蛋白类药物的开发

蛋白类药物的开发

付燕

付燕（黑龙江金九药业股份有限公司158306）

【中图分类号】R96【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）7-0155-03

【摘要】生物技术被认为是21世纪最具主导地位的高新技术，生物技术药物基本都是多肽蛋白类药物，对肿瘤遗传性和非遗传性疾病有着特殊的疗效。随着科学与技术的不断发展以及人民对生活质量的要求在不断提高蛋白药物的制备必将发展成为21世纪我国最具吸引力的新技术产业之一。本文从蛋白类药物的认识，蛋白类药物开发的技术研究，蛋白和多肽类药物给药方法，以及对蛋白类药物的研究前景等方面，对蛋白类药物的开发有了综合性的认识。

【关键词】蛋白类药物蛋白质多肽开发生物技术

随着生物技术和基因工程的发展，越来越多的多肽和蛋白类药物用于临床治疗。近年来，蛋白类药物使用虽呈现上升趋势，但因制备工艺复杂、投递效率低、生物利用度差等诸多原因而受到限制，其中给药途径最为关键。随着生物物理学、生物化学以及材料学在药学中的应用，诸如脂质体、微球、微囊以及纳米囊等技术的出现为解决上述问题提供了新的思路，其中微球以制备工艺简便、生物利用度高、靶向性强等优点而备受关注。迄今为止，蛋白类药物由于诸多原因未能得到广泛应用，主要原因之一是较低的生物利用度问题难以解决。而可生物降解微球在药物投递过程中可有效改善上述问题，它特有的载药方式能够明显减少蛋白类药物被机体复杂生理环境以及酶类物质的破坏，另外缓释及靶向特性对发挥其生物学效应也会起到十分重要的作用。目前，其优势主要在疫苗和少数几个蛋白药物上得到验证和肯定。想要在蛋白类药物的开发上有更新的进展，必须对它的开发有一个全面的了解。

1蛋白类药物的认识

1.1蛋白类药物的概念

多肽和蛋白质类药物指用于预防、治疗和诊断的多肽和蛋白质类物质生物药物。多肽是α-氨基酸以肽链连接在一起而形成的化合物,它也是蛋白质水解的中间产物。N条多肽链按一定的空间结构缠绕纠结就构成了蛋白质。大分子蛋白质水解会生成多肽。

1.2蛋白类药物的分类

生物技术药物即通过生物技术获得的药物，主要包括：重组细胞因子药物、重组激素类药物、重组溶栓药物、基因工程药物等等，都是多肽蛋白类药物，对肿瘤遗传性和非遗传性疾病有着特殊的疗效。多肽和蛋白质类药物生物药物按药物的结构分类可分为：氨基酸及其衍生物类药物、多肽和蛋白质类药物、酶和辅酶类药物、核酸及其降解物和衍生物类药物、糖类药物、脂类药物、细胞生长因子和生物制品类药物。

1.3多肽和蛋白质类药物特点

1.3.1基本原料简单易得

多肽和蛋白质类药物主要以20种天然氨基酸为基本结构单元依序连接而得,代谢物氨基酸为人体生长的基本营养成分,可通过农产品发酵而制备。

1.3.2药效高，副作用低，不蓄积中毒

多肽和蛋白质类药物本身是人体内源性物质或针对生物体内调控因子研发而得，通过参与,介入,促进或抑制人体内或细菌病毒中生理生化过程而发挥作用,副作用低,药效高,针对性强，不会蓄积于体内而引起中毒。

1.3.3用途广泛，品种繁多，新型药物层出不穷

多肽和蛋白质类药物是目前医药研发领域中最活跃，进展最快的部分，是二十一世纪最有前途的产业之一。将20种基本氨基酸按不同序列相互连接，可得到品种繁多,可用于治疗各种类型疾病的多肽和蛋白质类药物。众多新型多肽和蛋白质类药物在治疗艾滋病，癌症，肝炎，糖尿病，慢性疼痛效果显著。

1.3.4研发过程目标明确,针对性强

借助生命科学领域取得的大量研究成果，包括对各类疾病发病机理的揭示，对体内各种酶，辅酶，生长代谢调节因子的深入认识，可以针对性开展多肽和蛋白质类药物的研发。

1.4发展多肽和蛋白质类药物传输系统的关键问题

1.4.1蛋白质药物的结构特征

蛋白质分子的化学结构决定其活性，影响活性的结构因素主要为氨基酸及其排序、末端基团，肽链和二硫键位置等医学教育网收集整理。除外，药物的空间结构即二维、三维结构也同样影响生物活性。另外，多肽及蛋白质的分子量常为数千至几十万，颗粒大小在l～100nm之间，不能透过半透膜。

1.4.2蛋白质药物体内外不稳定性

蛋白质药物在体内外环境可能经受多种复杂的化学降解和物理变化而失活，如凝聚、沉淀、消旋化、水解、脱酰氨基等。

提高稳定性的方法包括（1）温和的生产条件如对温度、机械搅拌强度和有机溶剂的选择，对无菌条件的控制，容器的吸附效应，水分控制，低温冷藏等。（2）设计正确的处方如PH、缓冲对、电解质；加入适宜稳定剂、冻干保护剂、阻聚剂如非离子表面活性剂、糖、甘露醇、山梨醇、PEG、人血清白蛋白等以及制备包合物等。

1.4.3蛋白质药物的吸收特征

蛋白质药物半衰期短、清除率高、分子量大透股能力差、易受体内酶和细菌以及体液的破坏、非注射给药生物利用度低，一般都仅为百分之几，如狗口服亮丙瑞林醋酸酯的生物利用度低于3％。提高蛋白质药物吸收的方法一般有化学修饰或制备成前体药物，使用酶抑制剂，吸收促进剂，选择适宜剂型保护等。

由于蛋白药物易失活$易在体内降解等特点#如何使蛋白药物安全到达人体内靶细胞#如何减少由于频繁注射蛋白药物而给患者引起的许多不便是对蛋白药物制剂的新的挑战。

2蛋白类药物的开发技术

2.1蛋白药物的分离纯化

一般地讲，目前常用的从提取液或发酵液中分离纯化蛋白药物的方法大致有超滤、离心、沉降、萃取、电泳、膜分离、色谱分离等，其中色谱分离技术是关键的一步，决定了最终产物的纯度。色谱有多种，按固定相类型和分离原理可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、亲和色谱、大孔吸附树脂、凝胶色谱、聚焦色谱等。最常用的是吸附色谱分离色谱分离时，由于使用的方法不同又可以分为凝胶过滤层析或体积排阻层析、羟基磷灰石层析、离子交换层析、疏水作用层析、反相作用层析以及亲和层析等，各种层析方法的优缺点以及适用范围列于表。

2.2蛋白类药物开发方法

传统的开发技术：薄膜法、反相蒸发法、钙融合法、表面活性剂处理法及挤出器法等。缺点：(1)脂质体包封率低。(2)工艺自身的缺陷、残留的有机溶剂或表面活性剂都会导致蛋白质药物的生物活性降低。(3)很难实现产业化。新方法如下：

2.2.1主动载药法(pH梯度法)

一般脂溶性药物能分布在脂质双分子层中。脂质体对这些药物的包封率和载药量一般都较高。而水溶性药物和双层膜作用较小，按一般方法只能少量包裹在脂质体的内水相中，这类药物制成脂质体，包封率往往达不到要求，运用主动载药的方法能较好地解决亲水性药物的载药问题。

主动载药是利用一些两亲性的弱酸、弱碱能够以电中性的形式跨越脂质双层，但其电离形式却不能跨越脂质双层的原理来实现的。

2.2.2冰冻熔融法

实验操作首先制备未包封药物的小单室脂质体，在冻干前将待包封的药物加入，在快速冷冻过程中，由于冰晶的形成，使形成的脂质体膜破裂，形成冰晶的片层与破碎的膜同时存在。此状态不稳定，在缓慢融化过程中，暴露出的脂膜互相融合重新形成脂质体。

应用该方法制备多肽、蛋白类药物脂质体，操作简便、反应条件较温和，有较大规模工业化生产的前景。缺点是反复冻融会造成多肽、蛋白类药物不同程度的结构改变和活性丧生，影响药效。

2.2.3CO2超临界法

举例说明起的方法，将一定量的卵磷脂溶解于乙醇中配得卵磷脂乙醇溶液，移取一定量的小分子肝素溶液加入高压釜中，然后移取定量的卵磷脂乙醇溶液到高压釜中，密闭高压釜，将高压釜放入恒温水浴中，通入CO2使压力达到20MPa（CO2超临界态），在3.2K孵化30min制备脂质体和包封药物，然后释放CO2，在高压釜内获得脂质体溶液，获得较好的包封效果。

传统脂质体制备方法，制备过程均会不同程度的引入有机溶剂，并且伴有加热，超声等剧烈过程，这些过程都可能对多肽、蛋白类药物的稳定性及活性造成影响，临界二氧化碳是一种无毒、惰性、不燃、价廉易得而又对环境友好的反应介质，二氧化碳可循环使用,因此可减少污染，节约资源，绿色环保。

2.2.4前体脂质体法

先制得加药或空白脂质体悬液加入适当的冻干支持剂，然后冷冻干燥，即制得相应前体脂质体，前体脂质体为干燥、具有良好流动性能的颗粒状产品，加水水合后，即可分散或溶解成等张的多层脂质体混悬液。

2.2.5其他方法

其它新型的脂质体制备方法主要有：glass2filter法[18]、可控自组装法[19]、粉末床研磨法等，都能不同程度地改善有机溶剂对药物活性的影响。

3蛋白和多肽类药物给药方法

蛋白多肽类药物属于生物技术药物的范畴，它们的生物活性强，相对成本低，作用靶点专一，已经成功运用到遗传病，慢性病等化学药物疗效不显著的领域中。但是由于其在常温下稳定性差，在体内生物半衰期短、易降解，且人体对其有一定的屏障作用，故常规给药途径以注射为主。常用剂型为溶液型注射剂和冻干粉针剂，导致给药途径单一，且需要频繁给药，给患者带来诸多不便和痛苦。因此选择新的给药途径和新的剂型是蛋白多肽类药物研究的重点和热点。

3.1口服给药

口服干扰素、胸腺肽、脑蛋白水解物。口服给药是一种方便且容易被患者接受的方式。当前口服给药的研究重点放在提高其口服生物利用度上。如果能充分解决蛋白质多肽类药物的吸收和生物利用度的问题，相信前景是非常广阔的。

3.2黏膜给药

当某种蛋白多肽类药物胃肠吸收差，且肝脏首过效应强的话，可以考虑黏膜给药途径。鼻腔黏膜给药、口腔黏膜给药、直肠黏膜给药、眼部黏膜给药等。

3.3经皮给药

经皮给药系统(TIansde砌Deliverysystem，TDS)，是指药物以一定的速率通过皮肤经毛细血管吸收进入体循环产生药效的一类制剂。因其具有避免肠胃环境对药效的干扰和肝脏“首过效应”，延长了半衰期较短药物的治疗效果，具有能长期维持稳定的给药速率等特点。缺点：同黏膜给药相比皮肤的角质化程度要远远高于黏膜，且蛋白多肽类药物分子-垦相对较大，致使药物透过量和透过率往往达不到给药要求，这是该类药物经皮给药途径所需要克服的难点和重点。改进方法有如下几个。

4蛋白类药物的研究前景及展望

总之蛋白药物种类繁多，对于人类的保健以及疾病的治疗有也给新世纪着非常重要的意义的产业的发展带来了无限生机相信通过许多生物学家、化学家材料学家、医学家、药学家等的共同努力，将会有更多的蛋白药物面世，为人类的生存和发展提供更多更好的保证。多肽蛋白类药物的临床研究仅有20年的历史将成为未来疾病治疗的有力手段，蛋白药物的制备必将发展成为21世纪我国最具吸引力的新技术产业之一，但是后面的路还很长，要取得突破性的进展，首先要加强基础研究，应更加自由全方位的探索，在前人研究的基础上开拓创新，开辟新天地。

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