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PEG 技术背景
来源: | 作者:康源久远 | 发布时间: 2022-02-22 | 3813 次浏览 | 分享到:

聚乙二醇化技术是最为成功的药物开发技术之一

蛋白质的聚乙二醇化技术(Pegylation)是上个世纪70年代末美国新泽西Rutgers大学Davis教授发明的药物输送技术。当时由于还没有DNA重组制备蛋白质的技术,而动物来源的蛋白质的免疫原性问题又尤为突出,Davis教授把已经在临床上作为辅料广泛使用的聚乙二醇(PEG)链接到蛋白质上,由此来降低免疫源性,延长半衰期。经过10年的研究,Davis教授于1981年和他研究生Abuchowski一起,成立了基于蛋白质聚乙醇化的生物医药公司Enzon。1990年FDA批准了Enzon开发的全球第一个蛋白质聚乙二醇化的药物ADAGEN,1994年Enzon的第二个聚乙二醇化药ONCASPAR被批上市。这两个最早的聚乙二醇化上市药所用的技术都是随机偶联技术,即将多个PEG随机地接在蛋白的Lysine上。之后随着技术的进步,研究者可以通过控制反应条件,特定的反应官能团或特定的酶催化反应来进行选择性定点反应;例如2000年Schering-Plough  (Merck于2009年并购Schering-Plough Corporation)上市的PEGINTRON, 2002年Roche上市的PEGASYS等都是采用了这些Enzon开发的技术。可降解缓释PEGylation技术也有不少药物处在临床试验后期阶段,比如Enzon公司的PEG化小分子药PEG-SN38完成了临床二期,美国Necktar公司的PEG-IL2与anti-PD1联用。 到目前为止,FDA批准的聚乙二醇化生物药有27个, 这还不包括聚乙二醇化的脂质体和纳米粒子。截止2020年底,对 PharmaCircle Pipeline & Products Intelligence 模块的查询显示,目前约有 50左右个的 聚乙二醇化产品处于注册或临床开发的某个阶段。这些产品包括了创新产品和生物仿制药(Drug Development & Delivery, Issue:Oct. 2020; https://drug-dev.com/pegylation-pegylation-three-decades-of-product-approvals-technology-development/)因此从药物开发成功的数量而言,毫无疑问聚乙二醇化技术是除了单克隆抗体技术以外最为成功的药物开发技术。


聚乙醇化技术的优势

将活化的聚乙二醇与蛋白质分子相偶联,可以改善蛋白质在三维空间的状态,最终导致蛋白质各种生物化学性质的改变,这包括溶解度及化学稳定性的增加,抵抗蛋白酶水解的能力提高,免疫原性和毒性的降低或消失,体内半衰期的延长,血浆清除率的降低等等。在蛋白质溶液中,聚乙二醇无论是处于游离还是结合形式,即使在浓度很高情况下,对蛋白质分子都没有副作用。聚乙二醇修饰的蛋白质一般构象不会改变,其结合物的生物活性主要由结合物中的蛋白质部分产生。聚乙二醇本身为免疫惰性分子,分子量在500万(10^6)以下时免疫原性非常低。临床上使用的聚乙二醇分子量一般都在4万以下。到目前为止,用聚乙二醇化技术成功开发上市的药物几乎覆盖所有药物结构领域,这包括抗体片段,细胞因子,激素,酶,小分子药物,肽,寡核苷酸,脂质体等PEG耦合药物。因此,聚乙二醇化技术是当之无愧的药物输送技术中应用范围最广的一个技术。


其次,与传统抗体类生物药比较,聚乙二醇化生物药,没有Fc, 也就没有因Fc 而引起的各种毒副作用和其它不利因素(比如ADC药物存在的内吞后外泄现象)。因此如何最大化的利用聚乙二醇化技术特点是设计这类后选药时经常需要思考的问题。


聚乙二醇化技术面临的主要问题和未来的发展空间

蛋白质聚乙二醇化技术是通过化学合成和基因工程技术,把聚乙二醇和蛋白分子耦合成一个具有长效、稳定、低毒副作用的药物分子。因为耦合是在两个大分子之间进行的,蛋白质和PEG的空间障碍、化学耦合的特异性是聚乙二醇化反应的主要挑战。


过去30年来,虽然已有20个聚乙二醇化大分子药物获FDA批准上市,但聚乙二醇化的小分子药物还没有一个被批上市。4个聚乙二醇化的小分子药进入了临床研究,这些候选药临床前动物实验效果都非常好, 但临床结果不尽人意。有意思的是这4个中的3个候选药都是基于喜树碱的骨架分子。然而这类分子在动物和人体内的代谢差别非常大。临床效果达不到临床前动物实验的结果,这可能是其中的原因之一。其次,聚乙二醇化的小分子药物依赖的是EPR(Enhanced Permeability and Retention)效应,即被动靶向机理。但有报道认为动物肿瘤模型和人体肿瘤组织血管环境存在很大差异,即使同种肿瘤不同患者之间,不同阶段的肿瘤血管环境也存在很大差异。所有这些因素都可能导致临床效果的不理想。是否能象抗体类药物检测靶点一样检测患者肿瘤血管环境筛选病人以提高治疗效果可能是值得思考的问题。当然,通过被动靶向和主动靶向机理的有机结合有可能从根本上彻底解决这些问题。同时这种有效结合也为克服传统ADC最头疼的毒性问题提供了一个不同途径的有效解决办法。正是基于这个思路,康源久远开发了聚乙二醇化的ADC技术。


伴随着科学的进步,目前多靶点生物药物开发已成为趋势。怎么运用聚乙二醇技术进行多靶点生物药的开发,是值得需要探索的。过去在聚乙二醇化生物药开发中只把聚乙二醇作为一个延长半衰期的工具。这样的认识在当今多靶点生物药的开发时代似乎是不完全的。在开发多靶点生物药特别是抗体类生物药时,需要开拓思维,将聚乙二醇作为整个生物药中的一个部分来进行整体评估。


从理论上而言,任何多靶点的大分子药聚乙二醇化,都可以通过多靶点融合蛋白与PEG直接连接而形成。但在实际应用时,常常会遇到各种各样的问题而无法实现,比如:融合蛋白无法表达或表达量太低,表达的融合蛋白不稳定,融合蛋白聚乙二醇化后的多靶点结合或药理药效不尽人意等等。这就要求采用不同的技术,根据多靶点药物的特性去选择不同的linker,设计不同的PEGylation路线,以达到多靶点药物的协同作用。


康源久远的聚乙二醇双链接子技术就是在这样的背景下诞生的。它涉及到三个大分子之间的耦合,空间障碍更加显著。如何克服这种空间障碍,并且能特异性的、高效的把两个不同的蛋白质连到一个聚乙二醇上,是该技术的主要难题,也是康源久远双抗专利技术的核心壁垒。


在选择适应症和候选药时,从聚乙二醇化生物药的整体出发,充分发挥聚乙二醇化技术带来的独特优势,比如,蛋白质聚乙二醇化后会引起蛋白质和靶点亲和力的降低(如聚乙二醇化药物PEGINTRON的活性只有其聚乙二醇化前INTRON A 的25%)。但是,正是这个似乎是缺点的因素,被用来降低CD3对T细胞的亲和力时,就可以克服细胞因子风暴问题,T-cell engager 候选药就可能被用于自体免疫疾病的治疗。同样, 亲和力的降低也可以对靶标带来选择性,候选药就可以避免对正常细胞的on-target毒性。而由此形成的不带Fc的抗体类药物也不会有Fc相关的off-target毒性。


总而言之,在设计聚乙二醇化多靶点药物时,只把聚乙二醇当作延长半衰期的工具在当今多靶点药物开发时代是不够的,不全面的。充分利用聚乙二醇化的特性和多靶点的协合作用来开发多靶点生物药才有可能创造出真正意义上的first-in-class的新药和一个崭新的聚乙二醇化技术领域。

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