多肽是生物體重要的活性分子，同時(shí)也是人體重要的調(diào)節(jié)分子，控制著人體的生長(zhǎng)發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)和新陳代謝等過程。多肽普遍存在于生物體內(nèi)，可以應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品、化妝品等領(lǐng)域。多肽藥物是多肽在醫(yī)藥領(lǐng)域的具體應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和肌肉骨骼系統(tǒng)等。多肽藥物純度高、毒性小、生物活性好，已成為全球新藥研發(fā)的熱點(diǎn)。但同時(shí)，多肽藥物的研發(fā)也存在諸多問題，如多肽藥物穩(wěn)定性不強(qiáng)，靶點(diǎn)難尋，半衰期短、細(xì)胞滲透性差等，一系列難題催生了多肽藥物新技術(shù)出臺(tái)，譬如蛋白識(shí)別技術(shù)、偶聯(lián)藥物開發(fā)、智能藥物設(shè)計(jì)等。

CPHI China 2023 展會(huì)期間，肽研社與中國(guó)醫(yī)藥保健品進(jìn)出口商會(huì)、上海博華國(guó)際展覽有限公司攜手主辦一場(chǎng)“多肽藥物研發(fā)與創(chuàng)新研討會(huì)”，共同探討多肽領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)。此次論壇由深圳瑞德林生物技術(shù)有限公司提供宣傳支持。

主題解讀

定向二硫鍵多環(huán)肽創(chuàng)新藥平臺(tái)

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多肽的特點(diǎn)與不足

肽是一種有機(jī)化合物，由氨基酸脫水而成，含有羧基和氨基，是一種兩性化合物。多肽是氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物，是蛋白質(zhì)水解的中間產(chǎn)物，由10~100個(gè)氨基酸分子脫水縮合而成，分子量低于10000Da，能透過半透膜，不被三氯乙酸及硫酸銨所沉淀，包括生物活性多肽和人工合成多肽。

圖1.多肽

多肽藥物是指通過化學(xué)合成、基因重組和動(dòng)植物提取的具有特定治療作用的多肽，主要分為內(nèi)源性多肽（如腦啡肽、胸腺肽）和其他外源性多肽（如蛇毒、唾液酸）。多肽藥物的相對(duì)分子質(zhì)量處于小分子化藥和蛋白質(zhì)藥物之間，兼具小分子化藥和蛋白質(zhì)藥物的優(yōu)點(diǎn)，相較于小分子化藥，多肽藥物生物活性高、特異性強(qiáng)，與蛋白質(zhì)藥物相比，多肽藥物穩(wěn)定性較好、免疫原性低、純度高、成本相對(duì)低。

多肽可直接、主動(dòng)地被機(jī)體吸收，吸收的速度快，并且多肽的吸收具有優(yōu)先性。此外，多肽不僅可以搭載營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能傳遞細(xì)胞信息從而指揮神經(jīng)。多肽藥物具有活性高、選擇性高、毒性低、靶標(biāo)親和力較高的特點(diǎn)，但同時(shí)，也具有半衰期短、細(xì)胞膜滲透性較差、給藥途徑單一的缺點(diǎn)。

表1.小分子化藥、多肽藥物、蛋白質(zhì)藥物的比較

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環(huán)肽

多肽根據(jù)其結(jié)構(gòu)形態(tài)，可分為直鏈肽和環(huán)肽，直鏈肽是指氨基酸分子按照直線排列形成的多肽，環(huán)肽是在直鏈肽的基礎(chǔ)上衍生出環(huán)狀結(jié)構(gòu)而形成的多肽。環(huán)肽多由5-14個(gè)氨基酸組成，分子量約500-2000Da。環(huán)肽通過4種環(huán)化反應(yīng)來產(chǎn)生，分別是頭尾、頭對(duì)側(cè)鏈、尾對(duì)側(cè)鏈、側(cè)鏈對(duì)側(cè)鏈。

圖2. 環(huán)肽連接方式

與直鏈肽相比，環(huán)肽具有以下三大優(yōu)勢(shì)：

代謝穩(wěn)定性強(qiáng)。

多肽主鏈上易發(fā)生脫酰胺反應(yīng)，側(cè)鏈上的氨基酸殘基易發(fā)生構(gòu)象變化，因此多肽在機(jī)體內(nèi)不穩(wěn)定。環(huán)肽是降低多肽結(jié)構(gòu)參與降解反應(yīng)活潑性的方法之一，環(huán)肽因其剛性結(jié)構(gòu)而具有穩(wěn)定性和均勻構(gòu)象，并且耐受肽水解酶的降解。此外，環(huán)肽可以約束肽底物的構(gòu)象，從而保護(hù)肽底物免受外切肽酶和內(nèi)肽酶的攻擊。

選擇性和親和力高。

環(huán)肽的大小處于中等水平，具有多樣化的官能團(tuán)，表面積較大，因此，環(huán)肽與靶蛋白的接觸面積大，親和力與識(shí)別特異性強(qiáng)。

增強(qiáng)細(xì)胞膜通透性。

肽的環(huán)化有助于分子內(nèi)氫鍵的形成和側(cè)鏈的取向，從而有助于保護(hù)極性原子免受溶劑介質(zhì)的影響，減少腸道、血液和組織的降解，降低靈活性，減少極性表面積，促進(jìn)細(xì)胞膜的滲透。

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二硫鍵成環(huán)

環(huán)肽可以通過酰胺鍵、二硫鍵、醚鍵、烯烴等進(jìn)行連接。其中，酰胺鍵成環(huán)有兩種，分別是首尾成環(huán)和側(cè)鏈成環(huán)。相較于酰胺鍵成環(huán)技術(shù)，二硫鍵成環(huán)具有精準(zhǔn)配對(duì)和多肽氧化折疊調(diào)控的特點(diǎn)。一條肽鏈上不同位置的氨基酸之間形成的二硫鍵可以將肽鏈折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)，這要求兩個(gè)半胱氨酸的空間距離接近。如若要在一條肽鏈上形成兩對(duì)或兩對(duì)以上的二硫鍵，則需在固相合成多肽之前設(shè)計(jì)好幾對(duì)二硫鍵形成的順序和方法路線，選擇不同的側(cè)鏈巰基保護(hù)基，利用其性質(zhì)差異，分步氧化形成兩對(duì)或多對(duì)二硫鍵。多肽合成中常用的形成二硫鍵的方法有空氣氧化法和碘氧化法。

圖3.二硫鍵

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上市環(huán)肽藥物情況

針對(duì)多肽藥物的缺點(diǎn)，研究者們?cè)趦?yōu)化多肽的道路上做出了不懈的努力，以提高多肽藥物的生物利用度。將多肽環(huán)化是優(yōu)化多肽的方法之一，環(huán)肽的開發(fā)為多肽藥物帶來了曙光。環(huán)肽以其優(yōu)異的代謝穩(wěn)定性、選擇性和親和力、細(xì)胞膜通透性和口服利用度而有利于成藥，環(huán)肽類物質(zhì)具有抗癌、抗感染、抗真菌、抗病毒等生物活性，是十分具有前景的藥物分子，近年來，環(huán)肽藥物大受關(guān)注，藥企緊跟創(chuàng)新藥物開發(fā)潮流，紛紛布局環(huán)肽藥物賽道。

中國(guó)科學(xué)院上海藥物所的陳士羽博士團(tuán)隊(duì)在其Cyclic peptide drugs approved in lasttwo decades中介紹了2001年至2021年獲批的環(huán)肽藥物。這20年間，共有18款環(huán)肽藥物上市，其中，作用于細(xì)胞壁合成和β-1,3-葡聚糖酶靶點(diǎn)的環(huán)肽數(shù)量最多，各有3款。獲批的環(huán)肽藥物的治療領(lǐng)域覆蓋抗感染、內(nèi)分泌、消化系統(tǒng)、代謝、腫瘤/免疫、中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中抗感染類和內(nèi)分泌類環(huán)肽藥物占比達(dá)到66.7%。從環(huán)化類型來看，通過二硫鍵環(huán)化的和通過酰胺鍵環(huán)化的環(huán)肽藥物較多，分別獲批7款和6款。

表2.2001-2021年獲批環(huán)肽藥物

我國(guó)對(duì)環(huán)肽的研究在持續(xù)進(jìn)行中，廈門大學(xué)的吳川六教授及其課題組長(zhǎng)期致力于環(huán)肽和多環(huán)多肽識(shí)別分子設(shè)計(jì)、篩選及蛋白識(shí)別研究，近年在多環(huán)多肽構(gòu)筑、多肽庫(kù)設(shè)計(jì)及篩選、蛋白識(shí)別分析及調(diào)控等方面取得了系列研究進(jìn)展。在本次分論壇上，吳川六教授將與大家分享“定向二硫鍵多環(huán)肽創(chuàng)新藥平臺(tái)”。

吳川六教授

雙靶向偶聯(lián)藥物（Bi-XDC）

環(huán)肽藥物憑借其穩(wěn)定性成為創(chuàng)新型多肽藥物界一顆閃亮的星，伴隨著多肽藥物研發(fā)技術(shù)的不斷突破、百花齊放，近年來，基于偶聯(lián)技術(shù)開發(fā)的偶聯(lián)藥物在抗腫瘤方面脫穎而出，躋身創(chuàng)新型多肽藥物行列。傳統(tǒng)的化療藥物能夠?qū)崿F(xiàn)有效阻止或減緩惡性腫瘤生長(zhǎng)，但是也存在一些毒副反應(yīng)，而偶聯(lián)藥物技術(shù)既能降低毒副作用，也能提高療效。多肽偶聯(lián)藥物（PDC）是具有代表性的一類偶聯(lián)藥物。

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多肽偶聯(lián)藥物（PDC）

多肽偶聯(lián)藥物（PDC）由多肽、細(xì)胞毒性有效載荷以及連接子構(gòu)成，具有分子量小、腫瘤穿透性強(qiáng)、免疫原性低、利用固相合成法可大規(guī)模合成、生產(chǎn)成本較低、相對(duì)較好的藥代動(dòng)力學(xué)等特點(diǎn)。

圖5.PDC結(jié)構(gòu)

PDC中的多肽有兩種，分別是細(xì)胞穿透肽（CPPs）和細(xì)胞靶向肽（CTPs）。一些CPPs通過能量依賴的細(xì)胞過程，如內(nèi)吞作用或受體介導(dǎo)的攝取，穿過細(xì)胞膜，而另一些則使用能量非依賴性的非內(nèi)吞轉(zhuǎn)位途徑，但是CPPs的細(xì)胞特異性低，具有這種肽的PDC應(yīng)用受到了限制。CTPs是一種更理想的載體分子，它通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將PDC運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，在溶酶體中連接子被相關(guān)酶裂解從而發(fā)揮小分子毒素殺傷作用。

圖6.PDC運(yùn)輸機(jī)制

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Bi-XDC

Bi-XDC是一種新型的靶向偶聯(lián)藥物，其雙配體靶向結(jié)構(gòu)和三功能連接子組成的系統(tǒng)可將有效載荷快速準(zhǔn)確地遞送至腫瘤細(xì)胞組織深處的癌細(xì)胞中，促使藥物在腫瘤組織上的富集。Bi-XDC的配體組合分子量小，約為ADC藥物的1/50倍，因此滲透性更強(qiáng)，進(jìn)入細(xì)胞的速度更快，半衰期更短。對(duì)單個(gè)靶點(diǎn)的成藥要求低，從而靶點(diǎn)更豐富。此外，Bi-XDC還有毒性小、治療窗口寬、成本低、專利保護(hù)強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

那么，雙靶向偶聯(lián)藥物技術(shù)的應(yīng)用情況如何？同宜醫(yī)藥的首席運(yùn)營(yíng)官邵軍博士擁有35年以上的多肽合成和研究經(jīng)驗(yàn)，超過25年的藥企多肽藥物研發(fā)、多肽原料藥生產(chǎn)、藥政注冊(cè)、質(zhì)量管理/GMP的經(jīng)歷，他將進(jìn)一步分享“雙靶向偶聯(lián)藥物（Bi-XDC）”的應(yīng)用情況。

邵軍博士

化學(xué)空間（Chemical Space）理論下的多肽創(chuàng)新藥的智能藥物設(shè)計(jì)

靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、篩選、驗(yàn)證與制備是新藥研究與開發(fā)的首要任務(wù)，很大程度上決定著臨床的成功率。傳統(tǒng)的靶點(diǎn)往往是通過梳理文獻(xiàn)、了解與疾病相關(guān)的分子途徑或遺傳變異的途徑獲取的，但是這種方法效率低，成為了眾多藥企的痛點(diǎn)之一。而人工智能的出現(xiàn)為藥企帶去了希望，人工智能可以提高篩選新的靶點(diǎn)的效率，并且合理設(shè)計(jì)出全新結(jié)構(gòu)的、親和力高、活性顯著的多肽分子，助力多肽藥物的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用。

在人工智能和大數(shù)據(jù)的支撐下，誕生了一種新型的藥物研發(fā)范式——智能藥物設(shè)計(jì)，包括人工智能輔助藥物研發(fā)（AIDD）和計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)（CADD）。

表3.AIDD的定義與應(yīng)用場(chǎng)景

表4.CADD的定義與應(yīng)用場(chǎng)景

AIDD和CADD的運(yùn)行需基于一個(gè)浩大的數(shù)據(jù)庫(kù)，這兩種藥物研發(fā)范式在很大程度上緩解了制藥企業(yè)的難題，提高了藥物研發(fā)的效率與準(zhǔn)確度。以化學(xué)空間理論為基礎(chǔ)形成的PepSpace大數(shù)據(jù)庫(kù)，便是基于大數(shù)據(jù)的人工智能藥物發(fā)現(xiàn)的精彩范式，是迄今為止最大的多肽藥物數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以涵蓋數(shù)百萬種化合物。

化學(xué)空間理論由何潤(rùn)澤博士的博士導(dǎo)師瑞士伯爾尼大學(xué)的Jean-Louis Reymond教授奠基與發(fā)展而來，指的是所有可能的分子和化合物所跨越的屬性空間。具體來說，化學(xué)空間是每一種可能的化合物的集合，包括每一種已知的藥物分子，以及那些尚未被發(fā)現(xiàn)的化合物，是一個(gè)多維描述符空間。藥物開發(fā)者可以通過研究藥物分子、類藥分子以及各種具有生物活性分子的化學(xué)空間分布，再通過高通量篩選找到具有所需藥效作用且副反應(yīng)較小的藥物分子。

何潤(rùn)澤博士主要從事多肽藥物研發(fā)及相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)，多肽藥物領(lǐng)域相關(guān)經(jīng)驗(yàn)豐富，主要包括多肽新藥研究及相關(guān)領(lǐng)域人工智能的應(yīng)用探索，多肽原料藥工藝的開發(fā)和優(yōu)化以及全自動(dòng)多肽合成和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)等。他將為我們帶來“化學(xué)空間（Chemical Space）理論下的多肽創(chuàng)新藥的智能藥物設(shè)計(jì)”主題演講，分享基于該理論的多肽藥物設(shè)計(jì)。

何潤(rùn)澤博士

保護(hù)氨基酸與多肽合成

多肽的上市需要經(jīng)過靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、分子設(shè)計(jì)、多肽合成、臨床前后研究、注冊(cè)申報(bào)、大規(guī)模生產(chǎn)等一系列環(huán)節(jié)，其中，多肽合成是實(shí)現(xiàn)肽分子從概念到產(chǎn)品不可或缺的一環(huán)。

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多肽的合成方法

多肽的合成方法有兩大類，分別是化學(xué)法和生物法，化學(xué)法包括液相合成與固相合成，生物法包括生物提取法、基因工程法、發(fā)酵法和酶法。各種合成方法適用的場(chǎng)景不同，5個(gè)氨基酸以下可選擇液相合成，5-40個(gè)氨基酸采取固相合成，40個(gè)氨基酸以上則適合生物合成法。

化學(xué)合成

化學(xué)合成主要是通過氨基酸脫水縮合反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，多肽合成時(shí)要將不需要反應(yīng)的基團(tuán)保護(hù)起來，才能進(jìn)行成肽反應(yīng)，從而保證多肽合成的定向性。液相合成與固相合成的區(qū)別主要在于是否使用固相載體樹脂。

液相合成

主要在溶液中進(jìn)行，有逐步合成與片段合成兩種，這兩種策略也可以聯(lián)合使用。逐步合成法通常從鏈的C末端氨基酸開始，向不斷增加的氨基酸組分中反復(fù)添加單個(gè)α-氨基保護(hù)的氨基酸，簡(jiǎn)單快捷。片段合成一般先將目標(biāo)序列合理分割為片段，再逐步合成各個(gè)片段，最后按序列要求將各個(gè)片段進(jìn)行縮合。

液相合成每步中間產(chǎn)物都可以純化、可以獲得中間產(chǎn)物的理化常數(shù)、還可以隨意進(jìn)行非氨基酸修飾、避免氨基酸缺失，方便快捷，適用于目標(biāo)多肽較短且需要大量合成的情況。但是耗費(fèi)的時(shí)間和精力相對(duì)較多。

固相合成

固相合成法是目前多肽合成使用最多的方法，其原理是將氨基酸的N末端固定在不溶性樹脂上，然后在該樹脂上依次進(jìn)行縮合反應(yīng)、延長(zhǎng)肽鏈。

固相合成簡(jiǎn)化了每步反應(yīng)的后處理操作，從而避免了手工操作和物料轉(zhuǎn)移過程中的損失，適用于合成長(zhǎng)鏈多肽或蛋白質(zhì)。但是固相合成不能在每一步中優(yōu)化中間產(chǎn)物，需采用較大的氨基酸過量投料，產(chǎn)品純度不高，需要經(jīng)過分離手段進(jìn)行純化。

無論是液相合成還是固相合成,均是按照設(shè)計(jì)的氨基酸順序,通過定向形成酰胺鍵方法得到目標(biāo)分子。

圖9.多肽固相合成

生物合成

生物合成多肽的方法主要有四種，包括生物提取法、基因工程法、發(fā)酵法和酶法。

表5.生物合成多肽方法

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保護(hù)氨基酸

保護(hù)氨基酸是指氨基酸的功能基團(tuán)與其他基團(tuán)反應(yīng)而封閉了氨基酸功能基團(tuán)活性的氨基酸衍生物。保護(hù)氨基酸是多肽固相合成的起始物料之一。氨基酸大多帶有活性側(cè)鏈，因此需要進(jìn)行保護(hù)，需要進(jìn)行保護(hù)的氨基酸包括Cys，Asp，Glu，His，Lys，Asn，Gln，Arg，Ser，Thr，Trp，Tyr。固相多肽合成要求參與反應(yīng)的氨基酸在合成的過程中穩(wěn)定、無副反應(yīng)，合成結(jié)束后可以完全定量地脫除。

保護(hù)氨基酸的分類依據(jù)主要基于保護(hù)基團(tuán)，如氨基保護(hù)基、羧基保護(hù)基和側(cè)鏈活性基團(tuán)保護(hù)。側(cè)鏈活性基團(tuán)保護(hù)相對(duì)于前兩種保護(hù)基團(tuán)的穩(wěn)定性要更強(qiáng)，因?yàn)閭?cè)鏈保護(hù)基團(tuán)在肽的合成過程中不會(huì)受到反應(yīng)物的影響，到肽合成結(jié)束后才最后脫除，而前兩者是一個(gè)氨基酸結(jié)合到肽鏈上后就要立即脫除。

表6.保護(hù)基團(tuán)類別

楊大成教授長(zhǎng)期開展創(chuàng)新藥研究，致力于多肽合成與有機(jī)合成，曾經(jīng)組建深圳市多肽合成工程技術(shù)研究開發(fā)中心并擔(dān)任常務(wù)副主任，實(shí)現(xiàn)20多種規(guī)格仿制多肽藥物的產(chǎn)業(yè)化。本次論壇他將帶來“保護(hù)氨基酸與多肽合成”主題分享，深度解析保護(hù)氨基酸如何助力多肽合成。

楊大成教授

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下的多肽行業(yè)變革

多肽行業(yè)發(fā)展的腳步從未停止，不論是在多肽藥物的研發(fā)方面，還是在多肽技術(shù)的改進(jìn)方面，都體現(xiàn)了多肽領(lǐng)域強(qiáng)大的創(chuàng)新力。驅(qū)動(dòng)多肽行業(yè)變革的因素有哪些？如何緊跟多肽發(fā)展步伐？曾馳女士帶來“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下的多肽行業(yè)變革”主題分享，與大家探討如何抓住創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，適應(yīng)多肽行業(yè)變革。

引用資料

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[3] 生物谷. 多肽——獨(dú)特的藥物

[4] 肽研社. 多肽合成新方法簡(jiǎn)介

[5] 邱芊,陳永森,朱頤申,韋萍. 固相多肽合成中氨基酸保護(hù)的研究進(jìn)展

[6] 探針資本. 行業(yè)研究 | 環(huán)肽藥物

[7] 肽研社. 盤點(diǎn) | 近20年來獲批的環(huán)肽藥物

[8] 朱以香. 王志杰. 抗體偶聯(lián)藥物在肺癌中的研究進(jìn)展與展望

[9] 美迪西生物醫(yī)藥. 多靶點(diǎn)藥物：創(chuàng)新藥物設(shè)計(jì)的重要思路

[10] 醫(yī)藥魔方. 新型偶聯(lián)技術(shù)Bi-XDC登國(guó)際舞臺(tái)，同宜醫(yī)藥邁出技術(shù)出海關(guān)鍵一步

[11] FTEC. AI in Drug Discovery (AIDD)行業(yè)研究報(bào)告

[12] 凱萊英. 【行研】全球創(chuàng)新療法系列（三）：淺析計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)藥設(shè)計(jì)（CADD）應(yīng)用現(xiàn)狀

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