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技术分享|浅谈多肽偶联药物(PDC)

漫路药研社  · 公众号  ·  · 2023-04-20 09:39

正文

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多肽偶联药物(Peptide-Drug Conjugate)


1. 多肽偶联药物(PDC)介绍


多肽偶联药物(PDC)是一种新兴的靶向治疗方法,可提高肿瘤的穿透性和选择性。PDC主要由三部分组成——多肽(peptide)、连接子(linker)以及具有细胞毒性的有效载荷(cytotoxicity payload)。虽然PDC和ADC概念类似,但是他们结构和性质却截然不同。ADC的分子量一般大于150kDa,而PDC的分子量通常只有几个kDa。相比于ADC,PDC可以实现肿瘤穿透性且几乎不会产生免疫原性。PDC与ADC 在体内的代谢方式也不一样,PDC通过肾脏代谢而ADC通过肝脏代谢。由于PDC多肽序列短,其结构更加灵活,使得引入非天然氨基酸和形成环肽等修饰和偶联更加容易,这些都提高了PDC的靶向性和稳定性。


图1 PDC的结构组成


图2 PDC和ADC比较


PDC的这些特点和生产成本较低的优势使其成为继ADC之后的下一代靶向抗肿瘤的药物。近些年,随着蛋白质组学、噬菌体展示技术、mRNA展示技术和固相多肽合成等技术的快速发展,越来越多的新肽被发现或合理设计出来,极大地促进了PDC的发展,越来越多的药物进入临床。


目前上市的PDC有两款药物Lutathera 和Pepaxto。诺华研发的Lutathera 于2018年获批,靶向生长激素抑制素受体,进入细胞,释放核素177Lu产生辐射来损伤肿瘤细胞,从而发挥治疗效果。Oncopetides研发的Pepaxto在2021年获批,其由DNA烷化剂与靶向氨肽酶的多肽共价连接而成,由于其高亲脂性在进入细胞后会被氨肽酶水解,释放出亲水性的 DNA 烷化剂造成肿瘤细胞中的DNA损伤,从而导致肿瘤细胞死亡。但遗憾的是,同年10月22日,由于3期临床失败Pepaxto撤出美国市场。


图3 已经上市的PDC药物


2. PDC中的重要组成部分—多肽


作为PDC的重要组成部分,多肽通常分成两大类:细胞穿膜肽(cell penetrating peptides, CPPs)和细胞靶向肽(cell targeting peptides, CTPs)。CPP偶联药物的跨膜运输方式复杂,通常会分成两大类,直接渗透方式和细胞内吞方式。


图4 CPP偶联药物的跨膜运输方式


而CTP偶联药物的跨膜运输方式相对明确,首先多肽会和膜受体结合介导PDC内吞,偶联物会经过早期和晚期内涵体,最终进入溶酶体裂解并释放出具有细胞毒性的有效载荷(cytotoxicity payload),受体再被回收到细胞膜表面。目前全球PDC在研项目中,既有CPP偶联药物也有CTP偶联药物。


图5 CTP偶联药物的跨膜运输方式


3. 改善PDC中的多肽ADME(吸收、分布、代谢和排泄)特性


多肽的半衰期特别短、不稳定且容易经肾脏清除,为了更好的成药,需要对多肽的结构进行优化。比如提高细胞膜的穿透性、化学和酶水解的稳定性,减少肾脏清除率以实现药物更好的被患者吸收利用。想要实现这些特性,就需要我们对多肽进行改造而不是直接用天然氨基酸组成的线性肽。


目前常用的对多肽的结构进行优化的方式有以下几种:


一、环化(广泛使用,首端和尾端,首尾端和侧链,侧链和侧链,单环或双环)


二、引入非天然氨基酸(减少多肽被蛋白水解酶识别的风险,但是需要注意D型氨基酸带来多肽结构的改变)


三、减缓肾脏清除(增加负电性,脂溶性)


四、配方(除了直接对多肽结构进行改造,还可以使用配方。添加剂可以辅助多肽跨膜,提高多肽稳定性)


图6 不同的方法用来提高PDC中多肽的酶、化学稳定性


4. 代表性的PDC在研项目


4.1 PDC案列一:BT5528


BT5528是Bicycle Therapeutics在研多肽偶联物,目前已经处于临床II期。其多肽部分采用的是经过噬菌体展示技术筛选的双环肽。这种微型骨架相比目前开发的其它蛋白骨架体量更小, 起效更快,穿透力更强。双环肽仅包含9-20个氨基酸,分子量约为2kDa,生产成本相对较低,而且它对环境稳定性(温度、酸性等)会更高,组织穿透性也会更好,这些特点恰恰解决了抗体偶联药物的劣势。


图7 医药公司开发的各种微型蛋白或多肽支架结构,具备和抗体相媲美的靶向性和亲和力


BT5528是由三部分组成,靶向EphA2的双环肽,可被酶裂解的Val-Cit连接子,和具有细胞毒性的有效载荷MMAE。在BT5528进入肿瘤细胞后,MMAE经酶切释放出来,能通过阻断微管蛋白的聚合来抑制肿瘤细胞分裂。








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