体量更小 起效更快 穿透力更强—抗体样蛋白支架药物“轻装上阵”

来源: 新浪医药新闻  Mon Sep 11 09:49:10 CST 2017 A- A+

作者:独具药眼

今年5月,阿斯利康与Pieris Pharmaceuticals达成了一笔价值高达21亿美元的交易,计划将Pieris的在研药PRS-060推向临床。PRS-060是基于抗体样蛋白支架Anticalin的一款工程蛋白质药物,用于哮喘的治疗。无独有偶,6月1日,位于英国剑桥的Bicycle Therapeutics公司顺利完成5200万美元的B轮融资,以支撑环状肽(bicycle peptides)类药物的开发,它们将会被用于治疗各种类型的癌症。而这正是开发阶段各类蛋白质支架药物的一个缩影。

这些微型的蛋白质支架类药物与单抗相比,“拷贝”了后者的一些优点,比如,与靶标高特异性结合,而这正是许多疾病的治疗关键;同时“卸载”了单抗的一些缺点。原则上,这些新型蛋白支架药物应该比抗体更具优势。这主要体现在以下三点:

第一,“体型娇小”。新型蛋白质支架比抗体小得多,抗体分子质量平均值为150 kDa,而蛋白质支架仅为2-20 kDa。这使得他们更容易渗入组织内部,占据单抗不易达到的结合位点,从而在治疗实体瘤或生产吸入性药物时具有优势。

第二,“草根本色”。蛋白支架在高温下趋于稳定,能抵抗一定的环境变化;与单抗药物要借助真核细胞不同,蛋白支架药物能够通过细菌、酵母或化学合成等方式来生产,这使得生产成本更低廉。

第三,“专利光环”。蛋白支架与抗体极为不同的是,它们可以获得专利。在上世纪90年代中期,当对蛋白支架的研究正式开始时,大多数的抗体药物仍处在专利保护期。一种可供选择的候选药物可以宣告自身的新颖性,在相同作用机理的情况下,可以获得发明专利。

从上文分析来看,新型蛋白支架候选药物可谓“天赋异秉”,遗憾的是,这尚未兑换成“真金白银”。目前,仅有Kalbitor (ecallantide,艾卡拉肽)这一款药物于2009年上市,其它在研药物普遍进展缓慢。究其原因,首先,重磅单抗药物专利陆续到期,比如,赫赛汀(曲妥珠单抗)、修乐美(阿达木单抗)及阿瓦斯丁(贝伐单抗)等专利期满,各大药厂竞相开发生物类似药,无暇顾及蛋白支架药物,这让其“专利光环”黯然失色;其次,单抗生产工艺不断更新换代,生产成本持续下降,蛋白支架药物低廉的生产成本不再具有绝对的吸引力;最后,小分子量也是一把“双刃剑”,蛋白支架药物不得不面对更短的半衰期的困扰。

微小的蛋白支架容易被肾脏快速过滤出身体,所以那些药物开发的公司要么需要找到方法来延长它们的半衰期,要么将它们的局限在短半衰期的使用范畴。比如,通过结构扩展使它们变得更像抗体,构建易于结合血液中蛋白质的结构等,以此来延长药物的半衰期。目前在研的热门蛋白支架结构如图1所示。

图1 医药公司开发的各种微型蛋白支架结构,具备与抗体类似的靶向性与亲和力

Kalbitor (ecallantide,艾卡拉肽)于2009年获FDA批准上市,它由Dyax研发,2016被夏尔(Shire)收购。 Kalbitor,分子量为6kDa,基于人类脂蛋白相关凝血抑制剂D1的第一个Kunitz结构域这一基本骨架,由60个氨基酸组成。Kalbitor使血液中的蛋白激肽释放酶失活以防止遗传性血管性水肿的发作。除Kalbitor以外,大多数蛋白支架类药物研发进展缓慢,大多数处在临床早期阶段,如表1所示。

表1 新型蛋白支架结构药物研发管线

由Molecular Partners开发的候选药物Abicipar pegol已进展到III期临床阶段,用于治疗老年黄斑变性。它以预设计锚蛋白重复蛋白(Designed ankyrin repeat proteins , DARPins)为基本骨架,DARPins分子量在12-18kDa,具备高度特异性的结合结构域。DARPins非常柔韧多变,可以设计成几乎与任何目标蛋白质结合。它们的大小就像单链抗体的片段,且制造成本便宜,因为它们可以在大肠杆菌中制备。更为重要的是,它们可以连接以结合多个靶标,到目前为止,在不改变其活性的前提下,该公司已实现多达6个DARPins的连接。

Abicipar pegol是一种VEGF拮抗剂,用于减少视网膜后部血管渗漏。通过在DARPin中加入聚乙二醇,药物停留在眼睛上的时间长达两周以上,这使患者注射间期从之前的一个月延长至三个月。2011年Allergan获得该药物的专利授权,加快了药物开展临床试验的步伐。

由生物科技公司Affibody开发的Affibodies,是一种基于A蛋白Z结构域的蛋白骨架,分子量为 6kDa,由3条α螺旋肽链组成,可以人工合成,经结构修饰可以结合多种靶点。小体量让它成为理想的肿瘤显影材料,它能迅速渗入肿瘤内部,与靶点紧密结合,能提供持续数小时的肿瘤与正常组织高对比影像。Affibody正在研发两款肿瘤成像的药物,一个在研药物靶向Her2蛋白,用于乳腺癌的成像,即将进入III期临床;另一个在研药物靶向脑部肿瘤的EGFR,以帮助外科医生确定肿瘤组织的边界。公司正扩大研究的领域,他们计划将Affibodies应用于牛皮癣、阿尔茨海默病和自身免疫性疾病,其中,牛皮癣治疗药物即将进入II期临床。

目前最小的蛋白支架是二环双肽,由两个肽链构成,仅包含9-15个氨基酸,分子量约为2KDa。经过结构设计改造,能携带细胞毒素药物,快速传递到肿瘤部位。针对半衰期较短的问题,该蛋白支架的研发公司Bicycle Therapeutics的联合创始人Greg Winter表示,他们接受这种现实,而不是企求延长药物半衰期。他们希望这种蛋白支架能在短期内向肿瘤组织递送高剂量的细胞毒抗癌药物,短半衰期反而成为一种优势,特别是当你希望药物能被快速清除的时候。二环双肽类蛋白支架大都处在研发早期,只有英国癌症研究所的一个候选药物有望于今年下半年进入I期临床,据悉,该药物主要针对实体肿瘤,比如,三阴性乳腺癌、非小细胞肺癌等。

当前抗体样蛋白支架类候选药物鲜有成功上市的案例,一个重要原因就是产业化还存在诸多的技术障碍,但该领域迅速发展的势头已经引起了不少制药企业的关注,在生物医药大发展的背景下,相信不断涌现的各种新颖蛋白支架会给药物设计者们提供更广阔的思路。

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