生物制药中的翻译后修饰

不断增长的生物制药市场¹为药物开发人员和制造商在确保产品质量和安全方面带来了新的挑战，而这在很大程度上可以归因于翻译后修饰(PTMs)引起的产品可变性。

大多数生物药物都是蛋白质，大多数蛋白质在从mRNA分子翻译出来后会经历某种形式的翻译后修饰(PTMs)。最常见的PTM包括糖基化、氧化和去酰胺化，但有许多不同类型的PTM，它们可以发生在蛋白质的许多位点上，影响生物活性、半衰期和免疫原性。²因此，表征PTM模式是生物制药开发和生产中一个复杂而耗时的部分。

基于抗体的药物开发中的PTMs

考虑到目前在免疫治疗研究上投入的巨大努力，了解ptm对基于抗体的药物的影响是研究重点也就不足为奇了。PTMs，特别是糖基化，可以对抗体的效力和免疫原性产生广泛的影响，影响其功能和清除。

“不同的PTMs可以影响药物的不同功能属性，这取决于作用机制，”美国国家标准与技术研究所(NIST)研究化学家John Schiel博士说，他研究抗体中PTMs的新方法。Schiel解释说:“例如，抗体药物的糖基化会影响它们被细胞吞噬和储存的能力，从而影响药物在体内的寿命。”“也有某些形式的聚糖擅长招募免疫系统细胞与癌细胞结合，它们可以影响抗体药物本身的Fc效应功能，例如介导抗体依赖的细胞细胞毒性。”

Schiel说，目前有一个包含大约30种不同分析分析的工具箱用于生物制药的特征描述，其中一些用于ptm。“目前最先进的技术是使用液相色谱-质谱(LC-MS)肽图谱，在药物开发早期进行，深入挖掘产品，了解有什么PTM，它们如何影响结构功能，并开始了解PTM的水平。”

这些信息可以与随后执行的质量控制(QC)分析相结合，以给出样品中PTM的整体概念，但目前的QC分析并不能告诉您PTM的确切位置。Schiel说:“阳离子交换色谱就是一个很好的例子。”“这产生了一个主要化合物的峰值和具有PTMs的副峰。侧峰都一起出现，很难分辨哪个峰对应哪个PTM。”现在的目标是将最先进的肽映射技术应用到QC环境中，这种技术称为多属性方法(MAM)。^3.“我们不是在阳离子交换的宽峰上设置规格，而是试图在特定的肽上设置参数，并有更多的‘属性特定’控制，以定期监测在每一种药物的特定位置上实际存在多少PTM。”

NIST研究产生的工具包中的另一个重要资产是标准化单克隆抗体支持研究人员开发基于抗体的药物。NISTmAb于2016年发布，是一种生物制药级IgG1单克隆抗体。Schiel解释道:“我们已经对其进行了全面的描述，并将其公之于众。“它允许研究人员开发新的分析技术或使用单一标准抗体评估现有PTM特征方法的稳健性。”

PTMs对生物治疗配方的影响

伦敦大学学院生物化学工程和生物技术教授Paul Dalby说，关键挑战之一是确定如何减轻在生物疗法的早期制定过程中随着时间的推移而发生的ptm变化。他的实验室正在研究更好的方法，在临床开发过于先进之前可靠地预测蛋白质药物的稳定性。

目前在工业上使用的方法是使用“加速降解”，即将药物暴露在极端环境下——高温、震动、紫外线——然后观察发生的降解类型和发生的速度。然后你可以据此推测药物在货架上的表现，”Dalby解释说。

这可能足以让一个有效的配方进入您的初始试验，但当第一阶段研究正在进行时，开发人员也将在其保质期内在建议的储存温度下孵化配方。这会告诉你你的配方是否真的好。达尔比说:“那么你就需要做出一个艰难的决定，如果你的配方不够好，你是回头重新配方，还是缩短产品的保质期?”在某些情况下，可能需要重新制定和完成临床试验的衔接研究，以证明产品一旦上市就没问题。

Dalby说，加速降解研究的一个问题是，它们往往与货架寿命不太相关，因为在相对较高的温度下孵化会诱导不同的蛋白质修饰，而在低温下发生。他的团队已经开发了新的光谱方法，可以更好地可靠地预测蛋白质产物的变化。

“假设在高压条件下孵育三个月，你的技术可以用PTMs提取100个蛋白质中的一个。如果你有一种技术，可以用PTMs提取1000个蛋白质中的一个，那么你就不需要在这样极端的条件下培养它了。我们的方法是尝试提高检测ptm的灵敏度，这样你就可以在较低的压力水平下检测到更能代表药物预期储存和使用的变化。”

生物制药发展面临的日益严峻的挑战

随着生物制药继续为治疗以前棘手的疾病提供巨大的希望，并有可能为患者个性化它们，寻找新的方法来描述、控制甚至预测其生物特性的变化将是至关重要的。绘制和测量pms的水平已经是早期生物药物开发的一个重要组成部分，但现在也必须开始进入质量控制过程。能够轻松地以高灵敏度表征PTMs的新技术将成为药物开发人员工具包的重要组成部分。

引用:

1. 《魔多情报》，2019年2月。生物制药市场-增长，趋势和预测(2019 - 2024)。(在线):https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/global-biopharmaceuticals-market-industry
2. 李伟，李文杰，李文杰等。(2015)单克隆抗体翻译后修饰的结构鉴定。见:治疗性单克隆抗体鉴定的最新技术和新兴技术第2卷。生物制药特性:NISTmAb案例研究。第三章，119-183页。ACS研讨会系列， Vol. 1201 DOI: 10.1021/bk-2015-1201.ch003
3. 罗杰斯R，阿伯纳西M，理查森D等。论多属性法测定生物药品纯度的重要性及改进整体控制策略。aap杂志2018;20: 7 DOI: 10.1208/s12248-017-0168-3