匯智和源生物技術(蘇州)有限公司
IPHASE/匯智和源 多肽類藥物體外ADME研究一站式產品解決方案
檢測樣品:原代肝細胞 肝溶酶體 微粒體 酸化肝勻漿液 血漿蛋白結合
檢測項目:原代肝細胞 肝溶酶體 微粒體 酸化肝勻漿液 血漿蛋白結合
方案概述:然而,多肽藥物也有不可忽視的缺點,其化學與生理穩定性都較差,容易受到體內蛋白水解酶的降解,給多肽藥物的研發帶來了很多挑戰。本文將從多肽類藥物的藥代動力學層面進行淺析,了解多肽類藥物體外ADME研究策略,確定多肽類藥物基礎體外研究模型,助力多肽類藥物早期研發!
多肽是由多個氨基酸通過肽鍵連接而形成的一類化合物,通常由10~100個氨基酸分子組成,其連接方式與蛋白質相同,相對分子量低于10 kDa,因其具有廣泛的生理調節作用、顯著的活性、高選擇性和低毒性等特點,已成為藥物研發的熱點之一,目前已廣泛應用于腫瘤、肝炎、糖尿病、艾滋病等疾病的預防、治療和診斷,具有廣闊的開發前景。然而,多肽藥物也有不可忽視的缺點,其化學與生理穩定性都較差,容易受到體內蛋白水解酶的降解,給多肽藥物的研發帶來了很多挑戰。本文將從多肽類藥物的藥代動力學層面進行淺析,了解多肽類藥物體外ADME研究策略,確定多肽類藥物基礎體外研究模型,助力多肽類藥物早期研發!
多肽類藥物簡介
1922年“治療性胰島素”問世,揭開了多肽類藥物的研發熱潮。“α-氨基酸”脫水縮合的產物稱為“肽”,通常將由2~20個氨基酸組成的肽稱為寡肽;20~50個氨基酸組成的肽稱為多肽。多肽的連接方式與蛋白質間相同,但FDA將蛋白質定義為“具有明確序列且大小大于40個氨基酸的聚合物”。因此,小于蛋白質定義的多肽氨基酸聚合物仍可按照小分子藥物進行監管。大多數多肽以細胞外分子為靶點。細胞外分子靶點主要是G蛋白偶聯受體(Gprotein-coupledreceptor,GPCR)。GPCR家族是最大的受體家族,已經確定的家族成員大約有800~1000個。GPCR在現代藥物開發中占據極其重要的地位,現代藥物約50%都是以GPCR為靶點。這些GPCR的共同特點是都有七個跨膜結構域。GPCR信號一般是通過細胞外的配體與這些GPCR相互作用,引起GPCR的構象變化,通過激活三聯體G蛋白調控GPCR下游的各種信號路經。GPCR家族中的一些受體在特定組織細胞內異常表達,調控人體正常的或者異常的生理功能,是藥物開發的潛在對象。一些GPCR的配體是小分子多肽,對這些多肽的改造和修飾成為多肽藥物開發的最主要方向之一。而少于10%的是以細胞內(intracellular)分子為靶點。多肽藥物主要來源于內源性多肽或其它外源性多肽。前者為人體固有的內生性多肽,如腦啡肽、胸腺肽、胰臟多肽等;后者如蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素、竽螺毒素衍生物和蒼蠅分泌的殺菌肽等。隨著新藥研發的不斷深入,多肽藥物的開發已經發展到疾病防治的各個領域如抗腫瘤多肽、抗病毒多肽、多肽疫苗、細胞因子模擬肽、抗菌活性肽、診斷用多肽、減肥用多肽等。
多肽藥物易于合成改造和優化結構,能很快確定其藥用價值。多肽藥物同大分子蛋白質相比,因其化學合成技術相對成熟,所以成本更低;同小分子藥物相比,具有用量少、選擇性強、特異性好、作用效果好及副作用小等特點。以下為三種藥物的優、缺點對比總結表[2]。
多肽 | 小分子 | 大分子 | |
優點 | Ø 高活性 Ø 高選擇性 Ø 靶點廣泛 Ø 低毒性 Ø 組織蓄積低 Ø 高化學與生物多樣性 | Ø 高口服生物利用度 Ø 代謝穩定靶點數量多 Ø 體積小 | Ø 高活性 Ø 高選擇性 Ø 低毒性 Ø 組織蓄積低 Ø 高化學與生物多樣性 Ø 難仿制 |
缺點 | l 代謝穩定性弱 l 膜滲透性弱 l 口服生物利用度低 l 快速清除 l 有時溶解度低 | l 高毒性 l 副作用多 l 潛在低溶解度 l 選擇性差 | l 代謝穩定性差 l 膜滲透性差 l 口服生物利用度差 l 快速清除靶點主要在細胞外 l 生產困難成本高 |
目前多肽藥物的開發已經發展到疾病防治的各個領域,因此,了解多肽的藥代動力學對于多肽類藥物開發具有重要意義。
多肽藥物體外藥代動力學特點
由前文可知多肽、小分子及大分子間均有不同的藥代動力學特性,因此在設計多肽藥物時,對其藥代動力學(PK)和藥效學(PD)進行研究至關重要。口服給藥由于其給藥途徑簡單、方便且易于患者接受,往往是多數藥物設計時的首要選擇。但多肽類藥物的口服給藥存在以下限制:①胃腸道降解;②相對分子量大,胃腸粘膜的穿透性差;③形成多聚體;④肝臟的首過代謝作用。一般多肽藥物的口服吸收率都小于2%,生物利用度極低,使得口服給藥成為生物技術藥物難度最大的給藥途徑。目前多肽藥物常用的給藥途徑包括注射、鼻黏膜、肺部、直腸、口腔粘膜及皮膚等系統。而多肽藥物的吸收方式主要為液體的對流、被動擴散和受體介導的主動轉運三種。除寡肽外,多肽的分子量較小分子量明顯較大,通常大于1000 Da,且極性更大,其被動擴散速率相對較慢;而分子量在5000~12000 Da的多肽則通過淋巴系統進行轉運和吸收。多肽類藥物在體內代謝穩定性差,一般會產生首過效應,且表觀分布容積小,其主要隨血液循環分布到血漿、肺、肝、胰腺、腎和皮膚等組織器官中。藥物的吸收會直接影響其在體內的分布情況。多肽藥物的吸收與其分子量有極大關系,藥物可從血液被動運輸轉運至淋巴液,因此血藥濃度一般高于淋巴液中的濃度[3]。同時,由于肽類較高的氫鍵結合力和較低的親脂性,多數的多肽都具有較低的膜滲透性,往往被限制在胞外空間。此外,人血清蛋白(Human Serum Albumin,HSA)與多肽的結合能力強,生理濃度高,是心血管系統zui豐富的轉運蛋白,可作為內源化合物或外源性藥物的載體,其對多肽分布的影響也較大[4]。多肽藥物主要通過蛋白酶降解、細胞內吞及靶點介導的藥物消除等三種主要方式進行代謝[5]。蛋白酶廣泛存在于肝、腎、胃、腸、肺、血液、內皮、皮膚組織及其它組織和器官中,可進一步分為內肽酶和外肽酶兩類。多肽的水解通常由內向外展開,先由內肽酶將多肽水解成寡肽,而后由外肽酶進一步降解。其中,某些多肽類藥物的代謝產物也可由CYP450酶分解代謝。而針對相對分子量較大的肽可內吞進入細胞后被溶酶體降解,分子量<500 Da的肽被內吞進細胞后通過內體-溶酶體途徑消除。最后則是多肽類藥物通過特異性地抗原/靶點結合,通過內化作用進行藥物代謝消除。
多肽的分子量一般小于10 kDa,而小于50 kDa的分子均可通過腎臟進行濾過清除,腎小球空隙約為8nm。通常,多肽分子越小,腎清除率越大。對于多肽而言,通過胞吞和溶酶體降解清除,水解成小肽和氨基酸;而分子量較小的多肽會通過外肽酶水解成氨基酸,再特異性被重新吸收進入機體;也可先斷裂為小肽,再轉運至胞內被水解。因此,綜上所述,多肽藥物具有不同于其它藥物的ADME特性,對于其藥物早期研發階段應該選擇合適的體外代謝模型,更有助于早期藥物開發研究。
多肽藥物體外ADME研究模型
多肽藥物具有靶點豐富、生物活性高、特異性強及副作用小等優點,但其同樣存在化學、生理穩定性差,易受到蛋白水解酶降低,造成口服吸收困難、代謝快及半衰期短等不可忽視的問題。因此,合理的體外藥代動力學研究有利于優化多肽藥物的結構、評估合適的代謝途徑和確定與人體內zui接近的種屬,為多肽藥物的設計、開發提供重要指導。常見的多肽藥物體外ADME研究模型如下:
IPHASE體外ADME研究“一站式”產品解決方案
因此,IPHASE作為體外研究生物試劑引ling者,緊隨藥物開發前沿,針對多肽藥物體外ADME研究方向,研發了多種類、多層次、多領域的體外生物試劑,助力多肽藥物開發研究!
產品類別 | 組分分類 | 名稱 |
亞細胞組分試劑 | 肝/腸/腎 微粒體 | 人/猴/犬/兔/大鼠/小鼠/地鼠/貓/小型豬 微粒體 |
肝/腸/腎 勻漿液 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠 勻漿液 | |
肝S9/ 酸化肝S9 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 S9 | |
肝胞質液 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 胞質液 | |
腸/腎S9 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 S9 | |
溶酶體 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠 溶酶體 | |
酸化肝勻漿液 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠 酸化肝勻漿液 | |
原代肝細胞產品 | / | 人/猴/犬/大鼠/小鼠/小型豬 懸浮/貼壁 原代肝細胞 |
轉運體產品 | ABC 家族轉運體 | 人類BCRP/BSEP/MDR1/MRP1/MRP2/MRP3/MRP4/MRP8 ABC轉運體 |
SLC 家族轉運體 | 人類 OATP1B1/OAT1/OAT3/OCT2/ OATP1B3/OATP2B1/OCT1/NTCP/MATE1/MATE2K/OATP1A2 SLC轉運體細胞 | |
重組酶產品 | CYP | 人CYP 1A2+/2A6+/2B6+/2C8+/2C9+/2C19+/2D6+/2E1+/3A4+/1A1+/3A5+ 還原重組酶 |
UGT | 人UGT 1A1/1A3/1A4/1A6/1A7/1A8/1A9/1A10/2B7/2B15/2B17 重組酶 | |
血漿相關產品 | 血漿蛋白結合試劑 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠血漿蛋白結合試劑 |
平衡透析裝置 | 血漿蛋白結合試驗平衡透析裝置 | |
平衡透析膜 | ||
血漿穩定性試驗產品 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠 空白血漿(穩定性專用)/全血 | |
空白生物基質 | 血液類 | 人/猴/犬/大鼠/小鼠 血漿 |
人/猴/犬/大鼠/小鼠 全血 |
注:具體產品種屬及規格以現有庫存為主。IPHASE/匯智和源憑借多年的研發經驗,推出了多領域、多種類的gao端科研試劑,為藥物早期研發提供篩選工具,為生命科學領域的探索提供新材料、新方法和新手段,為食品、藥品、化學品等的遺傳毒性研究提供便捷產品,望廣大科研工作者咨詢。
參考文獻:[1] 藥明康德,《藥物代謝與動力學:前沿、策略與應用實例》。[2] La Manna S, Di Natale C, Florio D, et al. Peptides as therapeutic agents for inflammatory-related diseases[J]. International journal of molecular sciences, 2018, 19(9): 2714.[3] Lagoutte R, Patouret R, Winssinger N. Covalent inhibitors: an opportunity for rational target selectivity[J]. Current opinion in chemical biology, 2017, 39: 54-63.[4] Tiwari N. Characterization of antigen processing and presentation by peptide-linked MHC class I molecules[D]. , 2005.[5] Datta-Mannan A. Mechanisms influencing the pharmacokinetics and disposition of monoclonal antibodies and peptides[J]. Drug Metabolism and Disposition, 2019, 47(10): 1100-1110.
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