Peptidterapi

Peptidläkemedel är peptider eller polypeptider ( oligomerer eller korta polymerer av aminosyror ) som används för behandling av sjukdomar . Naturligt förekommande peptider kan fungera som hormoner , tillväxtfaktorer , neurotransmittorer , jonkanalligander och anti-infektionsmedel ; peptidterapi efterliknar sådana funktioner. Peptide Therapeutics ses som relativt säkra och vältolererade eftersom peptider kan metaboliseras av kroppen.

Exempel

Det nuvarande mest sålda marknadsförda diabetesläkemedlet Liraglutide , innehåller en lipidkedja för att utöka plasmacirkulationen och säkerställer förlängd biotillgänglighet. Liraglutid är ett GLP-1-agonistläkemedel som självmonteras till en alfa-spiralformad struktur, och det kräver administrering en gång om dagen. Lipidkonjugering av en palmitoylkedja till en lysinrest vid position 26 av Liraglutid resulterar i en förlängd halveringstid (cirka 13–14 timmar) i blodet. Detta beror på att palmitoylkedjan tillåter icke-kovalent bindning till albumin , vilket fördröjer proteolytisk attack av DPP IV och även snabb renal clearance. Dessutom kan tillägget av lipidkedjan ytterligare förlänga halveringstiden genom att steriskt hindra DPP IV-enzymet från nedbrytning.

En annan peptid som är känd för att självmontera är oktapeptiden Lanreotid . Denna förening är en syntetisk analog till peptidhormonet somatostatin och den används för att behandla akromegali (ett tillstånd där kroppen producerar för mycket tillväxthormon). I vatten monteras Lanreotide själv till monodispersa flytande kristallina nanorör. Nanorören är uppbyggda av dimerer som självmonteras till en 2D-kristall, som hålls samman av laterala kedjeinteraktioner, och även av antiparallella ß-skivor.

Ytterligare insikt i hur självsammansättning och peptidhormoner hänger ihop har getts genom studier på självsammansättande amyloidstrukturer bildade av peptidhormoner och neuropeptider. Peptidhormoner och neuropeptider bildar täta kärnor som packas in i täta kärnvesiklar (DCV), som används för att tillfälligt lagra peptidbudbärare i sekretoriska celler. När vesiklar med tät kärna utlöses släpper de den lagrade informationen till blodet eller det extracellulära utrymmet, vilket resulterar i att amyloid tas isär, för att kunna agera. Därför, för dessa typer av peptider, är reversibiliteten av peptidaggregation väsentlig för deras funktion.

Öka stabiliteten av peptidläkemedel

Många strategier har använts för att öka stabiliteten hos peptidläkemedel, för även om de har så många önskvärda egenskaper, är de kortlivade i kroppen som ett resultat av snabb nedbrytning och eliminering. Eftersom halveringstiderna för vissa peptider och proteiner bara är några minuter, är de mycket ineffektiva vid läkemedelsleverans. Mekanismer involverade i deras clearance inkluderar perifert blodmedierad eliminering genom proteolys , verklig och hepatisk eliminering och även receptormedierad endocytos. En av huvudorsakerna till så snabb clearance är molekylvikten . Molekyler som har en låg molekylvikt (40-50 kDa) rensas snabbt genom njurfiltrering via den glomerulära filtrationsbarriären (GBM) in i urinen. Som ett resultat av detta är att öka storleken på ett peptidläkemedel en bra utgångspunkt för att förbättra halveringstiden.

Peptidmodifieringar för att förlänga halveringstiden inkluderar PEGylering , glykosylering , cyklisering , serumalbuminbindning och lipidering . PEGylering är bindningen av polyetylenglykol (PEG)-kedjor till peptiden via kovalenta bindningar, vilket hjälper till att öka molekylvikten och begränsa enzymatisk nedbrytning som ett resultat av steriskt hinder orsakat av tillsats av PEG. PEGylering erbjuder ett antal fördelar för farmaceutiska tillämpningar såsom förbättrad vattenlöslighet, hög rörlighet i lösning, samt låg toxicitet och låg immunogenicitet . Detta beror dock på molekylvikten för den vidhäftade PEG. PEGylering som en metod för att förbättra halveringstiden har framgångsrikt demonstrerats många gånger; i ett exempel visades det att platsspecifik mono-PEGylering av GLP-1 ledde till en 16-faldig ökning av plasmahalveringstiden hos råttor. Å andra sidan kan kovalent fästning av PEG ofta leda till förlust av biologisk aktivitet.

En annan kemisk modifiering är bindningen av glykosyl (kolhydrat) enheter till peptiden för att hjälpa till med peptidleverans till målsevärdheter. Införandet av kolhydrater i peptider kan förändra de fysiologiska egenskaperna för att förbättra biotillgängligheten. Fördelarna med denna teknik inkluderar ökad metabolisk stabilitet och underlättad transport över cellmembran, även om en av de mest fördelaktiga aspekterna är deras förmåga att främja oral absorption. Peptider har en mycket låg oral tillgänglighet (mindre än 1-2%), som ett resultat av otillräcklig absorption och snabb nedbrytning och clearance, vilket gör denna metod till en attraktiv sådan. N- och O-glykosylering där kolhydrater är bundna till peptiden är naturligt förekommande, där N-glykosylering sker genom amingruppen i en asparaginrest för att bilda en amidbindning. O-glykosylering sker via serin- eller treoninrester , där syreatomen på sidokedjan binder till kolhydraten genom en eterbindning. Det finns också icke-naturlig glykosylering, känd som kemisk glykosylering, som involverar bindning av kolhydratenheter till olika aminosyrarester vid N-terminalen av peptidens sekvens. Ett ytterligare sätt att utföra glykosylering är att använda enzymer, kända som kemo-enzymatisk glykosylering. Denna metod används för komplex kemisk syntes. Kemiska och kemo-enzymatiska metoder kan användas för syntes av glykopeptider och glykoproteiner .

Cyklisering kan också användas som en metod för att minska proteolytisk nedbrytning och förlänga halveringstiden, för att göra peptidkonformationen mer stel för att hindra enzymatisk klyvning. Denna metod kan emellertid leda till förlust av biologisk funktion på grund av den minskade flexibiliteten som gör peptiden inaktiv. Till exempel befanns sidokedja till sidokedja cyklisering mellan asparagin (position 8) och lysin (position 12), av en tillväxtreglerande faktor (GRF)-analog öka halveringstiden från 17 minuter till mer än 2 timmar.

Ett annat sätt att förlänga halveringstiden är att binda serumalbumin till peptiden. Humant serumalbumin är det mest förekommande plasmaproteinet med en molekylvikt på 66,4 kDa, och det är involverat i många väsentliga kroppsfunktioner för att upprätthålla homeostas. Som ett resultat skulle albuminbindning avsevärt öka peptidens molekylvikt, vilket begränsar den från att filtreras in i urinen av GBM. Serumalbumin har en extraordinär lång halveringstid på 2-4 veckor vilket är mycket längre än andra plasmaproteiner, på grund av att det binder till den neonatala Fc-receptorn (FcRn). Fc-receptorer är proteiner som finns på ytan av vissa celler som hjälper till att skydda immunsystemets funktioner genom att binda till Fc-regionen av antikroppar, som fäster vid patogener och förstör dem. Denna mekanism hos neonatal FcRn involverar albumin som binder till FcRn i en sur pH-miljö för att avleda den från nedbrytning i cellens lysosomala avdelning och omdirigera den till plasmamembranet, där den frisätts tillbaka till blodplasman på grund av neutral pH.

Lipidering är en ytterligare teknik att använda för att förbättra peptidstabilitet och halveringstid. Att fästa en lipidkedja till peptidhuvudgruppen har visat sig hämma proteolytisk attack på grund av att lipidkedjan icke-kovalent interagerar med serumalbumin för att öka molekylvikten, vilket således minskar njurfiltreringen. Studier på en lipiderad analog av insulin, detemir, visade en förlängd verkan som ett resultat av dess affinitet för humant serumalbumin. Förutom detta har lipidering visat sig öka interaktionen mellan peptider och cellmembran, vilket gör att de kan tas upp i cellen lättare jämfört med peptiden som saknar lipiddelen. Det finns tre typer av lipidering, och de skiljer sig beroende på bindningsbildningsmetoderna mellan lipiden och peptiden: amidering , förestring (S- eller O-) och S-bindning (eter eller disulfid). Amidering och O-förestring bildar starka kovalenta bindningar som är irreversibla, medan de andra två metoderna är svaga och reversibla kovalenta bindningar. Metoden som används, liksom alkyl/lipidkedjan, lipideringspositionen och spacern som används, har alla betydande effekter på fysiokemiska egenskaper och bioaktivitet. Nivån av lipofilicitet kan avsevärt moduleras genom lipidering, och eftersom lipofilicitet är skadligt för absorption, distribution, metabolism och utsöndring av läkemedel, tillhandahåller det ett sätt att finjustera peptider för användning i terapeutiska läkemedel.

En studie om lipidering och PEGylering på GLP-1-peptiden genomfördes och resultaten visade att lipidering inte hade någon signifikant effekt på peptidaktivitet in vitro, medan PEGylering gjorde det, särskilt när PEG är fäst till interna aminosyror i peptiden, t.ex. 20 och 21. Minskningen i aktivitet från PEGylering jämfört med lipidering beror på förlusten av receptoraffinitet, och det föreslås att detta beror på dess ökade molekylvikt som orsakar steriskt hinder.

Den här artikeln innehåller text av Jessica Hutchinson tillgänglig under licensen CC BY-SA 3.0 .