多肽類藥物的發(fā)展及其在制劑學(xué)上的難點

隨著目前生物技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，多肽藥物的研究和應(yīng)用有了重大突破，取得了較大的成果，重塑了我國現(xiàn)代制藥工業(yè)和臨床治療機(jī)制，在制劑學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。多肽藥物容易被合成改造并優(yōu)化，本身的特點使其藥用價值很高。多肽藥物一般半衰期較短、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)不穩(wěn)定，但相對于大分子蛋白或抗體類藥物，多肽藥物在常溫下更穩(wěn)定、單位活性更高。多肽分子的大小、極性、親水性和帶電性不如傳統(tǒng)小分子，因此多肽藥物難以穿越生理屏障，故不能口服。因此深入認(rèn)知并摸清其發(fā)展現(xiàn)狀非常有必要，更要化解制劑學(xué)難點，以幫助從事相關(guān)研究的同行。Part1、多肽類藥物的定義及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1多肽類藥物的定義氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，多肽是一種氨基酸，通過分離技術(shù)將其用肽鍵連接轉(zhuǎn)化成一種化合物，形成多肽類藥物。多肽類藥物往往由10～100個氨基酸分子脫水后進(jìn)行分離純化形成，超過100個氨基酸就可以組成蛋白質(zhì)，多肽與蛋白質(zhì)的主要區(qū)別就在于肽鏈長短不同。與此同時，多肽更穩(wěn)定，因為多肽合成品中并無影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定的要素[1]。多肽是影響生物體內(nèi)各種細(xì)胞功能的生物活性物質(zhì)，在生命活動中不可或缺，涉及細(xì)胞生長、激素、神經(jīng)等各個領(lǐng)域，在臨床中有特定的治療作用，且多肽藥物廣泛存在于生物系統(tǒng)中的信號分子、傳遞分子以及消化分子中；集多種作用于一體的多肽應(yīng)用極為廣泛，可用于心血管、血液、肌肉、骨骼等系統(tǒng)，所以在醫(yī)療行業(yè)中占有重要地位，雖然多肽類藥物的開發(fā)史較短，但其發(fā)展迅猛，已成為制劑學(xué)關(guān)注的焦點。多肽類藥物的研究、臨床應(yīng)用現(xiàn)狀：目前大部分多肽類藥物具有直接口服無效、生物半衰期短、治療周期長等特點，所以其開發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)前的熱點，發(fā)展前景不可限量。20世紀(jì)90年代每年進(jìn)入臨床開發(fā)階段的多肽類藥物平均有9.7種，2000年至2010年增加到19.5種，數(shù)量至今還在遞增[2]。目前，多肽類藥物在臨床上實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。由于安全性較高和療效突出，其受到越來越多醫(yī)生和患者的認(rèn)可，在臨床治療中的地位不斷提升，許多品種還被納入國內(nèi)外相關(guān)疾病的治療指南和專家共識中，成為臨床診療的重要支撐力量。Part2、多肽類藥物制劑學(xué)上的難點和應(yīng)對策略2.1多肽類藥物制劑學(xué)上的難點多肽類藥物在制劑學(xué)領(lǐng)域的研究頗受關(guān)注，在非注射用藥領(lǐng)域關(guān)注度更高，研究主要集中在三個方面：鼻腔給藥、肺部給藥和口服給藥。多肽類藥物在制劑學(xué)上的難點主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性差、體內(nèi)半衰期短、不易通過生物膜、抗原性差原因有以下幾點。第一，脫酰氨反應(yīng)。Asn/Gln殘基水解形成Asp/Glu；非酶催化的脫酰氨反應(yīng)受環(huán)境、多肽結(jié)構(gòu)影響，若增大pH值、升高溫度，都利于反應(yīng)進(jìn)行。第二，氧化。多肽溶液容易氧化，一是溶液中的有氧化物促進(jìn)了多肽的氧化，二是多肽的自發(fā)氧化。氨基酸殘基中最易氧化的有Trp、Tyr、Cys和Met。氧化會受溫度、氧氣分壓、緩沖溶液的影響。第三，水解。肽鍵容易水解斷裂，Asp參與形成的肽鍵更易斷裂，尤其是Asp-Pro和Asp-Gly肽鍵。第四，形成錯誤的二硫鍵。因為二硫鍵互相或與巰基發(fā)生交換，致使三級結(jié)構(gòu)改變和活性喪失。第五，消旋。除Gly之外的所有氨基酸殘基都容易在堿催化下發(fā)生消旋反應(yīng)，尤其是Asp殘基。第六，變性、吸附、聚集或沉淀。變性多與三級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)，變性狀態(tài)下，多肽容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其活性恢復(fù)困難。多肽變性過程中，會率先形成中間體，這些中間體因溶解度低、易于聚集，在溶液中形成的沉淀肉眼可見。2.2多肽類藥物制劑學(xué)難點的應(yīng)對策略其一，定點突變。用基因工程手段替換導(dǎo)致多肽不穩(wěn)定的殘基，或增加利于多肽穩(wěn)定的殘基，多肽的穩(wěn)定性就會得到有效提升。其二，化學(xué)修飾。多肽的修飾方法多樣，常用的為PEG。PEG是水溶性高分子化合物，無毒、可在體內(nèi)降解。它能與多肽結(jié)合并提升其熱穩(wěn)定性，抵抗蛋白酶的降解，降低抗原性并延長其體內(nèi)半衰期。認(rèn)真選擇修飾方法或控制修飾程度都可以提高、保持其原生物活性。其三，添加劑。添加多元醇、明膠、糖類、氨基酸等添加劑或某些特殊鹽類可提高多肽的穩(wěn)定性。其中，糖類和多元醇可以在濃度較低的情況下使更多水分子圍繞在蛋白質(zhì)周圍，能顯著提升多肽的穩(wěn)定性。凍干中，以上物質(zhì)可替代水和多肽形成氫鍵，達(dá)成提升多肽穩(wěn)定性的目的，還有利于提高凍干制品的玻璃化溫度。為避免多肽表面吸附、聚集和產(chǎn)生沉淀，可使用表面活性劑SDS、Teeen等。其四，凍干。多肽發(fā)生的一系列反應(yīng)都需要水參與，包括水解、脫酰胺等反應(yīng)，水是反應(yīng)劑的流動相，沒有水多肽就無法發(fā)生反應(yīng)。同時水含量降低會使多肽的變性溫度升高，所以可以在提升多肽穩(wěn)定性方面應(yīng)用凍干，這種方法的可行性較強(qiáng)。Part3、多肽類藥物的制劑研究及展望3.1多肽類藥物的緩釋制劑研究在臨床應(yīng)用中，口服最受歡迎，但多肽類藥物口服會導(dǎo)致大部分藥物無法被吸收，因為多肽不能通過生理屏障。靜脈注射給藥會因其在血液中的半衰期短而被快速消除和降解，也不能達(dá)到理想的治療效果。為了達(dá)到用少量藥物減輕患者痛苦的目的，目前主要采用緩釋和控釋技術(shù)：第一，在注射用藥過程中，添加高分子聚合物，如透明質(zhì)酸，提高藥物的黏合度，降低其擴(kuò)散速度；第二，采用脂質(zhì)體包裹或者固體微粒包裹讓多肽藥物緩慢滲出。以上手段中，固體微粒包裹應(yīng)用最多，可用于制備微粒的材料有聚已內(nèi)酯、聚氨基酸、聚乳酸、聚原酸酯等。目前多肽微囊多采用聚酯材料，尤其是PLGA。PLGA微粒釋放蛋白質(zhì)的典型曲線分三相，分別是起始爆釋相、擴(kuò)散控釋相、分解控釋相[3]。第一種相是指位于微粒表面或附近的蛋白質(zhì)可以在幾小時內(nèi)迅速釋放；第二種相是指蛋白質(zhì)可通過微粒中的孔道擴(kuò)散釋放，為實現(xiàn)連續(xù)釋放，需要與分解控釋重疊；第三種相主要是分解聚合物，而后形成空隙讓包裹的蛋白質(zhì)連續(xù)釋放，實際應(yīng)用中的困難在于降低起始爆釋量和增加藥物載量。使用該方法制備的多肽和多肽類微粒劑型有LHRH、GH、IFN、EPO等。LHRH類似物leuprolide的微粒制劑可控制藥物釋放長達(dá)一個月，該產(chǎn)品1988年最先于法國上市，之后陸續(xù)在歐美40多個國家上市，我國在1993年引入該藥物。3.2非注射給藥途徑研究多肽藥物的主要特點是分子量大、脂溶性差以及難以通過生物體的生理屏障。要想取得最佳用藥效果，需采用注射形式，但頻繁的注射非常痛苦，為了減輕患者的病痛和用藥痛苦，人們對多肽藥物的非注射用藥形式展開了研究。研究國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前對此研究最多的領(lǐng)域就是鼻腔和肺部用藥。鼻腔給藥：鼻腔的黏膜面積約為200cm2,上皮細(xì)胞間隙較大并與毛細(xì)血管緊密相連，淋巴組織豐富，血流速度約為40mL/min，用藥條件良好。通過鼻腔吸入的方式，藥物可以直接進(jìn)入全身血液系統(tǒng)，降低被大蛋白質(zhì)降解和氣溶膠微粒變性的可能性，促進(jìn)藥物吸收，達(dá)到良好的治療效果。目前主要有噴霧和滴鼻兩種用藥方式，滴鼻的生物利用度更高。肺部給藥：人體肺部的吸附表面積為140m2，遠(yuǎn)大于鼻腔，且肺部毛細(xì)血管豐富，上皮細(xì)胞間隙較大，用藥過程中通透性更強(qiáng)。一些動物實驗也表明多肽藥物進(jìn)行肺部給藥時，生物利用度約為20%～50%，但也會有部分多肽藥物被肺部蛋白質(zhì)降解，或者在到達(dá)肺部組織的過程中與氣溶膠微粒結(jié)合導(dǎo)致變性，至于哪種多肽藥物適合進(jìn)行肺部給藥，還需要進(jìn)一步分析。在肺部給藥的過程中，合適的給藥方式非常關(guān)鍵，會對肺部釋藥效果產(chǎn)生直接影響。粉狀藥劑利用特定的吸入裝置直達(dá)肺部是目前主要的用藥方式，能起到最佳治療效果。理想的粉狀藥劑需要滿足以下條件：在低流速和低壓力時也可大量快速解聚，直達(dá)肺部。肺部粉狀藥劑的給藥方式尚處于研究階段?？诜o藥：口服給藥不太痛苦，也較為便利，在臨床中頗受歡迎，但是多肽藥物不易被胃腸道吸收，所以口服存在嚴(yán)重的局限性，主要是因為抑制疾病發(fā)展、減輕患者痛苦的過程需服用大量藥物，而多肽藥物因化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不穩(wěn)定、難以通過生理屏障的特性，容易被大量肽水解酶和蛋白水解酶降解，同時部分藥物即使在吸收后也會被肝臟消除，使多肽藥物難以實現(xiàn)口服給藥。目前，研究多集中在提高多肽藥物穿過生理屏障和抗蛋白質(zhì)降解的能力上[4]。在促進(jìn)多肽藥物穿過生理屏障方面，以使用促進(jìn)劑為主要手段，常見的促進(jìn)劑有脂肪酸、膽酸鹽、螯合劑等，而克服多肽口服吸收酶障礙的