多肽是生物體重要的活性分子，同時也是人體重要的調節分子，控制著人體的生長發育、免疫調節和新陳代謝等過程。多肽普遍存在于生物體內，可以應用于醫藥、保健品、化妝品等領域。多肽藥物是多肽在醫藥領域的具體應用，可廣泛應用于內分泌系統、免疫系統、消化系統、心血管系統、血液系統和肌肉骨骼系統等。多肽藥物純度高、毒性小、生物活性好，已成為全球新藥研發的熱點。但同時，多肽藥物的研發也存在諸多問題，如多肽藥物穩定性不強，靶點難尋，半衰期短、細胞滲透性差等，一系列難題催生了多肽藥物新技術出臺，譬如蛋白識別技術、偶聯藥物開發、智能藥物設計等。

CPHI China 2023 展會期間，肽研社與中國醫藥保健品進出口商會、上海博華國際展覽有限公司攜手主辦一場“多肽藥物研發與創新研討會”，共同探討多肽領域的創新技術平臺。此次論壇由深圳瑞德林生物技術有限公司提供宣傳支持。

主題解讀

定向二硫鍵多環肽創新藥平臺

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多肽的特點與不足

肽是一種有機化合物，由氨基酸脫水而成，含有羧基和氨基，是一種兩性化合物。多肽是氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物，是蛋白質水解的中間產物，由10~100個氨基酸分子脫水縮合而成，分子量低于10000Da，能透過半透膜，不被三氯乙酸及硫酸銨所沉淀，包括生物活性多肽和人工合成多肽。

圖1.多肽

多肽藥物是指通過化學合成、基因重組和動植物提取的具有特定治療作用的多肽，主要分為內源性多肽（如腦啡肽、胸腺肽）和其他外源性多肽（如蛇毒、唾液酸）。多肽藥物的相對分子質量處于小分子化藥和蛋白質藥物之間，兼具小分子化藥和蛋白質藥物的優點，相較于小分子化藥，多肽藥物生物活性高、特異性強，與蛋白質藥物相比，多肽藥物穩定性較好、免疫原性低、純度高、成本相對低。

多肽可直接、主動地被機體吸收，吸收的速度快，并且多肽的吸收具有優先性。此外，多肽不僅可以搭載營養物質，還能傳遞細胞信息從而指揮神經。多肽藥物具有活性高、選擇性高、毒性低、靶標親和力較高的特點，但同時，也具有半衰期短、細胞膜滲透性較差、給藥途徑單一的缺點。

表1.小分子化藥、多肽藥物、蛋白質藥物的比較

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環肽

多肽根據其結構形態，可分為直鏈肽和環肽，直鏈肽是指氨基酸分子按照直線排列形成的多肽，環肽是在直鏈肽的基礎上衍生出環狀結構而形成的多肽。環肽多由5-14個氨基酸組成，分子量約500-2000Da。環肽通過4種環化反應來產生，分別是頭尾、頭對側鏈、尾對側鏈、側鏈對側鏈。

圖2. 環肽連接方式

與直鏈肽相比，環肽具有以下三大優勢：

代謝穩定性強。

多肽主鏈上易發生脫酰胺反應，側鏈上的氨基酸殘基易發生構象變化，因此多肽在機體內不穩定。環肽是降低多肽結構參與降解反應活潑性的方法之一，環肽因其剛性結構而具有穩定性和均勻構象，并且耐受肽水解酶的降解。此外，環肽可以約束肽底物的構象，從而保護肽底物免受外切肽酶和內肽酶的攻擊。

選擇性和親和力高。

環肽的大小處于中等水平，具有多樣化的官能團，表面積較大，因此，環肽與靶蛋白的接觸面積大，親和力與識別特異性強。

增強細胞膜通透性。

肽的環化有助于分子內氫鍵的形成和側鏈的取向，從而有助于保護極性原子免受溶劑介質的影響，減少腸道、血液和組織的降解，降低靈活性，減少極性表面積，促進細胞膜的滲透。

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二硫鍵成環

環肽可以通過酰胺鍵、二硫鍵、醚鍵、烯烴等進行連接。其中，酰胺鍵成環有兩種，分別是首尾成環和側鏈成環。相較于酰胺鍵成環技術，二硫鍵成環具有精準配對和多肽氧化折疊調控的特點。一條肽鏈上不同位置的氨基酸之間形成的二硫鍵可以將肽鏈折疊成特定的空間結構，這要求兩個半胱氨酸的空間距離接近。如若要在一條肽鏈上形成兩對或兩對以上的二硫鍵，則需在固相合成多肽之前設計好幾對二硫鍵形成的順序和方法路線，選擇不同的側鏈巰基保護基，利用其性質差異，分步氧化形成兩對或多對二硫鍵。多肽合成中常用的形成二硫鍵的方法有空氣氧化法和碘氧化法。

圖3.二硫鍵

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上市環肽藥物情況

針對多肽藥物的缺點，研究者們在優化多肽的道路上做出了不懈的努力，以提高多肽藥物的生物利用度。將多肽環化是優化多肽的方法之一，環肽的開發為多肽藥物帶來了曙光。環肽以其優異的代謝穩定性、選擇性和親和力、細胞膜通透性和口服利用度而有利于成藥，環肽類物質具有抗癌、抗感染、抗真菌、抗病毒等生物活性，是十分具有前景的藥物分子，近年來，環肽藥物大受關注，藥企緊跟創新藥物開發潮流，紛紛布局環肽藥物賽道。

中國科學院上海藥物所的陳士羽博士團隊在其Cyclic peptide drugs approved in lasttwo decades中介紹了2001年至2021年獲批的環肽藥物。這20年間，共有18款環肽藥物上市，其中，作用于細胞壁合成和β-1,3-葡聚糖酶靶點的環肽數量最多，各有3款。獲批的環肽藥物的治療領域覆蓋抗感染、內分泌、消化系統、代謝、腫瘤/免疫、中樞神經系統，其中抗感染類和內分泌類環肽藥物占比達到66.7%。從環化類型來看，通過二硫鍵環化的和通過酰胺鍵環化的環肽藥物較多，分別獲批7款和6款。

表2.2001-2021年獲批環肽藥物

我國對環肽的研究在持續進行中，廈門大學的吳川六教授及其課題組長期致力于環肽和多環多肽識別分子設計、篩選及蛋白識別研究，近年在多環多肽構筑、多肽庫設計及篩選、蛋白識別分析及調控等方面取得了系列研究進展。在本次分論壇上，吳川六教授將與大家分享“定向二硫鍵多環肽創新藥平臺”。

吳川六教授

雙靶向偶聯藥物（Bi-XDC）

環肽藥物憑借其穩定性成為創新型多肽藥物界一顆閃亮的星，伴隨著多肽藥物研發技術的不斷突破、百花齊放，近年來，基于偶聯技術開發的偶聯藥物在抗腫瘤方面脫穎而出，躋身創新型多肽藥物行列。傳統的化療藥物能夠實現有效阻止或減緩惡性腫瘤生長，但是也存在一些毒副反應，而偶聯藥物技術既能降低毒副作用，也能提高療效。多肽偶聯藥物（PDC）是具有代表性的一類偶聯藥物。

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多肽偶聯藥物（PDC）

多肽偶聯藥物（PDC）由多肽、細胞毒性有效載荷以及連接子構成，具有分子量小、腫瘤穿透性強、免疫原性低、利用固相合成法可大規模合成、生產成本較低、相對較好的藥代動力學等特點。

圖5.PDC結構

PDC中的多肽有兩種，分別是細胞穿透肽（CPPs）和細胞靶向肽（CTPs）。一些CPPs通過能量依賴的細胞過程，如內吞作用或受體介導的攝取，穿過細胞膜，而另一些則使用能量非依賴性的非內吞轉位途徑，但是CPPs的細胞特異性低，具有這種肽的PDC應用受到了限制。CTPs是一種更理想的載體分子，它通過受體介導的內吞作用將PDC運送到細胞內，在溶酶體中連接子被相關酶裂解從而發揮小分子毒素殺傷作用。

圖6.PDC運輸機制

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Bi-XDC

Bi-XDC是一種新型的靶向偶聯藥物，其雙配體靶向結構和三功能連接子組成的系統可將有效載荷快速準確地遞送至腫瘤細胞組織深處的癌細胞中，促使藥物在腫瘤組織上的富集。Bi-XDC的配體組合分子量小，約為ADC藥物的1/50倍，因此滲透性更強，進入細胞的速度更快，半衰期更短。對單個靶點的成藥要求低，從而靶點更豐富。此外，Bi-XDC還有毒性小、治療窗口寬、成本低、專利保護強的優勢。

那么，雙靶向偶聯藥物技術的應用情況如何？同宜醫藥的首席運營官邵軍博士擁有35年以上的多肽合成和研究經驗，超過25年的藥企多肽藥物研發、多肽原料藥生產、藥政注冊、質量管理/GMP的經歷，他將進一步分享“雙靶向偶聯藥物（Bi-XDC）”的應用情況。

邵軍博士

化學空間（Chemical Space）理論下的多肽創新藥的智能藥物設計

靶點的發現、篩選、驗證與制備是新藥研究與開發的首要任務，很大程度上決定著臨床的成功率。傳統的靶點往往是通過梳理文獻、了解與疾病相關的分子途徑或遺傳變異的途徑獲取的，但是這種方法效率低，成為了眾多藥企的痛點之一。而人工智能的出現為藥企帶去了希望，人工智能可以提高篩選新的靶點的效率，并且合理設計出全新結構的、親和力高、活性顯著的多肽分子，助力多肽藥物的發現與應用。

在人工智能和大數據的支撐下，誕生了一種新型的藥物研發范式——智能藥物設計，包括人工智能輔助藥物研發（AIDD）和計算機輔助藥物設計（CADD）。

表3.AIDD的定義與應用場景

表4.CADD的定義與應用場景

AIDD和CADD的運行需基于一個浩大的數據庫，這兩種藥物研發范式在很大程度上緩解了制藥企業的難題，提高了藥物研發的效率與準確度。以化學空間理論為基礎形成的PepSpace大數據庫，便是基于大數據的人工智能藥物發現的精彩范式，是迄今為止最大的多肽藥物數據庫，它可以涵蓋數百萬種化合物。

化學空間理論由何潤澤博士的博士導師瑞士伯爾尼大學的Jean-Louis Reymond教授奠基與發展而來，指的是所有可能的分子和化合物所跨越的屬性空間。具體來說，化學空間是每一種可能的化合物的集合，包括每一種已知的藥物分子，以及那些尚未被發現的化合物，是一個多維描述符空間。藥物開發者可以通過研究藥物分子、類藥分子以及各種具有生物活性分子的化學空間分布，再通過高通量篩選找到具有所需藥效作用且副反應較小的藥物分子。

何潤澤博士主要從事多肽藥物研發及相關設備系統的開發，多肽藥物領域相關經驗豐富，主要包括多肽新藥研究及相關領域人工智能的應用探索，多肽原料藥工藝的開發和優化以及全自動多肽合成和智能監測系統的開發等。他將為我們帶來“化學空間（Chemical Space）理論下的多肽創新藥的智能藥物設計”主題演講，分享基于該理論的多肽藥物設計。

何潤澤博士

保護氨基酸與多肽合成

多肽的上市需要經過靶點發現、分子設計、多肽合成、臨床前后研究、注冊申報、大規模生產等一系列環節，其中，多肽合成是實現肽分子從概念到產品不可或缺的一環。

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多肽的合成方法

多肽的合成方法有兩大類，分別是化學法和生物法，化學法包括液相合成與固相合成，生物法包括生物提取法、基因工程法、發酵法和酶法。各種合成方法適用的場景不同，5個氨基酸以下可選擇液相合成，5-40個氨基酸采取固相合成，40個氨基酸以上則適合生物合成法。

化學合成

化學合成主要是通過氨基酸脫水縮合反應來實現，多肽合成時要將不需要反應的基團保護起來，才能進行成肽反應，從而保證多肽合成的定向性。液相合成與固相合成的區別主要在于是否使用固相載體樹脂。

液相合成

主要在溶液中進行，有逐步合成與片段合成兩種，這兩種策略也可以聯合使用。逐步合成法通常從鏈的C末端氨基酸開始，向不斷增加的氨基酸組分中反復添加單個α-氨基保護的氨基酸，簡單快捷。片段合成一般先將目標序列合理分割為片段，再逐步合成各個片段，最后按序列要求將各個片段進行縮合。

液相合成每步中間產物都可以純化、可以獲得中間產物的理化常數、還可以隨意進行非氨基酸修飾、避免氨基酸缺失，方便快捷，適用于目標多肽較短且需要大量合成的情況。但是耗費的時間和精力相對較多。

固相合成

固相合成法是目前多肽合成使用最多的方法，其原理是將氨基酸的N末端固定在不溶性樹脂上，然后在該樹脂上依次進行縮合反應、延長肽鏈。

固相合成簡化了每步反應的后處理操作，從而避免了手工操作和物料轉移過程中的損失，適用于合成長鏈多肽或蛋白質。但是固相合成不能在每一步中優化中間產物，需采用較大的氨基酸過量投料，產品純度不高，需要經過分離手段進行純化。

無論是液相合成還是固相合成,均是按照設計的氨基酸順序,通過定向形成酰胺鍵方法得到目標分子。

圖9.多肽固相合成

生物合成

生物合成多肽的方法主要有四種，包括生物提取法、基因工程法、發酵法和酶法。

表5.生物合成多肽方法

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保護氨基酸

保護氨基酸是指氨基酸的功能基團與其他基團反應而封閉了氨基酸功能基團活性的氨基酸衍生物。保護氨基酸是多肽固相合成的起始物料之一。氨基酸大多帶有活性側鏈，因此需要進行保護，需要進行保護的氨基酸包括Cys，Asp，Glu，His，Lys，Asn，Gln，Arg，Ser，Thr，Trp，Tyr。固相多肽合成要求參與反應的氨基酸在合成的過程中穩定、無副反應，合成結束后可以完全定量地脫除。

保護氨基酸的分類依據主要基于保護基團，如氨基保護基、羧基保護基和側鏈活性基團保護。側鏈活性基團保護相對于前兩種保護基團的穩定性要更強，因為側鏈保護基團在肽的合成過程中不會受到反應物的影響，到肽合成結束后才最后脫除，而前兩者是一個氨基酸結合到肽鏈上后就要立即脫除。

表6.保護基團類別

楊大成教授長期開展創新藥研究，致力于多肽合成與有機合成，曾經組建深圳市多肽合成工程技術研究開發中心并擔任常務副主任，實現20多種規格仿制多肽藥物的產業化。本次論壇他將帶來“保護氨基酸與多肽合成”主題分享，深度解析保護氨基酸如何助力多肽合成。

楊大成教授

創新驅動下的多肽行業變革

多肽行業發展的腳步從未停止，不論是在多肽藥物的研發方面，還是在多肽技術的改進方面，都體現了多肽領域強大的創新力。驅動多肽行業變革的因素有哪些？如何緊跟多肽發展步伐？曾馳女士帶來“創新驅動下的多肽行業變革”主題分享，與大家探討如何抓住創新的機會，適應多肽行業變革。

引用資料

[1] 百度百科.

[2] 健康新動肽. 多肽的吸收有什么特點？

[3] 生物谷. 多肽——獨特的藥物

[4] 肽研社. 多肽合成新方法簡介

[5] 邱芊,陳永森,朱頤申,韋萍. 固相多肽合成中氨基酸保護的研究進展

[6] 探針資本. 行業研究 | 環肽藥物

[7] 肽研社. 盤點 | 近20年來獲批的環肽藥物

[8] 朱以香. 王志杰. 抗體偶聯藥物在肺癌中的研究進展與展望

[9] 美迪西生物醫藥. 多靶點藥物：創新藥物設計的重要思路

[10] 醫藥魔方. 新型偶聯技術Bi-XDC登國際舞臺，同宜醫藥邁出技術出海關鍵一步

[11] FTEC. AI in Drug Discovery (AIDD)行業研究報告

[12] 凱萊英. 【行研】全球創新療法系列（三）：淺析計算機輔助醫藥設計（CADD）應用現狀

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