢与安全性评价

张 旋1，刘昌孝2 * 1 天津派格生物技术有限公司，天津 300457； 2 天津药物研究院 释药技术与药代动力学国家重点实验室，天津 300193

摘 要 聚乙二醇化蛋白质（pegylated protein，PEG-蛋白质）是延长蛋白质类药物半衰期的最有效的途径之一，通过延缓蛋白的排泄，提高其抗酶解的能力，增加其溶解性与稳定性，以及降低其免疫原性，可显著延长蛋白质类药物体内的生物活性，从而改善蛋白质类药物的药代动力学和药效学性质。由于方法学上的限制，PEG-蛋白质类药物的代谢、组织分布和排泄研究极具挑战，但众多的文献资料表明，聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）分子的体内代谢与安全性已经确立，无需过度担心PEG-蛋白质类药物的安全性。将从PEG-蛋白质体内组织分布与排泄研究方法、PEG的代谢与安全性和PEG-蛋白质类药物动物和临床应用的安全性3方面介绍和评述PEG-蛋白药物的体内代谢与安全性评价问题。 关键词 评价研究；代谢；聚乙二醇化；蛋白质类药物；安全性

中图分类号：R969.1 文献标志码：A 文章编号：1674–6376（2010）04–0249–05

In vivo metabolism and safety evaluation of PEGylated proteins drugs

ZHANG Xuan1, LIU Changxiao2 1 Tianjin Pegylatt Biotechnology Co. Ltd., Tianjin 300457, China 2 State Key Laboratory of Drug Delivery Technology and Pharmacokinetics, Tianjin Institute of Pharmaceutical Research, Tianjin 300193, China

蛋白质药物的研发与生产

一、引言

蛋白质是生命体系中同时担任结构和功能的重要分子。许多疾病的发展都与蛋白质有关，蛋白质药物已成为临床治疗的主要手段之一。本文将介绍蛋白质药物的研发和生产。

二、蛋白质药物的研发

1.蛋白质药物的种类

蛋白质药物主要包括单克隆抗体、重组蛋白和蛋白质表面结构模拟体等。单克隆抗体主要用于肿瘤、自身免疫等疾病的治疗，重组蛋白主要用于代替人体中缺失的功能性蛋白质，如干扰素、转化生长因子等。蛋白质表面结构模拟体主要用于感染病毒和细菌等疾病的治疗。

2.蛋白质药物的研发流程

蛋白质药物的研发流程包括基因克隆、表达和纯化、药效评价、体内药动学评价、毒性评价等环节。其中，基因克隆是研发蛋白质药物的第一步，需要对目标蛋白的基因进行克隆和序列分析，确定最佳表达载体和宿主菌株。表达和纯化是研发蛋白质药物的关键环节，需要对目标蛋白进行大规模的表达和纯化，并进行各种质量控制和活性评价。药效评价是评价蛋白质药物疗效的重要环节，需要进行体外和体内实验，确定药物的作用机制和药效。体内药动学评价和毒性评价则是评价药物安全性和耐受性的重要环节。

3.蛋白质药物研发的挑战和解决方案

蛋白质药物研发面临着多种挑战，如蛋白质稳定性、药效性和免疫原性等。为应对这些挑战，研究人员需要采用多种策略和技术手段。比如，通过改变蛋白质结构、构建哑变体等手段提高药物的稳定性和降低免疫原性；通过多肽标记等手段提高药物的生物利用度和半衰期；通过选择合适的表达系统和纯化技术等手段提高药物的纯度和活性。

三、蛋白质药物的生产

1.蛋白质药物的生产流程

蛋白质药物的生产流程包括菌种扩培、发酵、纯化和制剂等环节。菌种扩培是生产蛋白质药物的第一步，需要对表达蛋白质的宿主菌株进行扩培，培养细胞达到一定密度后添加诱导剂。发酵是蛋白质药物生产的核心环节，需要对表达蛋白的菌液进行大规模的发酵，借助于发酵罐和其他设备，控制温度、pH、氧气气体浓度及营养成分等因素，使细胞大量表达目标蛋白。纯化是将目标蛋白从发酵液中纯化出来的环节，需要使用多种分离和纯化技术，如亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、逆渗透、冷冻干燥等。制剂是最终将蛋白质药物制成药品的环节，需要对纯化好的蛋白质药物进行稳定性评价和制剂研发。