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多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾方法
瀏覽量:557 | 2024/5/3 14:58:01


摘要 :聚乙二醇是一類具有獨特理化性質(zhì)的大分子聚合物:多肽和蛋白質(zhì)類藥物經(jīng)聚乙二醇共價修飾后能明顯改善其藥代學和藥效學性質(zhì),如降低免疫原性、增加對蛋白水解酶的穩(wěn)定性、增加水溶性及延長體內(nèi)的半衰期等:蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾研究已取得較好的效果,多肽的聚乙二醇化修飾研究起步較晚:對近年來多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾方法進行了綜述,主要介紹了對多肽和蛋白質(zhì)的 ; 端、& 端及某些氨基酸側(cè)鏈進行選擇性聚乙二醇化修飾的方法:


聚乙二醇(PEG)是一類具有獨特理化性質(zhì)的大分子聚合物,它具有良好的水溶性,也能溶于二氯甲烷、NN-二甲基甲酰胺、苯、乙腈和乙醇等有機溶劑:聚乙二醇由環(huán)氧乙烷聚合而成,通過控制反應條件可得到平均分子量由幾百到幾萬的聚合物:普通的聚乙二醇分子兩端各有一個羥基,若一端以甲基封閉則得到單甲氧基聚乙二醇(mPEG),在多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾研究中應用最多的是mPEG的衍生物:

蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾研究始于二十世紀七十年代,最初的目的主要是為了降低蛋白質(zhì)類藥物的免疫原性:進一步的研究表明,蛋白質(zhì)經(jīng)聚乙二醇化修飾后還可以改善許多其它方面的性質(zhì),如增加蛋白質(zhì)對酶的穩(wěn)定性、延長蛋白質(zhì)在血漿中的半衰期、增加在水中的溶解度等: 一些蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾物在作為藥物的應用中取得了較好的效果,1991年,第一種經(jīng)聚乙二醇化修飾的蛋白質(zhì)類藥物PEG-腺苷脫氨酶被FDA批準上市,用于治療一種嚴重的兒童免疫缺陷癥: 2001年,用聚乙二醇修飾的干擾素(PEG-INTRON)經(jīng)FDA批準上市,用于治療慢性丙型肝炎: 多肽與蛋白質(zhì)在理化性質(zhì)上具有許多相似之處,肽類化合物的聚乙二醇化修飾研究晚于蛋白質(zhì)的相關(guān)研究,近年來關(guān)于肽類化合物的聚乙二醇化修飾研究也取得了一些進展,尤其是肽類化合物在聚乙二醇化定點修飾方面較蛋白類物質(zhì)更易于實現(xiàn),因此開展肽類化合物的聚乙二醇化修飾研究也具有較重要的意義 :


在多肽的聚乙二醇化修飾研究中應用最普遍的是mPEG,先在mPEG的末端引入羧基、氨基或其它活性基團,或者制備經(jīng)mPEG修飾的氨基酸衍生物,再利用固相或液相法將其偶聯(lián)到肽序列中去,實現(xiàn)對多肽的N端,C端及某些氨基酸側(cè)鏈的聚乙二醇化修飾’下面主要介紹近年來文獻報道關(guān)于多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化定點修飾的一些方法’


1 多肽和蛋白質(zhì)中氨基的聚乙二醇化修飾方法


在多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾方法中,主要是對N末端或賴氨酸側(cè)鏈氨基進行;揎棥驗榈鞍捉Y(jié)構(gòu)中通常存在多個氨基,所以控制和確定修飾位點及修飾程度一直是蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾中的一個難點’肽類化合物的合成中可以通過采用適當?shù)谋Wo策略來實現(xiàn)對氨基的定點修飾’


1.1 N端氨基的;揎

為了實現(xiàn)對肽鏈中氨基的聚乙二醇化;揎,需要在聚乙二醇上首先引入羧基或活化的羰基,1993年,Lu等首先報道了在固相多肽合成中應用單甲氧基聚乙二醇的羧基衍生物對肽鏈的N端氨基進行;揎椀姆椒ǎ阂詍PEG作原料,先合成mPEG-OCH2COOH和 mPEG-OCH2CO-Nle-OH,在mPEG 中引入一個正亮氨酸(Nle)作為標記是為了便于確定每一個多肽分子上偶聯(lián)了幾個mPEG分子’應用Fmoc固相多肽合成法,先在樹脂上合成全保護肽鏈,當游離出N末端氨基后,以BOP作縮合劑,將mPEG-OCH2CO-Nle-OH 作為一個單體偶聯(lián)到肽鏈上,然后經(jīng)三氟乙酸裂解和反相高效液相色譜(RP-HPLC)純化得到了平均分子量分別為2000和5000的mPEG修飾N-端的4肽、8肽和12肽,MPEG修飾產(chǎn)物在RP-HPLC分析圖譜上呈單一峰,結(jié)構(gòu)經(jīng)MALDT-TOF-MS分析得到確證’研究還明,聚乙二醇對三氟乙酸處理穩(wěn)定,但氟化氫處理時會有部分斷裂,故此法不適用于BOC固相多肽合成法


雖然mPEG-OH與琥珀酸酐反應可以很容易地得到mPEG-OCOCH2CH2COOH,但此分子中含有對酸和堿都不太穩(wěn)定的酯鍵,不適合用于固相多肽合成中’ 若通過mPEG-NH2與 琥 珀 酸 酐 反 應 引 入 羧 基 得 到mPEG-NHCO-CH2CH2COOH,此類分子具有較好的穩(wěn)定性,適用于固相多肽合成中’mPEG-NH可通過購買商品化試劑獲得,也可以由mPEG-OH作原料合成, 在mPEG-OCH2COOH的合成中應 用 了 丁 基 鋰,反 應 需 在 絕 對 無 水 條 件 下 進 行,而mPEG-NHCO-CH2CH2COOH的合成比較容易些.

Lee等以平均分子量為5000的單甲氧基聚乙二醇甲酰琥珀酰亞胺(SC-mPEG)在弱堿性水溶液中(PH=8)修飾鮭降鈣素(sCT),經(jīng)RP-HPLC分離得到N端、Lys和Lys側(cè)鏈氨基分別被聚乙二醇;揎椀娜N產(chǎn)物,產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)酶解和質(zhì)譜分析得到確證,它們在大鼠腎臟勻漿中的半衰期分別為 125.5,157.3和 281.5min,比sCT在大鼠腎臟勻漿中的半衰期(4.8min)顯著增加,用相同的方法,Lee等以平均分子量為3400的SC-mPEG對表皮生長因子(EGF)進行修飾,經(jīng)RP-HPLC分離到N端、Lys和Lys側(cè)鏈氨基分別被聚乙二醇酰化修飾的三種產(chǎn)物’ 生物活性測定表明,N端修飾產(chǎn)物活性高于Lys和Lys側(cè)鏈修飾產(chǎn)物’


SC-mPEG及其類似物在蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾中應用較多,反應條件容易實現(xiàn),一般在弱堿性的水溶液中進行’控制蛋白質(zhì)和SC-mPEG的比例可以得到單聚乙二醇化修飾的產(chǎn)物,產(chǎn)物的純化方法也比較簡便,可用透析、電泳及凝膠色譜等常用方法實現(xiàn)’ 由于SC-mPEG對游離氨基沒有選擇性,當有多個氨基時,往往難以實現(xiàn)定點的聚乙二醇化修飾,分析和確定產(chǎn)物中聚乙二醇的修飾位點也較難.

1.2 賴氨酸側(cè)鏈氨基的;揎
LU等報道以mPEG羧基衍生物修飾賴氨酸側(cè)鏈氨基得到Fmoc-Lys(mPEG-OCH2CO)-OH,在固相多肽合成中將其作為一個單體偶聯(lián)到肽鏈中去,實現(xiàn)聚乙二醇對肽鏈中特定賴氨酸側(cè)鏈氨基的聚乙二醇化修飾0也可以在固相合成過中用烯丙氧羰基(Alloc)保護特定位置的賴氨酸側(cè)鏈氨基,肽鏈組裝完畢后先脫除Alloc,再將mPEG-OCH2CO偶聯(lián)到賴氨酸側(cè)鏈氨基上去.然后經(jīng)三氟乙酸裂解、RP-HPLC 純化可得到對肽鏈中特定賴氨酸側(cè)鏈氨基進行聚乙二醇化修飾的產(chǎn)物.此法適用于Fmoc固相多肽合成法中對賴氨酸的定點聚乙二醇化修飾(圖2)

1.3  端氨基的烷基化修飾
Kins等用聚乙二醇的醛基衍生物(mPEG-CHO)修飾rhG-CSF,反應在PH為5的水溶液中進行,活潑的醛基可將聚乙二醇偶聯(lián)到蛋白質(zhì)分子的氨基上,同時以氰基硼氫化鈉作為還原劑實現(xiàn)穩(wěn)定的烷基化修飾.此法具有較好的選擇性,主要是修飾蛋白質(zhì)的N末端氨基.其溫和的反應條件適用于固相或液相多肽合成,此法若應用于多肽的N端氨基修飾可能也會取得較好的效果.

2 多肽鏈中羧基的聚乙二醇化修飾方法


LU 等以mPEG-NH2作原料修飾天冬氨酸側(cè)鏈羧基得到Fmoc-Asp(mPEG-NH)-OH,將其用到固相多肽合成中實現(xiàn)聚乙二醇對肽鏈中天冬氨酸側(cè)鏈羧基的修飾0也可以在合成過程中用烯丙基(Allyl)保護特定位置的天冬氨酸側(cè)鏈羧基,肽鏈組裝完畢后在固相上先脫除Allyl,再將mPEG-NH2偶聯(lián)到天冬氨酸側(cè)鏈羧基上,實現(xiàn)對肽鏈中特定天冬氨酸側(cè)鏈羧基的聚乙二醇修飾.此法適用于Fmoc 固相多肽合成法中對天冬氨酸或谷氨酸的定點聚乙二醇化修飾
在固相多肽合成中,若先將Fmoc-NH-PEG-COOH偶聯(lián)到樹脂上,再合成肽鏈,最后用三氟乙酸裂解,可以實現(xiàn)肽鏈C末端羧基的聚乙二醇化修飾.

3 多肽和蛋白質(zhì)中巰基的聚乙二醇化修飾方法


Camp等在生長激素釋放因子(GRF)類似物的C端引入半胱氨酸,在mPEG 上引入巰基吡啶,然后通過二硫鍵交換實現(xiàn)mPEG對GRF類似物C端的修飾


Vam 等用定點突變法在蛋白質(zhì)中引入半胱氨酸,以mPEG-Mal作為聚乙二醇化試劑,通過蛋白質(zhì)上的巰基加成到mPEG-Mal的雙鍵上實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的定點修飾,此法已在許多蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾中取得了良好的效果,mPEG-Mal可 通 過 商 品 化 試 劑 買 到,也 可 以 用mPEG-NH2為原料合成.若在肽鏈中引入半胱氨酸,也可以實現(xiàn)此類反應.

4 其它方法


近年來,蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾方法發(fā)展很快,為多肽的聚乙二醇化修飾提供了不少新思路.Wyl等通過控制PH值實現(xiàn)SC-mPEG選擇性修飾蛋白質(zhì)中的組氨酸側(cè)鏈的咪 唑 基.Sato用 谷 氨 酰 胺 轉(zhuǎn) 氨 酶將mPEG-NH2轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的谷氨酰胺側(cè)鏈上,實現(xiàn)對谷氨酰胺的選擇性修飾! 借鑒這些方法,也有可能實現(xiàn)對肽鏈中組氨酸和谷氨酰胺側(cè)鏈的選擇性聚乙二醇化修飾

5 結(jié)束語


隨著蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾技術(shù)的迅速發(fā)展,肽類化合物的聚乙二醇化修飾研究越來越引人注目.蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾幾乎都在水溶液中進行,通過選擇合適的聚乙二醇化試劑或控制反應條件來實現(xiàn)定點、定量修飾! 肽類化合物的聚乙二醇化修飾可在固相載體上進行,此法易于實現(xiàn)對多肽鏈中某位點的選擇性修飾,但固相合成反應速度慢,且隨著聚乙二醇或多肽分子量增加,修飾難度增大;肽類化合物的聚乙二醇化修飾也可以在水溶液中進行,可以實現(xiàn)分子量較大的聚乙二醇對分子量較大的多肽的修飾,但若有多個反應位點時產(chǎn)物分離及修飾位點的確定都有較大的難度 !多肽和蛋白質(zhì)類化合物經(jīng)聚乙二醇化修飾后具有降低免疫原性、增加水溶性、顯著延長其在生物體內(nèi)的半衰期等優(yōu)點,但也可能因修飾而影響其與受體的結(jié)合,因此尋找合適的修飾位點,保持持續(xù)、有效的生物活性是多肽和蛋白質(zhì)的聚乙二醇化修飾研究的主要目.多肽和蛋白質(zhì)類藥物的聚乙二醇化修飾研究有較好的應用前景!


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