多肽药物开发:Biacore 助力糖尿病新药研究-IOTA

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多肽药物开发:Biacore 助力糖尿病新药研究

阅读量：3706002 2019-10-23

文章来自《GE生命科学》作者：Mengmeng Guan
9 月 20 日，FDA 正式批准诺和诺德 Rybelsus（口服索马鲁肽）的上市申请，用于结合饮食和运动以改善 2 型糖尿病患者的血糖控制 (图 1)。在全球糖尿病高发的情况下，患者对新型高效的糖尿病药物的需求更为迫切。

图 1 FDA 官网截图

新药
多肽药物具有分子量小，免疫原性低，特异性好的优势，是药物开发的热点，特别是激素类多肽药物，例如在糖尿病治疗中使用的利拉鲁肽（Liraglutide）就是一种 GLP-1 类似物的多肽药物，由于半衰期短，利拉鲁肽需要每日注射一次。
这是多肽药物研发中经常遇到的难题，由于酶的水解作用或肾小球的滤过损失，使得分子量相对较小的多肽在体内存留时间较短。
为了应对多肽药物半衰期短的问题，通常的做法是把多肽融合到一个大的蛋白，例如白蛋白、Fc 或者能和白蛋白结合的结构域上，以延长多肽药物在体内的存留时间。

今年 9 月在 RSC Advances 上就发表了针对糖尿病治疗的一种新的多肽药物，这种经过改造的 GLP-1 类似物能高亲和地结合于白蛋白，从而有效延长药物在体内的半衰期（图 2）。

图2 RSC Adcances 文章截图
研究者构建了两个新的多肽 XTS1 和 XTS2，即在 GLP-1（8A8ib）的 N 端通过一个可被凝血酶（TBN）切割的 linker 连接了由 39 个氨基酸组成的白蛋白结合域（Albumin binding domain，ABD），该结合域由两个独立的已知白蛋白结构域 SEQ1 和 SEQ2 组成（图 3）。

图3 XTS1/2 多肽设计阐述
这种多肽药物进入体内后可以快速结合到白蛋白上，免受肾脏滤过和蛋白酶降解，延长其在体内循环的时间，进而被凝血酶切割释放 GLP-1（8A8ib），促进胰腺β细胞葡萄糖浓度依赖性地分泌胰岛素（图 4）。

图4 XTS多肽结构及在体内延长半衰期的机制
延长半衰期的关键是提高多肽与白蛋白之间的亲和力，新构建的 XTS1/2 能否高亲和地结合到白蛋白上呢？

研究者用 Biacore T200 做了验证，分别检测了 XTS1/2 与不同种属的白蛋白之间的亲和力。

表 1 SPR 检测 XTS 与不同种属血清白蛋白的亲和力
从表 1 可以看出，在不同的种属中，XTS1 与白蛋白的亲和力都要高于 XTS2，特别是与人白蛋白的亲和力，明显高于其他几个种属。
新构建的 XTS 的 ABD 包含了两个已知的白蛋白结合域（SEQ1 和 SEQ2），SEQ1/SEQ2 与人白蛋白结合的亲和力分别为 1.12 X 10-6 M 和 1.67 X 10-6M，显然，这种通过把 SEQ1 和 SEQ2 通过一个 (G4S)3 的 linker 连起来的方式确实大大提高了与白蛋白的亲和力，特别是 XTS1 与白蛋白的亲和力提高了 10 倍（KD=1.41 X 10-7 M）（图 5）。

图 5 XTS1/2 与人血清白蛋白结合亲和力
由于 XTS1 有更高的亲和力而且在体外实验中具有明显更长的半衰期，预测 XTS1 在体内也有更长的存留时间。
后续的动物实验表明，不论是在持久的葡萄糖稳定作用，还是低血糖持续测试中，XTS1 都比利拉鲁肽处理组都得到了更好的结果。值得注意的是，利拉鲁肽作为 GLP-1 的类似物，在体内的半衰期约为 8 h；而大鼠 XTS1 单剂量给药 0.3 mg kg-1 或 0.9 mg kg-1 的半衰期分别为 33.0 和 54.8 h，猕猴 XTS1 两次剂量给药的半衰期分别为 43.1 和 82.4 h，均有显著提升。
对比索马鲁肽（semaglutide，具有较高的白蛋白亲和力，半衰期长，实现每周给药一次）给药 1 mg kg-1 时的半衰期 54 h， XTS1 同样具有很大的优势，有望成为治疗糖尿病的新药物。

总结

回顾整个研究过程，XTS1 之所以有更长的半衰期，源于显著提高了与白蛋白的亲和力，Biacore 见证了这一核心数据的诞生。其实 Biacore 在许多多肽药物的研究中都提供了关键性的数据。
例如，在 2016 年发表在《Scientific Reports》上的神经降压素 (neurotensin) 衍生的多肽家族 (NT4) 抑制小鼠肿瘤生长的文章中，Biacore 直接证明 NT4 与不同类型肿瘤细胞表面硫酸糖胺聚糖（GAG）亲和力的不同很可能是 NT4 针对不同肿瘤治疗效果差异靶向性的分子基础。
2014 年在《Molecules》发表的针对 TNF-α筛选新的多肽药物的文章中，Biacore 在前期噬菌体库筛选、亲和力表征、与阿达木单抗（Adalimimab）及 TNF-α受体的竞争实验中提供了大量的数据。
多肽药物具有免疫原性低，分子量小等优势，是目前的药物研发热点。Biacore 作为分子互作检测技术「金标准」，具有高灵敏度、高分辨率、无标记等技术优势，是唯一被美国、日本药典认可的分子互作检测技术，已广泛用于多肽及单抗等生物药的筛选、工艺设计和优化、质控放行，必将继续为新药的研发助力护航。
参考文章滑动阅览
1. Pan H, Xie Y, Lu W, et al. Engineering an enhanced thrombin-based GLP-1 analog with long-lasting glucose-lowering and efficient weight reduction[J]. RSC Advances, 2019, 9(53): 30707-30714.
2. Brunetti J, Depau L, Falciani C, et al. Insights into the role of sulfated glycans in cancer cell adhesion and migration through use of branched peptide probe[J]. Scientific Reports, 2016, 6(1):27174.
3. Brunetti J, Lelli B, Scali S, et al. A novel phage-library-selected peptide inhibits human TNF-α binding to its receptors.[J]. Molecules, 2014, 19(6):7255-7268.

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