药物聚乙二醇化的研究进展

Strait Pharmaceutical Journal Vol 28 No. 7 2016综述与讲座药物聚乙二醇化的研究进展刘凤英,于英杰,郑增娟(潍坊医学院药剂学教研室潍坊261053)摘要:聚乙二醇化是化学分予变构中重要的技术之一,是药物研究和开发的里程碑。本文介绍了聚乙二醇修饰药物的优化条件以及优化后药物在体内药动学和药效学等性质的改变,举例说明聚乙二醇化技术在蛋白多肽及纳米脂质体等方面的研究应用,并展望聚乙二醇修饰技术在国内外医药领城的应用前景关键词:聚乙二醇化;蛋白质;多肽;脂质体;纳米粒中图分类号:R91文献标识码:A文章编号:10063765(2016)47032354000144Research Progress of PEGylation Used in Modifying DrugsLIU Feng-ying, YU Ying-jie, ZHENG Zeng juan( Department of Pharmaceutics, Weifang Medical Universi-ty, Weifang 261053, China)ABSTRACT: PEGylation is one of the important technologies in chemical molecule allosteric, which is the milestonein drug research and development. In this study it was introduced the optimization conditions of PEG modified drugsthat could improve the pharmacokinetic and pharmacodynamic properties in vivo, and then reviewed the PEGylatedpharmaceutical research and application such as protein, polypeptide, liposomes and nanoparticles. Finally PEGylationwill be widely used in pharmaceutical field of domestic and foreignKEY WORDS: PEGylation; Protein; Polypeptide; Liposomes; Nanoparticles聚乙二醇修饰又称为分子的PEG化(PEC√ vation),是20表12000年-2015年FDA批准上市的PEG化药物世纪70年代后期发展起来的前景技术。大多化学药物与蛋白质、多肽类等药物在产生作用的同时,存在自身缺点,将具适应症上市时间有活性的聚乙二醇与其进行偶联,影响了分子的空间结构,导 Peginterferonα2 Merck淋巴结黑色素瘤2000致生物化学性质的改变,达到了增加体内半衰期,增加药物的 PEG tronSchering-Plough慢性丙型肝炎2001水溶性,降低免疫原性,改善药代动力和药效性质,提高临床 Pegfilgmsti白细胞减少应用范围等效果。从1970年末 Divas用聚乙二醇(PEG)修饰 eginterferon-c Roche丙型肝炎牛肝过氧化氢酶,改善了免疫原性,延长循环时间;到1991PEG-Somat肢端肥大症年PEG修饰的腺苷脱氨酶上市后,已陆续有PEG修饰的PegaptanibSodlum Evetech新生血管老年斑Hoffman -Laroche贫血伴慢性肾衰007酶类、干扰素n2a和2b等多种药物(见表1)经FDA批准 CertolizumabPegol UCB类风湿性关节炎用于临床实践。历经了几十年的发展,PEG化也愈加成熟。pdieSavlent痛风2010本文就PEG修饰药物的优化条件,PEG修饰蛋白质、多肽类 Peginesatide Affymax慢性肾病致贫血2012药物研发方面的突破以及在新兴纳米给药载体、脂质体等领 SimeprevirJohnsonHCⅤTI感染域的进展进行综述Biogen Idec多发性硬化症AdvnovateBaxalta血友病2015作者简介:刘凤英,女(1994-)。学历:本科。 E-mail:1179507056@1聚乙二醇修饰药物的优化条件通讯作者:郑增姆,女(1977-)。学历:硕士学位。职称副教授。研1.1药物在故成蛋白活、多肽的20多种常见究方向:药物新制剂与新技术。联系电话:05368462490,E—lil氨基酸中中国煤化工好的进行化学修饰。基金项目:山东省中医药科技发展计划项目(2013241);东省卫生分子量适CNMHG药物C端的COOH划生育委员会科技计划项目(201410);国家科技部计划项目N端的NH2及谷氨酸(Cu)、门冬氨酸(Asp)、半胱氨酸(2013GA740103)(Cys)、赖氨酸(Lys)等几种氨基酸的侧链在一定的介质环境海峡药学2016年第28卷第7期中应用其亲核性较易发生烷基化、酰基化、酰肼化等3。其2.2偶合物的稳定性加强蛋白质分子和多肽的空间构象中半胱氨酸的巯基是最易被修饰的氨基酸残基,由于在蛋白在某些物理或化学因素下会改变,导致其活性的丧失和某些质中的含量较少,所以通常采用聚乙二醇修饰蛋白质的二硫理化性资的改变。活化PEG与蛋白质、多肽类接枝后,在键和活性中心。 Maeda等通过二硫键接枝聚乙二醇与二油其表面会形成较厚的水化膜,阻止凝集、沉淀现象的产生。酰磷脂酰乙醇胺共修饰脂质体,二硫键易断裂的特点使脂质且,PEG的柔性链可利用空间位阻效应使其免受蛋白酶攻击体中内容物的释放,从而达到药物的应用效果。Ca等③研药物得以稳定释放。聚乙二醇与脂质衍生物之间的连接建究血管内皮细胞特异表达整合某个受体,多肽精氨酸-甘氨(酰基、醚基、二硫键等)修饰增加了脂质体的稳定性。Li酸天冬氨酸可以特异与其结合,成功实现药物靶向作用等观察比较了人参皂荚Rgl与 PEG Rgl在离体胃中稳定1.2侧链结构特征研究显示6,聚乙二醇的侧链结构的改性的差异,结果显示, PEG-Rgl在大鼠离体胃中的稳定性远高变会影响蛋白质药物的药动学参数,对于所接枝的药物也会于Rg1,2h后测的PEG修饰后的比为修饰的Rgl含量多产生不同的药学性质。蛋白质在体内易水解代谢,滞留时间55.0%,仅降解了18.2%。充分说明了PEG修饰以后的可以短,分支状PEG修饰与线性PEG修饰相比,利用其空间位阻提高人参皂荚Rgl在胃中的稳定性。效应降低被酶代谢的机率,活性得以修饰,同时增强了pH稳2.3药物体内分布改善与PEG接枝的药物,分子量进一性和热稳定性。就聚乙二醇修饰干扰素a2a为例”,步增加,在全身给药过程中可防止其经肾小球滤过作用滤去若采用小分子直链PEG,按照体重给药,当半衰期约为40h时在尿中的排泄量减少。同时,用PEG修饰后的药物在体循环药物全身分布,而选择大分子支链PEG,结果显示当半衰期约中的稳定性提高,滞留时间延长,有益于改善药物的体内分为80h(无需按体重给药),药物在靶器官如肝脏集聚。由此布,最利于大分子药物在具有滞留增强效应的肿瘤及炎症部得出结论,分支状的PEG修饰的药物比线性PEG修饰的药物位的蓄积,从而延缓药物体内治疗时间。赵铁华等就聚乙在体内靶向给药的能力强二醇化脑啡肽的镇痛药效及其体内分布研靠发现,mPEG-1.3相对分子质量影响已有研究表明:蛋白和多肽药物的5000修饰物药效作用比mPEG2000修饰物及未修饰的甲硫体内修饰作用时间与接枝的PEG数量和M呈正相关,而在体氨酸脑啡肽(MEK)强,镇痛活性持续时间也长,经过适量外的生物活性与接枝的PEG数量和M呈负相关。采用低PEG修饰后,血液半衰期延长为原型肽的3倍、清除率也降低M(M<20000)的PG修饰药物尽管弥补蛋白和多肽自身的2.2倍,这对于改善脑啡肽成药性有积极意义某些缺憾,但与原型药物相比,在提高靶向性和疔效等难题上3聚乙二醇化的硏究应用其生物活性和药代动力学无实质性改变。瑞士 Roache公3.1聚乙二醇修饰蛋白质、多肽类药物自1990年起,美国司使用分子量低的pFG(<12000)sC通过脲烷键和INa2aFDA批准上市第一种聚乙二醇化蛋白药物 PEG-ADA(腺苷脱偶联时,得到一个不均一的产物,导致未能上市。黎维勇氨酶),该类药物的聚乙二醇修饰就在不断的研究中,目前国等在对不同分子量聚乙二醇修饰蓖麻蛋白A链(RTA)的际临床研究的蛋白多肽类药物也达十几种,国内研究也相继影响中发现,较大分子量的PEG偶联可使RTA的毒性和免展开。聚乙二醇修饰的降纤酶对人体血小板的凝集和凝血功役原性降低更多。所以目前采用较大分子量的PEG修饰的能产生重要影响。聚乙二醇化的干扰素B4a用以解决多蛋白与多肽药物,延长了药物半衰期而且修饰的均一性也得发性硬化症3),清除了干扰素B1a本身频繁给药造成的免到提高。当然,针对不同的修饰药物,聚乙二醇的分子量也会疫反应的阻碍,使得药物在体内的安全性、耐受性、有效性均随之改变得以提惯。PEG修饰的表皮生长因子等产物的生物活性较比2聚乙二醇修饰药物的优势原型药物高,半衰期长。这些成果的得出推进了聚乙二醇化2.1药动学和药效学性质提高经过PEG修饰后,在体内蛋白药物的研究进程的药动学性质发生了显著改变:血浆半衰期明显延长,体内药3.2聚乙二醇修饰脂质体聚乙二醇修饰的脂质体被认为物释放提高,肾清除率明显降低。相关研究表明,将络合没有或仅有很低的免疫原性,而且作为有效的抗癌药物载体铁与组蛋白去乙酰酶抑制剂SAHA和LAQ824结合并包封成也被广泛研究应用。Iien等对162名三阴乳腺癌患者聚乙二醇化的脂质体,明显克服了本身水溶性差,易被机(TNBC)的研究显示,聚乙二醇修饰的脂资体阿霉素辅助化体消除的缺点,改善了药代动力学性质。Zha等将氰尿酰疗治疗TNC比传统的蒽环霉素辅助化疗更有效。聚乙二醇( Cyanuric chloride)活化的PEG修饰人血清白蛋白(HSA),化是目前屏蔽阳离子脂质体中正电荷最好的选择,Ran等研与HAS原型二级结构对比大致相同,但急性肺损伤模型中究的聚乙二醇共价连接带负电荷的透明质酸并包裏脂质体-HAS的肺毛细血管透过率经PEG修饰能显著降低,药动学显iRNA纳米颗粒形成 PEG -HA-NP,在人体内有很好的生物相示 PEG-HAS的半衰期明显延长。基于上述变化可得出:PEG容性,肿瘤修饰后,经静脉给药的蛋白质被网状内皮组织、肾、肝、脾等快好的药物ry凵中国煤化工芍性(MDR)乳腺癌很二醇化提高了稳定速消除的速度减缓,降低了酶活性以及免疫原性;药用的非人性,延长了CNMHG了对肿瘤组织的被动源性蛋白质利用PEG的空间位阻效应减少被免疫系统清除靶向能力,这对于治疗生物分子的临床应用有启发作用。的可能。3.3聚乙二醇修饰纳米粒作为新型给药载体系统,聚合物Strait Pharmaceutical Journal Vol 28 No. 7 2016纳米粒和固体脂质纳米粒的聚乙二醇化在一定程度上表现了lectrophoresis, 2014, 26(2 ): 331-336优势,如可缓释,靶向性以及生物相容性等)。经纳米粒9 HUI Xi-wu, CHEN Hong, HUANG Bing-Hen. Progress in research on静脉给药后,引入亲水性组分聚乙二醇(PEG)对纳米聚合物tein and polypeptide drugs[ J). Chin J Biol, 2012, 12进行修饰,对单核吞噬细胞系统有趋向性,可避免其被内皮网(4):520-524状组织摄取,而且对于纳米粒的生物降解能力,药物的释放,[10]M. Eugenia Giorgi, RosaliaAgusti, Rosa Mede Lederkremer Carbohydrate体内分布等行为产生不同影响。壳聚糖有良好的生物降PEGylation: anapproach to improve pharmacological potency [J]BeilsteinJ Org Chem, 2014, 10(13): 1433-1444.解性和相容性成为有效的生物制药材料,最新研究显示,聚乙11) Fishburn CS. The pharmacology of PEGylation: balancing PD with PK二醇化的壳聚糖神经酰胺∞可作为疏水聚合物纳米颗粒用to generate noveltherapeutics [J]. J Pharm SCI-US, 2008, 97(10)于药物研究,毒副作用小,在生物体内稳定表达。高哲等4167-4183在对聚乙二醇修饰的固体脂质纳米粒(SLN)在胃肠转运和体(12〕 ZHENG Bo, WANG Feng. Advancesin research on PEGylation of内消除状况研究中发现,适宜聚合度和含量的聚乙二醇可延interferon[ J). ChinJbiol, 2013, 26(2): 292-29长SLN在体内循环时间,加快药物释放。〔13〕黎维勇,方凯,郭文韬,等,聚乙二醇修饰的蓖麻毒蛋白A链的展望特性研究[J〕.中国医院药学杂志,2006,26(8);915918.据不完全统计,自190年起,国外已上市的聚乙二醇修14ilhp. Dosio F. Cattel L. PEGylation of proteins and liposomes:a饰的蛋白和多肽类药物已有十几种,还有数种药物正处于临werful and flexiblestrategy toimprove the drug delivery [J].Curr研究阶段,PEG修饰药物的优越性得到愈来愈明显的体现Drug metab,2012,13(1):10519特别是针对原型药物的药代动力和萤效性质、抗炎抗肿瘤等(15) Wang Y,TUs, Steffen!D,etal. Iron complexation to histonedeacetylase inhibitors SAHAand LAQ824 in PEGylated liposomes方面发挥了重要作用,将为多种疾病的治疗带来新的方案can! considerably improve pharmacokinetics in rats (J).J Pharm在国内,针对此类研究多为生化研究者,对于活化的聚乙二醇1S,2014,17(4):583587供应以及PEG修饰化技术也还在完善中,较比与国外专门从(16) ZHAO Ting, YANG Yan, SONG Xing -Hei,eta. Studies on the pe事此类研究工作的企业或研究室还亟待进步。尽管存在技Gylation ofhuman serum albumin and the vascular permeability as术、成本等鲜题,相关企业可以在没有能力开发完全创新药物well as pharmacokinetics of pegylated derivatives (J). ChinJBioch的前提下,对现有药进行二次开发。我们有理由相信,在不久Pham,2012,33(4):337-341的将来,会有更多的该类药物被批准上市,为人类征服各种顽17 ) Jones CH, Chen cK, Chen m, et al. PEGylated cationic polylactides症提供强有力的武器。hybrid biosynthetic gene delivery[J]. Mol Pharm, 2015, 12(3): 846参考文献[)Shi X, Shi Z, Huang H, et al. Pegylatedhtcatalase elicits potent [18)Ding W, Minamikawa H, Kameta N. Effects of Pegylation on the phys-therapeutic effects onH NI influenza-induced pneumonia in mice [J]icochemical propertiesandin vivo distributionof organic nanotube〔J]. Int J Nanomed,2014,9(24):5811-5823.ApplMicrobiol Biot, 2013, 97(23): 1025-1034[2 ]Grunebaum E, Cutz E, Rorfman CM. Pulmonary alveolar protein[19 ]Mona Noori Koopaei, Moiammad Reza Khoshayand, Seyed Hopatients withadenosinedeaminase degiciency J). J Allergy Clin ImmuMostafavi, et al. Docetaxel loaded PEG-PLG A nanoparticles: optimizednol,2012,129(6):15881593drug loading, in- itro cytotoxicity and in vivo antitumor effect [J].Ian J Pharm Res,2014,13(3):819833[3]Laleh Erfani -abarian, Rasoul Dinarvand, Mohammad Reza Rouini, et〔20〕刘梅,王莉,胡凯莉,等.人参皂荚 Rgl Peg修饰及其稳定性实验al. PEGylationof octreotide using anc, B-4nsaturated-B'-mono-sulfone研究[J.中国中药志,2012,3(10):13781382Functionalized PEG Reagent(J). Iran J! Pharm Res, 2012, 11(3)〔21〕赵铁华,文曙,邓淑华,等,聚乙二醇化脑啡肽的镇痛药效和体内分布[J].中国药学通报,2013,1(5):703-704]徐媛,邓意辉,陈大为·修饰脂质体的可断裂聚乙二醇脂质衍生(22) GUO Yue+ang, XIE Wei, WANG Yu-mne,tal. Effects of PEGylated物的研究进展[J.药学学报,2008,43(1):1822defibrase on platelet aggregation andcoagulabilityactivity (J).Chin-〔5〕高勇,何胜利,钟高仁,等,血管内皮细胞靶向性 Tyr-RGD-PEGPEI纳米基因载体的合成及其生物特性的初步研究〔J.药学学(23) Kieseier BC, Calabresi Pa. PEGylation of interferon4a: a promising报,2009,44(9):1034039strategy in multiple sclerosis[J]. CNSDrugs, 2012, 26(3): 205-214[6]Kojima C, Turkbey B, Ogawa M, et al. Dendrimer-based MRI contrast [24] Lien MY, Liu LC, Wang HC, et al. Safety and efficacy of pegylated liagents: the effects of PEGylationon relaxivity and pharmacokinetics[posomal doxorubicin-based adjuvant chemotherapy in patients withNanomedicine,2011,7(6):1001-1008.stage I I triple-negative breast cancer[J). Anticancer ResMantovani G, Wang X, et al. Advances in PEGylatportant biotechmolecules: delivery aspects[J]. ExpertOpin Drug Del, [ 25]Ran R2008,5(4):371383TYH中国煤化工CNMHG delivery efficieney of catPale[8]Park EJ, Sun Kim M, Suk Lee H, et al. Differences in electrophoreticprotein siRNA: a potential candidate for overcoming multi-drug resist-behavior betweenlinear and branched PEG-conjugated proteins (J)ance[J]. Int J Clin Pharm Th, 2014, 477(12): 590-600海峡药学2016年第28卷第7期[ 26] Yutaka Ikada, Yukio Nagasaki. PEGylation technology in nanomedi-nocarriers[].J Am Chem Soc, 2015, 137(5): 2056-2066ine(J].Adv.Plym.Sci,2010,24(7):15440.[ 29]Gantumur Battogtokh, Young Tag Ko. Self-assembled polymeric nano[27]VIlasaliu D, Fowler R, Stolnik S PEGylated nanomedicines:recentparticleof PEGylate-dchitosan- ceramide conjugate for systemic deprogress andremaining concerns[ J]. ExpertOpin Drug Del, 2014, 11livery of paclitaxel[ J]. J Drug Target, 2014, 22(9): 813-817.(1):139454〔30〕高哲,陈建.聚乙二醇修饰对固体脂质纳米粒胃肠道转运和体[28]Zhang F, Zhang S, Pollack SF, et al. Improving paclitaxel delivery: in内消除的影响〔J〕.同济大学学报,2011,32(1):3539vitro and invivo characterization ofPEGylated polyphosphoester-based核苷类抗病毒药群体药动学研究及应用陈美钦,王长连'(1.福建医科大学药学院福州35000;:2.福州市晋安区医院福州350014)摘要:群体药动学运用经典药动学统计学相结合的方法来定量考察目标群体中药物浓度的澎响因素,并应用于优化临床药物治疗方案。核苷类抗病毒药在临床抗病毒冶疗中发挥重要的作用,玭类药物的疗效、不良反应与其伓内药物浓度息息相关,阿昔洛韦、更昔洛韦、泛昔洛韦、齐多夫定、恩曲灺滨、拉米夫定和阿巴卡韦等核苷类抗病毒药的群体药动学硏究促进该类药物在临床的合理应用关键词:群体药动学(PPK);非线性混合效应模型( NONMEM);核苷类抗病毒药中图分类号:R969.1文献标识码:A文章编号:1006765(2016)407403227000404Study and Application of Antiviral Nucleoside Population PharmacokineticCHEN Mei-qin", WANG Chang - ian(1. Fujian Medical University School of medicine, Fuzhou 350004China; 2. Hospital of Jinan District of Fuzhou City, Fuzhou 350014, China)ABSTRACT: Population pharmacokinetics use Pharmacokinetics classic combination of statistical methods to quantify the factor influencing the drug concentration in the target groups, and can be applied to optimize the clinical drugtreatment programs through the use of statistical methods. Nucleoside antiviral drugs play an important role in theclinical antiviral therapy the efficacy of these drugs, adverse drug reactions and its concentration in the body is closely related to, the population pharmacokinetic study of acyclovir, ganciclovir, famciclovir, zidovudine, emtricitabineamivudine and abacavir promote rational use of these drugs in the clinicKEY WORDS: Population pharmacokinetic(PPK); nonlinear mixed effects model(NONMEM); nucleoside antiviral drug群体药动学( Population Pharmacokinetics,Pk)是在经典法、二步法、吉布斯取样法和非线性混合效应模型法( Nonlin药动学的基础上发展而来的。经典药动力学研究药物在体内 ear Mixed Effect Model Method, NONMEM)。 NONMEM在PPK的吸收、分布、代谢和排泄过程血药浓度经时变化规律。PⅨK研究中具有取样点少、贴近临床、可定量考察各种变异、对误关注的是目标人群中影响药动学参数的因素,通过运用模型差估计精准等优点,是当前较为常用的研究方法,也是公与仿真的方法能定量考察目标群体中药物浓度的决定性因认的建立P模型的最佳选择。P可以依据稀疏的血药素,包括:群体典型值、固定效应参数、个体间变异和个体内变浓度数据和充分利用大量跟药物相关的临床数据来研究各种数法尚处研究阶段且应用实例不多。参数法包括单纯聚集以此优化临床药物治疗方案《临床数据背后的客观规律,并异等口。PK数据分析方法有参数法和非参数法2。非参变异对药动学的影响,挖掘药物自从1962年第一种抗病毒药典苷( Idoxuridine)上市以来,经过50中国煤化工咳类抗病毒约物在作者简介:陈美钦,主管药师,福建医科大学同等学力硕士研究生,E-临床抗病作用。随着这类药物l:641140440@qcom在临床的广CNMHG、毒性反应也逐步为讯作者:王长连,主任药师、教授,硕士研究生导师,联系电话:059大家所认识。如肾功能损害、血液系统不良反应以及神经系87981331.E-mail: WCL medmail com cn统损伤等与此类药物的血药浓度相关。核苷类药物治疗不同