聚乙二醇修飾重組人生長激素的研究

馬妍春+楊秀云+李磊姣+李云輝+高瑩

摘要：化學修飾是蛋白質藥物的一種有效修飾方法。使用聚乙二醇（PEG）修飾人生長激素（rhGH），是提高rhGH半衰期的重要手段之一。本文重點綜述PEG修飾rhGH的方法及其研究進展。

關鍵詞：重組人生長激素；聚乙二醇；化學修飾

中圖分類號：TQ464

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（2017）12-0172-03

一、聚乙二醇（PEG）

聚乙二醇（PEG）是平均分子量在200kD～8000kD或8000kD以上的乙二醇高聚物的統稱。PEG不易揮發、水溶性好、無味。常見的PEG分為線性和分枝的，末端帶有羧基，而且具有伯醇性質，易于進行酯化或醚化反應。末端基團活化后的PEG結構具有多樣性，通過共價鍵合的方式修飾各種蛋白質類藥物，可以有效地消除或降低蛋白質藥物的免疫原性。

1991年，FDA批準了首例PEG修飾的長效腺苷脫氫酶（商品：PEG-ADA）上市。2000年，Schering-Plough公司制備的PEG化的干擾素α-2b獲得批準上市（產品：PEG-Intron）。2002年，Roche公司生產的PEG化干擾素α-2a（產品：PEGASYS）獲得FDA批準上市。同年，Amgen公司生產的重組人粒細胞集落刺激因子（產品：Neulasta）也被FDA批準上市。

上述這些成功上市的產品證明了PEG修飾蛋白質藥物的可行性和市場地位。經過PEG修飾后，很多蛋白質高分子的抗蛋白水解酶、抗抑制劑等失活因子的能力有所提高，體內半衰期比未修飾前明顯提高。_岳許多蛋白質在體內的藥物動力學性質發生了明顯改變，血漿半衰期延長，腎清除率降低。此外，某些物理和化學因素會破壞蛋白質分子的空間構象，導致其生物活性的喪失和一些性質的改變。與親水性PEG結合后，可使蛋白質顆粒表面形成較厚的水化層，阻止其凝積、沉淀。PEG每個單位的乙二醇可以結合3個水分子，有效地改善了藥物在生理pH值條件下的溶解性。此外，PEG的柔性鏈可通過空間位阻作用，保護蛋白質中容易受到蛋白質酶分解的部分，延長藥物的半衰期，進而延長其藥效發揮。

二、重組人生長激素（rhGH）

人生長激素（hGH）是由人腦下垂體前葉嗜酸性細胞分泌的一種肽類激素，是一種具有廣泛生理功能的生長調節素。目前，臨床上使用的hGH是由生物技術生產的重組人生長激素（rhGH），其主要用于治療各種生長激素缺乏癥（GHD）、先天性卵巢發育不全（Turner氏綜合癥）、艾滋病消瘦、大面積創傷恢復和慢性腎臟疾病等癥狀。但是，由于rhGH是蛋白質類藥物，其穩定性差，進入機體后，非常容易被胃腸道、肝臟和腎臟中廣泛分布的蛋白質水解酶降解成小分子多肽和氨基酸，失去藥效，不再發揮生物學功能。而且其半衰期非常短，只有0.5小時～2小時左右，患者需要頻繁且長期用藥，不僅增加了治療成本，還給患者帶來痛苦和諸多不便，降低了患者依從性，限制了治療效果。因此，改善生長激素的劑型，開發生長激素的長效制劑，減少用藥成本，降低病人的痛苦，提高患者的生活質量和依從性尤為重要。

三、PEG修飾重組人生長激素的現狀與展望

生長激素分子表面有多個賴氨酸殘基，可以不同程度地與PEG分子偶聯。

PEG化的各個步驟均對藥物的性能產生至關重要的影響，為了實現rhGH藥物活性的保留和性能的改善，需要從PEG的分子量、PEG的結構類型（分支型或支鏈型）、修飾位點、偶聯方式等多方面人手進行研究。

1996年，Genetech公司首次采用了分子量為5kD的mPEG-ss成功地與hGH進行了偶聯，產物純化后，對相關的活性和結構進行了評估。結果表明，PEG化的生長激素隨著PEG數目的增加，半衰期顯著延長，但是活性卻隨著PEG數目的增加而急劇下降，綜合半衰期延長和活性降低這雙重因素，證明每個生長激素分子偶聯5個PEG分子是最為理想的，生長激素的半衰期可以由30分鐘延長至15小時。將藥物應用于去除腦垂體的大鼠模型，成功地應用5個PEG偶聯的生長激素延長了大鼠生存期約5天。但是，由于m-PEG-ss修飾位點的選擇性低，偶聯產物的修飾位點不單一，得到的是不同修飾的混合物，產物質量不易控制，產物分離提純困難。

可見，PEG化rhGH在延長半衰期的同時，也改變了rhGH的空間結構，不可避免地在一定程度上遮蔽了藥物分子表面的活性位點，因此造成了藥物分子活性的降低。

宋禮華等人采用mPEG（40kD）修飾rhGH的活性中心結構，發現rhGH的蛋白濃度是偶聯反應的主要影響因素之一。通過調節反應條件，提高偶聯效率，產物總收率高達30%左右，并且保證了產物的純度，易于進行質量控制。采用摘除腦垂體的大鼠增重模型測定了PEG化rhGH的生物活性，實驗表明，單次注射后在5日內保持的活性優于常規rhGH。

此外，該課題組采用分支型mPEG（20kD）修飾rhGH的末端氨基酸的α氨基，生成單聚PEG20kDGH，由于分支型結構產生較大空間位阻，減少了與藥物分子的結合位點，降低了藥物分子失活的水平。而且，由于空間位阻效應，能夠遮蔽蛋白的抗原表位，降低了網狀內皮系統的清除和免疫系統識別。更重要的是顯著降低了藥物的腎臟代謝速度，增加了生長激素的穩定性，減少了非特異性吸附和抗原性，降低了皮下注射頻率，有效地維持并延長了生長激素的藥效。

雖然，PEG修飾的rhGH已經顯示出了良好的應用前景，但是PEG化引起rhGH生物活性降低的原因尚不明確，因此，尋找到PEG修飾rhGH的最佳方法勢在必行。

目前，已經有越來越多的研究者將目光轉向無毒、無免疫原性的水溶性高分子物質，希望將其優勢發揮得更好，延長緩釋藥物的作用時間，提高藥物生物利用度，在保證療效的前提下，減少藥物給藥量，延長給藥間隔，提高藥物在體內外的穩定性，同時利用納米技術和生物技術的發展，實現靶向給藥。endprint