世界要闻：多肽研讨 | 创新药技术平台
多肽是生物体重要的活性分子，同时也是人体重要的调节分子，控制着人体的生长发育、免疫调节和新陈代谢等过程。多肽普遍存在于生物体内，可以应用于医药、保健品、化妆品等领域。多肽药物是多肽在医药领域的具体应用，可广泛应用于内分泌系统、免疫系统、消化系统、心血管系统、血液系统和肌肉骨骼系统等。多肽药物纯度高、毒性小、生物活性好，已成为全球新药研发的热点。但同时，多肽药物的研发也存在诸多问题，如多肽药物稳定性不强，靶点难寻，半衰期短、细胞渗透性差等，一系列难题催生了多肽药物新技术出台，譬如蛋白识别技术、偶联药物开发、智能药物设计等。
CPHI China 2023 展会期间，肽研社与中国医药保健品进出口商会、上海博华国际展览有限公司携手主办一场“多肽药物研发与创新研讨会”，共同探讨多肽领域的创新技术平台。此次论坛由深圳瑞德林生物技术有限公司提供宣传支持。
主题解读
(资料图)
定向二硫键多环肽创新药平台
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多肽的特点与不足
肽是一种有机化合物，由氨基酸脱水而成，含有羧基和氨基，是一种两性化合物。多肽是氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，是蛋白质水解的中间产物，由10~100个氨基酸分子脱水缩合而成，分子量低于10000Da，能透过半透膜，不被三氯乙酸及硫酸铵所沉淀，包括生物活性多肽和人工合成多肽。
图1.多肽
多肽药物是指通过化学合成、基因重组和动植物提取的具有特定治疗作用的多肽，主要分为内源性多肽（如脑啡肽、胸腺肽）和其他外源性多肽（如蛇毒、唾液酸）。多肽药物的相对分子质量处于小分子化药和蛋白质药物之间，兼具小分子化药和蛋白质药物的优点，相较于小分子化药，多肽药物生物活性高、特异性强，与蛋白质药物相比，多肽药物稳定性较好、免疫原性低、纯度高、成本相对低。
多肽可直接、主动地被机体吸收，吸收的速度快，并且多肽的吸收具有优先性。此外，多肽不仅可以搭载营养物质，还能传递细胞信息从而指挥神经。多肽药物具有活性高、选择性高、毒性低、靶标亲和力较高的特点，但同时，也具有半衰期短、细胞膜渗透性较差、给药途径单一的缺点。
表1.小分子化药、多肽药物、蛋白质药物的比较
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环肽
多肽根据其结构形态，可分为直链肽和环肽，直链肽是指氨基酸分子按照直线排列形成的多肽，环肽是在直链肽的基础上衍生出环状结构而形成的多肽。环肽多由5-14个氨基酸组成，分子量约500-2000Da。环肽通过4种环化反应来产生，分别是头尾、头对侧链、尾对侧链、侧链对侧链。
图2.环肽连接方式
与直链肽相比，环肽具有以下三大优势：
代谢稳定性强。
多肽主链上易发生脱酰胺反应，侧链上的氨基酸残基易发生构象变化，因此多肽在机体内不稳定。环肽是降低多肽结构参与降解反应活泼性的方法之一，环肽因其刚性结构而具有稳定性和均匀构象，并且耐受肽水解酶的降解。此外，环肽可以约束肽底物的构象，从而保护肽底物免受外切肽酶和内肽酶的攻击。
选择性和亲和力高。
环肽的大小处于中等水平，具有多样化的官能团，表面积较大，因此，环肽与靶蛋白的接触面积大，亲和力与识别特异性强。
增强细胞膜通透性。
肽的环化有助于分子内氢键的形成和侧链的取向，从而有助于保护极性原子免受溶剂介质的影响，减少肠道、血液和组织的降解，降低灵活性，减少极性表面积，促进细胞膜的渗透。
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二硫键成环
环肽可以通过酰胺键、二硫键、醚键、烯烃等进行连接。其中，酰胺键成环有两种，分别是首尾成环和侧链成环。相较于酰胺键成环技术，二硫键成环具有精准配对和多肽氧化折叠调控的特点。一条肽链上不同位置的氨基酸之间形成的二硫键可以将肽链折叠成特定的空间结构，这要求两个半胱氨酸的空间距离接近。如若要在一条肽链上形成两对或两对以上的二硫键，则需在固相合成多肽之前设计好几对二硫键形成的顺序和方法路线，选择不同的侧链巯基保护基，利用其性质差异，分步氧化形成两对或多对二硫键。多肽合成中常用的形成二硫键的方法有空气氧化法和碘氧化法。
图3.二硫键
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上市环肽药物情况
针对多肽药物的缺点，研究者们在优化多肽的道路上做出了不懈的努力，以提高多肽药物的生物利用度。将多肽环化是优化多肽的方法之一，环肽的开发为多肽药物带来了曙光。环肽以其优异的代谢稳定性、选择性和亲和力、细胞膜通透性和口服利用度而有利于成药，环肽类物质具有抗癌、抗感染、抗真菌、抗病毒等生物活性，是十分具有前景的药物分子，近年来，环肽药物大受关注，药企紧跟创新药物开发潮流，纷纷布局环肽药物赛道。
中国科学院上海药物所的陈士羽博士团队在其Cyclic peptide drugs approved in lasttwo decades中介绍了2001年至2021年获批的环肽药物。这20年间，共有18款环肽药物上市，其中，作用于细胞壁合成和β-1,3-葡聚糖酶靶点的环肽数量最多，各有3款。获批的环肽药物的治疗领域覆盖抗感染、内分泌、消化系统、代谢、肿瘤/免疫、中枢神经系统，其中抗感染类和内分泌类环肽药物占比达到66.7%。从环化类型来看，通过二硫键环化的和通过酰胺键环化的环肽药物较多，分别获批7款和6款。
表2.2001-2021年获批环肽药物
我国对环肽的研究在持续进行中，厦门大学的吴川六教授及其课题组长期致力于环肽和多环多肽识别分子设计、筛选及蛋白识别研究，近年在多环多肽构筑、多肽库设计及筛选、蛋白识别分析及调控等方面取得了系列研究进展。在本次分论坛上，吴川六教授将与大家分享“定向二硫键多环肽创新药平台”。
吴川六教授
双靶向偶联药物（Bi-XDC）
环肽药物凭借其稳定性成为创新型多肽药物界一颗闪亮的星，伴随着多肽药物研发技术的不断突破、百花齐放，近年来，基于偶联技术开发的偶联药物在抗肿瘤方面脱颖而出，跻身创新型多肽药物行列。传统的化疗药物能够实现有效阻止或减缓恶性肿瘤生长，但是也存在一些毒副反应，而偶联药物技术既能降低毒副作用，也能提高疗效。多肽偶联药物（PDC）是具有代表性的一类偶联药物。
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多肽偶联药物（PDC）
多肽偶联药物（PDC）由多肽、细胞毒性有效载荷以及连接子构成，具有分子量小、肿瘤穿透性强、免疫原性低、利用固相合成法可大规模合成、生产成本较低、相对较好的药代动力学等特点。
图5.PDC结构
PDC中的多肽有两种，分别是细胞穿透肽（CPPs）和细胞靶向肽（CTPs）。一些CPPs通过能量依赖的细胞过程，如内吞作用或受体介导的摄取，穿过细胞膜，而另一些则使用能量非依赖性的非内吞转位途径，但是CPPs的细胞特异性低，具有这种肽的PDC应用受到了限制。CTPs是一种更理想的载体分子，它通过受体介导的内吞作用将PDC运送到细胞内，在溶酶体中连接子被相关酶裂解从而发挥小分子毒素杀伤作用。
图6.PDC运输机制
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Bi-XDC
Bi-XDC是一种新型的靶向偶联药物，其双配体靶向结构和三功能连接子组成的系统可将有效载荷快速准确地递送至肿瘤细胞组织深处的癌细胞中，促使药物在肿瘤组织上的富集。Bi-XDC的配体组合分子量小，约为ADC药物的1/50倍，因此渗透性更强，进入细胞的速度更快，半衰期更短。对单个靶点的成药要求低，从而靶点更丰富。此外，Bi-XDC还有毒性小、治疗窗口宽、成本低、专利保护强的优势。
那么，双靶向偶联药物技术的应用情况如何？同宜医药的首席运营官邵军博士拥有35年以上的多肽合成和研究经验，超过25年的药企多肽药物研发、多肽原料药生产、药政注册、质量管理/GMP的经历，他将进一步分享“双靶向偶联药物（Bi-XDC）”的应用情况。
邵军博士
化学空间（Chemical Space）理论下的多肽创新药的智能药物设计
靶点的发现、筛选、验证与制备是新药研究与开发的首要任务，很大程度上决定着临床的成功率。传统的靶点往往是通过梳理文献、了解与疾病相关的分子途径或遗传变异的途径获取的，但是这种方法效率低，成为了众多药企的痛点之一。而人工智能的出现为药企带去了希望，人工智能可以提高筛选新的靶点的效率，并且合理设计出全新结构的、亲和力高、活性显著的多肽分子，助力多肽药物的发现与应用。
在人工智能和大数据的支撑下，诞生了一种新型的药物研发范式——智能药物设计，包括人工智能辅助药物研发（AIDD）和计算机辅助药物设计（CADD）。
表3.AIDD的定义与应用场景
表4.CADD的定义与应用场景
AIDD和CADD的运行需基于一个浩大的数据库，这两种药物研发范式在很大程度上缓解了制药企业的难题，提高了药物研发的效率与准确度。以化学空间理论为基础形成的PepSpace大数据库，便是基于大数据的人工智能药物发现的精彩范式，是迄今为止最大的多肽药物数据库，它可以涵盖数百万种化合物。
化学空间理论由何润泽博士的博士导师瑞士伯尔尼大学的Jean-Louis Reymond教授奠基与发展而来，指的是所有可能的分子和化合物所跨越的属性空间。具体来说，化学空间是每一种可能的化合物的集合，包括每一种已知的药物分子，以及那些尚未被发现的化合物，是一个多维描述符空间。药物开发者可以通过研究药物分子、类药分子以及各种具有生物活性分子的化学空间分布，再通过高通量筛选找到具有所需药效作用且副反应较小的药物分子。
何润泽博士主要从事多肽药物研发及相关设备系统的开发，多肽药物领域相关经验丰富，主要包括多肽新药研究及相关领域人工智能的应用探索，多肽原料药工艺的开发和优化以及全自动多肽合成和智能监测系统的开发等。他将为我们带来“化学空间（Chemical Space）理论下的多肽创新药的智能药物设计”主题演讲，分享基于该理论的多肽药物设计。
何润泽博士
保护氨基酸与多肽合成
多肽的上市需要经过靶点发现、分子设计、多肽合成、临床前后研究、注册申报、大规模生产等一系列环节，其中，多肽合成是实现肽分子从概念到产品不可或缺的一环。
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多肽的合成方法
多肽的合成方法有两大类，分别是化学法和生物法，化学法包括液相合成与固相合成，生物法包括生物提取法、基因工程法、发酵法和酶法。各种合成方法适用的场景不同，5个氨基酸以下可选择液相合成，5-40个氨基酸采取固相合成，40个氨基酸以上则适合生物合成法。
化学合成
化学合成主要是通过氨基酸脱水缩合反应来实现，多肽合成时要将不需要反应的基团保护起来，才能进行成肽反应，从而保证多肽合成的定向性。液相合成与固相合成的区别主要在于是否使用固相载体树脂。
液相合成
主要在溶液中进行，有逐步合成与片段合成两种，这两种策略也可以联合使用。逐步合成法通常从链的C末端氨基酸开始，向不断增加的氨基酸组分中反复添加单个α-氨基保护的氨基酸，简单快捷。片段合成一般先将目标序列合理分割为片段，再逐步合成各个片段，最后按序列要求将各个片段进行缩合。
液相合成每步中间产物都可以纯化、可以获得中间产物的理化常数、还可以随意进行非氨基酸修饰、避免氨基酸缺失，方便快捷，适用于目标多肽较短且需要大量合成的情况。但是耗费的时间和精力相对较多。
固相合成
固相合成法是目前多肽合成使用最多的方法，其原理是将氨基酸的N末端固定在不溶性树脂上，然后在该树脂上依次进行缩合反应、延长肽链。
固相合成简化了每步反应的后处理操作，从而避免了手工操作和物料转移过程中的损失，适用于合成长链多肽或蛋白质。但是固相合成不能在每一步中优化中间产物，需采用较大的氨基酸过量投料，产品纯度不高，需要经过分离手段进行纯化。
无论是液相合成还是固相合成,均是按照设计的氨基酸顺序,通过定向形成酰胺键方法得到目标分子。
图9.多肽固相合成
生物合成
生物合成多肽的方法主要有四种，包括生物提取法、基因工程法、发酵法和酶法。
表5.生物合成多肽方法
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保护氨基酸
保护氨基酸是指氨基酸的功能基团与其他基团反应而封闭了氨基酸功能基团活性的氨基酸衍生物。保护氨基酸是多肽固相合成的起始物料之一。氨基酸大多带有活性侧链，因此需要进行保护，需要进行保护的氨基酸包括Cys，Asp，Glu，His，Lys，Asn，Gln，Arg，Ser，Thr，Trp，Tyr。固相多肽合成要求参与反应的氨基酸在合成的过程中稳定、无副反应，合成结束后可以完全定量地脱除。
保护氨基酸的分类依据主要基于保护基团，如氨基保护基、羧基保护基和侧链活性基团保护。侧链活性基团保护相对于前两种保护基团的稳定性要更强，因为侧链保护基团在肽的合成过程中不会受到反应物的影响，到肽合成结束后才最后脱除，而前两者是一个氨基酸结合到肽链上后就要立即脱除。
表6.保护基团类别
杨大成教授长期开展创新药研究，致力于多肽合成与有机合成，曾经组建深圳市多肽合成工程技术研究开发中心并担任常务副主任，实现20多种规格仿制多肽药物的产业化。本次论坛他将带来“保护氨基酸与多肽合成”主题分享，深度解析保护氨基酸如何助力多肽合成。
杨大成教授
创新驱动下的多肽行业变革
多肽行业发展的脚步从未停止，不论是在多肽药物的研发方面，还是在多肽技术的改进方面，都体现了多肽领域强大的创新力。驱动多肽行业变革的因素有哪些？如何紧跟多肽发展步伐？曾驰女士带来“创新驱动下的多肽行业变革”主题分享，与大家探讨如何抓住创新的机会，适应多肽行业变革。
引用资料
[1] 百度百科.
[2] 健康新动肽. 多肽的吸收有什么特点？
[3] 生物谷. 多肽——独特的药物
[4] 肽研社. 多肽合成新方法简介
[5] 邱芊,陈永森,朱颐申,韦萍. 固相多肽合成中氨基酸保护的研究进展
[6] 探针资本. 行业研究 | 环肽药物
[7] 肽研社. 盘点 | 近20年来获批的环肽药物
[8] 朱以香. 王志杰. 抗体偶联药物在肺癌中的研究进展与展望
[9] 美迪西生物医药. 多靶点药物：创新药物设计的重要思路
[10] 医药魔方. 新型偶联技术Bi-XDC登国际舞台，同宜医药迈出技术出海关键一步
[11] FTEC. AI in Drug Discovery (AIDD)行业研究报告
[12] 凯莱英. 【行研】全球创新疗法系列（三）：浅析计算机辅助医药设计（CADD）应用现状
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原文标题 : 多肽研讨 | 创新药技术平台
