噬菌怖肽库技术在新型药物设计中的应用

互联网2010-12-02

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噬菌怖肽库技术在新型药物设计中的应用

传统药物的开发一般是从自然界的动物、植物和微生物中分离出具有特定药理作用的化学物质或蛋白质(多肽)，然后对于化学物质(一般是作为药物研究的先导化合物)再经过进一步的设计、改造及合成有效的功能药物；而对于蛋白质(多肽)，则一般通过基因工程手段进行改造发展成基因工程药物。目前大部分药物是通过这些方法获得的，但此方法往往周期长、风险高、耗资巨大，并带有很大的盲目性。而从噬菌体肽库中，通过亲和筛选的方法，可以得到具有特定生物活性的多肽如酶抑制剂、抗菌肽等，作为新型药物或先导药物。

利用噬菌体肽库技术筛选药物的主要依据是：任何药物都是通过受体发挥作用的，这就需要药物与受体发生特异性结合，而受体一般都是蛋白质或核酸，这种相互结合的位点就为药物筛选与设计提供丁科学依据，避免盲目性。

1．酶抑制剂

噬菌体肽库技术是寻找蛋白酶抑制性多肽的理想工具。蛋白酶的作用位点或别构效应的调节位点往往位于空间结构上的裂缝中，通过这些裂缝蛋白酶可以与其底物发生特异性结合，从而发挥酶活性。而抑制剂通常也是与这些裂缝结合，发挥抑制酶的作用。Hyde-DeRuysche等(2000年)利用噬菌体肽库技术筛选到了6种酶的抑制剂。同年，Dennis也从肽库中筛选到了能抑制丝氨酸蛋白E因子Ⅶa(FⅦa)活性的小肽，FⅦa是凝血机制的一个关键调节因子，这个小肽与FⅦa有很高的特异性和很强的亲和力，而且通过结构分析实验发现该小肽与FⅦa的结合区域不在已知活性位点内，小肽是通过非竞争性的结合及别构效应来抑制FⅦa活性的。还有以血小板为靶目标筛选肽库获得的凝血酶抑制剂，其抗血小板聚合的生物学活性是现有抑制剂的10倍。

2．寻找细胞因子拮抗剂和激动剂

以细胞因子受体的全部序列或胞外区为靶目标对肽库进行筛选，可以找到与靶受体高亲和力结合的小肽，对其进行测序和生物活性检测。在此基础上设计出能模拟细胞因子活性部位的小肽，用以代替整个细胞因子发挥作用，已成为药物开发的一种有力手段。寻找到的小分子模拟肽可克服大分子药物的相对分子质量大、组织渗透性弱、体内运输能力差、不稳定、有宿主免疫原性等缺点，同时具备了分子小、可口服等优点。

目前已找到多种细胞因子的模拟小肽。如从环肽库中筛选到1个特异性抑制血管生成素活性的小肽，可在一定程度上阻止肿瘤的转移。此外，对于细胞因子IL-1、肿瘤坏死因子(TNF)、胰岛素样生长因子等的模拟肽都已找到，它们都可不同程度地拮抗天然细胞因子的活性。一些细胞因子的激动剂也相继被找到，如血小板生成素(TPO)受体的激动剂，可刺激TPO依赖细胞的增殖和小鼠骨髓细胞的分化。EPO受体的激动剂可刺激小鼠红细胞的生成。这些小肽序列都为设计小分子模拟药物提供了一定的基础。

3．肿瘤特异性黏附肽

在肿瘤的药物治疗过程中，化学药物在体内扩散后，不仅作用于肿瘤，还作用于健康的组织和器官，因而在杀伤肿瘤的同时，也给机体带来了很大的副作用，最终影响治疗肿瘤的效果。而利用特异性结合于肿瘤组织或器官的小分子多肽作为抗癌药物的传递载体，就能解决这个问题，从而改善药物导向的特异性，实现治疗的针对性和安全性。噬菌体肽库技术可用于确定肿瘤细胞和组织器官上的特异性结合肽，并以此结合肽为载体与药物相联，这样可以有效地提高定向传递治疗药物的能力。目前该技术用于肿瘤导向治疗研究主要集中在3个方面：一是筛选肿瘤特异性结合肽，与药物偶联后用于肿瘤导向治疗；二是筛选与肿瘤转移有关的黏附分子，为肿瘤诊断和抑制肿瘤转移提供了一个有前途的方法；三是筛选肿瘤结合肽后与基因偶联，用于基因治疗。

1996年，Pasqualini和Ruoslahti第一次创造性地在动物模型体内筛选出了特异结合脑和肾的噬菌体结合肽，其后成功筛选到3条分别与恶性黑素瘤和乳腺癌特异性结合的RGD-4C以及含有NGR和GSL序列的小肽，其特异性较脑和肾正常组织高20倍以上。1998年，同一实验室的Arap等利用这些特异性结合肽与化疗药物多柔比星(阿霉素)偶联成新型免疫导向药物，在荷瘤裸鼠中取得了很好的抗肿瘤效果，目前该成果已进入了临床治疗或造影测试阶段。Arap，和Pasqualini等人将这两条小肽与诱导细胞凋亡的小肽进行化学偶联，发现凋亡小肽在导向小肽的引导下直接进入肿瘤血管内皮细胞，可以破坏细胞的膜线粒体，从而诱发内皮细胞凋亡，而对其他细胞没有影响。他们又将NGR小肽与肿瘤坏死因子-α(TNF-α)偶联，实验发现NGR小肽可以明显地提高了TNF-α抑制肿瘤生长的效果。同时这些结合肽在体内的作用机制也被阐明，它们分别与肿瘤表面结合的分子特征已经揭示，为这些小肽作为靶向分子的应用提供了理论依据。此后又有很多类似的报道，目前已经获得了一批能特异性结合小鼠、人各种组织和肿瘤的结合肽。