二硫鍵上的定點修飾
很多蛋白質(zhì)中半胱氨酸都是以二硫鍵的形式存在,將二硫鍵還原為兩個游離的巰基,再用雙反應(yīng)性的聚乙二醇化試劑進(jìn)行修飾,可形成一種三碳橋結(jié)構(gòu)(如圖),能替代二硫鍵起穩(wěn)定修飾產(chǎn)物空間結(jié)構(gòu)的作用,對活性影響很小。用該方法修飾干擾素 α-2b(IFN)時,發(fā)現(xiàn)修飾產(chǎn)物 PEG-IFN 的生物活性與 PEG 的長度無關(guān),比其他位點的聚乙二醇修飾收率高,成本低??乖Y(jié)合片段(Fab)在血液循環(huán)中迅速消除,是聚乙二醇化修飾的良好對象。Khalili 等合成了PEG-雙砜試劑,能特異性地將二硫鍵末梢定位到 Fab 的結(jié)合區(qū)。對貝伐珠單抗、雷珠單抗、曲妥珠單抗等水解得到的 Fab 進(jìn)行 PEG 化,離子交換色譜純化后得到純的 PEG-Fab 產(chǎn)品,十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)未檢測到 PEG 損失。用表面等離子體共振(SPR)進(jìn)行比較結(jié)果研究表明:(1)Fab 和用于定點聚乙二醇修飾的 PEG 雙烷基化試劑匹配良好;(2)PEG-Fab 只在表面親和力下降了 2 倍,而解離速率沒有任何變化;(3) PEG 相對分子質(zhì)量變化時,表面結(jié)合速率和親和力保持不變。
單點突變引入巰基后的修飾
何燕等將比伐盧定(BVLD)多肽鏈 7-甘氨酸(Gly)用半胱氨酸(Cys)取代,用聚乙二醇定點修飾巰基,采用多肽固相合成法制得 [Cys]7-BVLD,其與不同相對分子質(zhì)量的 mPEG-MAL 偶聯(lián)合成了 3 個聚乙二醇化比伐盧定衍生物:[Cys(mPEG2000-MAL)]7-BVLD、[Cys(mPEG 5000-MAL)]7-BVLD和[Cys(mPEG10000-MAL)]7-BVLD,這些衍生物的結(jié)構(gòu)經(jīng) MS 確證。凝血酶原時間和凝血酶時間評價結(jié)果表明,3 個衍生物均表現(xiàn)出良好的抗凝活性,尤其是[Cys(mPEG5000-MAL)]7-BVLD 的抗凝活性優(yōu)于比伐盧定。
安群星等選擇天花粉蛋白(TCS)分子上可能的抗原決定簇位點 KR173-174 進(jìn)行定點突變,并將所構(gòu)建的突變體 TCS KR173-174 在大腸桿菌中表達(dá)及純化。通過該突變體第 173 位引入的半胱氨酸殘基進(jìn)行 PEG 定點修飾。結(jié)果表明,所構(gòu)建的突變型 TCS(mTCS)的活性與野生型 TCS(wTCS)活性相當(dāng),而免疫原性已顯著降低。PEG 修飾型 TCS 雖活性稍低,但其免疫原性、急性毒性以及藥動學(xué)性質(zhì)得到顯著提升。表明通過基因工程及化學(xué)修飾方法改造 TCS 可行,所構(gòu)建的突變型及 PEG 修飾型 TCS 值得進(jìn)一步研究。
黃湘鷺等利用蛋白質(zhì)分子同源模建,選擇在集成干擾素分子 IIFN 的第 72 位引入半胱氨酸殘基構(gòu)成集成干擾素突變體 IIFN72C。誘導(dǎo)表達(dá)后經(jīng)包涵體變復(fù)性和柱色譜純化,與 mPEG-MAL 定點偶聯(lián)。結(jié)果表明,IIFN72C 以包涵體形式表達(dá),表達(dá)量占菌體總蛋白的 30%以上,比活性與突變前相當(dāng),修飾產(chǎn)物大多數(shù)為單修飾體,純化后質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于98%,比活性保留約為修飾前的 8%。
治療嚴(yán)重痛風(fēng)的一種方法是注射非人類尿激酶,以減少體內(nèi)尿酸水平。pegloticase 是一種聚乙二醇化的豬–狒狒嵌合尿激酶,用于慢性難治性痛風(fēng),但會產(chǎn)生較多的過敏反應(yīng),此外,還有一些皮膚紅腫、便秘、胸痛和嘔吐等副反應(yīng),這些限制了它的應(yīng)用和效果。Nyborg 等[16]研制了一種治療性的尿激酶,在 200 個代表不同 HLA 單體的人體樣本中,免疫原性較低,將半胱氨酸設(shè)計到該序列中,用聚乙二醇定點修飾,效率能達(dá)到 95%。聚乙二醇尿激酶在體外,中性 pH 值條件下,在人體血漿中以及鼠類和犬類體內(nèi)的酶活性保持不變。在犬身上,皮下注射能使血漿中尿酸水平降低 85%。這種聚乙二醇化的非免疫原性尿激酶將為痛風(fēng)患者帶來極大的幫助。
葡激酶(SAK)是一種細(xì)菌來源的、具有良好靶向性和溶栓活性的蛋白,擁有極大應(yīng)用潛力,但在生物體內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重免疫反應(yīng),血漿半衰期短(僅3min)。根據(jù) SAK 晶體結(jié)構(gòu)及抗原位點選擇突變位點,構(gòu)建突變質(zhì)粒,并在大腸桿菌中表達(dá)半胱氨酸(Cys)突變蛋白 S-cys;對目的蛋白在不同條件下進(jìn)行聚乙二醇修飾[17],純化后得到較高純度的修飾蛋白 PEG-S-cys,通過纖維蛋白平板溶圈實驗和動物栓塞模型的構(gòu)建初步對其生物活性進(jìn)行驗證。結(jié)果表明所得 PEG-S-cys 蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 90%, PEG-S-cys 具有溶栓活性,這為葡激酶的改造提供了一種新的方法與思路。
多點突變引入巰基后的修飾
梁凌宇等采用分子生物學(xué)技術(shù)經(jīng)點突破得到rhCNTF 突變體 CN10,運用 mPEG-MAL 對 CN10進(jìn)行定點修飾,每 2 天 ip 一次 PEG 化的 CN10,對小鼠體質(zhì)量的增長抑制率可達(dá) 50%,與每天注射 2次rhCNTF 的體質(zhì)量增長抑制作用相當(dāng),說明 CN10蛋白在 PEG 化修飾后,其減重效應(yīng)持續(xù)時間可明顯延長。馮翠等則采用 mPEG-MAL 對 rhCNTF 的第 17 位半胱氨酸巰基進(jìn)行定點修飾,實驗結(jié)果表明,在 pH 7.5 的 Tris-HCl 緩沖溶液中,蛋白質(zhì)與修飾劑的比例為 1∶3,4 ℃下反應(yīng) 12 h,修飾率可達(dá)到90%以上,修飾混合物通過一步陰離子交換色譜可獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù) 98%以上的單修飾產(chǎn)物。熒光光譜和圓二色圖譜顯示 mPEG-CNTF-C17 與原蛋白二、三級結(jié)構(gòu)一致。細(xì)胞增殖活性檢測表明,mPEG-CNTF-C17 的比活達(dá)到了 6.51×105 IU/mg,體內(nèi)循環(huán)半衰期相對原蛋白提高了 30.3 倍。該研究為開發(fā) CNTF 長效產(chǎn)品提供了基礎(chǔ)。
為獲得高抗菌活性聚乙二醇定點修飾的溶葡萄球菌酶(Lysn),根據(jù)該酶的結(jié)構(gòu),在它的催化域和結(jié)合域上優(yōu)選 8 個位點(Q9、N13、N40、T172、N174、G197、V240 和 T244),分別突變成半胱氨酸,純化后的溶葡萄球菌酶突變體經(jīng)二硫蘇糖醇(DTT)處理后與 mPEG-MAL 進(jìn)行定點修飾反應(yīng),RP-HPLC 分析顯示 PEG 修飾率大于 70%,修飾產(chǎn)物經(jīng) MacroCapSP 陽離子交換層析純化后,PEG 化溶葡萄球菌酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 95%。比濁法和小抑菌濃度(MIC)實驗表明 20K-PEG-LysnV240C和20K-PEG-LysnT244C 的抗菌活性維持在原來的50%左右。研究結(jié)果為溶葡萄球菌酶全身給藥治療金黃色葡萄球菌感染奠定了基礎(chǔ)。
通過 Traut 試劑引入巰基后的修飾
為了構(gòu)建 trastuzumab(TMAB)–聚乙二醇–PARAM 靶向遞藥系統(tǒng),馬鵬凱等以雙功能聚乙二醇為連接子,并在 trastuzumab 上通過 Traut 試劑引入巰基。通過琥珀酸酐共價連接在 PAMAM 表面,由于酯鍵比較穩(wěn)定,藥物緩慢釋放;隨后再在PAMAM 表面共價結(jié)合雙功能聚乙二醇 NHS-PEG-MAL,延長其在血液循環(huán)的時間,增強 EPR 效應(yīng),提高藥物在腫瘤部位的濃度,后 PEG 末端連接巰基化的 TMAB,利用與 HER2 受體的作用提高進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的藥物濃度,達(dá)到持續(xù)、有效、安全的腫瘤治療策略。
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