日前，北京大学跨学部生物医学工程系高卫平课题组在国际知名期刊《控制释放杂志》（Journal of controlled release）在线发表题为“Temperature-Triggered Micellization of Interferon Alpha-Diblock Copolypeptide Conjugate with Enhanced Stability and Pharmacology”的论文，报道了干扰素（IFNα）-两嵌段类弹性蛋白多肽偶联物胶束（IFNa-ELPdiblock），提高IFNα的稳定性并提高其循环半衰期，从而显著提高IFNα的抗肿瘤功效（图1）。高卫平研究员为本文的通讯作者。
图1. IFNa-ELPdiblock自组装成球形胶束示意图。
蛋白质疗法对于各种疾病的治疗越来越重要。然而，大多数蛋白质药物由于其快速的肾清除和稳定性差，因而循环半衰期很短，需要频繁地以高剂量给药，导致较低的治疗效果和严重的副作用。目前，将聚乙二醇（PEG）与蛋白质偶联以形成蛋白质-PEG偶联物是延长蛋白药物半衰期的常用方法，然而这种方法存在自身的局限性，如：（1）PEG在体内难以降解，并且越来越多的临床数据表明聚乙二醇可能会引起免疫反应，导致PEG化药物易被机体清除，有些患者出现过敏症状；（2）蛋白质与PEG间的空间位阻效应导致偶联效率低，成本高；（3）PEG链的一端无规偶联到蛋白质表面的反应性氨基酸残基上，导致产物为位点异构体，难以分离纯化，并且蛋白质活性显著降低。近期研究表明，将多肽与蛋白质偶联可提高蛋白质药物的半衰期，其中，ELP作为一种可生物降解的、生物相容和温度响应性的生物聚合物，越来越多地作为药物载体被用于递送小分子药物、肽和蛋白质治疗剂。由于多肽具有可生物降解性，其生物安全性大大提高，但同时也造成蛋白质-多肽偶联物易被降解和循环半衰期（通常小于10小时）明显短于蛋白质-聚合物偶联物的循环半衰期（通常大于30小时）。因此，如何克服蛋白质-多肽偶联物在稳定性和循环半衰期方面的局限性是亟需克服的难点与挑战。
为了解决这一难题，该研究提出了全新的思路，创造性地将作为嵌段的ELP(A)和ELP(I)与IFNα的C末端通过基因工程融合以形成IFNα-ELP(A)-ELP(I)偶联物,并由于两个ELP嵌段相变温度的差别可在水溶液中自组装成IFNa-ELPdiblock纳米胶束。由于位阻效应，胶束外周紧密堆积的IFNα-ELP链很难被蛋白酶降解（图2A）。由于改善的蛋白水解稳定性和增大的胶束尺寸可以有效降低肾脏清除率，因此胶束在血液中循环的时间更长（图2B）。研究结果表明，IFNa-ELPdiblock的循环半衰期长达54.7小时，是以前报道的IFNa-多肽偶联物半衰期的5倍以上。 比商品化的PEG化IFN派罗欣PEGASYS（39小时）长1.4倍。在卵巢癌荷瘤小鼠中，与相同剂量的IFNa，游离可溶性IFNa-ELP甚至PEGASYS相比，该胶束显示出显著提高的抗肿瘤功效，而没有副作用（图2C）。这些发现提供了一种新型的超分子策略，以设计具有增强的稳定性和药理学性质的蛋白质-两嵌段多肽偶联物胶束，不仅可以大幅度地延长药用蛋白的体内半衰期而且可以显著提高其体内疗效，从而可广泛用于癌症、肝炎等重大疾病的治疗，有望替代PEG化技术成为制备长效蛋白质药物的下一代技术平台。
图2. IFNa-ELPdiblock的酶稳定性、药代动力学性质和抗肿瘤功效。(A) 与蛋白酶K孵育0h和4h的IFNa-ELPdiblock的动态光散射分析。(B) 静脉注射后血浆IFNa浓度随时间变化曲线。(C) IFNa-ELPdiblock对卵巢癌肿瘤的治疗功效。
高卫平实验室的研究方向是生物材料与生物偶联物，其研究重点是蛋白质-高分子偶联物的设计合成及生物医药应用。高卫平研究员取得了一系列创新性研究成果，作为第一或通讯作者在PNAS, JACS, Angew, Advanced Materials, Advanced Science, Biomaterials, Theronostics, Journal of Controlled Release等国际知名期刊上发表论文30余篇，特别是多项研究成果被Nature, SciBX, Sci China Mater, Genetic Engineering & Biotechnology News等学术期刊以及新闻媒体作为亮点报道。高卫平研究员申请国内外专利12项，已完成一项美国专利和一项国际专利向企业转化，并获得一项天使基金的资助。本项研究为蛋白质-多肽偶联物胶束研究和应用奠定了坚实基础，高卫平实验室已为该研究成果申请了中国专利，以上工作得到国家自然科学基金重点项目（21534006）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.08.065