A természetes peptidek kiváló „molekuláris kulcsok” – nagy affinitással, jó szelektivitással és alacsony toxicitással rendelkeznek. Azonban eredendően három fő gyengeségük van: a proteázok könnyen feldarabolják őket, nehezen hatolnak be a sejtmembránokba, és túl rövid ideig maradnak a szervezetben. Az elmúlt három évtizedben a gyógyszerészek szisztematikusan orvosolták ezeket a hiányosságokat „speciális aminosavak eszköztárával”. Ez a cikk egyszerű nyelvezetet és számos diagramot használ, amelyek segítik a CMC K+F partnereit, hogy szétszedjék és megértsék ezt az eszköztárat az elvtől a megvalósításig.
I. Miért „elégtelenek” a természetes peptidek?
II. Öt fő módosítási stratégia áttekintése
III. N-metilezés
IV. α-metilezés és Aib
V. D-konfigurációjú aminosavak
VI. Nem természetes aminosavak
VII. Átfogó eset: Hogyan készülnek az orális peptidek
VIII. Gyors referenciaoldal a CMC-társak számára
IX. A jövő tervezési trendjei: mesterséges intelligencia és kijelzőtechnológia
Egy természetes polipeptid (amely teljes egészében 20 L-típusú aminosavból áll) gyógyszerként történő közvetlen használata gyakran nem tart tovább néhány percnél. Az ok egy mondatban összefoglalható: Az emberi anyagcsere-rendszer eleve úgy van kialakítva, hogy felismerje és lebontsa ezt a struktúrát. Kifejezetten négy egymással összefüggő kérdésben nyilvánul meg.
①Proteáz lebomlás – A leghalálosabb plazma, a máj, a vesék és a gyomor-bél traktus tele van peptidázokkal/proteázokkal (például DPP-4, aminopeptidáz, karboxipeptidáz, tripszin stb.), amelyek specifikusan felismerik az L típusú amidkötéseket és hidrolizálják azokat. A természetes GLP-1 felezési ideje a szervezetben mindössze 1,5-2 perc.
②Gyenge membránpermeabilitás és nehéz orális adagolás: A polipeptidvázon lévő nagy mennyiségű amid N-H erős hidrogénkötés donor, és a vízmolekulák szorosan beburkolják, megnehezítve az átjutást a sejtmembrán hidrofób magján. Ez az alapvető oka annak, hogy a peptidek túlnyomó többsége csak injekcióval adható be.
③A kis molekulatömegű (<5 kDa) polipeptidek rövid felezési idejével és gyors vese-clearance-ével gyorsan kiszűrik és kiürülnek a glomerulusból. Az enzimatikus hidrolízissel párosulva a szervezet expozíciós szintjét nehéz fenntartani, és gyakori beadásra van szükség.
④ A konformációs rugalmassággal és gyenge szelektivitással rendelkező lineáris polipeptidek olyanok, mint az oldatban lévő "puha tészta", számtalan konformációval, amelyek gyorsan átfordulnak. Amikor a célponthoz kötődik, az entrópiaveszteség nagy, az affinitás diszkontált, és tévesen több kapcsolódó receptorhoz is kötődhet, ami off-targethez vezet.
A „speciális aminosav” stratégia lényegében ennek a négy gyenge pontnak a precíz kijavítása: a farmakodinámiás konformáció megzavarása nélkül módosítja a vázat és az oldalláncokat, lehetővé téve a molekula számára, hogy „kikerülje” az enzimfelismerést, „eltávolítsa” a felesleges hidrogénkötéseket, „reteszelje” az aktív konformációt, miközben a lehető legnagyobb összhangot fenntartja a célponttal.
Először is használjon táblázatot az átfogó megértés kialakításához. Az alábbi öt módosítástípus a leggyakrabban használt "speciális aminosav" módszer a kortárs peptidgyógyszertervezésben, melyeket a következő fejezetekben egyenként fogunk kidolgozni.
Az N-metilezés az a folyamat, amikor a váz amidkötés nitrogénatomján a hidrogént (n-H) metilcsoporttal (n-CH3) helyettesítik. Egy csekélynek tűnő változás egyidejűleg négy kulcsfontosságú farmakokinetikai paramétert válthat ki. Hatásmechanizmusa három szintre bontható.
Mindegyik N-H erős hidrogénkötés-donor, "befogja" a molekulát a vizes fázisba. Ennek a donornak az N-metilezéssel történő törlése csökkenti a molekula poláris felületét (PSA), lehetővé téve a molekula "kiszáradását" és bejutását a membrán hidrofób magjába. Az N-metilációs hatások több helyen egymásra vethetők – a klasszikus Veber-Hirschmann szomatosztatin analóg három helyen végzett N-metiláció után orális biohasznosulása körülbelül 10%.
A metilcsoport az amidkötés közelében lévő teret foglalja el. A proteáz aktív zseb nem tudja megfelelően "harapni" a hasító kötést, ezáltal jelentősen megnöveli a metabolikus stabilitást. Ez az a fizikai alap, amelyen az N-metiláció közvetlenül kapcsolódik az enzimatikus hidrolízissel szembeni rezisztenciához.
A közönséges amidkötések szinte mindegyike transz (transz), míg az N-metiláció közelebb hozza a cisz (cisz) közötti energiakülönbséget, megkönnyítve a cisz-transz konformációk közötti váltást. A tervezők ezáltal "indukálhatják" a molekulákat arra, hogy specifikus aktív konformációkká hajtogassanak, vagy intramolekuláris hidrogénkötéseket képezzenek a poláris csoportok elrejtésére (további megkönnyítve a behatolást).
Ez az immunszuppresszáns egy tankönyv a "speciális aminosavak szinergikus működéséről". Ez egy 11 aminosavból álló ciklikus peptid, amely 7 csontváz N-metilációt és egy D-alanint tartalmaz. Pontosan ez a sűrű N-metiláció és ciklizáció teszi lehetővé az orális aktivitás fenntartását, miközben rendkívül erős anyagcsere-stabilitása van - képes "ruhát váltani" a vizes oldat és a membránkörnyezet között, intramolekuláris hidrogénkötéseket képezve, hogy elrejtse a polaritást és átjusson a membránon, majd megnyílik, hogy a vizes fázisban kötődjön a célponthoz. A ciklosporin tehát azon kevés természetes források egyikévé vált az „ötös szabályon túl” makrociklusos peptideknek, amelyek orálisan felszívódnak.
Az N-metilezett aminosavak sztérikus gátló szekunder aminok, amelyek alacsony kapcsolási hatékonysággal, lassú reakcióval rendelkeznek, és nagyon hajlamosak a racemizálódásra és a diketopiperazin (DKP) csonkolására. Erősebb kapcsolóreagensek (például HATU/COMU + adalékok), meghosszabbított kapcsolási idő vagy kettős csatolás, szigorú hőmérséklet-szabályozás és az egyes lépések online felügyelete szükséges. A hely kiválasztása nagyon érzékeny: az N-metiláció ugyanazon szekvencia különböző helyein jelentősen eltérő hatással lehet az aktivitásra és a penetrációra, ezért helyről-helyre szűrésre van szükség.
Az N-metilezés a nitrogénatomon lévő hidrogént foglalja magában. Az α-metiláció magában foglalja az α-szénen lévő hidrogént. Ha az α-szénben lévő eredeti hidrogént metilcsoportra cseréljük, az α-szén „triszubsztituált”-ból „tetraszubsztituált kvaterner szénné” változik (a legjellemzőbb példa az Aib, a 2-aminoizovajsav, amely egyenértékű egy másik metilcsoport hozzáadásával az alanin α-szénéhez, és mindkét oldalon szimmetrikus). Ez hármas hatást eredményez.
Konformációs zár (a legtöbb mag)
Antiproteáz
Távolítsa el a királis gyengeségeket
A Natural GLP-1-et a DPP-4 pontosan levágja az N-terminális 8. pozíciójáról, felezési ideje mindössze 1,5-2 perc. A szemaglutid kulcsfontosságú lépése az, hogy a 8. pozícióban lévő alanint (Ala8) Aib-re (α,α-diszubsztituált) cserélje ki – a kvaterner szén sztérikus akadálya miatt a DPP-4 „nem képes megharapni” ezt a helyet, így blokkolja a fő lebomlási útvonalat a forrásból.
Három egymást követő módosítás a felezési időt percekről egy hétre hosszabbította meg:
① Aib8 resids DPP-4 vágás;
② Az Arg34 helyettesítése elkerüli a degradációt egy másik helyen, és elősegíti a helyspecifikus lipidációt.
③ A Lys26 hosszú szénláncú zsírsav (C18 disav + linker) reverzibilisen kötődik a szérum albuminhoz, és elkerüli a vese clearance-ét.
Átfogó eredmények: A felezési idő körülbelül 165 óra (kb. 1 hét), és hetente egyszer adható.
Az Aib szintén sztérikus gátlási aminosav, lassú kapcsolódással. Az Aib-aib vagy az AIB által követett aminosavak gyakran kétszeres kapcsolást vagy erős aktiválást igényelnek. Érdemes megjegyezni, hogy az Aib "természetellenes" státusza akadályokat jelent a rekombináns fermentációs út előtt (a riboszómák nem ismerik fel). Ezért az Aib-t tartalmazó peptidek, mint például a Simaglutide, általában szilárd fázisú szintézis (SPPS) vagy szilárd fázis + fermentáció hibrid stratégiákon alapulnak, és kombinálják a zsírsav-oldalláncok helyspecifikus módosításával. A folyamat és a minőség-ellenőrzés összetettsége lényegesen magasabb, mint a hagyományos rekombináns peptideké.
A proteáz aktív zsebe egy L-szubsztrátumhoz szabott "kesztyű". Ha a D-aminosavakat a hasítási kötés közelében helyettesítjük, a szubsztrát karbonilcsoportja és az enzimkatalizált triád közötti geometriai kapcsolat megszakad. A hasító kötés nem helyezhető el a megfelelő reakcióhelyzetbe, a kötési affinitás meredeken csökken, így a hidrolízis leáll.
Megfordítja a teljes sorozatot, miközben minden maradékot D-alakúra cserél. A varázslat abban rejlik, hogy az oldalláncok térbeli egymáshoz viszonyított elrendeződése nagyrészt megmarad, így megmarad az eredeti tevékenység. A csontváz azonban teljesen D, teljesen immunis a proteázokkal szemben, és az immunogenitás jelentősen csökkent. Ez egy hatékony eszköz a vér-agy gát shuttle peptidek és a hosszú hatású peptidek tervezésére.
A D-aminosavak alapanyagára általában magasabb, mint az L-típusoké, és kevesebb a beszállító. Figyelmet kell fordítani a királis tisztaság (ee érték) és az enantiomer szennyeződések ellenőrzésére.
A fent említett csontváz szintű módosításokon kívül a gyógyszerészek több száz kereskedelmi forgalomba hozott "jól védett és jól aktivált" nem természetes aminosav építőelem közül is választhatnak. Olyanok, mint a Legók, funkciójuk szerint sorozatokká vannak összeállítva.
A „speciális aminosavak” a molekuláris stabilitásra és a konformációra vonatkoznak. A polipeptidek orális gyógyszerré alakításához valójában két egymástól független, de egymásra épülő „bejutási” út létezik.
Az első szakasz: túlélni. A speciális aminosavak (Aib, N-metilezett, D-típus) ellenállnak a gasztrointesztinális proteázok általi lebontásnak.
① Belső molekuláris permeáció: Az N-metiláció csökkenti a hidrogénkötéseket /PSA, a ciklizáció + a hidrofób oldalláncok elősegítik az intramolekuláris hidrogénkötéseket és a "kaméleon" hajtogatását.
② A készítmény penetrációjának elősegítése: A SNAC, a nátrium-dekanoát és a TPE átmenetileg megnyitja/átlépi a bélhám gátat.
A harmadik szakasz: A zsírsav oldallánc kötő albumin/hosszan ható konformáció megőrzése a vér gyógyszerexpozíciójának fenntartása érdekében.
A jövő molekulái egyre több "trükkös" nem természetes aminosavat és makrociklusos szerkezetet tartalmaznak majd.
Az mRNS-megjelenítés (például a RaPID rendszer) 10¹² - 10¹3 méretű peptidkönyvtárakat képes egy lépésben szűrni.
Az RF-diffúzió, a módosított AlphaFold (például az AfCycDesign ciklikus peptidpozícióját kódoló) és a megerősítő tanulási generátorok képesek voltak nagy ciklikus/kötő peptidek tervezésére a semmiből.
Az oldallánc-olefinkötést záró α-hélix, a hidrogénkötés szubsztitúciója, a β/γ-aminosav foldamer és az atomi szintű vázszerkezet fokozatosan megoldja az intracelluláris protein-protein interakciók (PPI) megcélzásának hagyományos problémáját.
Nem természetes aminosavak által biztosított helyspecifikus konjugációs helyek használata toxinok, nuklidok vagy fluoreszcenciák rögzítésére, egy "peptid változat ADC" létrehozására. Ugyanakkor az orális behatolást elősegítő technológia egyre érettebbé válik. A "speciális aminosavak + készítmények" több olyan polipeptidet tesz lehetővé, amelyek eredetileg csak injektálhatók voltak, szájon át.
![Etil-1,4,6,7-tetrahidropirano[4,3-c]pirazol-3-karboxilát](/upload/8820/ethyl-1-4-6-7-tetrahydropyrano-4-3-c-pyrazole-3-carboxylate-919103.webp "Etil-1,4,6,7-tetrahidropirano[4,3-c]pirazol-3-karboxilát")
