多肽类药物发展新方向——约束肽

来源: 药渡  Fri Sep 14 15:24:42 CST 2018 A- A+

多肽是介于小分子与蛋白质之间的化合物,多肽也有多种结构,包括链状多肽、环肽等。由于链状多肽过于灵活,可以随意扭曲和翻转,使得它们过于松弛而不能很好地成药。研发人员通过引入环状结构,约束多肽的活动,增加多肽稳定性,使其表现出更优良药理活性与稳定性,让更多的多肽做成药物成为可能。

小分子、约束肽、生物大分子结构示意图(从左至右)

约束肽有多种形式,常见的包括单环肽、订书肽(Stapled peptide)、双环肽等。单环肽容易理解,就是多肽首尾氨基酸相连形成一个环,这是最简单的一种约束肽。目前Ra Pharmaceutical与Polyphor公司擅长开发这种多肽。大量研究表明,具有 α 螺旋结构和富含正电荷的多肽可以穿过细胞膜,但是多肽一旦脱离母体就不能保持原有的二级结构,因此,人们发展了一种用碳碳键作为支架来稳定多肽 α 螺旋结构的方法,由该方法得到的多肽称为订书肽。双环肽具有两个氨基酸序列环,中间由一个连接体进行调控,英国公司Bicycle Therapeutics在双环肽研发上处于领先地位,已有一种候选药物进入临床试验。

单环肽、订书肽、双环肽模型(从左至右)

进入临床试验的约束肽药物

约束肽虽然有很好的药理活性,但是将这类化合物研发成为上市药物却不是那么容易。早在本世纪初,已有多个约束肽被合成出来,细胞实验也证明有很好的活性与靶向性,有望开发成为药物。但是实际开发的时候却发现,该类药物的药物动力学结果不能让人满意,制造工艺也很复杂,生物利用度远远不能达到预想结果,这些问题,严重阻碍了该类药物的发展。

当然,问题不止这些,有些公司专注于约束肽药物的设计,例如Ensemble Discovery公司成立于2004年,利用DNA编码库来生成环状多肽,但这种方法生成多肽具有盲目性,成药的可能性较小,成本较高,2017年,该公司正式关闭。之后,同类公司Tranzyme Pharma也于2013被Ocera Therapeutics公司收购。

进入临床试验的约束肽类药物一览表

而坚持不倒的公司终将会迎来希望的曙光,Polyphor于2018年5月获得了1.65亿美元的首次公开募股(IPO)。该公司建立了约束肽发展平台PEMfinder®和MacroFinder®,用于研发约束肽管线药物,利用这些平台已发现5000多种约束肽用于药物筛选。有三个药物已进入临床试验阶段,它们分别是Murepavadin、Balixafortide与POL6014。

Murepavadin是一种靶向革兰氏阴性菌外膜蛋白的新型抗生素,靶向脂多糖转运蛋白D(LptD)。用于治疗院内肺炎,目前已处于临床试验III期。革兰氏阴性菌由于具有深厚的外膜,使得普通抗生素难以进入细菌内部,难以杀灭细菌。Murepavadin对细菌外壁的脂多糖与外膜蛋白有很强的亲和性,为革兰氏阴性菌造成的难治性感染的治疗带来新的突破。临床前研究表明,Murepavadin对绿脓杆菌有特异的高效的抑制作用,即使是对多重耐药性抵抗细菌也有很好的疗效。临床试验表明,在12名患者中,TOC临床治愈率超过80%,28天的全因死亡率为8%。

Murepavadin与外膜蛋白的相互作用

Balixafortide是趋化因子受体-4 (CXCR4)抑制剂,CXCR4属于G蛋白偶联受体超家族,具有趋化免疫细胞、维持免疫细胞的动态平衡等生物学作用,CXCR4在大部分人类肿瘤细胞中过表达,包括乳腺癌,前列腺癌,肺癌,结肠癌和多发性骨髓瘤等,CXCR4在肿瘤的生长、转移过程中扮演着重要角色,抑制CXCR4可以抑制肿瘤细胞的生长。Balixafortide是一种从鲎中得到的天然多肽­——polyphemusin的类似物,它可以抑制肿瘤细胞的转移,增加肿瘤细胞对化疗的敏感性,并激活免疫细胞杀死肿瘤细胞。临床研究表明,当Balixafortide与艾日布林联合使用时,可以提高晚期和严重转移性乳腺癌患者中肿瘤应答率。

Balixafortide与CXCR4相互作用示意图

POL6014是高效特异性人中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂,主要用于用于减少与囊性纤维化相关的炎症,它对其他中性粒细胞性肺病,如非囊性纤维化支气管扩张症,或罕见疾病,如Alpha-1抗胰蛋白酶缺乏症也有治疗作用。临床研究表明,POL6014对活性痰人嗜中性粒细胞弹性蛋白酶有高效的抑制作用,且对患者有较好的安全性与耐受性。目前POL6014正处于临床I期研究中。

Ra Pharmaceuticals在2016年获得了1.06亿美元的IPO投资,Apellis Pharmaceuticals也在2017年获得1.5亿美元的IPO投资。他们这两家有共同的目标,都致力于发展罕见病阵发性睡眠性血红蛋白尿症(PNH)的疗法。PNH是慢性、危及生命的,由红细胞被补体系统错误地攻击和破坏引起的罕见性血液系统疾病。

RA101495是C5蛋白抑制剂,用于治疗PNH,目前只有一个相同靶点的抗体药物eculizumab被用于治疗该疾病,然而患者在使用eculizumab时,会被观察到有突破性溶血现象发生,特别是在给药周期结束时。而RA101495,相对于eculizumab,可以持续给药,具有更好的可控性,降低突破性溶血风险,为患者提供便利。目前该药正处于临床试验II期。

RA101495与eculizumab在C5的作用位点

APL-2是C3蛋白抑制剂,用于治疗PNH,目前处于临床试验III期。APL-2可防止补体膜攻击复合物(MAC)的形成,从而可防止突变血小板的激活和血管内溶血,从而降低血栓形成的风险,血栓是PNH死亡的主要原因之一。APL-2也可以预防血管外溶血,进一步减少PNH患者的贫血和输血依赖。同时,APL-2给药次数较少,一般为每日给药一次,增加患者的便利性。

Aileron Therapeutics的ALRN-6924是一种订书肽,是p53蛋白的激活剂,激活肿瘤抑制蛋白MDMX 与 MDM2。ALRN-6924是目前唯一一个同时激活MDMX 与 MDM2的药物,可以与单抗联用,用于实体瘤与液体肿瘤的治疗。目前,ALRN-6924对急性骨髓性白血病(AML)、骨髓增生异常综合征(MDS)、外周T细胞淋巴瘤(PTCL)的临床试验正在进行中。

Bicycle Therapeutics是双环约束肽制药公司的代表,2017年,该公司完成4000万英镑的融资,其代表药物BT-1718正处于临床试验I期,仍有两个药物处于临床前阶段。BT-1718是双环肽与毒素偶联药物,靶向膜型1基质金属蛋白酶(MT1-MMP)。MT1-MMP在肿瘤细胞侵袭与转移过程中有重要作用,在多种实体瘤中过量表达。临床前实验表明,BT-1718对MT1-MMP有显著的靶向性,对多种实体瘤有治疗作用。

BT-1718的模型结构

展望

约束肽集合了小分子与生物大分子的优点,既拥有类似大分子抗体药物的较强靶向性与亲和力,又拥有类似小分子药物快速组织渗透能力。由于约束肽独特的结构与活性,受到制药公司的青睐,风投基金基金也很重视很这块领域,创业公司迅速成长,除了上文所提到的较为成功的公司,仍有很多公司分散在美国、欧洲、日本等国家,他们也在这块领域默默耕耘。也不乏其中创业公司与大型药企联合研发,有名的例子就是Bicycle Therapeutics与astrazeneca强强联合,共同研发双环肽药物。相信未来约束肽药物将是制药领域重要的管线之一。

参考资料

Constrainedpeptides’ time to shine?

https://www.bicycletherapeutics.com

https://www.aileronrx.com

https://rapharma.com/

www.apellis.com/

https://www.polyphor.com/

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