聚乙二醇修饰重组人生长激素的研究

马妍春+杨秀云+李磊姣+李云辉+高莹

摘要：化学修饰是蛋白质药物的一种有效修饰方法。使用聚乙二醇（PEG）修饰人生长激素（rhGH），是提高rhGH半衰期的重要手段之一。本文重点综述PEG修饰rhGH的方法及其研究进展。

关键词：重组人生长激素；聚乙二醇；化学修饰

中图分类号：TQ464

文献标识码：A

文章编号：1671-1580（2017）12-0172-03

一、聚乙二醇（PEG）

聚乙二醇（PEG）是平均分子量在200kD～8000kD或8000kD以上的乙二醇高聚物的统称。PEG不易挥发、水溶性好、无味。常见的PEG分为线性和分枝的，末端带有羧基，而且具有伯醇性質，易于进行酯化或醚化反应。末端基团活化后的PEG结构具有多样性，通过共价键合的方式修饰各种蛋白质类药物，可以有效地消除或降低蛋白质药物的免疫原性。

1991年，FDA批准了首例PEG修饰的长效腺苷脱氢酶（商品：PEG-ADA）上市。2000年，Schering-Plough公司制备的PEG化的干扰素α-2b获得批准上市（产品：PEG-Intron）。2002年，Roche公司生产的PEG化干扰素α-2a（产品：PEGASYS）获得FDA批准上市。同年，Amgen公司生产的重组人粒细胞集落刺激因子（产品：Neulasta）也被FDA批准上市。

上述这些成功上市的产品证明了PEG修饰蛋白质药物的可行性和市场地位。经过PEG修饰后，很多蛋白质高分子的抗蛋白水解酶、抗抑制剂等失活因子的能力有所提高，体内半衰期比未修饰前明显提高。_岳许多蛋白质在体内的药物动力学性质发生了明显改变，血浆半衰期延长，肾清除率降低。此外，某些物理和化学因素会破坏蛋白质分子的空间构象，导致其生物活性的丧失和一些性质的改变。与亲水性PEG结合后，可使蛋白质颗粒表面形成较厚的水化层，阻止其凝积、沉淀。PEG每个单位的乙二醇可以结合3个水分子，有效地改善了药物在生理pH值条件下的溶解性。此外，PEG的柔性链可通过空间位阻作用，保护蛋白质中容易受到蛋白质酶分解的部分，延长药物的半衰期，进而延长其药效发挥。

二、重组人生长激素（rhGH）

人生长激素（hGH）是由人脑下垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种肽类激素，是一种具有广泛生理功能的生长调节素。目前，临床上使用的hGH是由生物技术生产的重组人生长激素（rhGH），其主要用于治疗各种生长激素缺乏症（GHD）、先天性卵巢发育不全（Turner氏综合症）、艾滋病消瘦、大面积创伤恢复和慢性肾脏疾病等症状。但是，由于rhGH是蛋白质类药物，其稳定性差，进入机体后，非常容易被胃肠道、肝脏和肾脏中广泛分布的蛋白质水解酶降解成小分子多肽和氨基酸，失去药效，不再发挥生物学功能。而且其半衰期非常短，只有0.5小时～2小时左右，患者需要频繁且长期用药，不仅增加了治疗成本，还给患者带来痛苦和诸多不便，降低了患者依从性，限制了治疗效果。因此，改善生长激素的剂型，开发生长激素的长效制剂，减少用药成本，降低病人的痛苦，提高患者的生活质量和依从性尤为重要。

三、PEG修饰重组人生长激素的现状与展望

生长激素分子表面有多个赖氨酸残基，可以不同程度地与PEG分子偶联。

PEG化的各个步骤均对药物的性能产生至关重要的影响，为了实现rhGH药物活性的保留和性能的改善，需要从PEG的分子量、PEG的结构类型（分支型或支链型）、修饰位点、偶联方式等多方面人手进行研究。

1996年，Genetech公司首次采用了分子量为5kD的mPEG-ss成功地与hGH进行了偶联，产物纯化后，对相关的活性和结构进行了评估。结果表明，PEG化的生长激素随着PEG数目的增加，半衰期显著延长，但是活性却随着PEG数目的增加而急剧下降，综合半衰期延长和活性降低这双重因素，证明每个生长激素分子偶联5个PEG分子是最为理想的，生长激素的半衰期可以由30分钟延长至15小时。将药物应用于去除脑垂体的大鼠模型，成功地应用5个PEG偶联的生长激素延长了大鼠生存期约5天。但是，由于m-PEG-ss修饰位点的选择性低，偶联产物的修饰位点不单一，得到的是不同修饰的混合物，产物质量不易控制，产物分离提纯困难。

可见，PEG化rhGH在延长半衰期的同时，也改变了rhGH的空间结构，不可避免地在一定程度上遮蔽了药物分子表面的活性位点，因此造成了药物分子活性的降低。

宋礼华等人采用mPEG（40kD）修饰rhGH的活性中心结构，发现rhGH的蛋白浓度是偶联反应的主要影响因素之一。通过调节反应条件，提高偶联效率，产物总收率高达30%左右，并且保证了产物的纯度，易于进行质量控制。采用摘除脑垂体的大鼠增重模型测定了PEG化rhGH的生物活性，实验表明，单次注射后在5日内保持的活性优于常规rhGH。

此外，该课题组采用分支型mPEG（20kD）修饰rhGH的末端氨基酸的α氨基，生成单聚PEG20kDGH，由于分支型结构产生较大空间位阻，减少了与药物分子的结合位点，降低了药物分子失活的水平。而且，由于空间位阻效应，能够遮蔽蛋白的抗原表位，降低了网状内皮系统的清除和免疫系统识别。更重要的是显著降低了药物的肾脏代谢速度，增加了生长激素的稳定性，减少了非特异性吸附和抗原性，降低了皮下注射频率，有效地维持并延长了生长激素的药效。

虽然，PEG修饰的rhGH已经显示出了良好的应用前景，但是PEG化引起rhGH生物活性降低的原因尚不明确，因此，寻找到PEG修饰rhGH的最佳方法势在必行。

目前，已经有越来越多的研究者将目光转向无毒、无免疫原性的水溶性高分子物质，希望将其优势发挥得更好，延长缓释药物的作用时间，提高药物生物利用度，在保证疗效的前提下，减少药物给药量，延长给药间隔，提高药物在体内外的稳定性，同时利用纳米技术和生物技术的发展，实现靶向给药。endprint