新型眼科药物的思考

许迅 孙俏



·专家笔谈·

新型眼科药物的思考

许迅 孙俏

随着眼科疾病谱的改变，慢性眼病的治疗需求日益突出，长期维持用药和预防性用药是主要难点。多肽作为蛋白质片段，可以模拟蛋白质与体内生物分子相互作用从而发挥治疗作用。除此之外，有些多肽也具有穿透眼部屏障的特点。本文总结了眼用治疗肽和眼屏障穿透肽的研发现状，提出“治疗肽-眼屏障穿透肽”相结合的药物形式。这种新型药物高效、安全，可实现无创给药并且生产成本低，为慢性眼病的治疗提供了新的解决思路。(中国眼耳鼻喉科杂志，2015，15：305-307)

眼科药物；多肽；治疗肽；眼屏障穿透肽；眼部给药

孙俏为上海交通大学生物医学工程学院博士后

中国人口老龄化突显了年龄相关性眼病的问题，城镇化进展和视频终端的普及也改写着眼科疾病谱。慢性眼病药物维持治疗和预防性治疗的需求日益突出。

传统眼科药物以抗生素、人工泪液、糖皮质激素、非甾体抗炎药和抗青光眼药物为主，集中于眼前节疾病的治疗。2006年雷珠单抗上市，因靶向性强、药效显著，成为眼底疾病治疗的巨大突破。但是，由于眼部存在较多屏障，药物递送的难题并没有得到解决。有创的治疗方式、对医疗操作者的高要求、严格的随访和昂贵的价格限制了抗体类眼科药物的推广，这个问题在发展中国家尤为明显。

1 眼用多肽药物的特点

多肽由50个以内的氨基酸(相对分子质量约5 500)组成[2]。与小分子化学药物相比，多肽无代谢异化、不良反应小；与蛋白质相比，多肽的相对分子质量小、抗原性低，不容易引起免疫性不良反应；与抗体、蛋白质等生物制剂相比，多肽的氨基酸数目少，可以通过化学方法合成，生产成本低。

相对分子质量小、组成原件为氨基酸这2个特点在给多肽带来诸多优势的同时，也带来了半衰期短的问题。而且，普通多肽的组织穿透能力弱，难以穿过眼部屏障，所以在大部分眼科肽类药物研发的报道中多采用玻璃体腔注射的方式给药。

近年来，有研究发现，有些细胞穿膜肽可以穿透眼屏障；但是目前尚无报道证实，这些多肽可以携带有治疗作用的小分子药物进入眼内并发挥治疗作用。我们认为这是一个重要的研究方向，通过氨基酸或者化学键将治疗肽和眼屏障穿透肽连接形成一种新型药物，局部滴眼给药后，眼屏障穿透肽作为载体携带治疗肽进入眼内发挥治疗功能，两者优势互补，有望解决眼内药物递送的难题。

2 眼用治疗肽

多肽作为蛋白质的片段，能够结合到浅而大的蛋白质表面(传统小分子化合物类药物的作用位点多为蛋白质表面深凹部位)[3-4]，通过阻断或建立相关的关键信号通路，对疾病进行干预。

ALG-1001是一个处于眼科临床试验阶段的多肽药物。其设计原理为封闭参与血管新生的整合素亚基α5β1, αvβ3和 αvβ5，从而抑制新生血管。该原理有别于目前应用广泛的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)抑制剂。ALG-1001的主要适应证为新生血管性眼病，如老年性黄斑变性(age-related macular degeneration, AMD)和糖尿病性黄斑水肿(diabetic macular edema , ME)。有趣的是，因为整合素亚基也是玻璃体后脱离(posterior vitreous detachment, PVD)和玻璃体液化的重要参与因素，所以ALG-1001对玻璃体视网膜牵引综合征(vitreomacular traction，VMT)也有较好的治疗效果[5- 6]。

我们课题组在过去的9年中也研发了一些眼用治疗多肽，现就抗新生血管多肽和抗炎多肽各举1例。

KV11是利用生物信息学方法从人载脂蛋白a[apo (a)]的Kringle V结构域筛选得到的由11个氨基酸组成的抗新生血管多肽[7]。它通过下调VEGF激活的c-Src/ERK信号通路，抑制血管新生。在小鼠角膜微囊袋模型、鸡胚尿囊膜模型和氧诱导的小鼠视网膜新生血管模型(oxygen-induced retinopathy, OIR)中，KV11均表现出稳定的抑制血管新生的能力[7-9]。视网膜穿透实验表明，玻璃体腔内注射30 min～3 h，KV11可分布到视网膜各层；安全性实验显示，玻璃体腔内注射后1 d～1周，电生理和组织病理学检查未发现视网膜毒性[8]。以上证据均提示，KV11是安全、有效的眼用抗新生血管治疗肽。

GC31是血栓调节蛋白(thrombomodulin, TM)的凝集素样结构域(C-type lectin-like domain, CTLD)衍生得到的由31个氨基酸组成的抗炎多肽。在脂多糖(LPS)诱导的RAW264.7细胞炎性反应模型中，GC31通过下调核因子κB(NF-κB)信号通路，抑制肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)等炎症因子的产生。在内毒素诱导的葡萄膜炎模型(endotoxin induced uveitis, EIU)中，GC31经玻璃体腔注射后可显著降低房水中的白细胞数目、蛋白浓度及TNF-α和单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)的浓度，前房角和玻璃体腔的炎性细胞浸润也明显减轻。在眼用抗炎药仍以糖皮质激素为主的大背景下， GC31的实验结果提示，可以在多肽药物领域寻找更安全的眼用抗炎药。

涂料生产使用的易挥发有机溶剂引起的VOCs排放的比例最高，占全部排放量的80%以上,其中二甲苯的含量最高。通过采用密闭型设备、提高自动化水平、优化生产工艺，可以有效地从源头上控制VOCs的产生量。对于生产过程中排放出的VOCs可以采用有效的净化处理工艺进行处理。

3 眼屏障穿透肽

眼是一个相对独立的器官，受到前房屏障(包括泪液、角膜和结膜上皮层)、血-房水屏障和血-视网膜屏障保护。这三重屏障都兼有物理阻隔和生物代谢的因素，它们在保护眼部免受外来物侵害的同时，也阻断了治疗药物的进入。20世纪80年代末90年代初，人类免疫缺陷病毒反式激活蛋白(human immunodeficiency virus trans-activator protein，HIV TAT)[10-11]和penetratin[12]的发现打破了蛋白质和多肽不能穿透细胞膜的传统认识，现在发现的细胞穿膜肽(cell penetrating peptide, CPP)有数百种，它们由5～40个氨基酸组成，具有携带连接的物质穿透细胞膜进入胞内的功能[13]。受到CPP的启发，学者们开始了眼屏障穿透肽的探索。

Wang等[14]研究表明，TAT-酸性成纤维细胞生长因子(acid fibroblast growth factor, TAT-aFGF)滴眼后30 min～8 h可在视网膜组织检测到，分布以视网膜神经节细胞层(retinal ganglion cells, RGC)居多。与之前报道的TAT在RGC的富集现象一致[15-16]。这些现象提示，TAT可以作为视神经相关药物的引导肽。

5-羧基荧光素(5-carboxy fluorescein，FAM)标记的多肽penetratin经结膜囊灌注后10 min～6 h，在眼前、后节均可检测到[17]。penetratin在眼内的广泛分布提示其可作为葡萄膜炎等全眼广泛累及眼病治疗药物的引导肽。

POD (peptide for ocular delivery)的设计初衷就是为了解决眼科药物的递送问题。POD携带lissamine标记经局部滴眼给药后，出现在眼角膜上皮层、巩膜层和视神经硬膜层，提示POD可以应用于缺血性视神经病变和视神经鞘脑膜瘤等疾病中[18]。然而，另有研究[19]显示，POD连接绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)时，局部滴眼仅能到达角膜上皮层。这2个研究提示，CPP所携带的分子对其屏障穿透能力有很大的影响。影响因素可能包括相对分子质量、亲疏水性及所带电荷情况等。

眼屏障穿透肽还有很多问题亟待解决。首先，如上文所提，目前尚无报道证实某个眼屏障穿透肽可以携带有治疗作用的小分子药物进入眼内并发挥治疗作用；其次，是否具有专一性(对周边组织尤其是脑部组织的不可穿透性)是影响其能否向临床转化的重要因素；另外，眼屏障穿透肽的作用机制及其影响因素(包括穿透肽本身以及携带分子的物理、化学、生物学性质)仍然有待阐明。

尽管面临很多挑战，但是“治疗肽-眼屏障穿透肽”相结合的药物形式在保证药物功效和低不良反应的同时，可以解决眼科药物递送的难题。由于兼具高效、低不良反应、无创给药和价格低廉的特点，此类药物能够在疾病早期就进行干预，也可以作为手术或者其他治疗(如玻璃体腔注射、激光、光动力疗法等)之后的维持治疗，甚至可以实现预防性治疗。因此，“治疗肽-眼屏障穿透肽”具有良好的应用前景，是眼科药物研发的重要方向。

[ 1 ] Kaspar AA, Reichert JM. Future directions for peptide therapeutics development [J]. Drug Discov Today, 2013,18(17/18):807-817.

[ 2 ] Cho CH. Current advances in peptides for cancer diagnosis and therapy [J]. Curr Med Chem, 2014, 21(21): 2331.

[ 3 ] Zhou P, Wang C, Ren Y, et al. Computational peptidology: a new and promising approach to therapeutic peptide design [J]. Curr Med Chem, 2013,20(15):1985-1996.

[ 4 ] Pellecchia M. Antagonists of protein-protein interactions made easy? [J]. J Med Chem, 2013,56(1):13-14.

[ 5 ] Quiroz-Mercado H. Integrin peptide therapy in choroidal and retinal neovascularization [J]. Retina Today, 2013, 60-62.

[ 6 ] Kaiser PK. Outlook for integrin peptide therapy [J]. Ophthalmology Times,2014,1-6.

[ 7 ] 赵卉, 易正芳,许迅，等.生物信息学筛选的合成小肽抑制小鼠角膜新生血管的实验研究[J].中华眼科杂志, 2007,43(2): 151-157.

[ 8 ] Zhao H,Jin H, Li Q, et al. Inhibition of pathologic retinal neovascularization by a small peptide derived from human apolipoprotein(a) [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2009, 50(11): 5384-5395.

[ 9 ] Yi ZF,Cho SG, Liu M,et al. A novel peptide from human apolipoprotein(a) inhibits angiogenesis and tumor growth by targeting c-Src phosphorylation in VEGF-induced human umbilical endothelial cells [J]. Int J Cancer, 2009, 124(4): 843-852.

[10] Green M, Loewenstein PM. Autonomous functional domains of chemically synthesized human immunodeficiency virus tat trans-activator protein [J]. Cell, 1988,55(6):1179-1188.

[11] Frankel AD, Pabo CO. Cellular uptake of the tat protein from human immunodeficiency virus[J]. Cell, 1988,55(6):1189-9113.

[12] Derossi D, Joliot AH, Chassaing G, et al. The third helix of the antennapedia homeodomain translocates through biological membranes [J]. J Biol Chem, 1994,269(14):10444-10450.

[13] Langel Ü. Cell-penetrating peptides[M]. New York Dordrecht Heidelberg London: Humana Press, 2010: 601.

[14] Wang Y, Lin H, Lin S, et al. Cell-penetrating peptide TAT-mediated delivery of acidic FGF to retina and protection against ischemia-reperfusion injury in rats [J] . J Cell Mol Med, 2010,14(7):1998-2005.

[15] Dietz GP, Kilic E, Bahr M. Inhibition of neuronal apoptosisinvitroandinvivousing TAT-mediated protein transduction [J]. Mol Cell Neurosci, 2002,21(1):29-37.

[16] Barnett EM, Elangovan B, Bullok KE, et al. Selective cell uptake of modified Tat peptide-fluorophore conjugates in rat retinainexvivoandinvivomodels [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2006,47(6):2589-2595.

[17] Liu C, Tai L, Zhang W, et al. Penetratin, a potentially powerful absorption enhancer for noninvasive intraocular drug delivery [J]. Mol Pharm, 2014,11(4):1218-1227.

[18] Johnson LN, Cashman SM, Kumar-Singh R. Cell-penetrating peptide for enhanced delivery of nucleic acids and drugs to ocular tissues including retina and cornea [J]. Mol Ther, 2008,16(1):107-114.

[19] Johnson LN, Cashman SM, Read SP, et al. Cell penetrating peptide POD mediates delivery of recombinant proteins to retina, cornea and skin [J]. Vision Res, 2010,50(7):686-697.

(本文编辑 诸静英)

·重要通知·

本刊临床交流、综述等栏目增加中英文摘要及关键词的通知

为了满足广大读者及作者的需求，同时为了加强国际间的学术交流，《中国眼耳鼻喉科杂志》将从2016年第16卷第1期开始，临床交流、综述等栏目在原有内容基础上增加中、英文摘要及关键词。具体撰写要求：英文题目20个实词以内；摘要包括四要素(Objective, Methods, Results, Conclusions)；关键词3～8个。英文摘要尽量与中文摘要相对应。综述的英文摘要无需四要素，其余同上。

请广大作者在投递相应栏目稿件时提供与中文相对应的英文题目、作者姓名(示例：ZHANG Yong-si)、作者单位、摘要及关键词。

本刊编辑部

New conception of ophthalmic drugs

XUXun,SUNQiao.
DepartmentofOphthalmology,ShanghaiFirstPeople’sHospitalofShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200080,China

XU Xun, Email: drxuxun@sjtu.edu.cn

As the spectrum of ocular disease changes, there is increasing demand to treat chronic eye disease, for which the long-term maintenance medication and prophylactic medication are the main obstacles. Peptides, considered as protein fragments, can mimic protein to interact with biomolecules and thus treat diseases. What’s more, some peptides are characterized by the capability to penetrate ocular barriers. The article provided an update review of the ophthalmic therapeutic peptides and ocular barrier-penetrating peptides, and proposed a new conception of ophthalmic drugs-the combination of therapeutic peptide and ocular barrier-penetrating peptide. Characterized by considerable effectiveness and safety, as well as non-invasive drug delivery and low production cost, it is a promising formula for the treatment of chronic eye disease.(Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2015,15:305-307)

Ophthalmic drugs; Peptide; Therapeutic peptide; Ocular barrier-penetrating peptide; Ocular drug delivery

上海交通大学医学院附属第一人民医院眼科 上海 200080

许迅(Email:drxuxun@sjtu.edu.cn )

10.14166/j.issn.1671-2420.2015.05.001

2015-07-03)