多肽药物的研究及应用进展

多肽药物的研究及应用进展

氨基乙酸钠具有活性高、疗效稳定、毒副作用小、剂量少等优点。它对癌症、自身免疫性疾病、记忆力障碍、精神障碍、高血压、药物和一些心血管和代谢疾病有显著疗效和广泛的应用前景。这引起了国内外专家的注意。自1953年人工合成了第一个有生物活性的多肽催产素以后,50年代的研究主要集中在脑垂体所分泌的各种多肽激素并取得了很大的进展。到60年代,研究的重点转移到一类典型的神经细胞所分泌的活性肽(神经肽),即由下丘脑所形成的激素释放因子和释放激素抑制因子。70年代,脑啡肽及脑中其他阿片样肽的相继发现,使神经肽的研究又进入了高潮,在研究脑活性肽(脑肽)的同时,胃肠激素的研究也十分活跃,成为发展较快的一个研究领域。近年来,随着生物技术的不断发展,利用生物技术合成并研究了多种多肽类药物,已经成为了药物研究的热点问题。随着医疗科学的不断发展,多肽类药物已成为21世纪重要的诊断、监测、预防和治疗药。因此,本文就近年来多肽药物的研究及应用进展进行综述。1对蛋白质和氨基酸的等温吸收肽在生物体内作为载体和运输工具,将人们平常所食的营养物质输送到人体各个部位,充分发挥营养物质功能。肽在生物体内作为神经递质,传递信息。肽具有极强的活性和多样性,可全面调节人体生理功能,增强人体生理活性。肽不仅能提供人体生长发育所需的营养物质,而且具有特殊的生物学功能,可防治血栓、高血脂、高血压,延缓衰老,抗疲劳,提高机体免疫力,促进人体对蛋白质、维生素、氨基酸等营养物质和钙、铁、锌、硒、镁、铜等多种有益的微量元素的吸收。有些小肽还具有原食品蛋白质或其组成氨基酸所没有的重要的生理功能。实验证明,许多多肽的渗透压处于蛋白质与同一组成氨基酸之间,多肽的分子量比蛋白质小,又比氨基酸的大。蛋白质分子量大结构级次多而复杂,人体不易吸收和利用,减弱了其活性和生理功能,而氨基酸分子量太小,单个独立,数量、功能有限。与之相比,多肽,特别是小肽、寡肽具有极强的活性和多样性。用某些多肽取代氨基酸,可降低产品的渗透压,减少氨基酸引发的腹胀、腹泻、恶心和呕吐等不适症的可能性。比如有些多肽可阻止人体对胆固醇的吸收,而氨基酸产品因配方、排列、混合不同,不仅不能阻止而且还促进人体对胆固醇的吸收。有些氨基酸产品特别是口服品,不能像多肽那样促进人体能量的代谢,燃烧脂肪,而且还将营养变为脂肪,储存在体内,形成肥胖,引发高血脂、高血压、动脉硬化和心脏病。2多肽类药物的应用多肽药物给药方式主要有注射给药和非注射给药两种途径。相对于一般的西药来说,蛋白质多肽类药物稳定性较差,其稳定性易受温度、pH值等的影响,在体内易降解,半衰期短。有些多肽类药物分子量较大,脂溶性较差,难以透过生物膜。这类药物的主要临床应用剂型为注射剂,采用注射给药方式。但是,对于那些需要频繁给药的病人来说,注射给药极其不便,例如对于需频繁给药的药物如胰岛素等,不仅患者的依从性差,并且副作用也大,因此蛋白质多肽的非注射给药也是一个重要的途径,包括多肽类药物的口服、经呼吸道以及经皮肤或黏膜给药制剂等方式,值得注意的是近年来也有不少的文章报道采用纳米技术来改变给药途径。2.1确定复合吸收位点口服给药面临的2个最大障碍:(1)胃肠道对蛋白质多肽类药物的低吸收;(2)胃肠道的酶对药物的降解。因此,寻找合适的吸收位点,避免胃肠道的酶降解作用以及肝脏的首过效应是解决问题的关键。目前采用的方法包括对药物的结构进行化学修饰,加入吸收促进剂、酶抑制剂等,采用脂质体、微囊、微球、纳米粒、乳剂等微粒给药系统,有效地促进药物经胃肠道吸收入血液循环,提高蛋白质多肽类药物口服的生物利用度。2.2种氨基酸肽酶的降解作用呼吸道给药主要通过蛋白质多肽类药物鼻腔制剂实现。制备蛋白质多肽类药物鼻腔制剂的关键在于克服鼻腔纤毛的清除作用、鼻黏膜中3种氨肽酶(氨基肽酶N、氨基肽酶A、氨基肽酶B)对多肽类药物的降解作用以及选择剂型促使药物在鼻腔内合理的分布。除此以外,促进蛋白质多肽类药物鼻黏膜吸收的方法包括:应用吸收促进剂、酶抑制剂、对肽类药物进行化学修饰或制成前体药物以及使用大分子载体促进药物的吸收。2.3皮肤屏障的作用对于蛋白质多肽类药物经皮给药的途径,必须克服皮肤角质层牢固的屏障作用。对药物成分进行处理、修饰或瞬间提高皮肤渗透性以及各种绕过或清除最外层皮肤的方法都可促进药物进入皮肤。3多肽的用药流程多肽药物依据不同用途或靶向目标,可分为9大类,主要包括多肽疫苗、抗肿瘤多肽、抗病毒多肽、多肽导向药物、细胞因子模拟肽、抗菌性活性肽、用于心血管疾病的多肽、其他药用小肽、诊断用多肽等。3.1保护性新型疫苗和核酸疫苗一样,多肽疫苗是目前疫苗研究领域内备受关注的研究方向之一。这里主要介绍合成多肽疫苗、多抗原肽疫苗、脂肽疫苗。合成多肽疫苗(syntheticpeptidevaccine)就是用化学合成抗原表位氨基酸序列法制备而成的具有保护性作用的类似天然抗原决定簇的多肽疫苗。这种疫苗不含核酸,是最为理想的安全新型疫苗,也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。2009年Mirshahidi等报道了合成多肽疫苗TPD52能抑制癌细胞在小白鼠体内的扩散。同年,Silva-Flannery等也发现一种能治疗疟疾的合成多肽,并在小范围内得到了一定的应用。多抗原肽疫苗(multipleantigenpeptide,MAP)是将病原微生物蛋白表面的多种T细胞或B细胞表位的氨基酸连接于树枝状的多聚赖氨酸骨架上而形成的一种具有独特三维空间结构的大分子疫苗。近年来,科学家们开发了多种多抗原疫苗,主要具有抗HIV-1、V3、抗裂体吸虫、脂多糖结合蛋白能模拟抗原位置等作用,在很大程度上促进了多抗原肽疫苗的发展。3.2小分子多肽的合成医学上常用的化疗手段对肿瘤患者往往产生严重的副作用,因此寻找高效、低毒的抗肿瘤药物是目前药物研究开发的热点之一,而新型的多肽药物恰恰具备了这些特点。肿瘤的发生是多种原因综合作用的结果,但最终都要涉及到癌基因的表达调控。不同的肿瘤产生时所需要的酶等调控因子不同。现在已发现很多肿瘤相关基因及肿瘤产生调控因子,筛选与这些靶点特异结合的多肽,已成为寻找抗癌药物的新热点。小分子多肽不仅广泛存在于自然界,也可通过人工方法合成,在肿瘤的临床治疗上有重要的价值。2008年Xu等报道了合成了ES-2的多肽,研究表明ES-2对肿瘤细胞具有明显抑制作用,同时也发现当ES-2带有RGD时才有较好的活性。美国科学家发现了一种含6个氨基酸的小肽能在体内显著抑制包括肺、胃及在大肠腺癌等腺癌的生长,为治疗这一死亡率很高的恶性肿瘤开辟了一条新的途径。2010年Cui等首次报道了从新的东亚钳蝎毒素来研究搞肿瘤镇痛多肽的克隆,并分析DNA的结构特点,为研究蝎毒素、基因表达和功能蛋白之间建立了理论基础。瑞士科学家发现另外一种含8个氨基酸的小肽,能进入肿瘤细胞,激活抗癌基因P53,诱导肿瘤细胞的凋亡。3.3抗体药物的筛选病毒感染后一般要经过吸附(宿主细胞)、穿入、脱壳、核酸复制、转录翻译、包装等多个阶段。阻止以上任意过程的进行均可防止病毒复制,而最有效的抗病毒药物是作用在病毒吸附及核酸复制2个阶段,因此筛选抗病毒药物主要考察药物的抗病毒吸附和复制能力。病毒通过与宿主细胞上的特异受体结合吸附细胞,依赖其自身的特异蛋白酶进行蛋白加工及核酸复制。因此可从肽库内筛选与宿主细胞受体结合的多肽或能与病毒蛋白酶等活性位点结合的多肽,用于抗病毒的治疗。3.4多肽导向核技术传统的抗癌药物在肿瘤治疗过程中通过血液循环,化学药物在体内扩散后分布于身体各个脏器,不仅作用于肿瘤,还作用于健康的组织和器官,因此需要很大的剂量才能达到预期的治疗效果,并且药物的选择性差,在杀死病变细胞同时也攻击正常细胞,产生很大的毒副作用,而且不能通过生物屏障,无法对特殊病灶部位进行有效治疗。长期以来人们受困于药物在体内分布的特异性不够以致增加药物的用量,提高药物的成本和引发副作用等问题。多肽导向核技术的出现解决了这一药物发展中的难题。利用这一方案可以提高原有药物的疗效,而且可以开发出新的药物。针对上述缺点,科学家早在20世纪70年代就开展了靶向药物的研究。很多毒素(如绿脓杆菌外毒素)、细胞因子(如白细胞介素系列)等均有较强的肿瘤细胞毒性,如果长期或大量使用时,它亦可以损伤正常细胞,给机体带来了很大的副作用,影响对肿瘤的治疗效果。利用特异性作用于肿瘤组织或器官的结合分子能解决这个问题,从而改善抗癌药物的传递系统,提高药物导向的特异性,实现治疗的针对性和安全性。3.5细胞因子的受体细胞因子是由免疫系统细胞以及其他类型细胞主动分泌的一类小分子量的可溶性蛋白质,包括淋巴因子、干扰素、白介素、肿瘤坏死因子、趋势化因子和集落刺激因子等。它是免疫系统细胞间以及免疫系统细胞与其他类型细胞间联络的核心,能改变分泌细胞自身或其他细胞的行为或性质,通过与细胞特异的膜受体而起作用。为了维持机体的生理平衡,抵抗病原微生物的侵袭,防止肿瘤发生,机体的许多细胞,特别是免疫细胞合成和分泌多种微量的多肽类因子。它们在细胞之间传递信息,调节细胞的生理过程,提高机体的免疫力,在异常情况下也有可能引起发烧、炎症、休克等病理过程。利用已知细胞因子的受体从肽库内筛选细胞因子模拟肽,成为近年来国内外研究的热点。现已经筛选出的肽类小分子模拟物主要包括竞争性结合受体和非竞争性结合受体2种类型的模拟肽。国外已筛选到人促红细胞生成素、人促血小板生成素、人生长激素、人神经生长因子及白细胞介素等多种生长因子的模拟肽,这些模拟肽的氨基酸序列与其相应的细胞因子的氨基酸序列不同,但具有细胞因子的活性,并且具有分子量小的优点。这些细胞因子模拟肽正处于临床前或临床研究阶段。3.6活性肽的生物活性昆虫在受到微生物或其他外源物质的浸染时,血淋巴会产生相当数量的抗菌蛋白或抗菌肽,这些肽类物质主要是由脂肪体合成后分泌到血淋巴中,是一种十分有效的防御机制,可用来迅速杀死或清除外源的微生物。活性肽在人的生长发育、新陈代谢、疾病以及衰老、死亡的过程中起着关键作用。活性肽是人体中最重要的活性物质。正是因为它在体内分泌量的增多或减少,才使人类有了幼年、童年、成年、老年直到死亡的周期。而服用活性肽便打破了生命的这一周期,从而达到延长生命、有效减缓衰老的神奇效果。如apidaecin、beedefensin、hymenoptaecin、royalisin等都是从混合体内得到的高活性肽,由于其独特的生物活性已经成为全世界研究的热点。研究结果表明:生物活性肽是涉及生物体内多种细胞功能的生物活性物质,在生物体内已发现几百种,不同的生物肽具有不同的结构和生理功能,如抗病毒、抗癌、抗血栓、抗高血压、免疫调节、激素调节、抑菌、降胆固醇等作用。3.7活性多肽的作用很多植物中药有降血压、降血脂、溶血栓等作用,不仅可用作药物,亦可用作保健食品。但由于其作用成分不能确定,其应用受到很大限制。据文献报道多肽在心血管生理和病理活动的调节和信号传导中发挥着不可替代的作用,是一种诊断、预后和治疗心血管疾病的有效方法。现已发现很多有效成分是小分子多肽,比如我国科学家从大豆内加工分离出的活性多肽,可通过小肠直接吸收,能防治血栓、高血压和高血脂,还能延缓变老,提高肌体免疫力。从人参、茶叶、银杏叶等植物内也分离出很多用于心血管疾病的小肽。3.8其他方面的进展许多生理必需的调节因子都是很小的肽类,生物技术的发展也促进了大量小分子肽药物的出现,使得小分子肽药物变得越来越重要。除上述几大方面已取得较大进展外,在其他很多领域也取得一些进展。比如Stiernberg等发现一种编号为TP508的合成肽能促进伤口血管的再生,加速皮肤深度伤口的愈合。Carron等证实其筛选的2个合成肽能抑制破骨细胞对骨质的重吸收。3.9多肽抗原检测多肽最主要的用途是用作抗原检测病毒、细胞、支原体、螺旋体等微生物和囊虫、锥虫等寄生虫的抗体,多肽抗原比天然微生物或寄生虫蛋白抗原的特异性强,且易于制备,因此装配的检测试剂,其检测抗体的假阴性率和本底反应都很低,易于临床应用。现在用多肽抗原装配的抗体检测包括:甲、乙、丙、庚肝病毒、艾滋病病毒、人巨细胞病毒、单纯疱疹病毒、风疹病毒、梅毒螺旋体、囊虫、锥虫、莱姆病及类风湿等。使用的多肽抗原大部分是从相应致病体的天然蛋白内分析筛选获得,有些是从肽库内筛选的全新小肽。4生物活性肽的应用前景随着一些高科技手段在多肽药物中的应用,作为基础营养物质,多肽比氨基酸更易吸收,生物利用度高。蛋白质的酶解产物除了作为营养品满足人体生长发育的需要外,还具备特殊的生理调节功能,这些功能往往不能用原食品的氨基酸组成来解释。功能性多肽是将大分子蛋白质应用生物技术切割而成,切割以后的小分子蛋白质片段,可以产生原蛋白质所没有生理调节功能。由于多肽本身是小分子物质,多肽的免消化、直接吸收的营养特性,可以提高功效和减轻胃肠道的消化负担,对于消化功能不好的人群具有极其明显的优点。实验证实:功能肽不仅能提供人体生长发育所需的营养物质,而且具有特殊的生理学功能;可以降低血脂、延缓衰老、美体养颜、抗氧化、抗忧郁、抗疲劳、改善睡眠、增强记忆、抑制肿瘤等;能促进人体对蛋白质,维生素及各种有益微量元素的吸收