多肽药物发展史、合成方法、优缺点及拓展方向分析

从激素到罕见病到广阔市场。

肽代表了一类独特的药物化合物，分子量在小分子和蛋白质之间，但在生物化学和 治疗上与两者截然不同。作为许多生理功能的内在信号分子，多肽药物为模仿自然 通路的治疗干预提供了机会。一些肽类药物本质上是“替代疗法”，在内源性激素水 平不足或缺失的情况下，可以加回或补充肽类激素。对治疗性肽的研究始于对天然 人类激素的基础研究，包括胰岛素、催产素、加压素和促性腺激素释放激素 (GnRH)， 以及它们在人体内的特定生理活动。1920年代胰岛素的分离和首次治疗使用胰岛素 就证明了多肽自身成药的可行性。自将近一个世纪前胰岛素问世以来，已有80种以 上的多肽药物进入市场，治疗领域包括多种疾病，如糖尿病、癌症、骨质疏松症、多 发性硬化症、HIV 感染和慢性疼痛。

复盘多肽药物发展历史，从首个化学合成的多肽药物到Bruce Merrifield 1963 年发 明了固相肽合成 (SPPS)， 1980 年代重组技术的出现使清洁生产更大的肽成为可 能。随后通过与脂质、较大的蛋白质和聚乙二醇结合来增加肽的分子量的策略有助 于克服肾脏清除和增加血浆循环时间的问题。合成技术、纯化技术，递送技术的发 展正是多肽药物领域得以发展的关键基本点。

（1） 肽治疗领域始于 1922 年，胰岛素首次用于医疗用途——从动物胰腺中提取 ——彻底改变了1型糖尿病的治疗方法。

（2） 1962年后合成多肽类激素进入临床，合成产生的肽类激素，即催产素和加压 素进入临床。 Ciba 的 Robert Schwyzer 和 Sandoz 的 Charles Huguenin 等企业了该领域，并增加了人们对肽作为治疗剂的商业兴趣。当 时的痛点在于液相合成需要数月至数年的工作才能完成多肽的短链合成。

（3） 1963 年发明固相多肽合成 (SPPS)的出现结合纯化技术的发展以及高效液相色谱等方法，改变了多肽药物行业。 很快，多肽药物作为关键生物介质的 重要性及其显著效力、选择性和低毒性被认可。 与此同时，也认识到了它们 的局限性，包括口服生物利用度低、血浆稳定性低和循环时间短。这些发展 发生在小分子药物的黄金时代（1970至1980年代），当时每年批准约 20 种 口服新药是常态。 同时当时行业缺少大规模多肽的生产能力、因此只有在 低剂量下有效的肽激素激动剂才具有商业可行性。

（4） 1980s-2010年，使用重组技术生产的人胰岛素（1982年获得批准）以及合成 促性腺激素释放激素亮丙瑞林和戈舍瑞林（分别于1985年和1989年获得批 准）的商业成功证实了多肽药物市场的可行性以及药物输送的技术以及合成 技术方面的研究。1977年研究者首次使用基因重组的方法在大肠杆菌中表达 出了生产激素抑制素，实现了生物法合成多肽的首次实验室层面的成功。真 正使生物法与化学法成为并列的多肽合成方法的是1982年礼来和基因泰克 使用生物法合成的人源胰岛素成为了第一种使用生物法合成并获批的多肽 药物。此后胰岛素及其经过化学修饰的类似物成为了多肽药物中最重要的种 类。

多肽的合成主要分为两条途径: 化学合成和生物合成。化学合成方法包括固相合成 与液相合成，从合成来看主要是以氨基酸与氨基酸之间缩合的形式来进行。在合成含有特定顺序的多肽时，由于合成原料中含有官能度大于 2 的氨基酸单体，合成时 应将不需要反应的基团暂时保护起来，才可以进行成肽反应，这样保证了合成目标 产物的定向性；多肽的生物合成方法主要包括发酵法、酶解法，随着生物工程技术 的发展，以 DNA 重组技术为主导的基因工程法也被应用于多肽的合成。

多肽的化学合成又分为液相合成和固相合成。 （1） 多肽液相合成主要分为逐步合成和片段组合两种策略。逐步合成简洁迅速， 可用于各种生物活性多肽片段的合成。片段组合法主要包括天然化学连接和 施陶丁格连接。近年，多肽液相片段合成法发展迅速，在多肽和蛋白质合成 领域已取得了重大突破。在多肽片段合成法中，根据多肽片段的化学特定性 或化学选择性，多肽片段能够自发进行连接，得到目标多肽。因为多肽片段 含有的氨基酸残基相对较少，所以纯度较高，且易于纯化。 （2） 1963 年，美国著名生物化学家 Merrifield 提出了固相合成法，开展了多肽 固相合成，即将氨基酸的 C 末端( 羧基端) 连接在不溶树脂上，然后在此树 脂上依次进行氨基酸的缩合、延长肽链。固相合成方法可分为叔丁氧羰基 ( Boc)方法和 9-芴甲基氧羰基( Fmoc) 方法。 （3） 人们以多肽的液相和固相合成方法为基础又发展了氨基酸的羧内酸酐( NCA) 法、组合化学法等。 化学合成法是多肽药物规模化生产的主要途径，其中固相合成工艺占主导。

多肽的固相合成法由Merrifield在1963年提出，其主要原理为：将目的肽的第一个氨 基酸C端通过共价键与固相载体连接，将氨基酸N端通过保护基保护起来，再以该氨 基酸N端为合成起点，经过脱去氨基保护基和过量的已活化的第二个氨基酸进行反 应，接长肽链，重复操作，达到理想的合成肽链长度，最后将肽链从树脂上裂解下 来，分离纯化，获得目标多肽。作为固相合成法的核心之一，保护基的选择是固相合 成法的关键，实际使用的保护基主要有Merrifield提出的Boc基团和Carpino提出的 Fmoc基团，二者的区别主要在于Fmoc基团具有更强的酸稳定性，可以在一定程度 上减少合成过程中的副反应。在商业化生产的过程中，固相合成的优点在于可以控 制多肽链长度，适用于大规模生产，可以自动化、高通量地进行合成多肽；缺点在于 对试剂的需求量较大，成本较高。

液相合成法最初由Bayer和Mutter在1972年提出，其基本原理类似固相合成法，区别 在于液相合成法使用了可溶性的试剂代替了固相树脂与起始氨基酸的C端连接。与固 相合成法相比，液相合成法的优势在于无需重复进行洗脱进而可以减少试剂的用量， 降低成本并且更加环保。在液相合成法中，最初使用的液相溶剂是聚乙二醇，其成 本较低且利于后续产物的纯化，但其对于氨基酸的载量较低，因此合成的效率较低， 不适合中长肽段的大规模合成。随着液相合成法的发展，在实验室层面有许多新的 载体试剂被提出，包括聚碳酸酯、疏水多聚物等。

生物合成：（1） 酶解法是一种特殊的制备多肽的方法，其原理在于通过特定的蛋白酶，例如 碱性蛋白酶、胰蛋白酶等，在特定的氨基酸位点对蛋白质进行水解，得到水解后 的多肽产物。在实验室研究和商业化生产中，酶解法主要被用来制备具有生物活 性的食物来源多肽，例如坚果多肽、牛乳多肽等。在实验室层面，通过酶解法制 备的多肽被发现具有抗氧化、降血压等生物学功能；但在商业化生产层面，其主 要属于医用食品或保健品。因此，酶解法是一种应用范围有限的多肽制备方法， 目前不属于多肽药物的常用生产方法。

（2） 发酵法也是一种生产天然产物多肽的方法。其原理在于通过微生物的代谢生 产具有生物活性的天然产物多肽。例如，瑞士乳杆菌和嗜酸乳杆菌的发酵产物中 可以提取到一种具有降血压功能的多肽。由于发酵法只能用于生产微生物自身可 以产生且被证明具有有益生物学功能的多肽，因此其应用范围很窄，目前不属于 多肽药物的常用生产方法。

（3） 基因重组法于1982年第一次被用来生产人源胰岛素，是目前在多肽药物生产 中应用最多的生物合成方法。基因重组方法包括两个主要步骤，一是设计含有编 码产物多肽的基因片段并将其扩增，二是在宿主细胞内表达该基因片段。基因重 组法使用的宿主细胞主要是微生物，由于无需多肽载体和保护基团，其与固相合 成法和液相合成法相比具有生产成本较低、生产效率较高的优势，目前在肽类抗 生素、干扰素、人源激素等多肽药物领域都有商业化应用。与化学合成方法相比， 基因重组法的缺点在于副产物较多，产物纯化较困难的缺点。

多肽药物生产成本较低，拥有较低的免疫原性。治疗性肽通常充当激素、生长因子、神经递质、离子通道配体或抗感染剂。 它们与 细胞表面受体结合并以高亲和力和特异性触发细胞内效应，与生物制剂（蛋白质药 物和抗体药物）具有相似的作用模式。 （1） 与生物制剂相比，多肽药物的免疫原性较低，生产成本较低。 （2） 与小分子药物相比，小分子药物的优点在于较低的生产成本和销售价格、口 服给药和良好的膜穿透能力。小分子的口服给药具有更好的安全性和提高患 者依从性的好处，分子量小也使它们能够穿透细胞膜以靶向细胞内分子。相 对应的，分子量小也意味着它们很难有效地抑制大的表面相互作用，例如蛋 白质-蛋白质相互作用 (PPI)。 PPI 通常占据 1500-3000 A² 的接触面积， 而小分子由于分子大小有限，仅覆盖蛋白质表面的 300-1000 A²。 相比之 下多肽药物独特的理化特性，灵活的主链与更大的分子量，使它们能够作为 PPIs 的有效抑制剂。与肽类药物相比，小分子的临床应用也受到其低特异 性的限制。

作为基于天然氨基酸产生的治疗药物，多肽药物也有其缺点：膜不透性和体内稳定 性差，这也是多肽药物开发的主要障碍。 （1） 膜通透性弱，肽类药物的膜通透性取决于肽长度和氨基酸组成等因素。多肽 药物比较难穿过细胞膜靶向细胞内靶标，从而限制了它们在药物开发中的应 用。活跃的临床多肽药物多靶向细胞外靶标，例如G蛋白偶联受体 (GPCR)、 促性腺激素释放激素 (GnRH) 受体、胰高血糖素 (GLP-1) 受体。 （2） 体内稳定性较差。天然多肽通过酰胺键连接的氨基酸链组成，但缺乏二级或 三级结构赋予的稳定性。在没有任何保护的情况下暴露于环境时，酰胺键在 体内很容易被酶水解或破坏。这些固有的化学性质使多肽在化学和物理上不 稳定，半衰期短，体内消除快。 多肽药物的优势和劣势都为多肽药物的开发带来了挑战，也为多肽药物的设计和优 化提供了机遇和方向。

多肽药物目前的治疗领域，未来具有更广阔的市场空间。多肽药物具有广阔的市场空间，从目前全球多肽药物销售额来看，销售额最高的多 肽药物以人工胰岛素和非胰岛素类降糖药为主。从多肽药物的发展领域与布局来看，多肽药物以慢病治疗为主，罕见病、肿瘤和糖 尿病是拉动多肽药物市场的主要推动力。

多肽药物目前的拓展方向包括多肽偶联药物（PDC）、核素偶联药物（RDC）和多 肽-寡核苷酸偶联药物等。狭义而言，多肽偶联药物是利用具有靶向性的多肽与小分 子药物偶联以开发靶向药物（主要为肿瘤靶向药）；核素偶联药物中与靶向性多肽 偶联的是用于标记或杀伤肿瘤的放射性核素；多肽-寡核苷酸偶联药物中与靶向性多 肽偶联的是用于调控细胞基因表达的寡核苷酸，包括反义寡核苷酸、小干扰RNA等。

多肽偶联药物在1972年被Richard Freer和John Stewart首次提出，其最初的原理受 到了激素-受体相互作用的启发。由于多肽激素与其受体的结合具有很强的专一性和 不可逆性，因此多肽偶联药物最初被用于阻断和标记多肽激素对应的受体。在实验 室层面，最早被用于多肽偶联药物的靶向性多肽是氯霉素多肽，研究者发现氯霉素 缓激肽和氯霉素血管紧张素Ⅱ可以阻断其对应的受体从而抑制缓激肽和血管紧张素 Ⅱ的作用进而调节血压。在商业化生产层面，首次被使用的多肽偶联药物是由奥曲 肽与DTPA偶联的药物，其在狭义上属于RDC，于1994年在美国获得实际应用。奥 曲肽作为首次被应用于市场的靶向性多肽，是一种生长激素抑制素的类似物，通过 与生长激素抑制素受体结合可以通过放射性核素DTPA对肿瘤的位置进行影像分析。 广义上，诺华研发的Lutathera是第一款用于治疗且被FDA批准的多肽偶联药物 （2018），狭义上其同样属于RDC，Lutathera 是一种Lu-177标记的生长抑素类似 物，靶向性多肽的原理与奥曲肽类似，当Lutathera与受体结合之后，Lutathera可进 入细胞，释放核素产生辐射来损伤肿瘤细胞，从而发挥治疗效果。狭义上，首次被应 用于肿瘤治疗且获得FDA批准（2021）的多肽偶联药物是Oncopetides研发的 Pepaxto。Pepaxto通过将DNA烷化剂与靶向氨肽酶的多肽共价连接而成。其可以靶 向在肿瘤细胞内高表达的氨肽酶并释放DNA烷化剂与肿瘤细胞内的生物大分子结合 进而杀伤肿瘤细胞。目前处于研发阶段或临床试验阶段的多肽偶联药物包含多种具 有不同靶向性的多肽，常见的靶点包括CD13受体、整合素和SST受体等。