有人说21世纪是多肽的世纪,这种介于大分子蛋白质与小分子化合物之间的物质的命运必定不凡。
随着多肽和蛋白质相关的生物信息学知识的迅速增长,基于多肽的设计策略最近变得越来越活跃。过去,由于生物系统中的多肽低选择性和快速降解等严重问题,多肽没有得到广泛的应用。然而,最近出现了各种有趣的多肽,显示出优异的恢复效果。各种新开发的多肽有望成为极具前途的恢复新类别。见康实业将对多肽形式的恢复趋势做一个简单介绍。
什么是多肽?
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多肽是由氨基酸通过肽键相连构成的一类化合物,是生物体内普遍存在的化学活性物质。按国际通行的分类法,氨基酸分子的数量大于100的属于蛋白质类,而氨基酸分子的数量小于100的属于多肽类。目前,生物体内已发现的多肽达数万种,而且大多具有生理活性,涉及到激素、神经、细胞生长和生殖等各个领域。
多肽的优缺点
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多肽具有高效、安全、耐受性,同时也具有更高选择性、不易在体内蓄积的优点。但多肽的缺点也很明显,多肽的物理化学性质不稳定、容易被氧化和水解、容易发生团聚、半衰期较短。因此,针对多肽的优缺点,对多肽的合理设计是非常必要的。
如何对多肽进行合理设计?
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首先要得到多肽的晶体从而确定其二级与三级结构。然后,通过丙氨酸取代、构效关系(SAR)等分析方法,识别必需氨基酸和可能取代的位点。在这个过程,尤其是制备的是液体制剂的时候,是识别不稳定的氨基酸是极其重要的,应该避免发生异构化、糖基化或氧化反应。
合理多肽设计的另一个重要方面是改善天然多肽的理化性质,因为天然多肽往往有团聚和水溶性不高的倾向。在化学设计中应避免出现易腐败的疏水基团,这可以通过替换或在特定氨基酸上进行N-甲基化的方法实现。如果多肽存在溶解度问题,则要注意多肽的电荷分布、等电点以及制剂的pH。其他方法也可以提高多肽的稳定性,例如稳定α螺旋的引入、形成盐桥,或其他化学修饰,如内酰胺桥。
一般来说,天然多肽的循环血浆半衰期较短,因此,几种延长半衰期的技术已被开发出来。一种技术是限制酶的降解,把多肽中易被酶裂解的位点用其他氨基酸代替。保护酶裂解位点也可以通过增强多肽的二级结构获得,如插入探针或形成环肽等。
第二种方法是将多肽与白蛋白结合,这样可以延长多肽的半衰期,减少药物的使用频率,应用这种方法的利拉鲁肽就是其中成功的范例。
第三种方法是对多肽进行修饰,聚乙二醇(PEG)修饰多肽的技术已经非常成熟,已有多个蛋白多肽经过修饰后成功上市,如 PEG 修饰干扰素。然而,由于考虑到安全性和耐受性,在注射剂中,聚乙二醇已经不是首要的选择。
用于恢复免疫的多肽
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通过控制免疫细胞功能来恢复也是多肽的研究热点。PD-L1通常在多种变异细胞上过度表达,并与活化T细胞上表达的PD-1结合,使变异细胞能够免疫逃逸。抑制PD-1/PD-L1相互作用已成为免疫治疗的一个研究热点。在免疫相关多肽中,D-PPA[NYSKPTDRQYHF]是由Chang等人开发的一种PD-L1结合肽。研究表明,亲水性D-型多肽(D-PPA)本身没有细胞毒性;然而,通过阻断PD-1/PD-L1相互作用,它可以抑制CT26荷瘤小鼠的变异生长并延长动物存活。
D-PPA的体内抗免疫效果
巨噬细胞是在先天免疫和获得性免疫中发挥重要作用的免疫细胞。CSF-1/CSF-1R通路与巨噬细胞的存活和分化有关。在最近的一项研究中,一种名为M2pep[Cys-YEQDPWGVKWWY]的多肽被修饰,以提高针对M2 TAMs的特异性。Li等人 证实与 CSF-1R siRNA 和 M2pep 共封装可以靶向 M2 TAM 以重塑为 M1 表型,进而增加抗变异免疫反应。该抗变异免疫反应效果在胰腺模型得到证实。
CSF-1R siRNA 和 M2pep多肽相结合的抗异变作用示意图
展望
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目前,超过60种多肽被投放到市场,有更多的多肽在试用开发阶段。虽然目前众多肽的发展仍面临巨大的挑战,但随着未来技术的发展与多肽设计的丰富,人们将会克服多肽的缺点,并且使新兴肽类技术将被应用到食品中,包括多功能肽、细胞穿透肽和多肽偶联,将大大拓展多肽的应用范围。
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