迄今為止，小分子藥物和生物大分子藥物在藥物的早期研究開發(fā)中備受追捧，但它們的應(yīng)用仍有局限性。如小分子只能與具有剛性和疏水性斑塊或凹槽的目標(biāo)相互作用。此外，小分子在靶蛋白上的結(jié)合區(qū)域通常高度保守，低選擇性不可避免地會(huì)導(dǎo)致許多副作用的產(chǎn)生；大分子藥物本質(zhì)上不能通過細(xì)胞膜，其使用范圍被限制在胞膜或者是胞外靶點(diǎn)，此外，很多大分子藥物是通過細(xì)胞培養(yǎng)的方法生產(chǎn)，由于翻譯后修飾和其他衍生化而導(dǎo)致的異質(zhì)性難以避免。最后，它們不能口服，通常必須靜脈內(nèi)給藥。
基于此，肽類分子從結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)介于小分子和大分子之間，近些年來引發(fā)了越來越高的關(guān)注，特別是環(huán)肽，給新型藥物的開發(fā)帶來了希望。
環(huán)肽是指由氨基酸以肽鍵鏈接形成的環(huán)狀化合物，通常由5至14個(gè)氨基酸組成，分子量約為500至2000 Da?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，小至細(xì)菌, 大至高等植物、哺乳動(dòng)物，幾乎所有的生物機(jī)體內(nèi)均含有環(huán)肽分子。生物機(jī)體中的這些環(huán)肽結(jié)構(gòu)新奇多樣，骨架中除了肽鍵外，還有酯鍵、醚鍵以及二硫鍵等多種化學(xué)鍵。而且，研究發(fā)現(xiàn)很多環(huán)肽具有優(yōu)秀的生物活性，包括抗菌、抗腫瘤和免疫抑制等。因此，針對環(huán)肽類藥物的研究正在受到人們越來越多的關(guān)注。
可根據(jù)構(gòu)成環(huán)的鍵的類型對環(huán)肽進(jìn)行分類，通常可將其分為均環(huán)肽和雜環(huán)肽，均環(huán)肽是其中環(huán)僅由正常肽鍵組成（即一個(gè)殘基的α羧基與另一個(gè)殘基的α胺之間）的環(huán)肽，如環(huán)孢菌素A。雜環(huán)肽至少含有一個(gè)非α-酰胺鍵，如微囊藻毒素和桿菌肽中，一個(gè)殘基的側(cè)鏈與另一個(gè)殘基的α羧基之間的鍵。
除此以外還可以根據(jù)肽的環(huán)肽位置將可以環(huán)肽分為四種類型：頭尾，頭對側(cè)鏈，側(cè)鏈對尾和側(cè)鏈對側(cè)鏈環(huán)化。
環(huán)肽的應(yīng)用特點(diǎn)
具有明確的固定構(gòu)象，能夠與受體很好地契合；
環(huán)肽的代謝穩(wěn)定性和生物利用度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直鏈肽；
由于環(huán)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的構(gòu)象變化限制，環(huán)肽類化合物一般具有較大的表面積，從而使其與靶點(diǎn)蛋白間具有高度親和力及識別特異性；
相比直鏈多肽用量極少就能達(dá)到高生物活性。功能等同于多種線性多肽的活性總和。
與直鏈肽相比 環(huán)肽更具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
通過二硫鍵將多肽首尾相連形成環(huán)肽或者利用半胱氨酸形成分子內(nèi)小環(huán)，使肽鏈?zhǔn)ビ坞x的氨基和羧基，避免被特異性識別端基氨基和羧基的蛋白酶降解。
而且，成環(huán)的多肽分子內(nèi)會(huì)形成二硫鍵或者鹽橋，這些相互作用會(huì)進(jìn)一步提高多肽的穩(wěn)定性。
Bogdanowich-Knipp等[2]對比了直鏈RGD 與環(huán)狀RGD 的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，天冬氨酸是RGD 肽的降解位點(diǎn)，其側(cè)鏈容易與肽鏈的C-端或N-端發(fā)生分子內(nèi)反應(yīng)。
當(dāng)RGD 為線性時(shí)分子柔性較大導(dǎo)致參與反應(yīng)的兩個(gè)原子之間距離較短，容易發(fā)生降解反應(yīng)。
當(dāng)RGD 成環(huán)以后，分子結(jié)構(gòu)的剛性得到增強(qiáng)，使得參與反應(yīng)的原子之間的距離增大，不能發(fā)生降解反應(yīng)。
另一個(gè)使環(huán)狀RGD 穩(wěn)定性增加的原因是精氨酸中的胍基與天冬氨酸的羧基之間形成了鹽橋，鹽橋的存在也可以防止天冬氨酸的側(cè)鏈參與降解反應(yīng)。
直鏈RGD 與環(huán)狀RGD 的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
Figure 1 Molecular structures of linear RGD and cyclic RGD
環(huán)肽藥物的應(yīng)用現(xiàn)狀
環(huán)肽藥物在肽藥物市場中占據(jù)重要地位，在全球已上市的肽藥物中，環(huán)肽藥物占比約為六成。環(huán)肽藥物在療效、安全性方面優(yōu)點(diǎn)突出，是全球醫(yī)藥行業(yè)研究開發(fā)的熱點(diǎn)。自21世紀(jì)以來，全球已獲批上市共有18款環(huán)肽藥物，從獲批藥物的地區(qū)分布來看，主要來自美國，多為通過二硫鍵、酰胺鍵成環(huán)。獲批的環(huán)肽中，多數(shù)是從天然類似物改造而來，通過保持整體的環(huán)肽結(jié)構(gòu)來保持對目標(biāo)蛋白的親和力。
環(huán)肽藥物可分為靶向胞內(nèi)蛋白環(huán)肽、靶向外膜蛋白環(huán)肽以及抗微生物環(huán)肽三類，靶向胞內(nèi)蛋白環(huán)肽代表藥物有羅米地新、伏環(huán)孢素等；靶向外膜蛋白環(huán)肽代表藥物有利那洛肽、普卡那肽、齊考諾肽、血管加壓素等；抗微生物環(huán)肽代表藥物有達(dá)托霉素、阿尼芬凈、米卡芬凈等。
現(xiàn)階段，全球在研環(huán)肽藥物數(shù)量已達(dá)到數(shù)百種，部分藥物已進(jìn)入臨床后期階段，隨著研究不斷深入，未來將會(huì)有更多環(huán)肽藥物獲批進(jìn)入市場。
雙環(huán)肽偶聯(lián)治療膀胱癌[5]
近日，Bicycle Therapeutics公司在AACR年會(huì)上公布了其基于雙環(huán)肽的在研療法BT8009的最新臨床試驗(yàn)結(jié)果。BT8009是該公司的第二代雙環(huán)肽偶聯(lián)毒素，靶向Nectin-4。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在接受劑量為每周5.0 mg/m2的BT8009治療的尿路上皮癌患者隊(duì)列中，確認(rèn)總緩解率達(dá)到50%。
在這項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，平均接受過3種前期治療的實(shí)體瘤患者接受了不同劑量的BT8009的治療，其中49%為尿路上皮癌患者。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在8名接受劑量為每周5.0 mg/m2的BT8009治療的尿路上皮癌患者中，4名患者獲得確認(rèn)緩解，其中一名患者獲得完全緩解。另有兩名患者疾病穩(wěn)定，疾病控制率達(dá)到75%。截至今年3月7日，中位緩解持續(xù)時(shí)間尚未達(dá)到，3名患者的緩解仍然得到維持，他們接受治療至少24周。
BT8009治療尿路上皮癌患者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
（每周5.0 mg/m2，圖片來源：Bicycle Therapeutics公司官網(wǎng)）
雙環(huán)肽技術(shù)通過在多肽中引入化學(xué)修飾，讓它們構(gòu)成固定的三維分子構(gòu)象。雙環(huán)肽分子集抗體、小分子藥物及肽類的特性于一身，具有與抗體類似的親和性和特異性；同時(shí)，它們分子量較小，能快速深入地滲透組織；其肽類的性質(zhì)則提供了可調(diào)控的藥物動(dòng)力學(xué)半衰期和腎臟清除途徑，避免了其他藥物形式中常見的肝臟和胃腸道毒性。
雙環(huán)肽技術(shù)（圖片來源：Bicycle公司官網(wǎng)）[6]
除了上述優(yōu)點(diǎn)外，雙環(huán)肽的兩個(gè)環(huán)還可以分別發(fā)揮不同的功能，例如，經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的雙環(huán)肽，其中一個(gè)環(huán)可以與細(xì)胞表面的蛋白結(jié)合（提供細(xì)胞靶向性），當(dāng)分子轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)部后，另一個(gè)環(huán)就與靶蛋白結(jié)合來發(fā)揮抑制活性。
雙環(huán)肽的核心特性（圖片來源：Bicycle公司官網(wǎng)）
簡單的環(huán)化不會(huì)使肽具有膜滲透性，研究表明，雙環(huán)肽與單環(huán)肽相比可以改善細(xì)胞膜的滲透性，Pei課題組開發(fā)的雙環(huán)肽可以成功遞送到細(xì)胞內(nèi)，并且在雙環(huán)肽文庫中找到了一個(gè)分子可以阻止K-RAS與蛋白的相互作用。
目前已經(jīng)報(bào)道了環(huán)肽用于抑制蛋白酶，磷酸酶，蛋白酶體，HIV整合酶和dam甲基轉(zhuǎn)移酶的功能，肽的環(huán)化在抑制酶活這一方面被學(xué)術(shù)界予以重視，眾多課題組研究肽的環(huán)化以提高其抑制活性，以登革熱病毒的NS2b-NS3蛋白酶為例，登革熱是一種嚴(yán)重的由蚊蟲叮咬傳播的病毒感染，目前尚無特效治療方法。NS2b-NS3蛋白酶是良好的抗病毒靶標(biāo)，因?yàn)樗遣《境墒旌透腥玖λ匦璧?。Tambunan課題小組利用分子對接技術(shù)篩選NS2b-NS3的環(huán)肽抑制劑，由Wang領(lǐng)導(dǎo)的中國團(tuán)隊(duì)使用天然肽庫篩選NS2b-NS3抑制劑，兩個(gè)課題組在多個(gè)方面都觀察到了環(huán)化的好處，比如提高特異性、穩(wěn)定性、細(xì)胞膜透過性，還將抑制活性提高了十倍以上。
蛋白-蛋白相互作用具有巨大的治療潛力，通常一種小分子藥物會(huì)結(jié)合到深入接觸表面的重要區(qū)域。肽的表面比小分子抑制劑要大，而且它們可以與靶蛋白的表面結(jié)合。為了開發(fā)干擾蛋白-蛋白質(zhì)相互作用的環(huán)肽，可以使用噬菌體展示、組合化學(xué)、合成方法和其他基因文庫如SICLOPPS。Baek和他的同事們報(bào)告了一個(gè)裝訂p53肽的螺旋結(jié)構(gòu)提供了構(gòu)象穩(wěn)定性。類似地，Chang及其同事開發(fā)了一種裝訂他ASTP-7041作為MDM2/MDMX的雙抑制劑。他們觀察到裝訂原來線性的從噬菌體展示中獲得的肽，產(chǎn)生了更穩(wěn)定、細(xì)胞穿透和特異性的MDM2/MDMX抑制劑。
RNA-蛋白質(zhì)的結(jié)合過程可以被環(huán)肽干擾，在實(shí)驗(yàn)室研究中，已有多個(gè)課題組發(fā)現(xiàn)，環(huán)肽可以破壞RNA-蛋白質(zhì)相互作用的多個(gè)過程，包括：翻譯起始，延伸，mRNA前剪接和病毒復(fù)制。Manna和他的同事們合成了一種模擬部分La蛋白的環(huán)肽。它可抑制丙型肝炎病毒的病毒翻譯。
由于細(xì)胞表面受體顯示在細(xì)胞膜的外部，因此結(jié)合分子無需穿過細(xì)胞膜。正如上文所說，環(huán)肽與蛋白作用的面積通常比小分子與蛋白作用的面積大，因此針對一些難成藥的結(jié)構(gòu)相對平的蛋白，環(huán)肽興許有用武之地。
與線性肽相比，環(huán)肽具有出色的成藥特性，通過進(jìn)一步的降低分子柔性或者增加疏水性來增強(qiáng)藥物的性能，并且借助噬菌體展示等高通量篩選技術(shù)，更深層次的提高了環(huán)肽藥物的開發(fā)效率，使得環(huán)肽的藥用價(jià)值得以提高。
綜上可知，環(huán)肽在醫(yī)藥領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用空間及開發(fā)價(jià)值，但對于環(huán)肽藥物的應(yīng)用仍然存在許多挑戰(zhàn)，其中最重要的是口服有效性和細(xì)胞通透性。近年來，一些創(chuàng)新的研究策略的引入部分解決了上述挑戰(zhàn)，包括采用細(xì)胞穿透性的肽類作為母體、通過化學(xué)修飾穩(wěn)定多肽的α螺旋構(gòu)象，或者對N-甲基化的肽進(jìn)行體外進(jìn)化研究。為了開發(fā)出具有良好口服有效性且能通過被動(dòng)擴(kuò)散高效進(jìn)入細(xì)胞的環(huán)肽類藥物，有必要考慮選取具有更小分子量及更少肽鍵的分子作為候選。可以預(yù)見，體外進(jìn)化技術(shù)及從頭設(shè)計(jì)策略同隨機(jī)多肽庫篩選相結(jié)合，必將誕生越來越多的新型環(huán)肽類藥物。
湃肽 高技術(shù)壁壘的多肽合成研發(fā)平臺
浙江湃肽生物股份有限公司是一家致力于多肽產(chǎn)業(yè)化的國家高新技術(shù)企業(yè)，擁有全球領(lǐng)先的全固相合成多肽生產(chǎn)與開發(fā)工藝，專注于高技術(shù)壁壘的多肽原料藥研發(fā)及生產(chǎn)；擁有超強(qiáng)研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，已成功研制多個(gè)多肽原料藥，攻克了在合成端的技術(shù)壁壘和價(jià)格壁壘。憑借在多肽領(lǐng)域的研發(fā)優(yōu)勢、過硬產(chǎn)品質(zhì)量，獲得國內(nèi)、國際市場較高認(rèn)可。同時(shí)，湃肽一直堅(jiān)持匠心筑夢，品質(zhì)為先，力爭打造中國多肽領(lǐng)導(dǎo)品牌，持續(xù)為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和更專業(yè)的服務(wù)。
目前，湃肽已經(jīng)為多家客戶合成環(huán)肽，具備豐富的多肽合成和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以為開發(fā)環(huán)肽新藥的企業(yè)提供CRO和CMO服務(wù)。
作為肽類化合物中最有特點(diǎn)的一類，環(huán)肽具有相對穩(wěn)定的構(gòu)象，在抗真菌和滅殺腫瘤細(xì)胞等很多方面都表現(xiàn)出天然的優(yōu)勢。隨著高通量篩選技術(shù)及環(huán)肽合成技術(shù)的發(fā)展，環(huán)肽的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)多樣化，預(yù)計(jì)更多的環(huán)肽將會(huì)出現(xiàn)。
[1]搜狐. 探針資本_行業(yè)研究：環(huán)肽藥物.
[2]S J Bogdanowich-Knipp,D S Jois,T J Siahaan.The effect of conformation on the solution stability of linear vs. cyclic RGD peptides.J Pept Res 1999 May,53(5):523-9.
[3]Huiya Zhanga,Shiyu Chen.Cyclic peptide drugs approved in the last two decades (2001–2021).RSC Chem Biol 2021 Nov 5,3(1):18-31.
[4]Joon-Seok Choi , Sang Hoon Joo.Recent Trends in Cyclic Peptides as Therapeutic Agents and Biochemical Tools.Biomol Ther (Seoul) 2020 Jan 1,28(1):18-24.
[5]新浪醫(yī)藥.藥明康德_AACR | 治療膀胱癌，雙環(huán)肽偶聯(lián)療法達(dá)到50%客觀緩解率.
[6]www.bicycletherapeutics.com
