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多肽靶向递送主动识别病灶实现精确制导。多肽分子量小、生物兼容、天然靶向、修饰灵活是理想的递送载体。从穿膜肽到靶向肽从自组装肽到肽-药物偶联物多肽递送策略百花齐放。本文系统解析多肽靶向递送的核心原理与经典应用揭示肽为何如此高效。Section.01多肽天生的递送利器传统药物常因“全身撒网”式分布导致利用率低且副作用显著。因此主动识别与精确递送始终是药物递送领域的核心命题。近年来抗体-药物偶联物 (ADC) 、环境响应型连接子 (linker) 、仿生脂质纳米颗粒 (LNP) 等策略不断涌现。图 1. 药物靶向递送体系示意图包含配体、连接子和载荷[1]。多肽是由氨基酸通过肽键连接而成的天然分子广泛参与生命体内的信号转导与调控。作为药物递送载体多肽具备四大核心优势1. 分子量小——较抗体具有更优的组织渗透性和细胞穿透能力2. 生物兼容性好——源于天然氨基酸可被安全代谢3. 天然靶向性——许多多肽序列本身即识别特定受体无需复杂设计4. 化学修饰灵活——可根据需求便捷地偶联药物、荧光基团或聚合物。这些特性使多肽成为连接靶向与递送的理想桥梁在药物递送领域展现出巨大的应用潜力。Section.02多肽递送的三条核心路径根据作用机制多肽递送策略主要分为三类细胞穿膜肽、受体靶向肽和自组装肽。图 2. 多肽药物递送策略示意图[2]。一、细胞穿膜肽 (CPPs) ——突破膜屏障细胞穿膜肽 (CellPenetrating Peptides, CPPs) 通常由富含碱性氨基酸 (如赖氨酸、精氨酸) 的序列组成其中的正电荷残基可以和细胞膜上带负电的组分相互作用促使肽-cargo 分子在膜表面富集在不破坏其结构完整性的前提下将药物递送至细胞质内。『经典案例TAT 肽』TAT 肽 (YGRKKRRQRRR) 是最早发现的天然穿膜肽之一其序列来源于 HIV-1 反转录激活因子 TAT 蛋白的穿膜结构域通过和宿主细胞膜表面的硫酸乙酰肝素 (HSPGs) 及膜磷脂发生结合引发膜结构重排促进内化进入细胞后 TAT 肽甚至可以穿透核膜进入细胞核内。2024 年Nature Biotechnology报道多肽协助的基因编辑系统 (Peptide-Assisted Genome Editing, PAGE) 通过融合肽 TAT-HA2 将 Cas 蛋白递送至原代细胞核内实现了高效、无毒、易操作的原代细胞基因组编辑[3]。不过穿膜肽缺乏细胞/组织选择性易将药物送入非靶区域限制了其临床应用。二、受体靶向肽——精准识别靶标受体靶向肽通过特定的多肽序列和靶细胞表面的特异受体发生选择性结合基于高亲和力的配受体结合实现细胞或组织的特异识别然后通过受体介导的内吞途径被细胞摄取实现药物的主动递送和靶向富集。『经典案例RGD 肽』以 RGD 肽 (Arg - Gly - Asp) 为例这个简单的三肽结构最早在细胞外基质蛋白中被广泛发现通过与细胞表面的整合素受体结合促进细胞黏附介导细胞的生长、迁移和信号传导。鉴于整合素在多种肿瘤组织中异常高表达基于 RGD 肽的靶向药物递送策略也受到了关注。研究人员通过环化、D-型氨基酸替换等理性设计进行改造优化使 RGD 肽的靶向效果和体内稳定性更优在此基础上继续负载药物或者放射性元素进行靶向治疗及成像。Alfatide[18F] II ——一种经放射性元素 18F 标记的环肽 c(RGDfK)2目前已经获得了临床试验批件正在进行非小细胞肺癌和乳腺癌淋巴结转移诊断的应用评估。图 3. 管腔 B 乳腺癌 (蓝色箭头) 和乳腺癌腋窝淋巴结转移 (红色箭头) 均显示出强烈的 18F-Alfatide II 摄取但均未摄取 18F-FDG[4]。三、自组装肽 (SAPs) ——智能响应性脚手架自组装肽(Self-Assembling Peptides, SAPs) 指通过氢键、疏水相互作用等非共价作用自发形成有序纳米结构的多肽。其序列通常由周期性排列的亲水/疏水片段组成两亲性结构在水溶液中疏水基团趋向内聚而亲水基团倾向于向外暴露此外肽链骨架还可以通过主链氢键形成 β-片层或 α-螺旋结构为自组装体提供稳定的基础结构。与其他纳米颗粒相比多肽自组装结构具有生物可降解性高、潜在毒性小等优势而且可以通过序列设计实现环境敏感响应如 pH 敏感型、温度敏感型或离子敏感型等。『经典案例P11-4 肽』P11-4(Ac-QQRFEWEFEQQ-NH2) 一种 pH 敏感自组装肽已进入人体临床试验用于修复早期龋齿。P11-4 分子可以渗透到龋变区域并在酸性区域触发自组装形成钙离子亲和的三维网格诱导羟基磷灰石的沉积和结晶从而缓解龋齿损伤、增强牙体组织密度。图 4 . P11-4 治疗早期龋齿作用机制[5]。(a) 早期龋损其中蓝色虚线代表连接病变体与口腔环境的矿化表层和孔隙。表面下的龋损有自由离子的正负电荷。 (b) 将单体自组装肽 P11-4 溶液涂在病灶表面单体扩散到病灶中。 (c) 由于病灶具有较高的离子强度和酸性 pH 值P11-4 在病灶内自组装并构建 3D 支架。 (d) 在自组装肽支架周围羟基磷灰石晶体 (蓝色) 沉积和结晶Section.03多肽递送的应用实例上述原理已在多个实际药物体系中得到验证接下来为大家介绍几种具体的多肽药物递送应用实例。一、药物肽——靶向与疗效合二为一部分多肽本身兼具靶向性和药物活性。西仑吉肽 (Cilengitide) 是靶向 αvβ3/αvβ5 整合素的环肽通过阻断血管内皮生长信号抑制肿瘤血管生成在复发性胶质母细胞瘤的临床二期实验中表现出良好的安全性和一定的抗肿瘤活性。虽因药代动力学和疗效问题未最终上市但其“靶向治疗”双功能设计仍具典范意义[6]。二、肽-药物偶联物 (PDC) ——小而精的生物导弹PDC 与 ADC 结构相似但靶向单元由抗体改为多肽具有分子量低、组织穿透强、合成成本低等优势。典型 PDC 由三部分组成靶向肽、毒素药物 (payload) 和连接子 (linker)。『明星分子ANG1005』以正在进行乳腺癌脑转移临床三期实验的 PDC 药物 ANG1005 为例(1) 靶向肽 Angiopep-2通过识别脑毛细血管内皮细胞上表达的低密度脂蛋白相关蛋白-1 (LRP-1) 触发受体介导的转运穿透血脑屏障实现脑部的靶向递送(2) 毒素药物紫杉醇1992 批准上市的经典化疗用药通过抑制微管蛋白的解聚阻止有丝分裂从而达到细胞杀伤作用(3) 酯键 linker连接 Angiopep-2 和紫杉醇在进入细胞后经酯酶水解断裂释放出毒素分子。图 5. ANG1005 作用机制示意图[7]。虽然多肽偶联化疗药物目前还未正式上市但基于多肽靶向的放射性核素介导治疗 (PRRT) 已经在市场上取得了亮眼表现。诺华公司研发的放射性核素偶联药物 177Lu-DOTATATE 和 177Lu-PSMA-617 分别于 2018 年和 2022 年获批两者累计销售额均已突破 10 亿美元大关。三、DSPE-PEG-多肽修饰脂质体——靶向纳米载体脂质体作为药物载体具有生物相容性高、稳定可缓释、易于修饰调控等优势目前全球已有十余种基于脂质体的药物经批准上市主要适应症集中在抗肿瘤和麻醉镇痛领域。多肽半胱氨酸残基中的巯基可以与马来酰亚胺活性基团发生亲核加成形成硫醚键得到 DSPE-PEG-多肽产物然后将该修饰脂质掺入常规的脂质体制备流程 (薄膜水化法、微流控等) 就可以得到多肽修饰的脂质体载体该体系兼具多肽的靶向优势和脂质体的载药特性。四、肽基水凝胶——三维递送与组织修复具有特定亲/疏水片段的多肽可以形成有序纳米结构其中肽基水凝胶是研究最广、应用潜力最大的一类。短肽分子在生理环境下或受到刺激时 (如 pH、离子强度变化等) 通过氢键、疏水作用等非共价力自组装成纳米纤维或纳米带结构当这些纳米纤维密度足够高时它们会进一步交织形成三维网格整个体系由流体变为软体凝胶状。肽水凝胶由于生物兼容性好、形成条件温和等优势一方面可以模拟细胞外基质三维骨架支撑细胞及组织的生长分化另一方面也可以作为封装载体实现活性物质的局部释放、延时释放或响应释放。图 6. 肽自组装成不同的 0D、1D、2D 和 3D 结构[8]。Section.04小结从靶向肽、PDC 药物到自组装肽多肽实现功能化递送的手段越来越丰富。随着设计方法、合成技术和转化路径的不断成熟多肽载体有望成为新一代安全、高效、可调控的药物递送支柱。参考文献[1] Zhao Z, et al. Targeting Strategies for Tissue-Specific Drug Delivery. Cell. 2020 Apr 2;181(1):151-167.[2] Guo S, et al. Advances in peptide-based drug delivery systems. Heliyon. 2024 Feb 7;10(4):e26009. [3] Zhang Z, Wherry EJ, Berger SL, Shi J, et al. Efficient engineering of human and mouse primary cells using peptide-assisted genome editing. Nat Biotechnol. 2024 Feb;42(2):305-315. doi: 10.1038/s41587-023-01756-1. Epub 2023 Apr 24. PMID: 37095348; PMCID: PMC11230135.[4] Wu J, et al. 18F-Alfatide II for the evaluation of axillary lymph nodes in breast cancer patients: comparison with 18F-FDG. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2022 Jul;49(8):2869-2876.[5] Alkilzy M et al. Biomimetic Enamel Regeneration Using Self-Assembling Peptide P11-4. Biomimetics (Basel). 2023 Jul 4;8(3):290.[6] Chinot OL. Cilengitide in glioblastoma: when did it fail? Lancet Oncol. 2014 Sep;15(10):1044-5.[7] Shen X, et al. Peptide Aptamer-Paclitaxel Conjugates for Tumor Targeted Therapy. Pharmaceutics. 2024 Dec 30;17(1):40.[8] Bakhtiary N, et al. Advances in Peptide-Based Hydrogel for Tissue Engineering. Polymers (Basel). 2023 Feb 21;15(5):1068. 多肽靶向递送技术原理、三大多肽类型及PDC药物应用全景解析_ MedChemExpress (MCE)
多肽靶向递送主动识别病灶实现精确制导。多肽分子量小、生物兼容、天然靶向、修饰灵活是理想的递送载体。从穿膜肽到靶向肽从自组装肽到肽-药物偶联物多肽递送策略百花齐放。本文系统解析多肽靶向递送的核心原理与经典应用揭示肽为何如此高效。Section.01多肽天生的递送利器传统药物常因“全身撒网”式分布导致利用率低且副作用显著。因此主动识别与精确递送始终是药物递送领域的核心命题。近年来抗体-药物偶联物 (ADC) 、环境响应型连接子 (linker) 、仿生脂质纳米颗粒 (LNP) 等策略不断涌现。图 1. 药物靶向递送体系示意图包含配体、连接子和载荷[1]。多肽是由氨基酸通过肽键连接而成的天然分子广泛参与生命体内的信号转导与调控。作为药物递送载体多肽具备四大核心优势1. 分子量小——较抗体具有更优的组织渗透性和细胞穿透能力2. 生物兼容性好——源于天然氨基酸可被安全代谢3. 天然靶向性——许多多肽序列本身即识别特定受体无需复杂设计4. 化学修饰灵活——可根据需求便捷地偶联药物、荧光基团或聚合物。这些特性使多肽成为连接靶向与递送的理想桥梁在药物递送领域展现出巨大的应用潜力。Section.02多肽递送的三条核心路径根据作用机制多肽递送策略主要分为三类细胞穿膜肽、受体靶向肽和自组装肽。图 2. 多肽药物递送策略示意图[2]。一、细胞穿膜肽 (CPPs) ——突破膜屏障细胞穿膜肽 (CellPenetrating Peptides, CPPs) 通常由富含碱性氨基酸 (如赖氨酸、精氨酸) 的序列组成其中的正电荷残基可以和细胞膜上带负电的组分相互作用促使肽-cargo 分子在膜表面富集在不破坏其结构完整性的前提下将药物递送至细胞质内。『经典案例TAT 肽』TAT 肽 (YGRKKRRQRRR) 是最早发现的天然穿膜肽之一其序列来源于 HIV-1 反转录激活因子 TAT 蛋白的穿膜结构域通过和宿主细胞膜表面的硫酸乙酰肝素 (HSPGs) 及膜磷脂发生结合引发膜结构重排促进内化进入细胞后 TAT 肽甚至可以穿透核膜进入细胞核内。2024 年Nature Biotechnology报道多肽协助的基因编辑系统 (Peptide-Assisted Genome Editing, PAGE) 通过融合肽 TAT-HA2 将 Cas 蛋白递送至原代细胞核内实现了高效、无毒、易操作的原代细胞基因组编辑[3]。不过穿膜肽缺乏细胞/组织选择性易将药物送入非靶区域限制了其临床应用。二、受体靶向肽——精准识别靶标受体靶向肽通过特定的多肽序列和靶细胞表面的特异受体发生选择性结合基于高亲和力的配受体结合实现细胞或组织的特异识别然后通过受体介导的内吞途径被细胞摄取实现药物的主动递送和靶向富集。『经典案例RGD 肽』以 RGD 肽 (Arg - Gly - Asp) 为例这个简单的三肽结构最早在细胞外基质蛋白中被广泛发现通过与细胞表面的整合素受体结合促进细胞黏附介导细胞的生长、迁移和信号传导。鉴于整合素在多种肿瘤组织中异常高表达基于 RGD 肽的靶向药物递送策略也受到了关注。研究人员通过环化、D-型氨基酸替换等理性设计进行改造优化使 RGD 肽的靶向效果和体内稳定性更优在此基础上继续负载药物或者放射性元素进行靶向治疗及成像。Alfatide[18F] II ——一种经放射性元素 18F 标记的环肽 c(RGDfK)2目前已经获得了临床试验批件正在进行非小细胞肺癌和乳腺癌淋巴结转移诊断的应用评估。图 3. 管腔 B 乳腺癌 (蓝色箭头) 和乳腺癌腋窝淋巴结转移 (红色箭头) 均显示出强烈的 18F-Alfatide II 摄取但均未摄取 18F-FDG[4]。三、自组装肽 (SAPs) ——智能响应性脚手架自组装肽(Self-Assembling Peptides, SAPs) 指通过氢键、疏水相互作用等非共价作用自发形成有序纳米结构的多肽。其序列通常由周期性排列的亲水/疏水片段组成两亲性结构在水溶液中疏水基团趋向内聚而亲水基团倾向于向外暴露此外肽链骨架还可以通过主链氢键形成 β-片层或 α-螺旋结构为自组装体提供稳定的基础结构。与其他纳米颗粒相比多肽自组装结构具有生物可降解性高、潜在毒性小等优势而且可以通过序列设计实现环境敏感响应如 pH 敏感型、温度敏感型或离子敏感型等。『经典案例P11-4 肽』P11-4(Ac-QQRFEWEFEQQ-NH2) 一种 pH 敏感自组装肽已进入人体临床试验用于修复早期龋齿。P11-4 分子可以渗透到龋变区域并在酸性区域触发自组装形成钙离子亲和的三维网格诱导羟基磷灰石的沉积和结晶从而缓解龋齿损伤、增强牙体组织密度。图 4 . P11-4 治疗早期龋齿作用机制[5]。(a) 早期龋损其中蓝色虚线代表连接病变体与口腔环境的矿化表层和孔隙。表面下的龋损有自由离子的正负电荷。 (b) 将单体自组装肽 P11-4 溶液涂在病灶表面单体扩散到病灶中。 (c) 由于病灶具有较高的离子强度和酸性 pH 值P11-4 在病灶内自组装并构建 3D 支架。 (d) 在自组装肽支架周围羟基磷灰石晶体 (蓝色) 沉积和结晶Section.03多肽递送的应用实例上述原理已在多个实际药物体系中得到验证接下来为大家介绍几种具体的多肽药物递送应用实例。一、药物肽——靶向与疗效合二为一部分多肽本身兼具靶向性和药物活性。西仑吉肽 (Cilengitide) 是靶向 αvβ3/αvβ5 整合素的环肽通过阻断血管内皮生长信号抑制肿瘤血管生成在复发性胶质母细胞瘤的临床二期实验中表现出良好的安全性和一定的抗肿瘤活性。虽因药代动力学和疗效问题未最终上市但其“靶向治疗”双功能设计仍具典范意义[6]。二、肽-药物偶联物 (PDC) ——小而精的生物导弹PDC 与 ADC 结构相似但靶向单元由抗体改为多肽具有分子量低、组织穿透强、合成成本低等优势。典型 PDC 由三部分组成靶向肽、毒素药物 (payload) 和连接子 (linker)。『明星分子ANG1005』以正在进行乳腺癌脑转移临床三期实验的 PDC 药物 ANG1005 为例(1) 靶向肽 Angiopep-2通过识别脑毛细血管内皮细胞上表达的低密度脂蛋白相关蛋白-1 (LRP-1) 触发受体介导的转运穿透血脑屏障实现脑部的靶向递送(2) 毒素药物紫杉醇1992 批准上市的经典化疗用药通过抑制微管蛋白的解聚阻止有丝分裂从而达到细胞杀伤作用(3) 酯键 linker连接 Angiopep-2 和紫杉醇在进入细胞后经酯酶水解断裂释放出毒素分子。图 5. ANG1005 作用机制示意图[7]。虽然多肽偶联化疗药物目前还未正式上市但基于多肽靶向的放射性核素介导治疗 (PRRT) 已经在市场上取得了亮眼表现。诺华公司研发的放射性核素偶联药物 177Lu-DOTATATE 和 177Lu-PSMA-617 分别于 2018 年和 2022 年获批两者累计销售额均已突破 10 亿美元大关。三、DSPE-PEG-多肽修饰脂质体——靶向纳米载体脂质体作为药物载体具有生物相容性高、稳定可缓释、易于修饰调控等优势目前全球已有十余种基于脂质体的药物经批准上市主要适应症集中在抗肿瘤和麻醉镇痛领域。多肽半胱氨酸残基中的巯基可以与马来酰亚胺活性基团发生亲核加成形成硫醚键得到 DSPE-PEG-多肽产物然后将该修饰脂质掺入常规的脂质体制备流程 (薄膜水化法、微流控等) 就可以得到多肽修饰的脂质体载体该体系兼具多肽的靶向优势和脂质体的载药特性。四、肽基水凝胶——三维递送与组织修复具有特定亲/疏水片段的多肽可以形成有序纳米结构其中肽基水凝胶是研究最广、应用潜力最大的一类。短肽分子在生理环境下或受到刺激时 (如 pH、离子强度变化等) 通过氢键、疏水作用等非共价力自组装成纳米纤维或纳米带结构当这些纳米纤维密度足够高时它们会进一步交织形成三维网格整个体系由流体变为软体凝胶状。肽水凝胶由于生物兼容性好、形成条件温和等优势一方面可以模拟细胞外基质三维骨架支撑细胞及组织的生长分化另一方面也可以作为封装载体实现活性物质的局部释放、延时释放或响应释放。图 6. 肽自组装成不同的 0D、1D、2D 和 3D 结构[8]。Section.04小结从靶向肽、PDC 药物到自组装肽多肽实现功能化递送的手段越来越丰富。随着设计方法、合成技术和转化路径的不断成熟多肽载体有望成为新一代安全、高效、可调控的药物递送支柱。参考文献[1] Zhao Z, et al. Targeting Strategies for Tissue-Specific Drug Delivery. Cell. 2020 Apr 2;181(1):151-167.[2] Guo S, et al. Advances in peptide-based drug delivery systems. Heliyon. 2024 Feb 7;10(4):e26009. [3] Zhang Z, Wherry EJ, Berger SL, Shi J, et al. Efficient engineering of human and mouse primary cells using peptide-assisted genome editing. Nat Biotechnol. 2024 Feb;42(2):305-315. doi: 10.1038/s41587-023-01756-1. Epub 2023 Apr 24. PMID: 37095348; PMCID: PMC11230135.[4] Wu J, et al. 18F-Alfatide II for the evaluation of axillary lymph nodes in breast cancer patients: comparison with 18F-FDG. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2022 Jul;49(8):2869-2876.[5] Alkilzy M et al. Biomimetic Enamel Regeneration Using Self-Assembling Peptide P11-4. Biomimetics (Basel). 2023 Jul 4;8(3):290.[6] Chinot OL. Cilengitide in glioblastoma: when did it fail? Lancet Oncol. 2014 Sep;15(10):1044-5.[7] Shen X, et al. Peptide Aptamer-Paclitaxel Conjugates for Tumor Targeted Therapy. Pharmaceutics. 2024 Dec 30;17(1):40.[8] Bakhtiary N, et al. Advances in Peptide-Based Hydrogel for Tissue Engineering. Polymers (Basel). 2023 Feb 21;15(5):1068.