人血清白蛋白在蛋白多肽类药物长效化中的应用 *

重组蛋白/多肽类药物在人体血清内半衰期较短, 很大程度上限制了其临床应用。人血清白蛋白(HSA)具有半衰期长、生物相容性好、低免疫原性等优点,是理想的药物载体。各种基于HSA的蛋白质药物长效化技术得到了广泛的应用和发展,目前主要包括构建HSA融合蛋白,通过共价化学键与HSA偶联,通过非共价键与HSA可逆性结合。总结了近年来基于白蛋白药物长效化技术的发展,各项技术的优缺点及药物开发现状。     

人血清白蛋白融合技术研究进展

结合笔者所在课题组的实验研究成果,综述人血清白蛋白融合技术研究进展。人血清白蛋白融合技术是近些年来应用较多的用 于改造小分子蛋白和多肽药物的手段。但是众多的研究结果发现将小分子蛋白/多肽和人血清白蛋白融合后会出现一些共性的问题,例 如目标蛋白产率低、易降解等。这些共性问题可以通过融合蛋白的优化设计、蛋白酶缺陷宿主的构建、融合基因多拷贝以及与分子伴侣 共表达得以解决     

新型人血清白蛋白特异结合肽ML的筛选及鉴定

利用噬菌体展示技术筛选和鉴定新型人血清白蛋白(HSA)特异结合7肽,分析与垂体腺苷酸环化酶激活肽27(PACAP27)构成的融合多肽ML-PACAP27与HSA的亲和结合力,以确定筛选的7肽(ML1和ML2)在与其他药物多肽或蛋白融合状态下仍具有较高的HSA结合活力。利用噬菌体展示7肽库,经四轮筛选、筛选克隆的DNA测序、酶联免疫吸附技术分析(ELISA)初步鉴定筛选克隆与HSA的亲和作用,并利用等离子共振技术(SPR)定量测定合成的ML-PACAP27融合多肽与人血清白蛋白的亲和力常数。实验结果表明:经筛选获得2个与人血清白蛋白特异性结合的7肽序列,其氨基酸序列分别为:ML1:LKSCKPL和ML2:SLKSHAL;ELISA分析结果显示,含有ML1和ML2的噬菌体均可亲和结合HSA,而且ML2的亲和结合作用高于ML1;SPR分析结果显示,ML1-PACAP27和ML2-PACAP27与HSA的解离常数(KD)分别为:8.1×10-6mol/L和3.7×10-6mol/L,ML1-PACAP27与HSA的结合力高于ML1-PACAP27。筛选和鉴定了两个可与HSA特异性结合的7肽序列,该7肽序列可用于特异偶联HSA的长效分子药物的重组融合表达或设计,可为延长分子药物的半衰期及新型药物研发提供新工具。     

项目推介

新型人血清白蛋白融合长效α干扰素该项目来源于国家重大科技专项“创新药物和中药现代化”平台课题,是对Albuferon(美国HGSI公司利用人血清白蛋白融合技术构建的长效α干扰素)进行的仿制研究,并通过改变融合蛋白的相位使新型人血清白蛋白融合长效α干扰素具有更好的均一性和稳定性和更高的回收率,可以显著地降低生产成本。该项目已经建立了中试规模的稳定的制备工艺:在30L发酵罐上的表达水平达到500mg/L,回收率达到20%以上,每批可得到纯品1.5g以上,并将生产成本控制在100元/支以下。α干扰素在临床上被广泛地应用于病毒性肝炎以及肿瘤的…     

融合蛋白Somatostatin-HSA不同串联体形式的表达及活性分析

目的:构建人生长抑素(somatostatin,SST)不同串联体形式与人血清白蛋白(HSA)的融合蛋白,比较其在毕氏酵母中的表达情况以及生物活性高低。方法:PCR法扩增获得SST14和SST28的二联体和三联体基因,酶切连接形成与HSA的融和基因,并克隆到酵母表达载体pPIC9K中,电击转化毕氏酵母GS115进行高效表达。结果:4种融和蛋白在毕氏酵母中表达水平各不相同,其中(SST28)2-HSA的表达量最高,为200mg/L;(SST14)3-HSA的表达量最低,仅50mg/L;(SST14)2-HSA和(SST28)3-HSA产量居中。药效学分析发现与天然SST-14标准品相比,(SST14)2-HSA药效最佳且具有长效性。结论:融合蛋白(SST14)2-HSA有望弥补SST单体自身半衰期过短的不足,打开SST长效药物发展的新篇章。     

毕赤酵母高效分泌长效人生长激素的研究

目的:为了延长人生长激素(HGH)在血浆中的半衰期,构建了高效分泌表达人血清白蛋白(HSA)与HGH融合蛋白(HSA-HGH)的工程毕赤酵母菌株。方法:从人胎肝cDNA文库中扩增HSA基因,从HGH工程菌载体中扩增HGH基因,将其克隆至真核表达载体pHIL-D2,载体线性化后采用电击法转化毕赤酵母GS115。通过原位双层膜法筛选高效分泌表达菌株。分别采用SDS-PAGE和Western印迹鉴定融合蛋白。对工程酵母培养条件进行研究,发酵液经离子交换层析、亲和层析和分子筛层析纯化。纯化的蛋白经N端序列测定,分子量测定和等电聚焦电泳进行鉴定。冻干的蛋白制剂经食蟹猴试验进行药代动力学和药效动力学测试。结果:确立了工程酵母的最佳培养工艺,融合蛋白表达量达100mg/L。纯化后蛋白纯度达95%以上,得率达42%。融合蛋白与预期结果一致,经食蟹猴试验,显示有良好的生物活性,与等摩尔剂量的重组人生长激素相比,半衰期延长6.8倍,清除率慢44倍。结论:融合蛋白呈现明显的长效动力学特征,为开发重组长效人生长激素HSA-HGH融合蛋白药物(rHSA-HGH)奠定了基础。     

长效化融合蛋白药物及其药动学分析技术的研究进展

融合蛋白技术应用于生物制药行业已超过25年,其目的为改善原来天然蛋白的性质,从而具有新的理化特征和生物学功能,其中最为显著的特点是改善了小分子蛋白及多肽半衰期短的缺陷。基于该技术所诞生的融合蛋白类药物已成为当前生物药研发的热点。结合已上市融合蛋白类药物,通过与传统多肽蛋白类药物比较,重点突出融合蛋白类药物自身特点,主要从融合抗体Fc段和人血清白蛋白以延长小分子蛋白及多肽半衰期的角度对融合蛋白药物长效化策略进行评述;对融合蛋白类药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄的显著特征进行概述;综述该类药物在体内的分析技术并指出当前分析技术的优缺点及发展方向,为长效化融合蛋白药物的设计、分析研究与开发提供依据和思路。     

PHLD融合蛋白在毕赤酵母中的构建和表达

δ-睡眠肽(delta sleep inducing peptide, DSIP)的相对分子质量较小,在体内半衰期较短,因此本研究将蛋白质转导结构域(protein transduction domain, PTD)、人血清白蛋白(human serum albumin, HSA)、连接肽(linker)以及δ-睡眠肽(DSIP)进行融合表达,以获得重组PHLD睡眠肽融合蛋白。研究以pPIC9K/HSA为模板,利用PCR技术进行扩增,将获得的PHLD基因连接到表达载体pPIC9K上,然后转入组氨酸缺陷型毕赤酵母GS115,经G418筛选获得了高表达PHLD融合蛋白的酵母工程菌株,并进一步获得了高纯度的融合蛋白。本研究将为DSIP的深入研究和应用提供技术资料。     

重组HSA-hG-CSF融合蛋白在毕赤酵母中的表达

为了延长G-CSF半衰期,我们利用甲醇酵母表达重组人血清白蛋白融合的集落细胞刺激因子（rHSA-G-CSF）。用PCR方法从人胎肝cDNA文库扩增出HSA cDNA序列,hG-CSFcDNA序列从大肠表达载体中酶切获取。将HSA和hG-CSF两片段连接后,克隆到酵母分泌型表达载体pGENYK中,酶切线性化后原生质体转化导入酵母细胞进行整合。工程菌经发酵灌培养表达,层析法分离纯化融合蛋白。纯化的融合蛋白经Western 印迹分析表明具有HSA和G-CSF的免役原性,体外生物学活性分析表明,同縻尔数的融合表达产物的活性为E.coli表达G-CSF单体的活性的50%以上。体内动物实验研究表明,经HSA融合的G-CSF的半衰期为G-CSF单体的15-20倍。甲醇酵母表达的融合HSA的G-CSF具有比G-CSF更长的半衰期,有良好的临床应用前景。     

重组胰高血糖素样肽-1与人血清白蛋白融合蛋白的纯化及活性研究

利用构建的重组菌株Pichia pastoris GS115/GLP-1/HSA,在10L发酵罐中表达了胰高血糖素样肽-1与人血清白蛋白融合蛋白(GLP-1/HSA),表达量为63.6mg/L。发酵液经中空纤维柱浓缩、疏水层析、阴离子交换层析和凝胶过滤分离纯化,获得了较高纯度的GLP-1/HSA,经HPLC分析纯度达95.8%。进一步的体内活性分析结果表明,GLP-1/HSA不仅具有天然GLP-1的生物活性,而且在给药后4h仍能发挥显著性降血糖作用。以上结果表明,利用Pichia pastoris分泌型表达系统和建立的分离纯化方法,能获得大量较高纯度的GLP-1/HSA,为进一步研究和开发能够用于糖尿病临床治疗的长效GLP-1类似物奠定了基础。     

生长激素释放激素和人血清白蛋白融合蛋白的克隆表达

目的:通过与人血清白蛋白(HSA)融合,延长生长激素释放激素(GHRH)在体内的半衰期。方法:根据毕赤酵母偏爱密码子重新设计GHRH的核酸序列,并通过化学合成和重叠PCR法将GHRH的N端与HSA的C端通过一个11肽的接头连接,获得GHRH和HSA融合的全长基因序列。构建pPIC9-HSA-GHRH表达载体,电击转化毕赤酵母GS115感受态细胞,通过表型筛选和诱导表达实验得到蛋白表达工程菌,对表达产物进行分离纯化和生物学活性分析。结果:克隆了HSA-GHRH融合基因,构建了pPIC9-HSA-GHRH融合表达载体;电击转化后通过表型筛选和诱导表达实验得到蛋白表达工程菌;经分离纯化后,对表达产物的生物学活性分析显示其在体内有促进生长的作用。结论:与人血清白蛋白的融合有效地提高了GHRH的表达水平,并延长了GHRH的半衰期。     

利用BglBrick方法进行HSA/Exendin-4长效融合蛋白的快速组装

目的：通过合成生物学的BglBrick方法快速构建不同种类HSA/ Exendin-4长效融合蛋白,为进行各HSA/Exendin-4融合蛋白生物学活性的筛选比较奠定基础。方法：选用酵母表达载体pPICZαA质粒,构建pPICZαA-E4和pPICZαA-HSA两种基础Brick表达载体,运用BglBrick方法,实现了不同数目Exendin-4分子在HSA的不同末端的快速组装。将构建出的10种HSA/Exendin-4融合蛋白,转入毕赤酵母菌KM71H中,用甲醇诱导目的蛋白的表达。结果：用BglBrick方法构建的HSA/Exendin-4融合蛋白在毕赤酵母中都成功诱导表达出相应的目的蛋白。结论：利用BglBrick方法能够实现HSA长效融合蛋白的快速组装。     

人血清白蛋白-C肽融合蛋白在毕赤酵母中的分泌表达

目的构建重组表达人血清白蛋白(HSA)-C肽(CP)融合蛋白的毕赤酵母表达菌株.方法根据表达系统的密码子偏好性优化CP基因,酶切连接pBlue-HSA质粒(HSA1 800bp)和CP(100bp)基因,将HSA-CP融合基因双酶切后插入分泌表达栽体pPIC9K中,重组质粒pPIC9K-HSA-CP经SalⅠ线性化后,电击转化毕赤酵母GS115,表型筛选Mut 转化子.PCR鉴定后,用甲醇诱导摇瓶分泌表达.结果融合基因约为1 900bp,序列测定正确.SDS-PAGE分析表明表达融合蛋白的相对分子量约为70kD,摇瓶培养表达量为140mg/L,Western blot鉴定显示表达的融合蛋白为HSA和CP的杂合分子.结论实现了HSA-CP融合蛋白在毕赤酵母中的分泌表达,细胞活性研究显示HSA-CP融合蛋白对人胚肾293细胞的生长具有一定的促进作用.     

利用酿酒酵母稳定完整表达融合蛋白hPTH(1-34)ab-HSA

为稳定完整表达人甲状旁腺激素(hPTH)(1-34)二联体与人血清白蛋白(HSA)融合蛋白,以酿酒酵母为宿主,利用重叠PCR技术,将α-factor基因拼接到hPTH(1-34)ab-HSA基因片段上,获得α-hPTH(1-34)ab-HSA,并插入穿梭表达质粒pYX212,构建了基因工程菌S.cerevisiae W303-1A/pYX-α-hPTH (1-34)ab-HSA.经Western blot分析及N端氨基酸测序表明,该工程菌表达分泌了具有HSA和hPTH抗原性的完整hPTH(1-34)ab-HSA融合蛋白,解决了毕赤酵母不能稳定完整表达融合蛋白hPTH(1-34) ab-HSA的问题.     

重组胰高血糖素样肽-1与人血清白蛋白融合蛋白的纯化及活性研究

利用构建的重组菌株Pichia pastoris GS115/GLP-1/HSA,在10L发酵罐中表达了胰高血糖素样肽-1与人血清白蛋白融合蛋白（GLP-1/HSA）,表达量为63.6mg/L。发酵液经中空纤维柱浓缩、疏水层析、阴离子交换层析和凝胶过滤分离纯化,获得了较高纯度的GLP-1/HSA,经HPLC分析纯度达95.8%。进一步的体内活性分析结果表明,GLP-1/HSA不仅具有天然GLP-1的生物活性,而且在给药后4 h仍能发挥显著性降血糖作用。以上结果表明,利用Pichia pastoris分泌型表达系统和建立的分离纯化方法,能获得大量较高纯度的GLP-1/HSA,为进一步研究和开发能够用于糖尿病临床治疗的长效GLP-1类似物奠定了基础。     

人血清白蛋白药物输运过程中的催化作用研究

血清白蛋白(HSA)是人体中重要的药物结合蛋白。药物在体内和血清白蛋白可逆性地结合可以增强药物的生物兼容性、延长药物半衰期并达到缓释的效果。但是研究发现药物和白蛋白的结合有时也会形成负面的影响。本文以能和活性氧反应的化学发光试剂FCLA为分子探针,研究分析了HSA和药物的相互作用及产生的影响。实验发现,HSA能通过与FCLA分子的结合,对FCLA的氧化产生类似于酶催化效果,通过降低氧化反应所需的活化能加速了探针的氧化过程。研究结果表明,HSA和某些药物的结合能够引起药物抗氧化能力或抗药物交叉反应能力的改变,因此在利用HSA携带药物时,需要考虑结合所导致的药物稳定性的降低。该研究有助于揭示体内的药物动力学问题,指导合理用药,同时对于进行药物分子设计、开发新药也具有重要的指导意义。     

重组毕氏酵母中降解hIFNβ-HSA蛋白酶的鉴定及其活性控制

研究了重组毕赤酵母KM71／pPIC9K—IFNβ-HSA表达融合蛋白hIFNβ—HSA过程中产物降解的问题。十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS—PAGE）和Western—Blotting分析结果表明,发酵液中除了9．0×10^4的目的融合蛋白hIFNβ-HSA外,同时还出现了6．5×10^4的降解带,进一步结合HPLC分析证实该降解发生在融合蛋白hIFNβ—HSA的HSA区域。在此基础上,采用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS—PAGE）活性电泳的方法,确定在融合蛋白hIFNβ-HSA表达的过程中,引起融合蛋白hIFNβ-HSA降解的蛋白酶为蛋白酶B（Proteinase B,PrB）。最后,确定了可以抑制融合蛋白hIFNβ-HSA降解的最佳的蛋白酶抑制剂EDTA,通过在诱导表达阶段添加不同浓度的蛋白酶抑制剂EDTA,使融合蛋白的表达量达到22．18mg/mL,与空白对照组相比增加了61％。     

长效多肽药物研究进展

重组蛋白药物在体内存留时间的长短,极大地影响到药物的使用剂量和治疗效果。防止多肽在体内迅速降解、延长半衰期成为蛋白质工程药物改造的重要课题之一。经过许多学者多年来的不懈研究,不少长效多肽药物已经上市,还有一些正在进行临床研究。综述了几种多肽药物常用的长效改造方法如化学修饰、基因融合、点突变以及药物制剂释放系统的改造。     

蛋白多肽类药物长效化技术研究策略

多肽/蛋白质类药物普遍存在体内半衰期短的问题,使其应用受到了限制。近年来,蛋白质半衰期的研究取得了很大的进展,许多技术已经被提出并测试延长治疗性蛋白的作用时间,如与其他蛋白基因融合(免疫球蛋白域或血清蛋白,如白蛋白)、与聚合物结合(PEG化修饰、聚唾液酸化、HEP化等)。这些技术主要基于本身较长的半衰期及循环机制调控以延长多肽/蛋白质类药物的半衰期。针对上述的多种长效化方式及相关产品进行了综述与讨论,以期为此类药物的长效化研究提供思路。     

长效重组蛋白药物的研究进展

重组蛋白药物经静脉和皮下注射后通常半衰期较短,目前延长蛋白药物半衰期的方法主要基于三种原理：1、增大蛋白药物分子量;2、利用血浆药物平衡;3、减少免疫原性。本文针对构建突变体、PEG化修饰和与血清白蛋白融合三种延长重组蛋白药物半衰期的方法,及其已上市的和正在研发中的长效重组蛋白药物的特征、半衰期和免疫原性问题进行了综述。