多肽類鎮痛藥物的研究進展

金鵬睿，熊瑜，馮琦琦，張筱宜，趙明

多肽類鎮痛藥物的研究進展

金鵬睿1，熊瑜2，馮琦琦1，張筱宜1，趙明1

1.首都醫科大學藥學院，北京 100069；2.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100086

多肽類鎮痛藥物的藥效明確，相較于傳統鎮痛藥物，其具有安全性高、不易成癮、無其他不良反應等特點。鎮痛多肽的來源包括生物毒素、內源性阿片肽等，其作用靶點包括鈣離子通道、鈉離子通道、G蛋白偶聯受體等。多肽類鎮痛藥物氨基酸序列的多樣性產生的構效關系對新藥的設計、合成有重要意義。本文對多肽類鎮痛藥物的最新研究進展進行綜述，以期為鎮痛類藥物的設計與合成研究工作提供參考。

多肽；鎮痛；作用靶點；構效關系

多肽類藥物具有藥理活性高、藥用劑量小、特異性強等特點，目前美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）已批準多種多肽類藥物上市[1]。多肽類藥物可用于腫瘤、糖尿病、心血管疾病等多種疾病的治療，代表性藥物有胰島素、利拉魯肽，還包括處于研究階段的抗病毒多肽LL-37[2-5]。

1 鎮痛類多肽的種類

經典的臨床鎮痛治療藥物可分為非甾體抗炎藥物、阿片類藥物及其他輔助藥物，其藥效獲得廣泛認可，但其引發的胃腸道、心血管等不良反應始終是臨床難以突破的難題。因此，人們逐漸把目光聚焦到多肽類藥物研發上，開發具有鎮痛效果的多肽成為藥物研究熱點之一[6]。

1.1 生物毒素來源的鎮痛多肽

1.1.1 芋螺毒素 作為候選鎮痛藥物，芋螺毒素已進入臨床試驗階段，目前研究較多的是α-芋螺毒素、ω-芋螺毒素MVIIA。齊考諾肽（ziconotide）于2004年被美國FDA批準為可用于治療神經痛的藥物，雖市場表現不佳，但其為后續研究提供了重要數據基礎[7]。新型芋螺多肽Bu1、Bu13作為新的N型鈣離子通道抑制劑，具有活性高、毒性低等優勢[8]。在動物實驗中，α-芋螺毒素Lv1d的鎮痛效果強于利多卡因，鎮痛活性優于哌替啶，具有成為新型鎮痛藥物的巨大潛力[9]。

1.1.2 蝎毒素 蝎尾節毒囊中分泌的蝎毒素可與糖類、脂類等非蛋白質成分協同，在體內與受體蛋白結合，發揮藥效[10]。從東亞鉗蝎中提取的毒素肽BmKAGAP既有明顯的鎮痛作用，還有抗腫瘤作用，是一種具有雙重活性的多肽[11-12]。

1.1.3 蛇毒素 蛇毒中起鎮痛作用的是神經毒素和細胞毒素。神經毒素無成癮性和依賴性，藥效比嗎啡類藥物強，現已被美國FDA批準上市，用于治療頑固性神經痛、癌痛、關節痛等各種痛癥，口服及中樞、腹腔、局部給藥均具有良好的鎮痛效果[13-14]。

1.1.4 蜘蛛毒素 蜘蛛毒素通過作用于靶細胞中的離子通道發揮鎮痛效果?；⒓y捕鳥蛛毒素提取物中有一種可作用于N-型鈣離子通道的神經毒素阻斷劑，這種多肽不與受體發生作用，而是直接作用于突觸前膜，抑制神經遞質的釋放，導致突觸傳遞阻斷，起到鎮痛作用[15]。

1.2 新型阿片肽

內源性阿片肽始終是多肽類鎮痛藥物研究的重要內容，通過開發新型探針可進一步確定肽與受體結合的作用位點[16-17]。對肽（配體）的設計及改造方法提出兩種策略：①不通過G蛋白或β-抑制蛋白配體，而是優先激活下游途徑；②同時作用于不同阿片或非阿片受體[18]。通過對多靶點嵌合肽中的氨基酸進行修飾得到一系列可同時作用于不同受體的雙功能肽具有更強的鎮痛活性，有望解決不良反應等問題[19-21]。Li等[22]通過將內嗎啡肽的苯丙氨酸和酪氨酸進行烷基化改造，使原本特異作用于μ-阿片受體的配體在不影響與原受體的結合并發揮生物活性的同時，又可作用于δ受體，且依賴性與耐受性降低。將μ受體高度特異性的芬太尼類似物與可作用于μ、δ受體的內源性阿片肽BVD03共價偶聯，得到具有協同作用的雙功能配體，其鎮痛活性增強、不良反應減小[23]。

1.3 其他鎮痛肽

通過將不同的強啡肽序列片段引入環狀向日葵肽支架中，開發新型特異性κ受體配體，其在小鼠慢性內臟疼痛模型中表現出強烈的κ受體特異性外周鎮痛活性，且可規避不良反應，提示來自植物的環肽可用作模板，通過靶向外周κ受體開發適用于腸內給藥的強效、穩定的肽鎮痛藥[24]。

2 鎮痛靶點

2.1 離子通道

離子通道Nav1.7是表達于細胞膜上的多亞基跨膜糖蛋白，與疼痛有直接聯系。研究發現，Nav1.7的基因功能突變可導致先天性的無法感知疼痛，患者除嗅覺喪失外無其他感覺缺陷，Nav1.7成為治療疼痛的潛在靶點[25]。研究發現，蜘蛛毒液中富含二硫化物的肽是靶向Nav1.7的重要來源，蜘蛛毒液肽有望成為治療性先導體[26-27]。除鈉離子通道，鈣離子通道也是有效的鎮痛靶點，這類離子通道表達于全身，Cav3.2在各類疼痛模型中均有所涉及，是疼痛信號傳導的重要途經，針對其開發的抑制肽也是臨床疼痛治療的潛在藥物[28]。酸堿敏感離子通道是在神經傳遞、缺血和炎癥過程中被細胞外質子化激活的三聚體，在疼痛信號傳導中介導興奮性鈉離子內流，也是一種鎮痛途徑[29]。

2.2 瞬時受體電位通道

研究發現，一種新型肽Ms9a-1可靶向瞬時受體電位通道，作為正調節劑使瞬時受體電流顯著增強，在鎮痛及抗炎方面具有顯著效果[30]；另有研究發現，抑制該通道電流可增強利多卡因的鎮痛作用[31]。

2.3 非阿片類G蛋白偶聯受體

阻斷G蛋白偶聯受體配體降鈣素基因相關肽和其他神經遞質的胞吐釋放，可達到緩解疼痛的效果。肽DD04107模仿肉毒桿菌神經毒素A抑制神經元的胞外細胞釋放，并阻斷短暫受體電位離子通道至傷害感受器質膜的炎癥募集，在炎癥和神經性疼痛的慢性模型中產生劑量依賴性的體內鎮痛作用，目前處于神經性疼痛治療的Ⅱ期臨床試驗[32]。

2.4 免疫調節作用

疼痛和免疫聯系緊密，但免疫系統在疼痛機制中的作用仍有待明確。胸腺素的肽類似物肽PAT可通過降低白細胞介素-1β、白細胞介素-6等促炎細胞因子的濃度，增加抗炎細胞因子白細胞介素-10的產生，介導免疫調節、抗炎和鎮痛作用[33]。程序性死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）是一種程序性死亡受體，是重要的免疫抑制分子，主要表達于激活的免疫細胞表面。研究發現，同時作用于阿片受體和PD-1受體，可治療急性疼痛和炎癥性疼痛[34]；且通過PD-1途徑減輕慢性疼痛時幾乎沒有不良反應[35]。

3 多肽類鎮痛藥物的結構特點

鎮痛多肽的發現不僅提供了新的藥物來源，更啟示人們如何根據已知的結構序列設計、改造新藥。

3.1 生物毒素類

ω-芋螺毒素MVIIA的不同結構決定其對應不同的離子通道及受體。這類肽由24～29個氨基酸殘基組成，其中13位酪氨酸阻斷N型鈣通道功能，對活性至關重要[36]；半胱氨酸環的存在使其具有剛性，MVIIA含3對二硫鍵，半胱氨酸骨架結構及二硫鍵連接方式見圖1，不同氨基酸導致的電荷分布不同是其與受體結合的原因[37]。作為新發現的芋螺多肽，實驗結果雖顯示Bu1、Bu13對N型鈣離子通道的抑制活性較MVIIA低，但卻對芋螺多肽的結構認識具有重要意義。Bu1、Bu13與MVIIA在結構上的差別主要是第4、9、17、18位氨基酸，Bu1、Bu13第4位脯氨酸可能與活性有關，因為其可改變分子構象；Bu1、Bu13第9位是疏水氨基酸，而MVIIA是絲氨酸，其他作用于N型鈣通道的ω-芋螺毒素在該位置也為絲氨酸或其他堿性氨基酸，因此推測Bu1和Bu13第9位疏水氨基酸可能是影響活性的因素；Bu1及Bu13的第17、18位為體積較大的酪氨酸及賴氨酸，與同樣位置為蘇氨酸（絲氨酸）或甘氨酸的MVIIA明顯不同，這一發現對ω-芋螺毒素構效關系研究及設計新型鈣離子通道抑制劑方面提供了依據[38]。

圖1 MVIIA、Bu1和Bu13的氨基酸序列及二硫鍵框架

對東亞鉗蝎毒素BmKAGAP活性位點進行研究發現，主要功能結構域包括：①N端VRD三肽；②5個轉角（8～12位）與C端（57～61位）結合；③β-2和β-3之間的環狀結構。芳香族氨基酸殘基（酪氨酸和色氨酸）組成的疏水表面對結構和功能發揮作用，5、35位酪氨酸和47位色氨酸可保證結構穩定性和功能，肽鏈中的甘氨酸可較好地調節其他氨基酸側鏈帶來的空間位阻，而38位色氨酸和42位酪氨酸與活性有關。18和64位精氨酸、38位色氨酸、42位酪氨酸、8位賴氨酸、58位賴氨酸、62位賴氨酸及38～44位形成的環均與藥理活性有聯系，其中38位色氨酸對BmKAGAP與鈉離子通道的結合起關鍵作用，β轉角和C端帶負電荷，靜電相互作用可提高自由能，有助與受體結合，見圖2[39-40]?；⒓y捕鳥蛛毒素HWTX-Ⅰ關鍵氨基酸殘基集中于C端，發揮生物活性的氨基酸為13和32位的賴氨酸，另外，4個帶有芳環的氨基酸（6位的苯丙氨酸、26位的組氨酸、28位的色氨酸、31位的色氨酸）側鏈位于分子的同一側，并以近似平行的方式排列，形成疏水斑塊，這可能與活性或與受體的結合有關[41]。

3.2 內源性阿片肽類

嗎啡類物質能在低劑量下發揮極強的鎮痛作用，原因在于其優異的選擇性。獨特結構使受體能夠識別特異性配體，因此阿片類受體一般都具有專一性[42]。腦啡肽已成為多肽類新藥研究開發的基礎結構。以亮氨酸腦啡肽為例，見圖3，1位酪氨酸作為主要正電中心與受體負電中心結合，4位苯丙氨酸、5位亮氨酸作為負電中心，提供電子與受體正點中心結合[43]。強啡肽氨基酸變化對比結構與活性的研究發現，2位甘氨酸對選擇性與活性起重要作用[44-45]。孤啡肽具有極高的特異親和性，主要原因在于1位苯丙氨酸、4位苯丙氨酸、8位精氨酸可與受體結合。孤啡肽的N端四肽構象與腦啡肽完全相同，與強啡肽類似，但因10位脯氨酸分離2個堿性氨基酸基團，孤啡肽比強啡肽更具柔性，這也可能是受體不同的原因[46]。內嗎啡肽-1/2為4個氨基酸組成的寡肽，高度選擇性作用μ受體。1位酪氨酸和3位色氨酸/苯丙氨酸主要用來識別受體；2位脯氨酸對構象及酶解穩定性起重要作用；4位苯丙氨酸穩定生物活性，使其酰胺化也有利于構象的穩定[47-49]。綜上，酪氨酸、苯丙氨酸這類芳香族氨基酸及堿性氨基酸非常有研究價值，對人工設計合成阿片類衍生物有很大啟示。

3.3 環肽類

環化多肽也是有效的改造途徑之一。一種新型鎮痛多肽CR-01-64基于神經緊張素結構通過環化改造而來，具有鎮痛作用。環化通過改善靶向性、限制切割位點增加蛋白水解穩定性，還可模仿二級結構從而改善配體與受體的結合。在保持半剛性結構的同時提高對受體的親和力，抵抗蛋白酶的水解，具有發展優勢[50]。

圖2 東亞鉗蝎毒素BmKAGAP的氨基酸序列及二硫鍵框架

圖3 阿片肽氨基酸序列

4 小結與展望

多肽普遍存在于生物體內，其廣泛參與機體各系統、器官、組織和細胞的功能活動，維持機體正常運轉。認識多肽的特性及構造有助于其體外合成和應用。雖然多肽類藥物有較大優勢，但目前仍難以規模化生產。此外，肽類藥物的全身給藥劑量大、生物利用度低，而采用鞘內給藥患者的用藥依從性差。高品質制劑技術要求高，存在合成技術成本過高等問題。

綜上所述，多肽類藥物的優勢使其研究非常具有前景，鎮痛類多肽更是具有巨大的研究價值與臨床需求。目前鎮痛類多肽的研究仍需要探索開拓，許多藥物靶點與機制的發現與驗證還需要廣大藥學科研人員的不斷奮進與努力。

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（2022–12–06）

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R914

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.26.030

國家自然科學基金資助項目（81703332）

趙明，電子信箱：maozhao@126.com