蛋白多肽类药物聚乙二醇化修饰研究进展(1)
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[摘要] 近年来，越来越多具有生物活性的蛋白多肽类药物被发现，因其生理功能上的高效性及专一性而广泛用于治疗各种疾病。但由于其在体内易被降解，且生物半衰期短，使其应用受到了限制。通过化学修饰的方法，可以延长蛋白肽类药物的生物半衰期，提高药效，降低副作用。聚乙二醇能有效增加蛋白多肽类药物在体内的稳定性，本文就聚乙二醇共价连接修饰蛋白质及多肽类药物做一综述。
[关键词] 蛋白质；多肽；聚乙二醇化；研究进展
[中图分类号] R914 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2012)11(a)-0016-03
随着基因工程、生物制药及肽类药物固相合成技术的发展，许多极具开发和应用前景的多肽蛋白类药物逐渐受到关注，且在疾病的诊断、预防及治疗中占有越来越重要的位置。但这类药物稳定性差，在生物体内半衰期较短，所以提高其在体内的稳定性成为研究焦点。聚乙二醇(PEG)是中性、无毒、无免疫原性、有良好的生物相容性的高分子聚合物，具有高度的亲水性，在水溶液中有较大的水动力学体积，当耦联到药物分子表面时，可改变其生物分配行为和溶解性，产生空间屏障，减少药物的酶解，避免在肾脏的代谢中被快速消除。将蛋白肽类药物进行PEG修饰，可以提高药物在体内的稳定性，以改善体内半衰期，因而被广泛用于蛋白多肽药物的修饰，以改善该类药物在体内的性质。本文对PEG的性质、修饰策略及研究现状等方面进行综述。
1 聚乙二醇的性质及选择
PEG是经环氧乙烷聚合生成的一类高分子化合物。它不仅具有良好的水溶性，也能溶于二氯甲烷、乙腈和乙醇等有机溶剂。通过化学反应先在PEG上连接“小分子臂”，再通过连接臂与化合物相接，这一过程称为PEG的活化，活化后的PEG即为PEG修饰剂。本文总结了近年来新兴的几种聚乙二醇修饰剂，见表1。
PEG修饰剂的选择决定了修饰后药物的性质，一个理想的PEG修饰剂至少满足以下条件：(1)无毒，无免疫原性且生化性质稳定。(2)一端有耦联反应活性基团，另一端则被封闭，以避免药物分子之间交叉耦联。(3)选择具体位点PEG化，以确保得到保持最大活性的高重复性产品。(4)尽量使用分支型PEG。(5)PEG分子量的选择要综合考虑生物活性和药代动力学两方面的因素。目前普遍采用分子量大于2万的PEG作为修饰剂。
2 蛋白多肽类药物的聚乙二醇修饰策略
蛋白多肽的PEG化通常以其分子中的氨基、羧基和巯基等官能团为活性位点选择相应类型的PEG进行修饰。蛋白多肽在PEG修饰时要根据蛋白质的构效关系，选择不与受体结合的残基作为修饰位点，以保证修饰后的生物活性。下面根据不同的修饰位点分别介绍几种常见的PEG修饰方法。
2.1 氨基修饰
氨基修饰是最为常用的PEG修饰方法，早期PEG修饰主要针对α或ε的氨基[1]，典型代表有琥珀酰亚胺碳酸酯PEG、苯并三唑碳酸酯PEG等。这类修饰剂反应所需要条件较为温和，对药物稳定性影响相对较小。但其反应选择性低、副产物多、键结合不稳定且PEG自身杂质的干扰较为严重，因而逐渐被新一代PEG所替代。
新一代PEG的类型和种类更加多样化，修饰目标更为明确。其典型代表是丙醛-mPEG。Kinstler OB等[2]研究发现，醛基和伯胺通过Schiff碱，形成一个稳定的伯胺，在pH值约为5时，N末端的α氨基与醛基有很高的选择性。
2.2 巯基修饰
蛋白质上的巯基对PEG呈现高度的选择性，典型代表有马来酰亚胺聚乙二醇、乙烯磺酸聚乙二醇等。这种方法的优点是使PEG连接在蛋白质特定的位置，最低程度减少生物活性；缺点是游离的巯基会增加二硫键杂质和蛋白质二聚体的可能性。
2.3 糖基或N末端修饰
糖基或N末端的丝氨酸或苏氨酸是PEG定点修饰蛋白多肽的另一方法。糖基可被酶或高碘酸钠氧化，形成多种活性的醛基，与聚乙二醇-肼或氨生成可逆的Schiff碱[3]。此法可产生多个成键位点，但只对糖有选择性。蛋白质中丝氨酸或苏氨酸的N末端也可采取定点修饰，可被高碘酸氧化成乙醛酸衍生物。Gaertner HF等[4]用此方法成功地将白介素-8的N末端丝氨酸成功耦联上PEG。
2.4 可逆性修饰
PEG化的目的多数是在蛋白上形成一个稳定的连接键，利于耦联物长期保存和纯化等。但人们注意到，PEG与蛋白形成的稳定的连接键有时会占据或屏蔽蛋白质的活性位点而降低其活性。可逆性修饰可以在不改变活性的情况下增加药物的半衰期。Enzon公司在酸性条件下将PEG-SC和干扰素α-2b耦联[5]，使PEG聚集到His34上，而进入体内后的一段时间，PEG就从蛋白质上缓慢释放，从而保证了药物的生物活性。
PEG修饰反应需要有高度的特异性和温和的反应条件，因此，要针对不同药物的性质选择合适的PEG修饰剂。而对某个药物的修饰方法目前尚没有成形的规律可循，仍需要研发人员根据实际情况逐步摸索完善。
3 PEG修饰技术的研究现状
目前的PEG修饰技术均为药物与PEG的共价结合，这可能会造成药物的聚集，体内活性全部或部分失活。近年来新开发的非共价结合技术可有效地解决上述问题。这种技术是基于PEG 衍生物的疏水基团与蛋白质疏水表面间的疏水相互作用，使PEG 形成的空间位阻能够屏蔽蛋白质间的相互作用 ......
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