多肽类药物的发展及其在制剂学上的难点

随着目前生物技术的发展进步，多肽药物的研究和应用有了重大突破，取得了较大的成果，重塑了我国现代制药工业和临床治疗机制，在制剂学领域备受关注。多肽药物容易被合成改造并优化，本身的特点使其药用价值很高。多肽药物一般半衰期较短、结构及性质不稳定，但相对于大分子蛋白或抗体类药物，多肽药物在常温下更稳定、单位活性更高。多肽分子的大小、极性、亲水性和带电性不如传统小分子，因此多肽药物难以穿越生理屏障，故不能口服。因此深入认知并摸清其发展现状非常有必要，更要化解制剂学难点，以帮助从事相关研究的同行。Part1、多肽类药物的定义及发展现状

1.1多肽类药物的定义氨基酸是构成蛋白质的基本单位，多肽是一种氨基酸，通过分离技术将其用肽键连接转化成一种化合物，形成多肽类药物。多肽类药物往往由10～100个氨基酸分子脱水后进行分离纯化形成，超过100个氨基酸就可以组成蛋白质，多肽与蛋白质的主要区别就在于肽链长短不同。与此同时，多肽更稳定，因为多肽合成品中并无影响蛋白质稳定的要素[1]。多肽是影响生物体内各种细胞功能的生物活性物质，在生命活动中不可或缺，涉及细胞生长、激素、神经等各个领域，在临床中有特定的治疗作用，且多肽药物广泛存在于生物系统中的信号分子、传递分子以及消化分子中；集多种作用于一体的多肽应用极为广泛，可用于心血管、血液、肌肉、骨骼等系统，所以在医疗行业中占有重要地位，虽然多肽类药物的开发史较短，但其发展迅猛，已成为制剂学关注的焦点。多肽类药物的研究、临床应用现状：目前大部分多肽类药物具有直接口服无效、生物半衰期短、治疗周期长等特点，所以其开发和应用是当前的热点，发展前景不可限量。20世纪90年代每年进入临床开发阶段的多肽类药物平均有9.7种，2000年至2010年增加到19.5种，数量至今还在递增[2]。目前，多肽类药物在临床上实现了广泛应用。由于安全性较高和疗效突出，其受到越来越多医生和患者的认可，在临床治疗中的地位不断提升，许多品种还被纳入国内外相关疾病的治疗指南和专家共识中，成为临床诊疗的重要支撑力量。Part2、多肽类药物制剂学上的难点和应对策略2.1多肽类药物制剂学上的难点多肽类药物在制剂学领域的研究颇受关注，在非注射用药领域关注度更高，研究主要集中在三个方面：鼻腔给药、肺部给药和口服给药。多肽类药物在制剂学上的难点主要表现为稳定性差、体内半衰期短、不易通过生物膜、抗原性差原因有以下几点。第一，脱酰氨反应。Asn/Gln残基水解形成Asp/Glu；非酶催化的脱酰氨反应受环境、多肽结构影响，若增大pH值、升高温度，都利于反应进行。第二，氧化。多肽溶液容易氧化，一是溶液中的有氧化物促进了多肽的氧化，二是多肽的自发氧化。氨基酸残基中最易氧化的有Trp、Tyr、Cys和Met。氧化会受温度、氧气分压、缓冲溶液的影响。第三，水解。肽键容易水解断裂，Asp参与形成的肽键更易断裂，尤其是Asp-Pro和Asp-Gly肽键。第四，形成错误的二硫键。因为二硫键互相或与巯基发生交换，致使三级结构改变和活性丧失。第五，消旋。除Gly之外的所有氨基酸残基都容易在碱催化下发生消旋反应，尤其是Asp残基。第六，变性、吸附、聚集或沉淀。变性多与三级结构和二级结构的破坏有关，变性状态下，多肽容易发生化学反应，其活性恢复困难。多肽变性过程中，会率先形成中间体，这些中间体因溶解度低、易于聚集，在溶液中形成的沉淀肉眼可见。2.2多肽类药物制剂学难点的应对策略其一，定点突变。用基因工程手段替换导致多肽不稳定的残基，或增加利于多肽稳定的残基，多肽的稳定性就会得到有效提升。其二，化学修饰。多肽的修饰方法多样，常用的为PEG。PEG是水溶性高分子化合物，无毒、可在体内降解。它能与多肽结合并提升其热稳定性，抵抗蛋白酶的降解，降低抗原性并延长其体内半衰期。认真选择修饰方法或控制修饰程度都可以提高、保持其原生物活性。其三，添加剂。添加多元醇、明胶、糖类、氨基酸等添加剂或某些特殊盐类可提高多肽的稳定性。其中，糖类和多元醇可以在浓度较低的情况下使更多水分子围绕在蛋白质周围，能显著提升多肽的稳定性。冻干中，以上物质可替代水和多肽形成氢键，达成提升多肽稳定性的目的，还有利于提高冻干制品的玻璃化温度。为避免多肽表面吸附、聚集和产生沉淀，可使用表面活性剂SDS、Teeen等。其四，冻干。多肽发生的一系列反应都需要水参与，包括水解、脱酰胺等反应，水是反应剂的流动相，没有水多肽就无法发生反应。同时水含量降低会使多肽的变性温度升高，所以可以在提升多肽稳定性方面应用冻干，这种方法的可行性较强。Part3、多肽类药物的制剂研究及展望3.1多肽类药物的缓释制剂研究在临床应用中，口服最受欢迎，但多肽类药物口服会导致大部分药物无法被吸收，因为多肽不能通过生理屏障。静脉注射给药会因其在血液中的半衰期短而被快速消除和降解，也不能达到理想的治疗效果。为了达到用少量药物减轻患者痛苦的目的，目前主要采用缓释和控释技术：第一，在注射用药过程中，添加高分子聚合物，如透明质酸，提高药物的黏合度，降低其扩散速度；第二，采用脂质体包裹或者固体微粒包裹让多肽药物缓慢渗出。以上手段中，固体微粒包裹应用最多，可用于制备微粒的材料有聚已内酯、聚氨基酸、聚乳酸、聚原酸酯等。目前多肽微囊多采用聚酯材料，尤其是PLGA。PLGA微粒释放蛋白质的典型曲线分三相，分别是起始爆释相、扩散控释相、分解控释相[3]。第一种相是指位于微粒表面或附近的蛋白质可以在几小时内迅速释放；第二种相是指蛋白质可通过微粒中的孔道扩散释放，为实现连续释放，需要与分解控释重叠；第三种相主要是分解聚合物，而后形成空隙让包裹的蛋白质连续释放，实际应用中的困难在于降低起始爆释量和增加药物载量。使用该方法制备的多肽和多肽类微粒剂型有LHRH、GH、IFN、EPO等。LHRH类似物leuprolide的微粒制剂可控制药物释放长达一个月，该产品1988年最先于法国上市，之后陆续在欧美40多个国家上市，我国在1993年引入该药物。3.2非注射给药途径研究多肽药物的主要特点是分子量大、脂溶性差以及难以通过生物体的生理屏障。要想取得最佳用药效果，需采用注射形式，但频繁的注射非常痛苦，为了减轻患者的病痛和用药痛苦，人们对多肽药物的非注射用药形式展开了研究。研究国内相关文献发现，目前对此研究最多的领域就是鼻腔和肺部用药。鼻腔给药：鼻腔的黏膜面积约为200cm2,上皮细胞间隙较大并与毛细血管紧密相连，淋巴组织丰富，血流速度约为40mL/min，用药条件良好。通过鼻腔吸入的方式，药物可以直接进入全身血液系统，降低被大蛋白质降解和气溶胶微粒变性的可能性，促进药物吸收，达到良好的治疗效果。目前主要有喷雾和滴鼻两种用药方式，滴鼻的生物利用度更高。肺部给药：人体肺部的吸附表面积为140m2，远大于鼻腔，且肺部毛细血管丰富，上皮细胞间隙较大，用药过程中通透性更强。一些动物实验也表明多肽药物进行肺部给药时，生物利用度约为20%～50%，但也会有部分多肽药物被肺部蛋白质降解，或者在到达肺部组织的过程中与气溶胶微粒结合导致变性，至于哪种多肽药物适合进行肺部给药，还需要进一步分析。在肺部给药的过程中，合适的给药方式非常关键，会对肺部释药效果产生直接影响。粉状药剂利用特定的吸入装置直达肺部是目前主要的用药方式，能起到最佳治疗效果。理想的粉状药剂需要满足以下条件：在低流速和低压力时也可大量快速解聚，直达肺部。肺部粉状药剂的给药方式尚处于研究阶段。口服给药：口服给药不太痛苦，也较为便利，在临床中颇受欢迎，但是多肽药物不易被胃肠道吸收，所以口服存在严重的局限性，主要是因为抑制疾病发展、减轻患者痛苦的过程需服用大量药物，而多肽药物因化学结构和性质不稳定、难以通过生理屏障的特性，容易被大量肽水解酶和蛋白水解酶降解，同时部分药物即使在吸收后也会被肝脏消除，使多肽药物难以实现口服给药。目前，研究多集中在提高多肽药物穿过生理屏障和抗蛋白质降解的能力上[4]。在促进多肽药物穿过生理屏障方面，以使用促进剂为主要手段，常见的促进剂有脂肪酸、胆酸盐、螯合剂等，而克服多肽口服吸收酶障碍的