抗腫瘤多肽藥物研究進展

李琬瓊，高艷鋒

（中山大學藥學院（深圳），廣東 深圳 518107）

惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，其發病率和死亡率在近幾年呈持續上升的趨勢，我國的癌癥防控形勢依然嚴峻[1]。盡管近年來免疫治療取得了突破性進展，手術、放療和化療仍然是臨床上普遍采用的腫瘤治療方法，尋找安全、合理、有效的腫瘤治療方法是目前腫瘤治療領域亟待解決的問題。多肽由幾個到幾十個天然或非天然氨基酸縮合而成，能夠通過天然產物提取、基因重組和化學合成等方式獲得。多肽藥物具有免疫原性低、組織滲透性好、易于合成和改造、安全性好、不易在組織中蓄積等優點，在抗腫瘤、抗菌、慢性代謝性疾病、心血管疾病、免疫疾病等方面都表現出顯著的療效，目前有80余種多肽藥物上市，150余種多肽藥物正在開展臨床試驗。多肽藥物的抗腫瘤機制具有多樣性，它們可通過促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤新生血管形成、激活機體抗腫瘤免疫反應等機制抑制腫瘤的發生發展。由于多肽藥物易于改造，人們通常將其進行修飾或融合以增加其腫瘤靶向性和口服給藥的順應性，延長體內作用時間；腫瘤歸巢肽（tumor homing peptide，THP）、細胞穿膜肽（cell penetrating peptide，CPP）、自組裝多肽、納米顆粒等可作為優良載體參與抗腫瘤藥物遞送；此外，多肽藥物還可作為分子探針監測體內腫瘤的轉移。本文主要從抗腫瘤多肽藥物的抗腫瘤作用機制、結構優化、靶向多肽和自組裝，以及未來的發展趨勢等方面展開綜述。

1 多肽藥物的抗腫瘤作用機制

1.1 誘導腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡又稱程序性細胞凋亡，是一種細胞正常死亡的方式，在維持機體穩態方面發揮著重要作用。靶向腫瘤細胞的凋亡途徑是癌癥預防和治療的有效策略，能夠誘導腫瘤細胞凋亡的多肽是開發新型抗癌藥物的重要候選者。景奕文等[2]發現烏賊墨多肽SHP可通過激活P53基因，調節Bcl-2等細胞凋亡相關基因的蛋白表達，從而抑制人前列腺癌細胞DU-145的增殖并誘導細胞凋亡。齊玲等[3]發現西蘭花多肽組分Ⅱ可提高細胞Bax/Bcl-2蛋白比值，進而促進Caspase-3活化，誘導神經膠質瘤細胞凋亡。Valiyari等[4]發現人白細胞介素24（interleukin-24，IL-24）的最小重組體多肽sIL-24能夠很好地抑制前列腺癌細胞（PC-3）、組織細胞淋巴瘤細胞（U937）和Burkitt's淋巴瘤細胞（Raji）等腫瘤細胞的增殖，對正常成纖維細胞（MRC-5）無影響，且sIL-24能夠提高癌細胞中Bax/Bcl-2蛋白比值，促進細胞色素C釋放增多且Caspase-3表達上調。靶向腫瘤細胞增殖、凋亡和細胞周期相關的通路和靶點通?？梢詫е履[瘤細胞的凋亡，其難點在于大多數此類靶點位于細胞的內部，大多數多肽難以透過細胞膜而實現有效的靶向，往往需要穿膜肽等序列的輔助。

1.2 誘導腫瘤細胞壞死

細胞壞死是細胞由于受到物理或化學性的損害、缺氧與營養不良等因素而產生的一種被動死亡，壞死細胞會出現膜通透性增高、細胞器變形或膨大等現象。能夠誘導腫瘤細胞壞死的多肽通常能夠破壞腫瘤細胞膜，其比傳統的化療藥物有著更高的選擇性，且不會誘導多藥耐藥現象。研究發現，一種源自人類乳鐵蛋白的PFR九肽（PFWRIRIRR-NH2）體外能夠抑制白血病細胞MEL和HL-60的增殖、上調細胞內鈣離子水平和誘導細胞膜的破壞，誘導腫瘤壞死現象的發生，體內實驗結果也表明PFR肽有著較好的抗腫瘤效果和耐受性[5]。Wang等[6]發現，Polybia-MPI陽離子兩親性α-螺旋短肽能夠選擇性破壞癌細胞膜或形成跨膜孔導致各種白血病細胞壞死。靶向腫瘤細胞膜的優點是能克服耐藥現象的發生，缺點是由于不同細胞的細胞膜之間存在相似性，僅僅依賴電荷或二級結構等特性難以得到高選擇性靶向腫瘤細胞膜的多肽。

1.3 抑制腫瘤血管形成

實體瘤的生長必須依賴血管生成，新生的血管為腫瘤組織提供了營養和轉移的通道，盡管目前對于血管生成抑制藥物的作用機制（破壞血管或使血管正?；┥写鏍幾h，但抑制腫瘤血管生成已被證明是一種有效的治療手段。血管生成素2（angiopoietin 2，Ang2）/TEK受體酪氨酸激酶（TEK receptor tyrosine kinase，Tie2）和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）/血管內皮生長因子受體 2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）等信號通路均能夠促進腫瘤血管生成，其中Ang2/Tie2可介導血管的不穩定性，VEGF/VEGFR2與內皮細胞增殖和血管形成密切相關[7]，單獨阻斷任意一條途徑即可顯著抑制腫瘤生長，同時干擾或阻斷這2條途徑引起的抑制效應亦可疊加[8]。Binétruy-Tournaire等[9]利用噬菌體展示肽庫技術得到了能夠特異性與人神經纖維網蛋白1（neuropilin 1，NRP1） 結 合， 阻 礙 VEGF165和VEGFR2相互作用的多肽AR7，體內外實驗均顯示AR7具有較好的抗血管生成及抑瘤活性。Tournaire等[10]以Tie2胞外區為靶標，利用噬菌體展示肽庫技術得到能夠特異性阻斷Tie2信號的NS7肽，NS7肽能夠顯著抑制人臍靜脈血管內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）的遷移及雞胚尿囊膜中血管的形成。Wu等[11]將上述AR7和NS7肽通過柔性連接子Ala-Ala連接起來，得到一種能夠同時抑制Ang2/Tie2和VEGF/VEGFR2的新型多肽，該新型嵌合多肽在抑制腫瘤生長和血管生成方面比AR7和NS7單獨使用及聯合應用更有效。在后續的研究中，Zhu等[12]通過Fc片段修飾該嵌合多肽，能明顯延長其半衰期，修飾后的多肽不僅可以阻斷血管生成，而且可以抑制巨噬細胞的極化從而起到抗腫瘤作用。Choi等[13]開發并合成了一種具有肝素結合活性的多肽HBP，其能夠抑制血管生成相關因子ERK、FAK和Akt的表達水平，同時削弱HUVEC分泌侵襲因子MMP2和MMP9的水平，體內實驗中多肽HBP對乳腺癌移植瘤的生長也有顯著的抑制作用，這些結果均表明多肽HBP可作為抗血管生成類抑瘤候選藥物進行后續研發和臨床推進。Jang等[14]從微生物土壤真菌青霉菌中分離得到2種環肽PF1171A和PF1171C，發現兩者均能夠顯著抑制VEGF誘導的HUVEC的遷移、侵襲、增殖和管狀形成以及雞胚尿囊膜的新生血管形成，說明這2條環肽均可作為血管生成抑制劑進行后續研究。

1.4 激活抗腫瘤免疫應答

近年來，腫瘤免疫治療以其卓越的療效和創新性受到了廣泛關注，2018年的諾貝爾生理學或醫學獎授予了腫瘤免疫治療領域的美國科學家James P. Allison和日本科學家Tasuku Honjo。T細胞尤其是CD8+T細胞是機體抗腫瘤免疫應答的核心，其激活需要雙信號：第一信號為T細胞受體（T cell receptor，TCR）識別抗原肽與主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）分子的復合物；第二信號是T細胞表面相應受體與抗原提呈細胞上共刺激分子相結合。所以激活腫瘤特異性免疫應答，主要從增強以上2個信號著手?？鼓[瘤多肽疫苗可加強T細胞激活的第一信號，它通過抗原提呈細胞識別腫瘤抗原并將其呈遞給CD8+T細胞，進而引起相應細胞毒T淋巴細胞增殖并特異性殺傷腫瘤?？鼓[瘤多肽疫苗研發的關鍵在于找到腫瘤特異性的抗原，腫瘤抗原包括過表達抗原、癌-睪抗原、癌胚抗原、分化抗原等腫瘤相關抗原和病毒抗原、突變抗原等腫瘤特異性抗原。這些抗原發揮抗腫瘤免疫功能的成分是8～17個氨基酸左右的抗原肽片段。

隨著高通量測序技術的發展，基于腫瘤組織突變的腫瘤新抗原相關免疫療法是一種真正個性化的療法，因為大多數新抗原來源于每個腫瘤基因組中的獨特突變[15]。Ott等[16]通過測序和分析患者腫瘤組織中的DNA和RNA序列，得到了含有20種腫瘤新抗原疫苗庫，疫苗誘導的抗原特異性CD4+和CD8+T細胞能夠引起患者的特異性免疫應答，并成功應用于黑色素瘤病人的治療。Quandt等[17]設計了同時包含TP53和Kras驅動基因突變的一組含有28～35個氨基酸的長肽LPs，各突變肽在攜帶相應突變的腫瘤患者中誘導T細胞的響應率高于野生型多肽，利用含有對應突變的長肽LPs免疫HLA（-A2/DR1）人源化小鼠，產生了針對大多數肽的CD8+/CD4+T細胞的免疫應答。目前國內外有大量的臨床試驗集中在該領域。

T細胞激活的第二信號是協同刺激信號，這些信號分子根據其功能分為共刺激和共抑制分子，共抑制分子又被稱為免疫檢查點分子，腫瘤微環境中免疫細胞表達的抑制性分子如程序性死亡分子-1（programmed death-1，PD-1）、細胞毒性T淋巴細胞相關抗原-4（cytotoxic T lymphocyte antigen-4,CTLA-4）、T細胞免疫球蛋白及免疫酪氨酸樣抑制基序（T-cell immuno-globulin and ITIM domains,TIGIT）、 淋 巴 細 胞 活 化 基 因-3（lymphocyte activation gene-3, LAG-3）、T細胞免疫球蛋白及黏蛋白分子-3（T cell immuno-globulin and mucin domain-3, TIM-3）等[18]，通過與T細胞或抗原提呈細胞表面配體互相作用使T細胞發生功能耗竭而不能發揮抗腫瘤作用，造成免疫逃逸現象的發生。阻斷抑制性分子PD-1、CTLA-4、TIGIT、LAG-3、TIM-3等能夠重新激活腫瘤微環境中的腫瘤特異性T淋巴細胞，打破機體已經建立起來的腫瘤免疫耐受機制，為腫瘤治療帶來希望。目前經美國FDA批準的針對免疫檢查點分子的阻斷劑主要是抗體類藥物，但抗體生產成本高且半衰期長，一旦出現免疫不良事件不能及時撤藥，所以多肽類免疫檢查點抑制劑藥物的研發十分必要。Chang等[19]以全化學合成的D構型PD-L1 IgV為靶標，通過噬菌體鏡像展示肽庫得到了能夠在體外細胞水平阻斷PD-1/PD-L1結合、體內具有抑瘤效果的抗酶解多肽DPPA-1，為腫瘤免疫治療提供了小分子多肽候選物。Magiera-Mularz等[20]報道的大環肽抑制劑能夠通過直接結合PD-L1來阻斷PD-1/PD-L1通路，同時恢復T細胞的功能。Li等[21]通過細菌表面展示肽庫得到了能夠特異性結合PD-L1的多肽TPP-1，T細胞活化實驗和混合淋巴細胞實驗均證實TPP-1能夠干擾PD-1/PD-L1相互作用，體內抗腫瘤實驗證明TPP-1能夠在H460移植瘤模型中減緩腫瘤生長。多肽已成為免疫檢查點阻斷藥物的重要候選，但目前該方面的研究還有待加強。

綜上，多肽藥物可以作用于腫瘤細胞自身的靶點，通過凋亡和壞死等機制殺傷腫瘤細胞，還可以作用于腫瘤組織微環境中的新生血管和免疫細胞，起到抗腫瘤作用。除了上述作用機制以外，理論上來說，多肽藥物可以像激素、小分子化學藥物和單抗一樣，作為激活劑或阻斷劑作用于其他抗腫瘤的靶點，也可以作為疫苗的重要組分激發抗腫瘤免疫反應。

2 抗腫瘤多肽藥物的優化

雖然多肽藥物具有良好的療效、安全性和耐受性，但批準上市的抗腫瘤多肽藥物的適應證比較有限。限制多肽藥物后續開發利用的主要原因是其易被蛋白酶水解、體內半衰期短、理化穩定性較差，這些缺點都導致其不能在體內穩定地發揮藥效。此外，目前多肽類藥物主要的給藥途徑為靜脈注射、肌肉注射、皮下注射等方式，相較于這些給藥方式，口服給藥一直是多肽藥物研究者努力的目標，但多肽的口服給藥生物利用度低，尋找合理有效的口服遞送策略也是多肽藥物發展面臨的難題。因此，對多肽藥物進行有效的優化非常必要。

2.1 延長半衰期

延長多肽藥物體內循環半衰期的主要策略有2種：增強多肽抗酶解能力進而提高其體內穩定性；增加其流體力學半徑從而減少腎小球的濾過作用。提高多肽酶降解穩定性的策略是對其氨基酸序列進行改造，如乙?；揎?、引入D構型氨基酸兩端保護、逆序翻轉L肽為D肽、環化修飾或改善結構為具有α-螺旋形狀的釘合肽[22]等。增加多肽流體力學半徑的常見方法為增加多肽的相對分子質量，可通過基因工程方法將多肽與免疫球蛋白Fc片段或白蛋白融合，或通過化學法將多肽與高分子化合物聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）、PAS（含有Pro、Ala和Ser的多聚肽鏈重復序列）等共價連接；此外，由于人血漿白蛋白在血漿中含量豐富、相對分子質量大、體內循環半衰期長，可作為體內運輸多肽藥物的可靠載體，因此也可將多肽藥物偶聯白蛋白親和肽或脂肪酸修飾以達到延長半衰期的目的[23-24]。

2.2 改變劑型

80%左右的蛋白多肽類藥物經注射途徑給藥，雖然注射給藥體內分布迅速、吸收較快，但生物利用度和患者依從性都較差。注射劑藥物傳遞系統（drug delivery system, DDS）能夠通過改變制劑的方法將藥物在一定時間內遞送到特定組織部位，同時提高了藥物的靶向性、減少了多肽注射給藥產生的毒副作用[25-26]。用于前列腺癌及乳腺癌治療的Zoladex（活性成分為醋酸戈舍瑞林）植入劑可直接注射于患者皮下或肌肉內，且該植入劑能夠自行在體內降解，無需通過手術取出，減少了藥物不良反應。能夠控制緩釋和靶向的植入劑和注射劑（微球、脂質體、納米顆粒）等均具有良好的應用前景。

抗腫瘤多肽類藥物活性容易受到溫度和酸堿度等因素影響，多肽口服給藥順利進行需克服胃腸道消化酶的酶解作用和腸道細胞對水溶性物質的低通透性兩大壁壘。因此在多肽口服藥物的研發中，研究人員通常使用蛋白酶抑制劑和促吸收劑來增加多肽藥物的口服生物利用度。甘膽酸鈉、甲磺酸卡莫司他、桿菌肽、抑肽酶等能夠抑制胃腸道中消化酶的活性；促吸收劑主要包括水楊酸類、膽酸鹽類、表面活性劑、脂肪酸類、氨基酸類衍生物和金屬螯合劑等[27]。此外，將多肽藥物包裹在高分子納米微球中不但可防止胃腸道的酸性環境和消化酶對藥物的降解作用，還可以達到長效釋藥或靶向治療的目的[28]。

3 靶向多肽和自組裝

3.1 腫瘤歸巢肽和靶向肽

THP主要是一些靶向腫瘤或腫瘤微環境（如腫瘤內皮、淋巴管或腫瘤細胞等）的包含3～10個氨基酸的小肽，由于它們的腫瘤靶向性和高滲透性，通?？勺鳛槟[瘤相關診斷試劑或作為靶向分子引導抗腫瘤藥物進入腫瘤部位發揮抗腫瘤效果，這在很大程度上減少了藥物的毒副作用、增加了藥物在腫瘤部位的分布。THP可以修飾在包裹藥物的納米顆粒表面，將藥物靶向遞送至腫瘤組織[29-30]。將多肽藥物融合整合素親和肽RGD也可達到提高多肽藥物腫瘤靶向性的目的[31-33]，或利用腫瘤微環境偏酸性的特點，以酸響應納米載體包裹抗腫瘤多肽[34]或直接設計腫瘤pH響應的多肽藥物以期達到緩釋和提高多肽在腫瘤部位的利用率。此外，由于腫瘤組織高表達基質金屬蛋白酶MMP2等，利用此特性，可設計該酶特異識別的連接子序列，使多肽前藥到達腫瘤組織后被MMP2水解，釋放出活性片段[35-36]。

3.2 穿膜肽

大多數CPP是一類富含精氨酸和賴氨酸（大多數帶有正電荷、pH接近中性）的小分子多肽，人們通常將其與納米顆粒、蛋白、核酸等需進入胞內發揮活性的抗腫瘤藥物以共價或非共價形式連接，通過細胞內吞作用或跨膜轉導等方式到達胞內發揮作用。對于腫瘤胞內靶標的藥物來說，設計合理的滲透策略對藥物的遞送是十分必要的，穿膜肽作為優良的藥物遞送載體在該領域引起了廣泛關注。Gronewold等[37]發現一種具有高內化能力、能選擇性殺死某些腫瘤細胞類型的分支穿膜肽，該多肽對癌細胞的細胞毒活性顯著高于正常成纖維細胞，在MCF-7癌細胞系中可以高效遞送抗癌藥物放線菌素D，顯示出較高的后續研究和轉化價值。Gao等[38]發現一種具有MCF-7癌細胞高滲透性的電中性環肽環孢菌素A（CsA），將CsA與促凋亡肽（PAD）綴合后，CsA-PAD表現出更高的癌細胞毒性，其作用效果類似于陽離子穿透肽TAT，但全身細胞毒性特別是心臟和肝毒性遠遠低于TAT-PAD，這些都說明穿膜環肽CsA具有重要的應用價值。穿膜肽可以通過受體介導的內吞、膜融合、“地毯”模式、反轉微團模式和打孔模式等不同機制進入細胞[39]，使得多肽能夠像小分子藥物那樣作用于細胞內的靶點發揮功能。

3.3 自組裝多肽

自組裝多肽是能夠利用疏水作用、氫鍵、范德華力等非共價鍵自組裝成為囊泡、納米纖維、納米粒、納米管等高度有序的納米結構的一類多肽，這些自組裝肽可作為藥物載體用于改善藥物特性、起到緩釋和靶向的作用，基于肽納米材料的藥物遞送系統具有良好的生物相容性和較低的毒副作用，受到研究者們的青睞。在最近的研究中，Liu等[40]合成了一種含有48個氨基酸的能夠自組裝且具有抗腫瘤活性的多肽RADA-KLA，該活性肽包含能夠誘導癌細胞死亡的肽段KLA和2003年Zhang[41]開發的具有交替正負電荷氨基酸殘基的兩親性肽RADA-16肽，RADA-KLA克服了KLA多肽免疫原性強、細胞穿透性差、體內快速降解的缺點，體外實驗表明RADA-KLA納米纖維可抑制肝癌細胞的黏附和遷移并誘導肝癌細胞死亡。Chen等[42]通過合理設計具有程序性自組裝功能的分枝狀兩親嵌合肽CRRK負載阿霉素，能夠達到控制藥物釋放、防止藥物過早釋放、準確將藥物遞送到腫瘤細胞核的目的，該設計通過巧妙的序列排列成功實現了針對多藥耐藥腫瘤細胞的刺激響應性藥物釋放。

4 多肽與分子成像

除了作為藥物用途以外，多肽還可以作為分子探針工具用于腫瘤的分子診斷和成像。分子成像技術能夠遠程、非侵入性地感知和檢測活體中的細胞和分子過程，隨著信號轉導級聯和蛋白質相互作用網絡的研究深入，人們也發現了越來越多的癌癥治療和成像的相關靶標。以多肽為基礎的成像探針有著體內循環半衰期短及實體腫瘤內高滲透的優點，能夠很好地滲透到靶組織中，快速地結合腫瘤或其他病變區域。de Oliveira等[43]利用锝-99m放射性標記能夠特異性結合胃癌、結直腸癌和膠質瘤腫瘤血管的多肽GX1，體內研究表明大多數器官和組織在60 min內能較好地清除該放射性多肽，該放射性標記的GX1肽有望成為不同類型腫瘤成像的生物標志物，為腫瘤的早期檢測提供了新的工具和方法。Chatterjee等[44]通過銅-64標記PD-L1親和肽WL12，PET成像結果顯示[64Cu] WL12可作為放射性示蹤劑特異性檢測表達PD-L1的腫瘤，為腫瘤免疫治療策略的制定提供了依據。

5 結語與展望

多肽藥物與小分子化學藥物相比具有選擇性和特異性好、毒副作用低的優點，與單抗藥物相比具有成本低、組織滲透性好、易于改造等優點，因此在腫瘤治療藥物的研究中受到廣泛關注。尤其是近年來取得重要進展的腫瘤免疫療法，也離不開多肽藥物，多肽不但可以作為腫瘤抗原激活抗腫瘤免疫，而且也可以阻斷免疫檢查點分子。但目前上市的抗腫瘤多肽藥物主要以激素類似物為主，而作為靶點阻斷性藥物還比較少，主要原因是受限于多肽藥物的半衰期短，難以達到足夠高的有效濃度；而構象的柔性和多變又使得其難以達到單抗藥物的高親和力。未來多肽藥物的發展將繼續在現有多肽先導物的基礎上，結合生物信息學和高通量組合化學等方法進行合理有效的設計和篩選，改善其在體內存留時間、靶向性、物理化學性質等方面存在的不足。目前多肽藥物主要通過注射（靜脈、肌肉、皮下注射）或非注射（皮膚、口腔、鼻腔等）給藥的方式到達其作用組織或靶標，患者更傾向于口服給藥，但多肽口服生物利用度低，合理的修飾、轉變劑型和給藥方式、減少給藥頻次仍將是多肽藥物今后努力的方向。近年來，合理的結合多肽藥物、小分子化學藥物和單抗藥物的優點，設計肽體和多肽-小分子藥物偶聯物為多肽藥物的研發開辟了新的方向[45-46]。而腫瘤免疫療法的重新興起，使得合理利用腫瘤患者的個體化差異，發掘腫瘤組織和微環境中潛在的靶點和突變表位成為腫瘤的個體化治療和抗腫瘤多肽藥物開發的重點方向。