蛋白质多肽类药物传递的研究进展

关于蛋白质多肽类药物传递的研究进展

人类基因组计划(HumanGenomeProject)

1990.10----2003.3美国,英国,法国,德国,中国,日本

完成人类基因组DNA的30亿个碱基对(bases)的测序中国承担1%人类基因测序任务(“中国卷”)

人类第一次在分子水平上全面地认识自我第2页,共74页，2024年2月25日，星期天人类生命科学研究进入一个崭新的时代---------

后基因组时代(post-genomeera)第3页,共74页，2024年2月25日，星期天二十一世纪的生物医药领域将发生革命性的变化以蛋白质/肽为基础的创新药物------------基因治疗药物基因工程药物基因工程疫苗(genevaccine,DNAvaccine)反义寡核酸药物将被迅速地研究开发第4页,共74页，2024年2月25日，星期天FDA已批准>417个protein/peptide药物/疫苗

干扰素Interferon

白细胞介素Interleukin-2

生长因子KGF

集落刺激因子GM-CSF

凝血因子BeneFIX

重组胰岛素Humulin

重组人生长激素

rhFSH

单克隆抗体Zenapax

多克隆抗体Thymoglobulin基因工程药物的化学本质是蛋白质或肽第5页,共74页，2024年2月25日，星期天蛋白质和肽ProteinandPeptide第6页,共74页，2024年2月25日，星期天ProteinsandPeptide蛋白质和肽Polypeptidescomposedofcovalentlylinkedaminoacids肽由氨基酸以共价键结合而成

Polypeptideswith<40aminoacidsarecalledpeptides

<40个氨基酸：

肽（多肽）Polypeptideswith>40aminoacidsarecalledproteins

>40个氨基酸：蛋白质

Functionofaproteindeterminedbyitsnon-covalent3Dstructure蛋白质的功能：三维结构第7页,共74页，2024年2月25日，星期天AminoAcids氨基羧基侧链第8页,共74页，2024年2月25日，星期天Polypeptides<40aminoacid肽键

肽键第9页,共74页，2024年2月25日，星期天ProteinStructureFoldβ

Mixedα/βHelixαα/β混合型β折叠型免疫球蛋白螺旋型血红蛋白第10页,共74页，2024年2月25日，星期天ClassesofProtein/PolypeptidePharmacueticalsVaccines疫苗

(peptides,partsofproteins,killedbacteria,etc.)Polypeptides多肽

(oxytocin脑垂体激素,pitocin催产素)Bloodproducts(FactorX,FactorVIII凝血因子,基因疗治血友病,

gammaglobulin,serumalbumin)Recombinanttherapeuticproteins

重组治疗蛋白质(herceptin单克隆抗体,humulin重组胰岛素,

alferon干扰素,etc.)蛋白质/多肽类药物分类第11页,共74页，2024年2月25日，星期天Vaccines疫苗Diptheria白喉杆菌

(Corynebacteriumdiphtheriae)-diptheriatoxinTetanus破伤风(Clostridiumtetani)-tetanustoxinWhoopingcough百日咳(Bordetellapertussis,)-acullelarextractTetanusToxin破伤风毒素片段

β折叠型

第12页,共74页，2024年2月25日，星期天TherapeuticProtein/PeptideInsulin(diabetes)胰岛素(糖尿病51aminoacid)Interferonb干扰素b(relapsingMS,多发性硬化症)Interferong干扰素g(granulomatous,肉芽瘤)TPA组织多肽抗原Activase(heartattack,心脏病发作)第13页,共74页，2024年2月25日，星期天TherapeuticProtein/PeptideActimmune(Ifg干扰素)Activase(TPA,组织多肽抗原)BeneFix(FIX,凝血因子IX,血友病B型治疗)Betaseron(Ifb,干扰素,多发性硬化症缓和期,复发期)Humulin重组胰岛素Novolin重组胰岛素Regranex(PDGF,血小板衍生生长因子)Novoseven(FVIIa重组凝血因子)Epogen红细胞生成素Intron-A(干扰素,毛细胞白血病,生殖器疣,乙肝,丙肝,AIDS)Neupogen白细胞介素Pulmozyme重组脱氧核糖核酸酶Infergen干扰素,慢性丙肝第14页,共74页，2024年2月25日，星期天WhatisGeneDelivery?

什么是基因传递?TodeliverDNAplasmid传递质粒

intocellstoarisetherapeuticeffectssuchasinduction诱导

enhancement促进（抗体的生成）orblockingofproteinexpression阻碍蛋白质基因表达（阻断复制）第15页,共74页，2024年2月25日，星期天WhyisaGeneCarrierEssentialforGeneDelivery?

为什么基因载体对基因传递是重要的?DNAitselfcannotdiffuse扩散

throughcellmembranebecauseofitsnegativecharge负电荷

cellmembranealsohasnegativechargeNaked无保护的

DNAisrapidlydegradedbyDNaseinbloodorcellularlysosome血或细胞中的溶酶体第16页,共74页，2024年2月25日，星期天TheProblemwithProtein/peptide蛋白质/肽存在的问题第17页,共74页，2024年2月25日，星期天TheProblemwithProtein/peptide(1)

(invivo-inthebody)Verylargeandunstablemolecules分子大,不稳定Easilydestroyed

破坏/eliminated消除

bythebodyEasilydestroyed破坏

byrelativelymildstorageconditions不严格的储藏条件Hardtoobtaininlargequantities大量制备困难第18页,共74页，2024年2月25日，星期天TheProblemwithProtein/Peptide(2)

(invivo-inthebody)Elimination消除byBandTcellsProteolysis蛋白质水介

byendo/exopeptidases肽酶Smallproteins(<30kD)filteredoutbythekidneys肾

veryquicklyUnwantedallergicreactions过敏反应

maydevelop(eventoxicity)第19页,共74页，2024年2月25日，星期天第20页,共74页，2024年2月25日，星期天TheProblemwithProtein/Peptide(3)

(invitro-inthebottle

瓶子

)Denaturation

变性Aggregation聚合Precipitation

沉淀Adsorption吸附Deamidation脱酰胺Oxidation

氧化Disulfideexchange二硫化物交换Proteolysis蛋白质水介Noncovalent非共价的

Covalent共价的第21页,共74页，2024年2月25日，星期天Protein/PeptideNewFormulationProteinsequence

序列

modification(sitedirectedmutagenisis诱变)解决稳定性问题PEGylationPEG化延长T1/2Proteinylation蛋白质化延长T1/2

靶向Microsphere微球

/Nanosphereencapsulation微囊Micelles胶束控制释放靶向Formulatingwithpermeabilizers渗透剂提高生物利用度新型蛋白质/肽类药物与制剂的研发第22页,共74页，2024年2月25日，星期天SiteDirectedMutagenesis诱变Allowsaminoacidsubstitutions氨基酸取代

atspecificsitesinaproteinProteinengineering蛋白质工程

(size,shape,etc.)第23页,共74页，2024年2月25日，星期天SiteDirectedMutagenesis诱变E343H亚铁螯合酶

在特殊部位用半胱氨酸取代(置换)形成二硫化物提高稳定性第24页,共74页，2024年2月25日，星期天PEGylationPEG化PEGisanon-toxic,hydrophilic亲水性FDAapproved,unchargedpolymer没有负荷的聚合物Increasesinvivohalflife(4-400X)肺递释PEG–GCSF(粒细胞集落刺激因子：化疗，血液病)生物利用度3.0%→11.5%Decreasesimmunogenicity降低免疫性Increasesproteaseresistance增加对蛋白酶的抵抗Increasessolubility&stability提高溶解度和稳定性聚乙二醇(PEG)分子中一个或多个分子与蛋白质或肽发生化学结合第25页,共74页，2024年2月25日，星期天Peptide-PEGmonomers单体PeptidePEGHydrophobicblock亲脂性区Hydrophilicblock亲水性区CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH||||||||||OHOHOHOHOHOHOHOHOHOH聚乙二醇(PEG)分子中一个或多个分子与蛋白质或肽发生化学结合→长循环第26页,共74页，2024年2月25日，星期天PEGylation(PEG化)+CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH||||||||||OHOHOHOHOHOHOHOHOHOH聚乙二醇(PEG)分子中一个或多个分子与蛋白质或肽发生化学结合→长循环Mixedα/β第27页,共74页，2024年2月25日，星期天

Pulmonary

DeliveryPEG-GCSFCompoundBioavailabilityGCSF(18.8kDa)3.0%PEG-G-CSF(81.5kDa)11.5%PEG-G-CSF(146.8kDa)3.4%

PEG-GCSF粒细胞集落刺激因子

肺部传递第28页,共74页，2024年2月25日，星期天PEGBiopharmaceuticalsADAGENONCASPARPEG-INTRON干扰素PEGASYS干扰素

NEULASTPEGVISOMANTMACUGENCDP870CDP860CERA第29页,共74页，2024年2月25日，星期天Proteinylation蛋白质化Attachment配置

ofadditionalorsecondary(nonimmunogenic不会产生免疫性的)proteinforinvivoprotection

体内保护increasesinvivohalflife(10X)

延长T1/2Cross-linkingwithSerumAlbumin血清白蛋白Cross-linkingorconnectingbyproteinengineering蛋白质工程

withantibodyfragments抗体片段第30页,共74页，2024年2月25日，星期天Proteinylation蛋白质化+ProteinDrugScFv(antibody)主动靶向第31页,共74页，2024年2月25日，星期天PeptideSynthesis激活未保护的肽肽键第32页,共74页，2024年2月25日，星期天MicrosphereEncapsulation微囊

提高稳定性控制释放速度第33页,共74页，2024年2月25日，星期天EncapsulationProcessinvolvesencapsulatingprotein蛋白质

orpeptide肽

drugsinsmallporousparticles多孔性粒子forprotectionfrom“insults”避免损害andforsustainedrelease缓释TwotypesofmicrospheresNonbiodegradable非生物可降介Biodegradable生物可降介

PLGA(polylactic-co-glycolicacid)第34页,共74页，2024年2月25日，星期天MicrosphereRelease微球的释放Hydrophilic亲水

(i.e.gelatin)bestforburstrelease爆破释放Hydrophobic疏水

(i.e.PLGA)goodsustainedrelease(esp.vaccines)缓慢释放tendstodenatureproteins变性蛋白质Hybrid混杂

(amphipathic两性分子)goodsustainedrelease缓慢释放

keepsproteinsnative/active保持天然活性第35页,共74页，2024年2月25日，星期天PeptideMicelles(胶束)

离子型聚合物胶体给药体系15—50nm载体材料:水溶性A端:PEG链B端:离子型链(聚甲基丙烯酸等)静电吸附,氢键与药物结合成疏水内核,水中形成纳米胶束能最大程度地保持蛋白质/肽的生物活性第36页,共74页，2024年2月25日，星期天PeptideMicelles10–50nm第37页,共74页，2024年2月25日，星期天NanoparticlesforVaccine纳米疫苗

DeliverywithinDendriticCells树突状细胞DendriticCells(ＤＣs树突状细胞)‘sentries’ ofthebody

机体的“岗哨”，体内功能最强的“抗原提呈细胞”Eatpathogens捕捉病原体

andpresent theirantigenstoTcells激发有抗原受体的T细胞Secretecytokines分泌细胞因子

todirect immuneresponses产生免疫应答第38页,共74页，2024年2月25日，星期天NanoparticlesforVaccine纳米疫苗Mimicpathogenssurfacecharacteristics纳米粒模仿病原体表面性质AntigenforcontrolleddeliverywithinDendriticCells被吞噬进入树突状细胞中，在树突状细胞中控制释放“抗原”SelectiveactivationofcytokinegenesinDendriticCells选择性激活细胞因子基因，产生免疫应答ApplicationsinTherapeuticVaccines(Cancer,AIDS,HBV,HCV治疗疫苗:肿瘤,艾滋,乙肝,丙肝

)第39页,共74页，2024年2月25日，星期天PolymericNanoparticleUptakebyHumanDCs:ConfocalImage共焦图像第40页,共74页，2024年2月25日，星期天Protein/PeptideDrugDeliveryParenteral(injection)非胃肠道Pulmonary肺部Oralornasaldelivery口或鼻腔Patchortransdermalroute皮肤OtherroutesRectal/Vaginal直肠/阴

道Ocular眼睛蛋白质/肽类药物传递的新途径(1)第41页,共74页，2024年2月25日，星期天ParenteralDeliveryIntravenousIntramuscularSubcutaneousRouteofdeliveryfor95%ofprotein/peptide第42页,共74页，2024年2月25日，星期天由两个二硫键连接的A链(21)和B链(30)共51个氨基酸组成第43页,共74页，2024年2月25日，星期天第44页,共74页，2024年2月25日，星期天第45页,共74页，2024年2月25日，星期天第46页,共74页，2024年2月25日，星期天第47页,共74页，2024年2月25日，星期天Protein/PeptideDrugDelivery蛋白质/肽类药物传递的新途径(2)

Parenteral(injection)非胃肠道

Pulmonary肺部Oralornasaldelivery口或鼻腔Patchortransdermalroute皮肤OtherroutesRectal/Vaginal直肠/阴

道Ocular眼睛第48页,共74页，2024年2月25日，星期天Pulmonary

100M2

肺血流量500ml/min第49页,共74页，2024年2月25日，星期天ExuberaInsulinDeliverySystem吸入

NektarTherapeutics/Pfizer/AventisCo.InsulinMW570051个氨基酸组成Inhaledshort–actinginsulinTreatmentoftype1andtype2diabetes糖尿病第50页,共74页，2024年2月25日，星期天ExuberaInsulinDeliverySystemFDA

2006.1.26.批准上市基因重组人胰岛素干粉

Ǿ2—3μmTmax:吸入49分钟(30—90分钟)

注射105分钟(60—240分钟)BA:10%----20%第51页,共74页，2024年2月25日，星期天ExuberaInsulinDeliverySystem第52页,共74页，2024年2月25日，星期天液体气雾剂液滴Ø2–3µm激光孔喷嘴第53页,共74页，2024年2月25日，星期天

含赋料微粒Ø5—30µm气流动力学Ø1—5µm第54页,共74页，2024年2月25日，星期天第55页,共74页，2024年2月25日，星期天PulmonaryInsulinDeliverySystem

电子控制液体雾化液滴Ø2–3µm第56页,共74页，2024年2月25日，星期天Protein/PeptideDrugDeliveryParenteral(injection)Pulmonary

OralornasaldeliveryPatchortransdermalrouteOtherroutesRectal/VaginalOcular蛋白质/肽类药物传递的新途径(3)第57页,共74页，2024年2月25日，星期天OralInsulin(Oralin)口腔喷雾剂BucchalaerosoldeliverysystemdevelopedbyGenerexInsulin胰岛素

isabsorbedthroughthintissuelayersinmouthandthroatInsulinisformulatedwithavarietyofadditives促透剂

andstabilizers稳定剂

topreventdenaturation防止变性onaerosolizationandtostabilizeaerosolparticles第58页,共74页，2024年2月25日，星期天OralInsulin(Oralin)口腔粘膜吸收Cmax30′Css120′Cmin240′BA8%起效快于皮下注射关注对口腔颊粘膜的刺激性？研发阶段(美,加)国内1996-2005年

喷舌下第59页,共74页，2024年2月25日，星期天pHSensitiveMicrospheres

Gel/Microspheresystemwithpolymethacrylicacid+PEG(聚甲基丙烯酸+PEG)Instomach(pH2)poresinthepolymershrink收缩，不释放

andpreventproteinrelease避免胃酸破坏InneutralpH(foundinintestine)theporesswell膨张

andreleaseprotein结肠释放含胰蛋白酶抑制剂pH敏感型微球第60页,共74页，2024年2月25日，星期天OralDeliverybyMicrospherepH2 pH7第61页,共74页，2024年2月25日，星期天PatchDelivery第62页,共74页，2024年2月25日，星期天PatchDelivery

BA<1%第63页,共74页，2024年2月25日，星期天

NasalSpray

鼻腔长度:12–15cm总表面积:150cm2毛细血管丰富吸收迅速使用方便依从性好生物利用度高降钙素(micacalcinnasalspray）已获美国FDA批准上市。BA3%.第64页,共74页，2024年2月25日，星期天OsteogenicGrowthPeptid(OGP)

NasalSpray

成骨生长肽鼻腔给药系统