基于多肽药物研究探索性实验的本科教学模式探讨*

蒋 能，黄书桐，钟国珲，苏 弟，龙娟月，颜志明

(1 广西医科大学附属肿瘤医院药学部，广西 南宁 530021；2 广西医科大学药学院，广西 南宁 530021)

广西医科大学药学教育历史悠久、药学学科种类齐全、是广西医药最高学府，肩负着培养创新性高素质药学专业技术人才。为了适应药学教学新的发展，如何引导学生学习生物药物方面的知识是药学本科教育的新趋势。随着生物技术的突破和发展，疾病的预防、诊断和治疗取得革命性的进展。从小分子药物到生物药物的发展，Lilly公司于1982年将第一个重组蛋白质药物胰岛素投放市场，标志着生物药物向临床应用取得成功[1]。在随后的几十年中，多肽药物、蛋白药物、单克隆抗体及疫苗等犹如雨后春笋，对医药产业的发展具有引领作用。多肽是由多个氨基酸通过肽键形成的一系列化合物，普遍存在于生物体内。在生物体内发现的多肽达数万种，广泛参与调节细胞、组织、器官和系统的生命活动。多肽药物主要来源于人体内源性多肽(GLP-1、酪酪肽(PYY)、胃泌酸调节素(OXM)等)或者天然多肽(如苦瓜多肽、蛇毒、唾液酸、蜂毒等)，集合了传统化学药物和蛋白质药物的优点，天然来源的多肽是对小分子类天然活性成分的重要补充。多肽的成药性一般高于小分子，具有活性高、特异性强、毒性低、体内不易蓄积及药物相互作用小等特点。缺点是多肽的稳定性较差，一般难以直接成药。在这样背景下，教学和科研相互促进已成为新型教学体系的特征之一[2-3]，结合具体的多肽药物长效化探索性实验，加强对药学本科生对此类知识的传授的同时，对相关教学模式探讨。

1 糖尿病GLP-1受体激动剂长效化研究背景的文献调研教学

前面提到多肽药物具有活性强、毒性低和在体内不容易蓄积等优点。但是存在稳定性差和半衰期短等方面的缺点。在这个基础上引导学生进行思考如下问题，GLP-1受体激动剂在糖尿病治疗方面的背景，如何延长该类多肽药物的半衰期。带着上述问题，引导学生进行文献的归纳和总结。

全球有4亿多人患有2型糖尿病(T2DM)，约占全世界糖尿病病例的90%[1-3]。令人担忧的是，在过去的30年里，全球2型糖尿病的患病率翻了一番。T2DM是一种病理复杂且治疗昂贵的疾病，它会导致心血管疾病、失明、肾功能衰竭、下肢截肢和其他一些长期并发症，严重降低患者的生活质量。由于T2DM及其并发症，大多数患者最终需要多种药物治疗，这促进了新药的开发。胰高血糖素样肽-1(GLP-1)具有激活GLP-1受体、刺激胰腺细胞分泌胰岛素、增强食欲抑制和减肥等多种生物学活性，是2型糖尿病的一个很有前景的药理靶点，由于二肽基肽酶IV(DPP-IV)能快速降解天然GLP-1的两个N端氨基酸，半衰期很短。研究人员致力于利用多种方法延长GLP-1的半衰期[4-5]。

促进靶肽与人血清白蛋白(HSA)的物理相互作用已被证明是延长GLP-1半衰期的有效途径。脂肪酸可以与白蛋白结合，具有很高的白蛋白亲和力。因此，肽脂质化可通过促进白蛋白相互作用来改善肽类药物的药代动力学。这种方法已成功地用于开发利司那肽和索马鲁肽，这是因为药物与HSA的亲和力而抑制了蛋白水解降解，降低了肾脏清除率。然而，脂类可导致溶解度急剧降低，且通常不适用于肽。因此，通过增强溶解度、HSA亲和力或其他治疗特性来调节血清白蛋白相互作用的替代策略仍然具有吸引力[6-7]。本文中，我们探索了一种新的小分子白蛋白粘合剂与肽结合的替代方法。

一些阴离子芳香族小分子具有很高的白蛋白结合亲和力，可以作为一种替代油脂。麦可酚酸(MPA)具有很高的白蛋白结合亲和力，可以广泛地与HSA结合(97%～98%)。在我们之前的研究中，我们已经证明，与利拉鲁肽相比，MPA白蛋白结合物修饰的爪蟾GLP-1类似物在db/db小鼠中具有更长的降糖活性[8]。在自然界中，多价结合策略经常用于增强弱配体-受体相互作用，二聚体配体的亲和力可显著高于其固有成分的亲和力之和[9]。因此，我们假设具有两个MPA部分的小分子白蛋白粘合剂(DiMPA)可作为进一步改善肽药物半衰期的有效方法。

2 糖尿病GLP-1受体激动剂长效化设计方法的教学

多肽的长效化结构修饰是多肽药物研究的重要组成部分，在该探索性实验的教学实践中还设计到药物的设计方法、体内外活性评价及药物代谢动力学等方面的研究。药学本科生参与课题研究，能够更加直观和深刻理解这些概念在药物研究中的应用。接下来介绍发表在RSC Advance杂志上的成果(Discovery of lixisenatide analogues as long-acting hypoglycemic agents using novel peptide half-life extension technology based on mycophenolic acid, RSC Advances, 2020, 10, 12089-12104)，药学本科生参与的课题研究[10]。

利司那肽是一种基于exendin-4的潜在GLP-1受体激动剂，在体内半衰期为3～4 h，临床给药每天一次。我们选择利司那肽作为模型肽，并对DiMPA修饰的利司那肽类似物进行了一系列原理验证研究。首先，为了避免严重的生物活性丧失和确定利司那肽合适修饰的位点，将三种烷基链长度不同的MPA白蛋白键与利司那肽的三种赖氨酸残基(Lys12、Lys27和Lys39)进行了位点特异性连接。利用这一策略，我们在Lys12、Lys27和Lys39制备了9种不同的MPA修饰的利司那肽类似物，并探讨了它们的体外GLP-1受体激活效力、稳定性和体内降血糖活性。选择了体外受体激活效价高、血浆稳定性好、体内降血糖活性好的化合物1f进行下一步的DiMPA修饰。

接下来，利用赖氨酸上的两个氨基，我们设计了一个带有十一碳烷基链的DiMPA白蛋白配体，并与的Lys27连接，制成2a。考虑到DiMPA修饰可能带来溶解度问题以及间隔基的重要性，在DiMPA白蛋白结合配体和利司那肽之间引入不同长度的8-氨基-3，6-二氧辛酸(OEG)间隔物，得到2b-2d。MPA是一种肌苷单磷酸脱氢酶(IMPDH)的抑制剂，已被用作免疫抑制剂。我们假设MPA与利司那肽等肽类激素结合不会产生免疫抑制作用。霉酚酸酯是MPA的前药，通常每天给药数千毫克，生物利用度约为90%，它的药理相关剂量远远超过利司那肽(利司那肽的推荐剂量为10～20 mg/天)。

在本研究中，我们研究了DiMPA白蛋白粘合剂作为一种新的方法来改善肽的药代动力学。为此，我们使用短效GLP-1受体激动剂利司那肽和DiMPA白蛋白配体修饰的位点特异性进行了原理验证研究。此外，还对利西那肽类似物的理化性质、稳定性、抗糖尿病和促胰岛素特性、毒性和长期治疗效果进行了广泛的研究。

3 结 语

通过“利司那肽长效化修饰”课题的实施，促进药学本科生对多肽药物研究理论知识及相关概念的理解和应用。教师充当引路者角色，将学生引入到一个新的领域；激发学生的兴趣，通过主动的学习和研究获取更高层次的科研素质和能力。将教学融入科研，注重科研教学相长的教学模式探讨，注重理论和实践的渗透，注重本领域的发展确实和学科前沿的把握，提高学生分析问题和解决问题能力。笔者希望借此文唤起药学教育界对多肽及生物药物教学的重视，不断更新知识，一同促进改领域教学水平的提高。