重点
多肽疗法的 SWOT 分析并讨论商业方面前景。
对新兴多肽技术和细胞穿透肽进行评论。
讨论了多功能肽和肽药物缀合物(PDC)。
预测肽模块的智能设计和组装将成为分子药物。
肽作为未来的治疗药物具有巨大的增长潜力。
肽被认为具有高度选择性和有效性，同时相对安全且耐受性良好。因此，人们对药物研发 (R&D) 中的肽越来越感兴趣，目前正在临床试验中评估大约 140 种多肽药物。鉴于明显的多肽靶点和药物非常成熟，其中的例子数不胜数，现在有必要探索传统肽设计之外的新途径。例如，多功能和细胞穿透肽，以及肽药物缀合物。在这里，我们讨论多肽作为药物的现状、优势和劣势，以及肽药物设计和开发中出现的新机遇。
背景
已鉴定出 7000 多种天然存在的肽，这些肽通常在人类生理学中发挥着至关重要的作用，包括作为激素、神经递质、生长因子、离子通道配体或抗感染剂的作用。一般来说，肽是选择性且高效的信号分子，可与特定的细胞表面受体（例如 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 或离子通道）结合，从而触发细胞内效应。鉴于其有吸引力的药理学特征和内在特性，肽代表了设计新型疗法的绝佳起点，并且它们的特异性已被视为在人类中转化为出色的安全性、耐受性和功效。这也可能是肽与传统小分子的主要区别因素。此外，与基于蛋白质的生物制药相比，肽疗法通常具有较低的生产复杂性，因此生产成本也较低，通常接近小分子的生产成本。因此，从几个方面来说，肽处于小分子和生物制药之间的最佳位置。
天然存在的肽通常不直接适合用作治疗药物，因为它们具有固有的弱点，包括化学和物理稳定性差以及循环血浆半衰期短。为了将其用作药物，必须解决这些方面的问题。其中一些弱点已通过我们所说的治疗性肽的“传统设计”成功解决，如下所述（参见图 1，了解作为治疗剂的肽的完整 SWOT 分析）。除了传统的肽设计之外，一系列肽技术的出现代表了肽领域的机遇和未来方向。其中包括多功能和细胞穿透肽，以及肽药物缀合物和专注于替代给药途径的技术。在这里，我们提出了一系列的想法，得出这样的结论：肽作为未来的治疗药物具有巨大的增长潜力。
图1从我们的角度分析天然存在的肽作为治疗药物的strengths优势、weaknesses劣势、opportunities机会、threats威胁 (SWOT)
多肽药物市场
在过去的十年中，肽在医学和生物技术领域获得了广泛的应用，治疗性肽研究目前也因商业原因而复兴。例如，雅培公司用于治疗前列腺癌等的肽类药物Lupron™，2011年全球销售额超过23亿美元。此外，赛诺菲的来得时™（真正处于多肽药物和小型生物制药的边界）2013年销售额达到79亿美元。目前，美国食品和药物管理局（FDA）批准的多肽有60多种市场上的药物数量预计将显着增长，目前约有 140 种肽药物正在进行临床试验，超过 500 种治疗性肽处于临床前开发中。Kaspar 和 Reichert 最近的一篇评论中提出了概述[5]。
从价值来看，全球多肽药物市场预计将从2011年的141亿美元增长到2018年的254亿美元，其中新型创新多肽药物的潜在增长将从2011年的86亿美元（60%）增长到2018年的254亿美元。2018 年为 170 亿美元（66%）。新型肽类药物的最新例子是用于治疗 2 型糖尿病 (T2DM) 的胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 激动剂，2013 年总销售额超过 26 亿美元。Victoza™ 是该类别中最杰出的成员，达到了重磅药的地位。透明市场研究 (Transparency Market Research) 最近的一份报告给出了最畅销的肽疗法的现状。
目前推动肽类药物治疗应用的主要疾病领域是代谢疾病和肿瘤学。前者的特点是肥胖和 T2DM 的增长，后者的特点是死亡率上升和对化疗替代以及癌症支持治疗的需求。肽疗法在糖尿病和肥胖症治疗中的使用可能是北美目前占据肽药物市场最大份额的原因，而亚洲市场预计将有最大的增长。制药行业向罕见疾病和孤儿药领域的发展也已扩展到肽领域，该领域的上市实例包括替度鲁肽（一种用于治疗短肠综合征的 GLP-2 受体 2 激动剂）和帕瑞肽（一种用于治疗的生长抑素受体激动剂）库欣综合症。此外，目前似乎有一种趋势转向传染病和炎症疾病领域，其中几种肽正在接受临床测试。
目前，大多数肽药物都是通过肠胃外途径给药，其中约 75% 以注射剂形式给药。然而，根据各自的技术发展，替代给药形式越来越受到关注，包括口服、鼻内和透皮给药途径。评估应用于肽的替代给药途径的一个例子是通过结合金纳米颗粒(Midatech) 和 PharmFilm™ (Monosol Rx) 技术进行经颊递送。因此，Midasol Therapeutics 目前正在临床开发一种利用胰岛素钝化金纳米粒子的经颊给药系统。另一个例子是 ActoGeniX 的 TopAct™ 技术平台，该平台可以实现直接在胃肠道 中表达的肽的口服递送。
替代给药形式的使用还可以使肽疗法在其他疾病领域得到更多应用，例如炎症，其中肽的局部给药可以成为高效新型治疗的基础。尽管不属于本文的讨论范围，但肽通常是极好的生物标志物，因此也可用于诊断。最后，肽还被用作疫苗。
传统肽技术
肽已发展成为高效的信号转导分子，发挥强大的生理作用。正如我们的 SWOT 分析（图 1）所示，它们的一般特点是循环血浆半衰期相对较短，并且其用作药物的物理和化学特性欠佳。因此，肽疗法的传统合理设计重点关注减轻这些弱点的技术，如图2所示。图2 用于肽药物发现的传统的基于结构的设计策略。这包括氨基酸 (AA) 的取代，以及通过丙氨酸 (Ala) 扫描和 EC50（半最大有效浓度）估计等数据建立构效关系 (SAR)。
多肽药物的合理设计
合理的设计可以从已知的多肽晶体结构开始，给出二级和三级结构。然后，通过各种分析的输入，例如丙氨酸取代（Ala-scan）和小型重点文库，按顺序步骤建立结构-活性关系（SAR），从而识别必需氨基酸以及可能的位点代换。在此过程中，特别是当液体药物制剂是所需的最终产品时，识别化学不稳定且容易发生异构化、糖基化或氧化等事件的氨基酸是重要的一步，应避免这些事件。
合理肽药物设计的另一个重要方面是改善天然肽的理化性质，天然肽往往具有聚集倾向，有时水溶性较差。避免聚集的化学设计策略包括疏水斑块的破坏，这可以通过特定氨基酸的取代或N-甲基化来实现。如果某种肽候选药物存在溶解度问题，那么共同关注的焦点是肽的电荷分布和等电点(pI)，与最终产品所需配方的 pH 值相关。
肽的理化性质也可以通过引入稳定的 α 螺旋、盐桥形成或其他化学修饰（例如内酰胺桥）来改善。通过合理设计引入的修饰以改善给定肽的理化性质，必须与肽治疗剂的总体所需药理学和药代动力学性质相匹配。随着预测性 IT 软件工具变得越来越用户友好，预计未来将增加使用预测性 IT 软件工具来促进这种合理的肽设计。
在某些情况下，肽的内在理化特性对其用作药物所带来的挑战导致患者和医生的解决方案不理想。一个例子是胰高血糖素用于治疗糖尿病中严重低血糖的治疗用途。目前，唯一市售的用于治疗失去意识的低血糖患者的胰高血糖素救援套件，在无菌小瓶中含有冻干肽粉末，需要通过轻轻摇动30次小心地重新溶解，然后才能皮下注射给失去知觉的患者。在已经充满压力的情况下，这是一个繁琐的过程。
人们普遍认为，通过合理设计优化治疗用途的第二代肽药物将带来更加用户友好的产品。这种方法的一个例子是胰高血糖素类似物的发明和设计，该类似物在液体剂型中稳定并且适合用作即用型救援笔。此外，此类产品可用作闭环双室人工胰腺装置的一部分，该装置可输送胰岛素和胰高血糖素，其中治疗药物将由自动泵集中释放并与连续血糖传感器耦合。随着设备、泵和 IT 控制的传感器反馈系统的快速发展和进一步小型化，预计可以开发出脉冲输送系统，从而实现肽的智能输送。这些药物可能会应用并模仿天然肽的快速启动和关闭，如上面的胰高血糖素示例。
延长血浆半衰期的方法
一般来说，天然肽的循环血浆半衰期相对较短，因此，已经开发了几种延长半衰期的技术。一线方法是通过识别可能的分子裂解位点并随后替换相关氨基酸来限制肽的酶促降解（图 2 ）。还可以通过增强肽的二级结构（即折叠）来防止酶裂解。该方法包括插入结构诱导探针 (SIP) 尾部、内酰胺桥以及肽序列的装订或剪切，或通过环化。从事这一研究领域的生物技术公司包括 Pepscan 和 Aileron Therapeutics。
还有几种策略是利用与循环蛋白白蛋白的结合作为载体来获得半衰期延长，从而导致肽治疗剂的施用频率较低，在某些情况下最多每周一次。这些策略包括肽酰化（如 GLP-1 激动剂Victoza 中所见）、在肽主链中插入白蛋白结合肽元件，或与白蛋白结合抗体片段缀合（AlbudAb™ 技术）。聚乙二醇（PEG）化已被用来限制肾小球滤过，从而通过限制肽的消除来增加血浆半衰期。然而，由于与使用 PEG 作为注射治疗剂成分相关的安全性和耐受性问题增加，聚乙二醇化已成为不太优选的选择 。
最后，通过制剂在延长肽的血浆半衰期（及其化学稳定性）方面可以取得很大的成果。最近，Intarcia 开发了一种巧妙的配方方法，使用可植入装置，通过渗透泵机制从干燥的储存器中提供肽治疗药物长达 1 年。这种创新方法为肽作为药物的输送开辟了一条全新的途径，通过成功设计最优雅的输送解决方案解决了患者的便利性和合规性问题。在 Intarcia 解决方案之前，这种方法的另一个早期例子是醋酸亮丙瑞林植入物 (Viadur™)，用于晚期前列腺癌的姑息治疗。
新兴肽领域和技术
有大量的天然肽，其中一些代表了治疗的极好起点。在代谢领域，例如肠道，微生物组引起了人们的广泛兴趣，因为它富含多种细菌，这些细菌可以从蛋白质片段、降解产物或信号分子中识别出新的肽。我们相信，正在进行的微生物组研究将有助于显着丰富代谢疾病肽疗法的机会。
然而，对于创新肽药物的开发，化学家必须超越传统的肽技术。该领域的新兴技术包括代表多种药理活性的多功能肽，例如双重甚至三重激动作用。根据基因组学信息，这种方法是有意义的。因此，很明显，仅删除单个基因的基因敲除动物通常没有明显的表型。此外，尽管GPCR领域的广泛工业努力已导致在临床开发中成功鉴定了几种选择性激动剂和拮抗剂，但只有少数配体获得了批准的药物。这些经验表明生物系统存在冗余，并有利于药物开发的多靶点方法。应用多药理学方法的另一个方面是可以对不同的患者群体进行更加个体化和个性化的治疗。
目前正在开发的多功能肽包括具有额外生物功能的抗菌肽候选药物，例如免疫刺激和伤口愈合。此外，多功能肽的趋势可以在 GLP-1 激动剂领域看到，该领域代表了一个已建立的药物类别，拥有多种产品，包括 Byetta™（艾塞那肽exenatide）、Bydureon™（exenatide）、Victoza™（利拉鲁肽liraglutide）、Lyxumia™（ lixisenatide），以及最近的 Tanzeum™（阿必鲁肽albiglutide），被引入市场并取得了巨大的商业成功。纵观临床和临床前研发管线，显然有多家公司专注于 GLP-1 双甚至三激动剂的开发，以实现 T2DM 和/或肥胖症的更加多样化和个性化注改善患者的便利性和依从性，因此，临床上正在寻求减少给药频率，甚至口服基于 GLP 的药物的策略。
表 1. GLP-1激动剂SC :皮下注射。
与 GLP-1 激动作用组合的其他肽化合物或模块的例子包括胰高血糖素glucagon(GCG)、葡萄糖依赖性促胰岛素肽 (GIP) 、胆囊收缩素B (CCKB) 和胰高血糖素样肽2 (GLP-2) 。临床上最先进的多功能肽是 GLP-1–GIP 和 GLP-1–GCG 双激动剂，目前正在超重和糖尿病患者的临床概念验证研究中进行研究。与纯 GLP-1 激动剂相比，GLP-1–GCG 双重激动剂（其中一些通过天然双作用肠肽胃泌酸调节素进行调节）预计可以通过 GCG-导致能量消耗的增加。另一个例子是 GLP-1–CCKB 双激动剂，其中在 GLP-1 作用中添加 CCKB（胃泌素）激动剂预计会增强胰腺 β 细胞功能，从而可能有助于最大限度地减少或预防疾病进展在 T2DM 中。这些例子说明了在 GLP-1 的既定作用的基础上添加第二种活性如何能够产生更加个性化的医疗解决方案并提高疗效（图 3）。
图3 . 多功能肽。该图说明了如何将基于 GLP-1 的肽多样化为多功能肽，从而对肥胖或 2 型糖尿病的疾病预防进行微调药理学。这些多功能肽可以包括直接或通过连接体像模块一样结合在一起的两个肽的杂合体，或嵌合体，其中第二药理活性被“设计”到现有的肽主链中。
缩写：CCKB 、胆囊收缩素B；GCG、胰高血糖素；GIP，葡萄糖依赖性促胰岛素肽；GLP-1/2，胰高血糖素样肽1/2。
设计多功能肽的化学策略可以包括直接或通过连接体像模块一样结合在一起的两种肽的杂合体，或其中第二药理活性被“设计”到现有肽主链中的嵌合体（图3 ）。最近，专利文献中将 GLP-1–GIP–GCG 三联肠促胰岛素激动剂描述为有效的抗糖尿病和抗肥胖药物，在啮齿类动物中显示出强大的有益作用，甚至是作用于四种不同受体的肽（四联体）根据我们的经验，它们在化学上是可行的，但尚未出现在公开报道中。
多功能肽的开发可能会带来挑战，因为双靶点药理学与单靶点药理学相比，候选药物体内结果的预测更加复杂。从体外效应转化为体内效应的一个具有挑战性的方面是针对两个或多个受体的新型配体可能产生潜在的偏向信号传导。此外，与单一受体肽相比，将动物模型的结果转化为人类情况可能与多功能肽的更大风险相关，因为两个或多个目标的不确定性成倍增加。在抗体领域，在开发用于治疗癌症的双特异性抗体时也观察到了类似的挑战。由于这些原因，预计多功能肽可能主要来自已建立的范式（如 GLP-1 领域中观察到的），而不是完全新颖的肽组合。
大多数肽疗法都是注射剂，只有少数口服肽药物存在，环孢素(Neoral™) 和去氨加压素 (Minirin™) 是突出的例子。然而，预计市场上正在开发的口服生物可利用肽将会增加，因为它们为患者提供了更大的便利。与口服肽开发相关的挑战包括分子在胃肠道中以及通过主动运输或被动扩散穿过肠粘膜时的酸性和酶降解。因此，口服肽设计中的化学策略包括前面提到的二级结构的稳定，例如钉合肽、构建疏水面、环化、 N-甲基化和分子内氢键的建立。各种生物技术公司活跃在肽药物研究领域，包括 Ra Pharma、Peptidream 和 Cyclogenix（环肽）以及 Bicycle Therapeutics（使用化学连接文库的噬菌体展示）。
配方方面和渗透增强剂也很重要。适用于口服生物可利用的肽药物的问题是通过上述衍生化引入的分子变化是否妨碍治疗的体内功效。与口服肽治疗药物的开发相关的另一个相关考虑点是注射药物对患者来说确实不方便到什么程度。新的、更适合患者的注射技术正在不断开发，包括更小的针头和更方便的设备，这些技术也应该根据所治疗疾病的严重程度加以考虑。我们相信，注射肽药物仍将是优于口服肽的首选解决方案，特别是对于已经使用注射药物的患者群体。一个例子是接受胰岛素治疗的糖尿病患者。
天然肽通常不会穿过细胞膜，这此前限制了它们对细胞外靶标的治疗用途。然而，近年来，已经发明了用于插入膜渗透性元件的技术，包括所谓的“细胞穿透肽”，例如渗透素或转录反式激活（TAT）序列，使得肽在某种程度上达到细胞内靶点成为可能。细胞穿透肽面临的一个挑战（口服生物可利用的肽也可能面临这样的挑战）是可能失去功效，因为通常只有一小部分肽药物到达靶点。开发细胞穿透肽时要考虑的另一个重要方面是它们的分子特性是否更类似于小分子，包括较低的特异性，以及因分布体积增加而导致的更大的安全风险。换句话说，使肽具有细胞渗透性或口服生物可利用性可能会使 SWOT 分析（图 1）倾向于小分子的分析。
最后，我们指出肽与小分子、寡核糖核苷酸或抗体的缀合是开发具有改进的功效和安全特性的新型肽疗法的新的可能途径。例如，在肿瘤学领域，这种方法引起了一定的兴趣，导致超过 20 种肽缀合物在临床试验中得到评。尽管肿瘤学领域临床试验中的肽总体上经历了相对较高水平的损耗，但神经降压素 1 (NT1) 受体肽激动剂与放射性配体缀合用于治疗胰腺癌的组合证明了这种缀合原理。通过这种缀合物，肽成分确保将放射性配体靶向递送至相关位点表达的 NT1 受体，从而实现化疗药物的高局部浓度。因此，身体的其他部位也较少暴露，这反过来又有望提高安全裕度，并可能提高抗癌剂的剂量和更有效的剂量。在抗体-肽缀合物中，抗体部分可能充当靶向实体，而肽是效应部分。追求多功能肽的缀合途径不仅可能带来有吸引力的治疗潜力，而且还以相对复杂的药物开发路径的形式提出挑战，包括增加的监管要求和更复杂的药理活性成分的生产。从事肽缀合物研究的生物技术公司包括 Angiochem 和 3B Pharmaceuticals 等。
结语
近年来，肽作为治疗药物越来越受到人们的关注。已有60多种多肽药物进入市场，造福患者，数百种新型治疗性多肽正处于临床前和临床开发阶段。这一成功的关键因素是肽的有效、特异且安全的作用模式。我们相信，未来肽药物的开发将继续利用天然肽的优点，应用传统的合理设计来改善其弱点，例如其化学和物理性质。我们还期望新兴的肽技术，包括多功能肽、细胞穿透肽和肽药物缀合物，将有助于扩大肽作为治疗药物的适用性。这些新的肽技术包括除了主要的亲本注射途径之外的替代给药途径以及肽与抗体或小分子的缀合物。可以预见，药用肽化学可以越来越多地以模块化方式应用，类似于微电子或乐高积木。具有独特特性和功能的已知模块的智能组装可以构建具有改进功效、药代动力学特性和靶向递送的多功能分子药物。与乐高积木是一个很好的类比，因为氨基酸与肽的可能组合几乎是无限的，例如，将 20 种天然存在的氨基酸中的任何一种组合成 20 聚体，单独即可得到 20^20种可能性。考虑到上述所有因素，我们相信肽作为未来治疗未满足的医疗需求的疗法具有巨大的增长潜力。
参考文献
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359644614003997#bib0095
合肥科生景肽生物科技有限公司成立于2018年，目前已经打造了全球领先的以肽为核心的生命分子发现、合成生产、结构优化、递送平台，主要瞄准肽发现及靶向递送，专注于为各大制药企业、生物技术公司、科研单位提供一站式的定制化研发服务。 公司独有的KPDS™平台(KS-V Peptide Discovery Services Platform)是国际领先的的多肽药物发现平台，我们致力于创新药物的高效和精准开发，以科生景肽专有KPDS技术为核心，提供一站式，定制化的多肽发现服务，以灵活的产品形式和服务模式助力广大客户各类药物发现项目的快速推进和应用探究，包括但并不限于疾病诊断及保健功能产品、多肽药物、核素偶联药物(RDC)、基于小分子的肽药物偶联物（PDC)和多功能肽偶联物等。中文官网地址：https://www.ks-vpeptide.com.cn/
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