基于多肽-蛋白质药物聚集体构建新型控释系统的研究

It is traditionally thought that protein drugs would be toxic and significantly lose their bioactivities after forming aggregates. However, some international cutting-edge reports and also our own work about insulin and calcitonin aggregates have found that peptides could be used to obtain controllable protein aggregates with high bioactivity and almost no toxicity. In order to resolve some traditional problems of protein drugs such as their short sustained release time after subcutaneous injection and low bioavailability after oral administration, we propose to carry out the molecular dynamics simulation study and then design a series of peptides capable of regulating the aggregation behaviour of protein drugs. The interaction mechanisms between peptides and protein drugs will be clarified by quite a few methods such as single point mutation of the amino acid sequence of protein drugs. Then we will design and prepare a series of controllable peptide-protein drug aggregates (PPDA) to construct protein drug delivery systems with good biocompatibility, bioactivity and controlled drug release profiles, with the help of stimuli-responsive biomedical polymers. Then, we will systematically investigate the structure-property relationship of the PPDA-based systems. This project may be carried out to obtain new controlled drug release systems with self-owned intellectual property rights, and provide valuable new strategies for the therapy of some world problems such as diabetes and osteoporosis.

传统认为蛋白质药物形成聚集体后有毒性并会降低其生物活性。然而，国际前沿研究在蛋白质可控聚集领域的新发现和本团队在胰岛素、降钙素等聚集体的研究基础均指出：多肽可调控蛋白质药物聚集体的形成过程和结构使其无毒并具有高生物活性。针对蛋白质药物递送面临皮下注射难以长效控释、口服给药难以达到有效生物利用度等难题，本项目拟基于多肽-蛋白质药物相互作用的分子模拟研究，设计一系列具有调控蛋白质聚集行为能力的多肽，通过对蛋白质药物的结构序列进行定点突变等手段阐明多肽与蛋白质药物相互作用的机理，来设计制备可控的多肽-蛋白质药物聚集体（PPDA）；并进一步设计智能响应的医用高分子体系，以构建具有优良生物相容性、生物活性和控释行为的蛋白质药物递送体系，并系统研究基于PPDA的药物控释体系的结构-性能关系。本项目的实施有望获得具有我国自主知识产权的药物控释系统，并为治疗糖尿病、骨质疏松症等世界性难题提供有益的新思路。

针对蛋白质药物递送面临皮下注射难以长效控释、口服给药难以达到有效生物利用度等难题，本项目基于多肽-蛋白质药物相互作用，设计一系列具有调控蛋白质聚集行为能力的多肽，来设计制备可控的多肽-蛋白质药物聚集体；并进一步设计智能响应的医用高分子体系，构建了一系列具有优良生物相容性、生物活性和控释行为的蛋白质药物递送体系，系统研究了其结构-性能关系。在项目的研究过程中，为了更好地完成本项目控释蛋白质药物的目的，我们做出了一定的调整，即除了多肽外，拓展研究其他小分子如葫芦脲7等与蛋白质的相互作用，以获得具有明确相互机理的小分子-蛋白质超分子体系，从而达到更好控释蛋白质药物的目的。.举例部分主要研究成果如下：针对胰岛素控释存在的科学问题，本项目受C肽结构和胰岛素受体αCT多肽序列等启迪，并配合引入刺激响应高分子材料，设计了一系列可以快速释放或者长效缓释胰岛素的控释体系。针对降钙素这个治疗骨质疏松症的重要蛋白质多肽类药物，我们从天然蛋白质的超分子作用获得启迪，通过天冬氨酸-苯丙氨酸二肽分子的负电荷单元与鲑鱼降钙素的正电荷11Lys位点产生强烈的静电相互作用，再进一步通过其疏水单元Phe提供组装驱动力，获得了超分子纳米颗粒体系，可在单次皮下注射后有效降低动物血钙浓度长达30天以上，有效解决了鲑鱼降钙素半衰期短的问题。另一方面，针对人降钙素自身快速形成纤维化失去生物活性，不能应用于临床的问题，我们利用葫芦脲与其12Tyr/16Phe等位点的超分子作用，有效阻断了其自聚集过程，获得了与鲑鱼降钙素生物活性相当而免疫原性更低的人降钙素新剂型。.本项目总计发表标注基金号论文48篇，包括Journal of Controlled Release和Nature Communications等，授权发明专利5项。本工作有望为治疗糖尿病、骨质疏松症等世界性难题提供有益的新思路。