多肽是普遍存在于生物体内的一类化合物，迄今为止，人们在各种生物体内发现的多肽已多达数万种。其广泛参与和调节机体内各种功能活动，在生命活动中发挥着重要作用。也正因此，近年来，多肽药物成为药物研发的热点之一。相比化药，多肽药物具有低毒性、低免疫原性、高组织渗透性等优点，但其缺点也很明显：一方面，其较小的尺寸意味着它们能够被肾脏从血液中过滤；另一方面，其较差的穿膜性会导致很容易被体内的各种酶降解。这些因素使得大部分多肽类药物在体内的半衰期很短，因此，对其结构进行改造或修饰，以延长其在体内的半衰期成了多肽药物研发的重点之一。目前，提高多肽体内稳定性主要有氨基酸替换与序列改造、形成环肽和进行伪肽和拟肽化改造三种思路。今天小编将和大家分享其中最常见的一种，也就是氨基酸替换与序列改造。
多肽分子在生物体内稳定性较差，是因为其分子中，特别是分子表面的酰胺键容易被蛋白酶识别和水解。因此许多研究致力于对其结构进行改造，由于体内蛋白酶所能识别的氨基酸为天然的L-型氨基酸，所以可以尝试将多肽链的C端和N端的氨基酸用D-型氨基酸替代，或者将多肽链中的部分或所有氨基酸改变为D-型氨基酸。

例如，在上图中，我们需要设计船式构型，于是将其交叉链相邻残基处进行D-构型替换，使其平面结构发生γ-折叠，其末端翻转朝上, 将其侧链片段包裹于主链形成的船式构型中，从而使得其难以被蛋白酶发现并降解。另外，有研究者选取MUC2 粘蛋白中的一段抗原决定簇（15TPTPTGTQTPT25），分别将C端和N端3个氨基酸替换为D-型氨基酸或者将两端3个氨基酸同时替换为D-型氨基酸，研究它们在人血清中的稳定性。结果发现N端替换成D-型氨基酸后对多肽的稳定性具有很大提升，在10％和50％血清中的降解率分别为16％和45％。在N和C末端同时具有3个D-型氨基酸的肽链即使在50％人血清中96h后也是稳定的。这些数据展现出了D-构型替换在改善多肽体内稳定性的有效性。

除了进行D-构型替换外，氨基酸的替换也是提高多肽体内稳定性的常见手法之一。多肽链主链与主链之间、侧链与侧链之间主要靠静电作用维系结构稳定，可以通过替换掉其中几个氨基酸来增强多肽链之间的静电作用，从而使其结构更加稳定，难以被迅速降解。

有研究者将裂解肽PTP-7 中部分或所有赖氨酸替换为组氨酸，合成了4种肽，分别是PTP-7 (FLGALFKALSKLL)、PTP-7a(FLGALFHALSKLL)、PTP-7b(FLGALFKALSHLL) 和PTP-7c(FLGALFHALSHLL)。研究发现将两个赖氨酸全部替换为组氨酸的PTP-7c 肽在100%人血清中的半衰期最长，为11h。与PTP-7相比，所有含组氨酸的肽对正常细胞的毒性显著降低。含有组氨酸的肽PTP-7a 和PTP-7b 对癌细胞保持了良好活性。可以推测组氨酸的存在对于改善肽的稳定性以及降低肽的细胞毒性起到了关键作用。

在多肽的改造方面最广为人知、也最多样化的的应该算是GLP-1系列了。GLP-1是由胰高血糖素原基因编码, 并由肠道L细胞分泌的一种肽类激素，其生物活性形式为截短的含30个氨基酸的GLP-1 (7-36)酰胺和含31个氨基酸的GLP-1 (7-37)，而GLP-1约80%的循环活性来自GLP-1(7-36)酰胺。基于GLP-1的肠促胰素的治疗已成为近年来降糖药物研发的热点。

天然的GLP-1易被DPP-4酶水解而迅速失活(体内半衰期小于2 min)，必须持续静脉滴注或持续皮下注射才能产生疗效，这大大限制了GLP-1的临床应用。为了提高GLP-1的药效、增加临床应用的可行性，科研工作者通过不同的策略对GLP-1进行结构修饰来降低DPP-4酶对其的水解，并延长其体内循环的半衰期。

目前市面上的GLP-1受体激动剂主要分为两类，一类是肠促胰素类似物（Exendin-4）的人工合成物或类似物，另一类则是人源GLP-1类似物。其中最早面世的艾塞那肽（Exenatide）最初是从蜥蜴唾液中分离而来，其序列与人源GLP-1有53%的同源性。其N端由Gly替代了GLP-1的Ala，使得被DPP-4降解的可能性降低，半衰期延长，达到2.4h。因其仍需要每日两次给药，为了提高患者依从性，2012年礼来又推出了艾塞那肽的新剂型。该剂型为使用乳酸-乙醇酸共聚物形成的微球，通过微球包裹艾塞那肽使其达到缓释效果，从而将给药频率延长至一周一次。

另一个EX-4的改造药物是利西拉来。从结构上看，利西拉来将艾塞那肽38位的Pro敲除，并在39位的Ser上续接6个Lys所得。这些修饰同样能够增加多肽结构的稳定性，使得其半衰期延长，给药频率减少至每日一次。

在人源GLP-1类似物的药物方面，最早上市的是诺和诺德的利拉鲁肽注射液。从结构上看，其改造方式为将人源GLP-1(7-37)的34位Lys替换为Arg，同时在26位的Lys上介入经十六烷酸修饰的β-谷氨酰胺。经脂肪链修饰后，该多肽与血液中白蛋白之间的非共价亲和力增强，而白蛋白在体内的半衰期可长达19d，因此该修饰既降低了被DPP-4酶的水解速率，又减少了肾清除率，使体内半衰期延长至13h，每日只需皮下注射一次。
不同于利拉鲁肽，葛兰素史克的阿必鲁肽采用基因工程技术，将GLP(7-36)链上8位Ala改为Gly，再将两条肽链以二聚体形式融合在血清白蛋白上。相比利拉鲁肽增强其亲和力，阿必鲁肽直接与白蛋白相结合的方式无疑可以更大程度上增加其半衰期。但这样紧密的结合带来的副作用就是药物与GLP-1受体相互作用减弱，因此给药量需大大增加。

除了艾塞那肽外，礼来公司还有一款长效GLP-1类似物——度拉糖肽。其结构为将2个36位Arg替换为Gly的GLP-1(7-37)的羧基端与人重组G4免疫球蛋白（IgG4-Fc）进行偶联，并将IgG4-Fc重链的234位Phe、235位Leu替换为Ala、288位Ser替换为Pro以降低对细胞的毒副作用。经此修饰后的度拉糖肽体内半衰期可达90h，给药频率可达一周一次。

最后，也是目前市场前景最好的药物当属诺和诺德的索玛鲁肽。其修饰方式是将GLP-1(7-37)上8位Ala替换为非天然氨基酸Aib，34位Lys替换为Arg，同时将26位Lys侧链上连接十八烷二酸脂肪链，使其在增加与白蛋白结合能力的同时不损失活性。与利拉鲁肽相比，索玛鲁肽的脂肪酸侧链更长、疏水性更高，因此诺和诺德又在侧链上增加短链的寡聚乙二醇（OEG）修饰，以改善其亲水性。经此修饰后，索玛鲁肽的体内半衰期达到惊人的165h。这不仅使得索玛鲁肽注射液的给药频率达到一周一次，更使得其成为全球首款获批的GLP-1系列口服降糖药。

本期我们给大家介绍了提高多肽体内稳定性的策略中最常见的类型：氨基酸替换和序列改造。该策略也在GLP-1系列药物的设计中得到了充分体现。在下一阶段，我们还将分享如环化、伪肽或拟肽化等修饰策略。大家记得关注哦！

关于 华威医药

南京华威医药科技集团有限公司成立于2000年，为新疆百花村医药集团股份有限公司全资子公司，是国内小分子化学药物、多肽药物的发现、研发及生产的全方位、一体化服务平台。

系国家高新技术企业、江苏省优秀企业、江苏省优秀民营企业、江苏省民营科技企业、南京市知识产权示范企业以及ISO9001国际质量管理体系认证企业，是江苏省企业研究生工作站、江苏省南京市博士后创新实践基地、江苏省企业技术中心、江苏省靶向抗肿瘤药物工程技术研究中心、南京市药物一致性评价工程技术研究中心和南京市手性药物工程研究中心。

公司建立了完善的管理制度和规范化的工作流程，拥有超500项SOP全面保障运营的合规、高效。公司先后蝉联中国医药研发公司10强榜首并获得五项国家新药创制科技重大专项及多项省、市、区创新/发展基金立项支持。

关于礼威生物

南京礼威生物医药有限公司是华威医药全资子公司，20+管理和研发团队由国内外生物医药公司有着多年新药管理、研发和市场化经验的专业人士组成。目前公司已拥有30项国内外新化合物发明专利、承担国家新药创制重大专项课题2项、江苏省青年基金课题1项+国内外经验案例。

可承接的业务：礼威生物可为合作伙伴提供小分子创新药物研制开发、多肽仿制药工艺开发、创新分子活性测试筛选服务、多肽、蛋白及抗体定制服务、基因编辑细胞株定制服务等。

责任编辑：白芨