基于白蛋白的药物设计

基于白蛋白的药物设计

人血清白蛋白简介白蛋白作为药物载体的优势白蛋白作为载体的药物开发思路

实例介绍主题内容人血清白蛋白简介白蛋白作为药物载体的优势白蛋白作为载体的药物开发思路实例介绍人血清白蛋白简介►含585个氨基酸残基的单链多肽►分子量：66458►在体液pH7.4的环境中，白蛋白为负离子，每分子可以带有200个以上负电荷►它是血浆中很主要的载体

许多水溶性差的物质可以通过与白蛋白的结合而被运输，包括胆红素、长链脂肪酸（每分子可以结合4-6个分子）、胆汁酸盐、前列腺素、类固醇激素、金属离子（如Cu2+、Ni2+、Ca2+）药物（如阿司匹林、青霉素等）人血清白蛋白简介►白蛋白由肝脏合成并分泌

分布在血液循环

（具有载体功能，如疏水性分子，带正电荷分子或颗粒可与白蛋白结合）

分布在人体较大器官（如皮肤或肌肉）

（作为营养物质，被细胞吞噬消化分解，为细胞的新陈代谢提供氨基酸）►血液中与器官中白蛋白存在动态平衡►肝脏每天合成并分泌13-14g（70kg成人），约等于人体每天消耗白蛋白的量

体内长循环特征1

癌组织靶向特性2白蛋白作为药物载体的两个主要优势白蛋白作为药物载体的优势

体内长循环特征1白蛋白体内半衰期19天！白蛋白体内长循环机制是什么呢？

白蛋白作为药物载体的优势体液循环（高分子或者分子颗粒）心脏肺肝肾肠道胃脾头部及上肢毛细血管网下肢毛细血管网淋巴循环血液循环第一：肾脏滤过作用第二：细胞吞噬体内循环的药物一般有两种命运体液循环第一：肾脏滤过作用肾脏截留分子量≈67000白蛋白分子量67kDa99.6%的白蛋白能够逃过肾脏滤过作用滤出的白蛋白绝大部分被肾小管重吸收第二：细胞吞噬所有血管内皮细胞肝脏和肺部等器官的吞噬细胞（无选择性）物质被内皮细胞吞噬后进入溶酶体途径，被该途径中的各种酶降解例外:存在FcRn溶酶体保护机制什么是FcRn？►FcRn:TheNeanatalFcReceptor►

FcRn几乎表达在所有细胞的表面，而且贯穿整个生命过程►作用：保护白蛋白和免疫球蛋白免受溶酶体途径降解溶酶体途径IgG或白蛋白FcRn溶酶体保护机制FcRn各种裂解酶

体内长循环特征1总结：（1）分子量或则粒径大于肾小球滤过阀值，从而逃过肾小球的滤过作用（2）FcRn溶酶体保护机制，使得白蛋白在被细胞吞噬后，免受胞内溶酶体途径的降解白蛋白作为药物载体的优势

癌组织靶向特性22癌细胞对白蛋白的吞噬偏好1肿瘤组织的EPR效应.白蛋白作为药物载体的优势

癌组织靶向特性21肿瘤组织的EPR效应.肿瘤组织正常组织分子量大于2万淋巴引流作用渗入组织的物质进入淋巴循环淋巴引流作用受损渗透的颗粒无法进入淋巴循环白蛋白作为药物载体的优势

癌组织靶向特性21肿瘤组织的EPR效应.白蛋白分子量约为67000Da通过EPR效应在肿瘤组织中富集白蛋白作为药物载体的优势

癌组织靶向特性22癌细胞对白蛋白的吞噬偏好►白蛋白是由肝脏合成的营养物质，是人体“氨基酸库”►癌细胞的新陈代谢比正常细胞活跃，对白蛋白有更大的需求，其对白蛋白的吞噬能力提高白蛋白作为药物载体的优势白蛋白作为载体的药物开发思路如何将药物搭载到白蛋白上？白蛋白作为载体的药物开发思路如何将药物搭载到白蛋白上？Linker非特异性修饰(Lys残基)特异性修饰(Cys-34)共价键作用非共价键作用药物脂肪酸化修饰药物的亲白蛋白有机小分子修饰基因融合技术将治疗性多肽或者蛋白与白蛋白融合白蛋白作为载体的药物开发思路该设计的优势正常组织说明MTD提高药物毒副作用降低血液半衰期提高赋予药物体内长循环特性实现药物病变组织的积聚EPR效应癌细胞对白蛋白的吞噬偏好白蛋白作为载体的药物开发思路该设计的注意事项！药linker抗癌药物的前药一般不具备药物活性，当前药进入癌组织或者癌细胞后，需要有效的断裂机制释放药物Linker对最终药效的影响非常关键！白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的Cys-34残基1利用白蛋白的脂亲和位点3借助白蛋白的赖氨基酸残基实例介绍4白蛋白纳米颗粒为载体5其他实例白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点►白蛋白作为脂质分子的载体，具有亲和性较高的脂肪酸结合位点►将药物分子与脂肪酸分子共价相连，则可以得到以白蛋白为载体的前药分子药linker白蛋白白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelDHA：二十二碳六烯酸紫杉醇癌细胞肿比正常细胞更倾向于吸收某些不饱和脂肪酸白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxel●绝大部份DHA-paclitaxel(99.6±0.057%)广泛的与血液中血浆蛋白相结合，结合过程为非特异相互作用和非饱和过程●这是影响DHA-paclitaxel药代动力学和药效学的关键白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelIC50

（HalfMaximalInhibitoryConcentration)半数致死剂量：Herein,使受试细胞死亡一般的药物浓度，IC50

越小，表明药物细胞毒性越大DHA-paclitaxelPaclitaxel56种癌细胞系≈10-6M≈10-9M白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelIC50

（HalfMaximalInhibitoryConcentration)半数致死剂量：Herein,使受试细胞死亡一般的药物浓度，IC50

越小，表明药物细胞毒性越大紫杉醇与脂肪酸共价连接形成前药后，其抗癌活性大大降低利：降低药物毒副作用弊：药物的释放效果和药效白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小受试动物DHA-paclitaxelPaclitaxel小鼠600mg/kg100mg/kg大鼠420mg/kg85mg/kg狗80mg/kg20mg/kg白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小由MTD数据可看出：药物的毒性大大降低，MTD越大，药物毒副作用越小，允许使用的药物治疗剂量越大白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxel荷瘤动物实验（小鼠）肿瘤大小和重量变化动物体重变化剂量设计DHA-paclitaxelPaclitaxel等毒性浓度（mg/kg）27.456010901512020肿瘤的平均重量(mg)接种癌细胞后的天数(天)小鼠接种癌细胞7天后，肿瘤重量约在65mg；第七天开始，尾静脉注射用药，每天一次，连续5天，之后观察肿瘤变化和动物生长状态白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxel荷瘤动物实验（小鼠）肿瘤大小和重量变化动物体重变化活体动物实验表明:与Paclitaxel相比，DHA-paclitaxel抗癌效果显著增加细胞水平与动物水平的实验差距非常明显Why?药效动力学和药代动力学白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelClearanceRate清除率：单位时间内某物质从经肾脏由尿液中排出的药物量大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel清除率(ml/min/kg)0.328.2●DHA-paclitaxel经肾排除的量大大较少●由于绝大部分DHA-paclitaxel(99.6±0.057%)与血浆蛋白结合(主要是白蛋白)，利用白蛋白的优势改善药物PK/PD白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxel(Vd)ThevolumeofDistribution分布容积：当药物在体内达动态平衡后，体内药量与血药浓度之比值称为表观分布容积，Vd越大，代表血液中药物更容易扩散或进入人体组织和器官大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel分布容积(L/kg)0.0584.3►Vd的差异表明，经脂肪酸化修饰后，前药与血浆中白蛋白广泛结合，增加了药物在血液循环中的时间，实现药物体内长循环►血浆中的紫杉醇则快速经肾排除或者进入人体其他组织和器官，造成正常组织和器官的毒副作用，Vd从一定程度上也能反应药物的系统毒性白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelt1/2药物半衰期：一般指药物在血浆中最高浓度降低一半所需的时间，反映了药物从血液循环中的循环时间大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel半衰期(h)122˂16►t1/2的差异表明，经脂肪酸化修饰后，前药与血浆中白蛋白广泛结合，增加了药物在血液循环中的时间，实现药物体内长循环白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）浓度-时间曲线下面积：体现药物的体内稳定性，释放效率，组织积累效应小鼠DHA-paclitaxel(DHA-Pac)Paclitaxel(Pac)等毒性计量120mg/kg20mg/kgPacDHA-PacPacDHA-Pac血浆AUC611280334-肌肉AUC45157622-肿瘤AUC101310028175-荷瘤小鼠在等毒计量下肿瘤组织AUC的比较

小鼠(DHA-Pac)(Pac)PacDHA-PacPacDHA-Pac肿瘤AUC101310028175-DHA-Pac(120mg/kg)Pac(20mg/kg)肿瘤组织Pac浓度(nM)小时白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）浓度-时间曲线下面积：体现药物的体内稳定性，释放效率，组织积累效应由AUC数据可以看出●DHA-paclitaxel具有明显的药物缓释效应●DHA-paclitaxel能够在肿瘤组织中大量积累，然后缓慢释放药物，最终实现药物在肿瘤组织的积累●Paclitaxel突释现象严重，而且维持有效浓度的时间短，最终在肿瘤中的药物总量也较少-白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxelIC50活体肿瘤抑制实验AUCVdMTDt1/2清除率根据以上结果，决定DHA-paclitaxel进入临床实验Protarga公司的Taxoprexin（二十二碳六烯紫杉醇）Protarga已在英国和美国的20多个试验点开始Taxoprexin(DHApaclitaxel)对400多位患者的II期试验，研究该药对8种不同肿瘤（非小细胞肺癌、乳腺癌、结直肠癌、肾癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌和皮肤癌）的疗效白蛋白作为载体的药物开发思路1利用白蛋白的脂亲和位点实例：DHA-paclitaxel●制备剂型需要乳化剂，增加药物毒性●II期临床：食道癌的，实验效果不佳，耐受性很好，但是与受试癌症的常规治疗药物相比，没有明显优势。●

III期临床：非小细胞肺癌，转移性恶性黑色素瘤●DHA-paclitaxel胞内裂解机制未知，所以药物释放效率难以预测白蛋白作为载体的药物开发思路借助白蛋白的氨基酸残基●每个白蛋白分子中约有59个赖氨酸残基和1个N-端羧基均可以用于药物连接●每个白蛋白分子中含有可参与反应的Cys-34残基白蛋白作为载体的药物开发思路两类氨基酸残基第一种利用赖氨酸残基形成酰胺键第二种将半胱氨酸残基与马来酰亚胺基相连将药物分子直接或者通过linker与白蛋白分子共价相连借助白蛋白的氨基酸残基白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基Methotrexate-Albumin(MTX-HAS)：氨甲喋呤与白蛋白的共价偶联物实例：

MTX-HSA

白蛋白氨甲喋呤将药物与白蛋白通过酰胺键直接与白蛋白赖氨酸残基相连白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

●药物的修饰会改变白蛋白的生化性质，修饰的MTX越多，越倾向于积聚于肝脏，同时癌细胞对偶联物的吞噬效率也降低，偶联物血浆半衰期降低●当MTX与HAS按1:1的平均比例结合时，MTX-HAS的抗癌效果最好●

细胞通过叶酸受体介导或者白蛋白受体介导的途径吞噬MTX-HAS并进入溶酶体系统白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

t1/2药物半衰期：一般指药物在血浆中最高浓度降低一半所需的时间，反映了药物从血液循环中的循环时间人体HSAMTX-HSAMTX半衰期19天15-18天˂4h白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小受试动物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg修饰后MTD的变化跟药物本身性质有关肝脏对MTX-HAS的吞噬绝对值增加受试动物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg受试动物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

药物在肿瘤组织的积累药物注射24h后，药物在肿瘤组织积累的百分比大鼠MTX-HSAMTX剂量12.5mg/kg100mg/kg百分比14%0.04%白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

AUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）浓度-时间曲线下面积：体现药物的体内稳定性，释放效率，组织积累效应大鼠MTX-HSAMTX等药剂量两组剂量均折合MTX剂量2mg/kg血浆AUC(0→)1156molh/l9.11molh/l白蛋白作为载体的药物开发思路2借助白蛋白的—赖氨酸残基实例：

MTX-HSA

MTX-HAS相比于MTX的优势（1）显著提高药物血液中的AUC：长循环（2）显著提高药物在肿瘤组织的积累（3）

MTX-HSA与2006年进入二期临床，效果不是很显著（4）

MTX-HAS胞内裂解机制和药物释放效率未知白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基药linker●将药物与带有马来酰亚胺基的linker相连●在体内或者体外与白蛋白的Cys-34残基相连白蛋白S白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基药linker●一般将马来酰亚胺基化的前药制成药物，注射使用，当药物进入血液循环后再与白蛋白Cys-34反应Why?白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基●血液环境中只有白蛋白的Cys残基以自由巯基的形式存在●血液环境中，低分子量的巯基化物浓度比较低（半胱氨酸:10-12μM；同型半胱氨酸:0.15-0.25μM；半胱氨:3-4μM；GSH:4-5μM）●血液循环中的巯基总量约在400-500μM，白蛋白上的Cys-34残基约占血浆巯基总量的80-90%●在使用具有针对巯基的活性基团的前药，其主要与白蛋白上的Cys-34残基发生反应白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCH阿霉素通过腙键与linker相连白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCHMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小受试对象DOXO-EMCHDOXO裸鼠≈4c0c0人340mg/kg60mg/kg白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCH荷瘤动物实验（小鼠）肿瘤大小和重量变化动物体重变化剂量设计裸鼠DOXO-EMCHDOXO等毒性浓度（mg/kg）3×24mg/kg2×8mg/kgTherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthemammarycarcinomaxenograft3366(一组7只)TherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthe

ovariancarcinomaxenograftA2780(一组6只)TherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthe

SCLCxenograftH209(一组8只)白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCHt1/2药物半衰期：一般指药物在血浆中最高浓度降低一半所需的时间，反映了药物从血液循环中的循环时间人体DOXO-EMCHDOXO半衰期15-18天˂4h白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCHClearanceRate清除率：单位时间内某物质从经肾脏由尿液中排出的药物量大鼠DOXO-EMCHDOXO清除率(ml/min/m2)2-4580白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCH(Vd)ThevolumeofDistribution分布容积：当药物在体内达动态平衡后，体内药量与血药浓度之比值称为表观分布容积，Vd越大，代表血液中药物更容易扩散或进入人体组织和器官人DOXO-EMCHDOXO分布容积(L/m2)2~8700~1100白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCHAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）浓度-时间曲线下面积：体现药物的体内稳定性，释放效率，组织积累效应人体DOXO-EMCHDOXO等毒性计量单次给药340mg/kg60mg/kg血浆AUCall2547hμmol/L3hμmol/L白蛋白作为载体的药物开发思路3借助白蛋白的—半胱氨酸残基实例：

DOXO-EMCHDOXO-EMCH相比于DOXO的优势（1）显著提高药物血液中的AUC：长循环（2）降低阿霉素在外周组织的分布从而降低毒性白蛋白作为载体的药物开发思路实例：

DOXO-EMCHAldoxorubicin(CytRx公司)=DOXO-EMCHIII期临床：软组织癌II期临床：小细胞肺癌，卡波西氏肉瘤，恶性胶质瘤3借助白蛋白的—半胱氨酸残基白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：ABI-007白蛋白紫杉醇（

Abraxane）采用高压均浆技术将紫杉醇与白蛋白制备成直径在130nm附近的纳米颗粒白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）LD50

（HalfLethalDose)半数致死剂量：指化学物质引起一半受试对象出现死亡所需要的剂量，LD50越小，药物毒性越大

AbraxaneTaxol裸鼠（mg/kg/d）4730白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小受试动物

AbraxaneTaxol裸鼠（mg/kg/d）3013.4由LD50和MTD数据显示：白蛋白紫杉醇的毒性明显降低白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）肿瘤对紫杉醇吸收系数肿瘤对紫杉醇吸收系数：反应了两种剂型对肿瘤组织的穿透（渗透）能力，该系数越大，对肿瘤组织的穿透力越强裸鼠

AbraxaneTaxol等药剂量裸鼠（h-1

）0.430.13白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）AUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）浓度-时间曲线下面积：体现药物的体内稳定性，释放效率，组织积累效应裸鼠

AbraxaneTaxol等药计量20mg/kg20mg/kg肿瘤组织紫杉醇AUC（nCihour/g）36322739白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）动物实验表明Abraxane的优势（1）显著提高紫杉醇在肿瘤组织中的富集（2）降低紫杉醇毒性白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受剂量：受试物质不引起受试对象（实验动物）出现死亡的最高剂量，衡量药物毒性，MTD越大，药物毒性越小人（PhaseI）AbraxaneTaxol等毒剂量260mg/kg175mg/kg清除率(mg/m2)Anevery-3-weeksregimen300175Aweeklyregimen15080白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）注射所需平均时间人体AbraxaneTaxol注射所需平均时间30分钟3小时白蛋白作为载体的药物开发思路4白蛋白纳米颗粒为载体实例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）t1