基于体外代谢特征的蛋白质类药物早期成药性评价体系研究

Pharmacokinetic property is one of the critical factors of druggability and the key point of early evaluation for druggability. Due to the high molecular weight, complicated structure and poor stability of the protein molecules, current research and analysis methods targeting the metabolism characters of protein drugs cannot meet the needs of early evaluation of druggability, which leads to a lack of early evaluation system for protein druggability based on metabolic characteristics and greatly increases the risk of new drugs discovery and development. This project aims to systematically study the key factors of protein elimination mechanism, analyze in vivo metabolism of protein through enzyme hydrolysis and receptor-mediated elimination and clarify the key controlling factors; it also aims at the establishment of in vitro evaluation methods for metabolism characteristics and in vitro analysis system for metabolic characteristics of protein drugs. In addition, this project also covers the study of the correlation of in vivo and in vitro metabolic parameters of protein drugs and the establishment of a mathematical prediction model of in vivo pharmacokinetics. Finally, the goal is to establish an early evaluation system of druggability of protein drugs based on their metabolic characteristics and guide drug design and optimization. This project would clarify the key factors controlling the in vivo metabolism of protein molecules, establish a completed early evaluation system for protein duggability, and provide both theoretical basis and methodological guidance for the research and development of protein drugs.

药代动力学性质是影响成药性的最为关键因素之一，是早期成药性评价的重点。由于蛋白质类药物具有分子量大、结构复杂、稳定性差等特点，目前对蛋白质类大分子代谢性质的基础研究和分析手段都不能满足早期成药性评价的需求，导致缺少基于代谢特征的蛋白质类药物早期成药性评价体系，在很大程度上增加了其新药研制的风险。本项目拟对蛋白质分子体内清除机制的关键因素进行系统研究，解析酶水解代谢和受体介导清除这两类复杂的体内代谢过程，阐明关键控制因素；建立代谢特征体外评价方法，确立特征参数，构建蛋白质类药物代谢特征体外分析体系；研究蛋白质药物体内外代谢参数的相关性，建立体内药代动力学参数预测模型；最终建立基于体外代谢特征的蛋白质药物早期成药性评价体系并指导分子设计与改构。本课题的顺利完成将阐明控制蛋白质分子体内代谢的关键因素，建立完善的蛋白质类药物早期成药性评价体系，为蛋白质类药物研制提供理论基础和方法指导。

蛋白质类药物由于自身结构和体内代谢过程复杂，针对其代谢特征进行早期成药性评价存在困难。本项目建立了蛋白质药物代谢关键水解酶的高通量筛选方法和受体介导的胞吞行为研究方法，确定了评价蛋白质药物体外代谢特征的关键参数，并对工具药物体内外代谢参数相关性进行研究，构建了多肽药物半衰期预测模型，形成了基于体外代谢特征的早期成药性评价体系，并对其进行了验证；以早期成药性评价体系为指导，对FGF21和口服降糖多肽进行了合理设计与结构优化，获得了具有良好成药性的候选分子，并已进入临床前研究；建立了基于超电荷聚多肽的蛋白质药物细胞内靶向递送技术，解决了蛋白质药物难以作用于胞内靶点的难题。.本项目取得的重要研究结果包括：1）建立了通过标准底物残留率的变化筛选蛋白关键水解酶的方法，解决了外肽酶降解产物难以分离检测的问题，为关键水解酶的高通量筛选提供了有效方法；2）建立了糖蛋白受体介导胞吞消除的体外评价方法，能快速有效的评估糖蛋白药物经去唾液酸糖蛋白受体介导消除的情况；并应用该方法，评价了不同糖基化修饰对于帕妥珠单克隆抗体的影响；3）应用蛋白质药物早期成药性评价体系，指导FGF21分子改构，获得了对非酒精性脂肪肝治疗效果显著优于原型的FGF21改构体，已进入临床前研究；4）指导口服降糖多肽药物合理设计与筛选，获得了具有良好降糖效果的口服降糖多肽，也已进入临床前研究；5）建立了基于超电荷聚多肽的蛋白质药物细胞内靶向递送技术，解决了蛋白质药物难以作用于胞内靶点的难题。.本项目建立了基于体外代谢特征的蛋白质药物早期成药性评价体系，为蛋白质类药物合理设计与改构提供理论基础和方法指导，并应用该评价体系获得了具有良好成药性的候选药物。通过本项目，课题组已发表论文40篇（SCI论文32篇），申请发明专利2项。培养博士研究生8名（已毕业5名），硕士研究生9名（已毕业7名）。