南京肽业YM说多肽|多肽-药物偶联物——通过点击化学手柄氨基酸，构建精准靶向的PDCs

南京肽业YM说多肽

多肽-药物偶联物

通过点击化学手柄氨基酸，构建精准靶向的PDCs

核心要义

多肽-药物偶联物是继抗体-药物偶联物之后的新兴靶向治疗范式。它利用多肽作为靶向载体，通过生物正交的“连接子”，将高效细胞毒性药物或治疗模块精准递送至病变细胞，从而在提高疗效的同时降低系统性毒副作用。其化学构建的核心，在于通过保护氨基酸化学，在多肽链中精准引入可与药物模块进行高效、特异性偶联的“手柄”。

一、 PDC的设计哲学与优势

1. 设计逻辑： “制导导弹”模型

   • 弹头：高效细胞毒性药物、放射性核素、免疫调节剂等。

   • 制导系统：具有高亲和力和特异性的靶向多肽（如靶向GPCR、整合素、特定受体）。

   • 连接结构：可稳定存在于血液循环，并能在靶点处特异性释放药物的“智能连接子”。

2. 相比于ADC的优势：

   • 合成可控性：化学合成多肽序列均一，结构明确，无ADC的异质性问题。

   • 组织穿透性：分子量小，能更有效地穿透实体瘤组织。

   • 免疫原性低：通常不引发强烈的免疫反应。

   • 生产成本与周期：固相合成易于规模化，成本相对较低。

3. 核心挑战：

   • 血浆稳定性：防止多肽在到达靶点前被蛋白酶降解。

   • 肾脏快速清除：小分子量导致半衰期短，常需引入聚乙二醇化或白蛋白结合策略延长循环时间。

   • 连接子的稳定与释放平衡：在血液中需绝对稳定，在靶细胞内需高效释放。

二、 核心构建模块与化学实现

1. 靶向多肽载体

• 功能：识别并结合疾病细胞表面过表达的特定受体（如生长抑素受体、叶酸受体、PSMA等）。

• 化学修饰需求：必须在不影响其靶向亲和力的前提下，为药物连接提供一个特异性的化学位点。

• 解决方案：通过保护氨基酸化学，在序列中引入非天然氨基酸作为“手柄”。

2. 点击化学“手柄”氨基酸——精准偶联的基石
这是保护氨基酸化学在PDC领域的核心贡献。手柄需满足：生物正交性（不与体内其他基团反应）、高反应效率、官能团小巧（最小化对多肽活性的干扰）。

• 含叠氮化物/炔烃的氨基酸：

  • 代表单体：Fmoc-Lys(N₃)-OH， Fmoc-Lys(Alkyne)-OH， Fmoc-Azidohomoalanine (AHA)-OH。

  • 应用：通过铜催化的叠氮-炔环加成实现与相应药物-连接子模块的偶联。这是最成熟、应用最广的策略。

  • 合成考量：叠氮和末端炔烃在标准Fmoc-SPPS条件下（哌啶、TFA）稳定。需注意在最终纯化时避免使用可能还原叠氮的试剂。

• 反式环辛烯/四嗪对氨基酸：

  • 代表单体：Fmoc-Lys(TCO)-OH， Fmoc-Lys(Tetrazine)-OH。

  • 应用：通过逆电子需求狄尔斯-阿尔德反应偶联。反应速度极快（二级反应速率常数可达10⁶ M⁻¹s⁻¹），无需金属催化剂，非常适合体内预靶向策略。

  • 合成考量：TCO和四嗪基团对强酸（TFA）可能敏感，需优化切割条件或采用后引入策略。

• 硫醇/马来酰亚胺对：

  • 代表单体：Fmoc-Cys(Trt)-OH（脱保护后暴露巯基），或含非天然巯基的氨基酸。

  • 应用：通过迈克尔加成与马来酰亚胺修饰的药物连接。反应快速，但马来酰亚胺在血液中可能与血浆蛋白的游离巯基发生非特异性反应，导致“提前脱靶”。

  • 合成考量：需注意半胱氨酸的氧化二聚问题，常需在纯化后于还原条件下进行偶联。

• 酮/羟胺对：

  • 代表单体：含对乙酰基苯丙氨酸的衍生物。

  • 应用：与羟胺衍生物形成稳定的肟键。条件温和，但肟键在体内酸性环境下可能有一定程度的不稳定性。

3. 智能连接子
连接子决定了药物的释放机制和动力学。

• 可裂解连接子：在靶细胞特定微环境下断裂，释放活性药物。

  • 酸敏感型（如腙、顺式乌头酰亚胺）：在溶酶体酸性环境（pH 4.5-5.0）下水解。设计关键：需在保护氨基酸阶段将酸不稳定部分整合进手柄或连接子前体。

  • 酶敏感型：最常见的是组织蛋白酶B可切割的二肽（如Val-Cit， Phe-Lys）。化学实现：将二肽序列作为连接子的一部分，与药物通过自消除间隔基（如PABC）相连。在多肽载体合成时，需在相应位点引入可后续与这段“连接子-药物”模块偶联的手柄。

  • 还原敏感型（如二硫键）：在细胞内高浓度谷胱甘肽环境下断裂。可通过含二硫键的连接子或直接使用含游离巯基的手柄实现。

• 非裂解连接子：依赖连接子-药物模块在细胞内被完全降解（如溶酶体蛋白酶消化）后释放活性药物。通常更稳定，但要求药物在连接后仍保持活性。

4. 有效载荷

• 细胞毒性药物：微管蛋白抑制剂（MMAE， DM1）、DNA损伤剂（卡奇霉素， PBD二聚体）。通常疏水性强，与多肽偶联后会极大改变其理化性质，增加合成与纯化难度。

• 放射性核素：用于诊断（如⁶⁸Ga， ⁶⁴Cu）或治疗（如¹⁷⁷Lu， ²²⁵Ac）。需通过双功能螯合剂（如DOTA， NOTA）与多肽连接，相关螯合剂可预先修饰并引入点击化学手柄。

• 新兴载荷：PROTAC分子、siRNA、免疫激动剂等。

三、 合成策略全景

PDC的合成主要有三种路径，其选择取决于药物/连接子的复杂性和稳定性。

策略A：“全固相”组装（线性合成）

• 流程：将带有保护基的“连接子-药物”模块作为一个特殊的保护氨基酸单体，在固相合成的合适步骤直接偶联到生长中的肽链上。

• 优点：流程简洁。

• 缺点：要求药物模块能耐受多次哌啶脱保护和TFA切割，这对大多数敏感药物是巨大挑战。应用有限。

策略B：“汇聚式”合成（溶液相偶联）——主流策略

• 流程：

  1. 独立合成带有点击化学手柄的靶向多肽（使用含手柄的保护氨基酸单体，经SPPS、切割、纯化后得到）。

  2. 独立合成或获取带有互补点击化学手柄的“连接子-药物”模块。

  3. 将两者在溶液相（通常在水/有机共溶剂中）进行生物正交反应（如CuAAC、SPAAC），生成PDC。

• 优点：

  • 模块化：多肽和药物模块可分别优化、纯化和充分表征。

  • 条件温和：生物正交反应条件温和，能最大程度保护药物活性。

  • 灵活性高：易于构建“一肽多药”或“一药多肽”库。

• 关键：需精确控制化学计量比，并通过制备型HPLC纯化去除未反应的反应物。

策略C：“正交保护-固相后修饰”策略

• 流程：在多肽树脂上，通过正交保护基（如Dde， ivDde）选择性脱保护，暴露出特定Lys的ε-氨基，然后在树脂上直接与“连接子-药物”的活性酯进行偶联。最后再进行全局脱保护和切割。

• 优点：可在固相上进行，便于自动化。

• 缺点：要求药物模块能耐受从树脂上切割的最终条件（强酸TFA）。

四、 分析表征与优化挑战

1. 分析挑战：PDC是兼具多肽亲水性和药物疏水性的两亲性大分子，易形成聚集体，给HPLC和质谱分析带来困难。

2. 关键质控指标：

   • 药物抗体比：通过紫外-可见光谱（利用药物和多肽的不同吸收特性）或质谱精确测定。

   • 体外释放动力学：在模拟溶酶体条件（含组织蛋白酶B的酸性缓冲液）或还原条件下，验证药物的可控释放。

   • 血浆稳定性：在37℃人或小鼠血浆中孵育，测定不同时间点完整PDC的剩余量。

   • 亲和力测定：通过SPR或细胞结合实验，验证偶联后多肽的靶向能力是否保留。

五、 临床前沿与未来方向

1. 成功范例：

   • ¹⁷⁷Lu-DOTATATE：严格来说属于放射性核素偶联物，但其成功极大地鼓舞了PDC领域。它通过双功能螯合剂DOTA将治疗性核素¹⁷⁷Lu与生长抑素类似肽偶联，用于治疗神经内分泌肿瘤。

   • Melflufen：一种肽偶联的前药，通过氨肽酶在肿瘤细胞中释放烷化剂，已获批用于多发性骨髓瘤。

2. 未来方向：

   • 双靶向/双功能PDC：在同一偶联物上使用两个不同靶向肽，或同时偶联两种不同机制的药物。

   • 条件激活型PDC：开发对肿瘤微环境多重信号（如酶、pH、ROS）响应的“AND逻辑门”连接子，实现超高特异性释放。

   • 自组装PDC纳米药物：利用多肽的自组装特性，将PDC构建成纳米颗粒，改善药代动力学并增强肿瘤蓄积。

   • 人工智能驱动设计：利用机器学习预测最佳连接位点、连接子稳定性及体内效力，加速PDC的理性设计。

总结
多肽-药物偶联物的构建，是多肽靶向功能与小分子治疗功能的化学精密焊接。保护氨基酸化学在此扮演了“分子焊枪”制造者的角色，通过提供各种点击化学手柄氨基酸，实现了焊接点（偶联位点）的精准定位与高效连接。未来的发展将更依赖于新型生物正交化学、智能响应性材料和计算模拟的融合，推动PDC从一种有潜力的技术，迈向更安全、更有效的下一代靶向治疗药物。

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