聚乙二醇在蛋白質(zhì)類藥物中的應(yīng)用

聚乙二醇在蛋白質(zhì)類藥物中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)藥物主要包括細(xì)胞因子、酶、抗體、激素和其他特定功能的蛋白質(zhì)。隨著分子生物學(xué)、基因工程、發(fā)酵工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展,人們已經(jīng)能夠大量獲取所需的蛋白質(zhì)。但經(jīng)過(guò)大量的臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn),由于天然或重組的未經(jīng)任何修飾的蛋白質(zhì)類藥物具有半衰期短、有一定的免疫原性、溶解度低、毒副作用大等缺點(diǎn),從而減弱了其臨床效果。為此,人們嘗試了許多種方法來(lái)改善蛋白質(zhì)類藥物的臨床治療效果,如緩釋劑型的制備和脂質(zhì)體包裹等。1977年Abuchowski等首先證明:作為治療藥物,聚乙二醇(PEG)修飾的蛋白質(zhì)比未修飾的蛋白質(zhì)更有效。由于PEG具有與蛋白質(zhì)相容的特性,用其對(duì)蛋白質(zhì)類藥物進(jìn)行化學(xué)修飾已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)和生物工程領(lǐng)域的熱門課題,得到了廣泛的研究和應(yīng)用,PEG修飾的蛋白質(zhì)類藥物已經(jīng)逐漸成為新一代高效、低毒的治療藥物。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)PEG修飾蛋白質(zhì)類藥物的研究主要集中于腺苷脫氨酶、天冬酰胺酶、干擾素、粒細(xì)胞集落刺激因子、白細(xì)胞介素、腫瘤壞死因子、超氧化物歧化酶、水蛭素、尿激酶、血紅蛋白、單克隆抗體等,其中腺苷脫氨酶、天冬酰胺酶、粒細(xì)胞集落刺激因子、以及兩種亞型α干擾素(IFN-α)的PEG修飾物已獲美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)上市。本文簡(jiǎn)要介紹幾種獲準(zhǔn)的PEG修飾的蛋白質(zhì)類藥物。1輔助治療ada形成的pegademase一些兒童由于先天遺傳的原因而缺乏ADA,這種酶的缺乏可導(dǎo)致嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷癥。治療的方法有骨髓移植和攝入ADA。PEG修飾的ADA(Pegademase)于1990年獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于聯(lián)合免疫缺陷癥,同時(shí)又可為無(wú)法進(jìn)行骨髓移植的患者用作替代療法,也常作為對(duì)ADA缺乏癥患者進(jìn)行體細(xì)胞基因治療時(shí)的一種重要的輔助治療手段。Pegademase是最早也是最為成熟的PEG修飾藥物,它是將牛ADA共價(jià)連接了多條平均分子量為5kDa的直鏈mPEG,半衰期顯著延長(zhǎng)(由原來(lái)的幾分鐘延長(zhǎng)到大約24小時(shí)),免疫原性減弱。Hershfield首先用Pegademase治療ADA缺乏癥患者,Pegademase幾乎能完全糾正患者體內(nèi)的代謝異常狀況,使患者的免疫功能得到不同程度的恢復(fù),而且患者的耐受性好,沒(méi)有過(guò)敏反應(yīng)。在十多年的應(yīng)用中,沒(méi)有與PEG有關(guān)的副反應(yīng)發(fā)生。2天冬酰胺酶的修飾天冬酰胺酶是酰胺基水解酶,分子量約為136kDa,它能夠分解血中的天冬酰胺變成天冬氨酸和氨,從而抑制白血病細(xì)胞的生長(zhǎng),治療急性淋巴細(xì)胞白血病。但其半衰期較短、免疫原性強(qiáng),而且引起變態(tài)反應(yīng)的幾率較大,可達(dá)33%,因此其應(yīng)用受到限制。為了克服這些缺點(diǎn),人們開(kāi)始嘗試對(duì)酶分子進(jìn)行化學(xué)修飾,并取得重大進(jìn)展。1994年,PEG修飾的天冬酰胺酶(Pegaspargase)獲FDA批準(zhǔn)用于治療急性淋巴細(xì)胞性白血病。Pegaspargase也是共價(jià)連接5kDa的線性mPEG而形成,其中的PEG由琥珀酸活化,修飾位點(diǎn)為賴氨酸的ε-氨基。修飾后ASP的半衰期由原來(lái)的20小時(shí)提高到357小時(shí)(62.6~600小時(shí)),同時(shí)也減少了誘發(fā)變態(tài)反應(yīng)的幾率。在動(dòng)物腫瘤模型的實(shí)驗(yàn)中證明,Pegaspargase的抗腫瘤活性較ASP有所增強(qiáng),1UPegaspargase的活性相當(dāng)于5UASP的活性。大多數(shù)使用ASP有變態(tài)反應(yīng)的患者在應(yīng)用Pegaspargase時(shí)未見(jiàn)變態(tài)反應(yīng)發(fā)生。Pegaspargase的建議使用劑量為2500IU/m2肌肉或靜脈注射(每?jī)芍芤淮?,而ASP的使用劑量為10000IU/m2(每周三次)。既減輕了病人的痛苦,又節(jié)省了治療費(fèi)用。3peg分子的修飾IFN-α-2a是一類能夠誘導(dǎo)一系列細(xì)胞內(nèi)蛋白表達(dá),繼而發(fā)揮抗病毒、抗細(xì)胞增殖和免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子。IFN-α-2a于1986年獲FDA批準(zhǔn)上市,主要用于治療乙型肝炎、丙型肝炎、毛細(xì)胞白血病等疾病。通過(guò)臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn),IFN-α-2a治療慢性丙型肝炎(CHC)的療效僅50%左右;另一個(gè)限制應(yīng)用的因素是其免疫原性,文獻(xiàn)報(bào)道,30%~50%的病人在接受治療的最初6個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生中和抗體,各種生物學(xué)分析表明這些抗體對(duì)治療效果有影響。因此急需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高療效,降低毒副作用。Bailon等用平均分子量為40kDa的支鏈PEG分子來(lái)修飾IFN-α-2a,得到的修飾物主要含有四種位置同分異構(gòu)體:Lys31、Lys121、Lys131、Lys134,體外抗病毒活性僅為原來(lái)的7%,但體內(nèi)抗腫瘤活性增強(qiáng)數(shù)倍。目前,這種PEG修飾的IFN-α-2a已獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)正式生產(chǎn),如Roche公司的PEGASYSTM。藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究表明,PEGASYS用藥后3~8小時(shí)可以達(dá)到最高血藥濃度,并且可以維持80小時(shí)以上,與常規(guī)IFN相比,其在血清中的清除速度減慢,每周只需用藥一次,在整個(gè)治療期間都能維持有效血藥濃度。Zeuzem等用PEG-IFN-α-2a和IFN-α-2a對(duì)531名CHC患者進(jìn)行了臨床試驗(yàn)及療效的比較,結(jié)果表明:每周一次皮下注射180μgPEG-IFN-α-2a比每周三次(每次600萬(wàn)IU)皮下注射IFN-α-2a更有效。Heathcote等對(duì)271名患有CHC相關(guān)的肝硬化或橋形纖維化的患者進(jìn)行的試驗(yàn)表明:每周一次皮下注射180μgPEG-IFN-α-2a的療效明顯優(yōu)于每周三次(每次300萬(wàn)IU)皮下注射IFN-α-2a的療效。4peg-intonSchering-Plough公司也應(yīng)用PEG對(duì)IFN-α-2b進(jìn)行了修飾(Peg-Intron,即Peginterferon-α-2b),并已獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于18歲以上,且以往未接受過(guò)IFN-α治療的CHC患者,接受每周一次的單劑注射治療。另外,Peg-Intron在歐盟也獲得批準(zhǔn)用于治療CHC。Peg-Intron中的PEG為12kDa的線性PEG,經(jīng)琥珀酸碳酸酯活化,其修飾方法為非選擇性修飾。Peg-Intron的平均分子量為31kDa,其特異性抗病毒活性為原來(lái)的28%。與IntronA相比,Peg-Intron(1.0μg/kg)的平均表觀清除率下降了7倍,半衰期增加了5倍,從而降低了給藥次數(shù),由IFN-α-2b的每周三次降為每周一次。Schering-Plough公司公布了Peg-Intron治療CHC的Ⅲ期臨床研究結(jié)果,研究對(duì)象為1219例未經(jīng)治療的CHC患者。在該項(xiàng)研究中,無(wú)論P(yáng)eg-Intron的劑量如何(0.5μg/kg、1.0μg/kg、1.5μg/kg),在治療結(jié)束時(shí)和治療后的隨訪階段,其療效都優(yōu)于常規(guī)IFN-α-2b治療組。不僅如此,Peg-Intron對(duì)難治性丙型肝炎也能顯著提高持續(xù)有效率,且不增加副反應(yīng)。5peg修飾主要作用于中性紅細(xì)胞g-csf受體誘導(dǎo)的清除G-CSF的分子量為19kDa左右,主要作用于中性粒細(xì)胞系造血細(xì)胞的增殖、分化和活化;另外它還有刺激成熟中性粒細(xì)胞從骨髓中釋放出并激活中性粒細(xì)胞的功能。G-CSF(Filgrastim)于1991年被美國(guó)FDA批準(zhǔn)投放市場(chǎng),用于治療因化療或先天原因?qū)е碌难褐行粤＜?xì)胞減少癥,具有很好的應(yīng)用前景。但由于其半衰期短,需要每天靜脈或皮下注射,長(zhǎng)達(dá)兩周,降低了病人的耐受性,也增加了對(duì)醫(yī)務(wù)工作者的需求。于是人們嘗試用PEG修飾G-CSF,制備長(zhǎng)效制劑。美國(guó)Amgen公司研制的PEG修飾的長(zhǎng)效G-CSF——Pegfilgrastim,是在重組人G-CSF的N末端蛋氨酸殘基上共價(jià)結(jié)合了20kDa的PEG,于2002年1月獲FDA批準(zhǔn)上市。G-CSF的體內(nèi)清除機(jī)制主要有中性粒細(xì)胞G-CSF受體介導(dǎo)的清除和腎臟清除,由于PEG修飾很大程度上減少了G-CSF通過(guò)腎臟的清除,因此中性粒細(xì)胞G-CSF受體介導(dǎo)的清除成為Pegfilgrastim的主要清除途徑,其清除率與中性粒細(xì)胞數(shù)量直接相關(guān)。因?yàn)镻egfilgrastim在清除過(guò)程中存在著自我調(diào)節(jié)過(guò)程,在中性粒細(xì)胞水平恢復(fù)以前,血清中Pegfilgrastim的水平要高于同等劑量G-CSF的血清水平,從而使半衰期得以延長(zhǎng)(由原來(lái)的3.5小時(shí)到33.2小時(shí))。Pegfilgrastim的使用方式為一個(gè)化療療程單劑量皮下注射一次,其安全性及有效性與其前體G-CSF相當(dāng),但使用方式的改變提高了化療病人的生活質(zhì)量。隨著PEG修飾技術(shù)的不斷進(jìn)步,PEG化的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。PEG修飾不僅適用于蛋白質(zhì)類藥物,還將更廣泛地用于修飾脂質(zhì)體包被的藥物,PEG對(duì)脂質(zhì)體包被的阿霉素的修飾便是一個(gè)很好的例子。蒽環(huán)類抗生素阿霉素是治療腫瘤常用藥物之一,但由于使用劑量大、血漿濃度峰值高可導(dǎo)致骨髓抑制和心臟毒性等副作用,當(dāng)心臟毒性轉(zhuǎn)為慢性時(shí)表現(xiàn)為充血性心肌病,進(jìn)而發(fā)展為充血性心力衰竭。人們嘗試了許多方法以期能夠保留阿霉素的生物活性而去除其心臟毒性,比較成功的辦法就是用PEG修飾脂質(zhì)體包被的阿霉素。PEG化脂質(zhì)體包被的阿霉素已被FDA批準(zhǔn)用來(lái)治療Kaposi肉瘤、晚期卵巢癌。PEG化脂質(zhì)體包被的阿霉素與未修飾的阿霉素相比半衰期由7小時(shí)提高到45小時(shí),具有更好的可耐受性,使用更高的劑量時(shí),心臟毒性發(fā)生率沒(méi)有提高,而其他如骨髓抑制、發(fā)熱性中性粒細(xì)胞減少癥、脫發(fā)等副作用的發(fā)生率有所下降。在轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中PEG化脂質(zhì)體包被的阿霉素在腫瘤位點(diǎn)的藥物濃度比未修飾的阿霉素要高,治療效果要好。綜上所述,用聚乙二醇修飾的蛋白質(zhì)類藥物表現(xiàn)為溶解度和穩(wěn)定性增加,免疫原性、抗原性和毒性減弱或消除,藥