固相多肽合成在研究和生物制藥開發中的應用
固相多肽合成（spps）涉及將受保護的氨基酸衍生物連續添加到固定在固相上的生長肽鏈中，包括脫保護和洗滌步驟，以去除未反應的基團和副產物。并行和大規模合成高純度多肽的能力改變了研究，也促進了強效治療劑和疫苗的開發。接下來簡單介紹一下固相多肽合成在研究和生物制藥開發中的應用，并且了解到利用多肽作為疫苗和治療劑的優勢。
一 定制多肽有助于合理的疫苗設計
傳統疫苗在對抗疾病方面一直是強有力的盟友，但它們有幾個缺點，包括局限于為需要在昂貴的細胞培養中生長的生物開發疫苗，疫苗產量低，而且可能引起不必要的反應增加額外不必要的抗原載量，并且存在非毒性生物轉化為毒性形式的危險。
這些缺點刺激了基于多肽的疫苗的開發，多肽疫苗具有很大優勢，例如具有限定的組分，并且無生物污染、讓定制多肽成為可能，而且可以實現成本效益高的大規模多肽疫苗生產。
基于多肽的疫苗正在針對多種病原體進行開發，包括寄生蟲引起的瘧疾、丙型肝炎病毒、流感病毒和hiv-1等。接下來，簡單舉幾個多肽疫苗研究的實例。
01 多肽疫苗在抗擊肺炎疫情的研發工作中扮演了重要的角色
圖 1 設計的多表位疫苗可以同時觸發體液免疫和細胞免疫
圖 2 設計研究流程圖
tamalika kar等人根據sars-cov-2的刺突糖蛋白利用生物信息學計算設計了一種多表位疫苗。候選疫苗的總體質量在計算機和分子動力學模擬中得到了驗證，證實了所設計疫苗的穩定性。分子對接實驗也揭示了疫苗與toll樣受體和mhc受體的穩定相互作用。生物信息學克隆和密碼子優化表明了設計的疫苗在大腸桿菌表達系統中的高效表達。通過生物信息學免疫模擬評估了候選疫苗觸發有效免疫應答的效率。最后，通過計算機分析表明所設計的多表位疫苗結構穩定，可誘導特異性免疫應答，因此可作為抗sars-cov-2的潛在疫苗候選。
02 多肽疫苗另一條途徑涉及一種新型的“解毒劑疫苗”可以作為抗sars-cov-2病毒的預防劑、免疫和治療劑
圖 3 利用pymol中“排列”指令使sars-cov-1與ace2結合，然后利用swiss-model在sars-cov-2上面近似模擬結合表面
圖 4 由raptorx模擬的肽排列在sars-cov-2與ace2結合的表面（ace2為紅色，利用pdbepisa預測的結合表面為綠色）
andre watson等人開發并表征了四種新型合成多肽抑制劑sars-block™，作為結合了預防性、治療性和免疫性特點的試劑來對抗病毒。他們利用計算機技術設計模擬了可以有效競爭性抑制sars-cov-2 s1刺突蛋白受體結合域（rbd）與ace2結合的多肽，同時顯示出與中和抗體結合的的基序。在使用固相多肽合成（spss）合成多肽后，通過生物層干涉法表征了它們與ace2和中和抗體的結合。
03多肽也被用于癌癥疫苗中，作為一種新抗原，通常存在于腫瘤細胞表面，可作為外源t細胞的靶點，導致癌細胞死亡
圖 5 基于長肽的新抗原疫苗優于短肽疫苗的可能機制
治療性癌癥疫苗是前途的策略之一。近來，源自腫瘤細胞的非同義突變的新抗原作為一種替代方案，可以改善腫瘤特異性并且降低靶向非腫瘤毒性，合成多肽也是一種新抗原疫苗。可以將短肽延伸變成長肽以克服免疫耐受并且誘導cd4+t細胞和cd8+t細胞的應答。
04her2相關多肽被用于增強t細胞輔助反應，以對抗her2表達的腫瘤細胞
圖 6 b-vaxx多肽根據her2/帕妥株單抗和her2/復合物工程化模擬構象表位
圖 7 b-vaxx多肽表位
her2是人類表皮生長因子受體家族的成員，也是癌癥中研究最多的致癌基因之一。當her2被細胞外配體激活時，它會二聚化并經歷轉磷酸化，以介導細胞內信號傳導并且刺激增殖。her2是乳腺癌藥物和帕妥株單抗的靶點。b-vaxx多肽疫苗包含表位、結合了混雜的t細胞表位并在i期試驗中進行了評估，該疫苗耐受性良好。進一步的研究正在進行中，以確定her2衍生多肽疫苗在癌癥治療中的治療潛力。
05阿爾茨海默病也正在通過針對兩種蛋白質aβ和tau的異常聚集的多肽疫苗來解決
表格 1 阿爾茲海默病肽疫苗的臨床開發
圖 8 （a）cad106和（b）aci-35的多肽組分的化學結構
阿爾茲海默病（ad）是一種慢性、進行性神經退行性疾病。目前尚無有效的治療方法，努力的方向主要集中在靶向病理物種β-淀粉樣蛋白（aβ）和tau蛋白。二者在ad的標志性病理性神經變性中起著重要作用。用這些蛋白質的表位進行免疫可能導致預防性清除這些蛋白的神經毒性形式或避免聚集體的形成。許多候選多肽疫苗已經進入臨床研究。
二 多肽在尋找新藥方面提供了多樣性
治療性多肽具有很多優點，包括高活性、良好的化學和生物多樣性以及低毒性。此外，與基于蛋白質的生物制劑相比，固相多肽合成的發展可以促進定制多肽的高效合成，并且使其具有高純度和低成本的特點，還可以大大改善其功能性，提高定制多肽的抗降解性。這些優勢正在推動一個動態多肽藥物發現過程，旨在治療一系列疾病，包括代謝疾病、癌癥、心血管和傳染病、疼痛和血液病等。接下來，簡單舉幾個治療多肽研究的多樣性實例。
01 門控修飾毒素（gmts）用于非阿片類鎮痛——尋找能特異性阻斷參與疼痛信號傳導的離子通道的新型肽類鎮痛藥
圖 9 研究中使用的九個gmt的結構和多肽序列
門控修飾毒素（gmts）是從蜘蛛和其他有毒生物中分離出來的毒性衍生多肽，可調節與疾病相關的電壓門控離子通道的活性，因此可以作為治療的線索，也是研究生理學和電壓門控離子通道的藥理學的重要“探針”。
02 穩定表位的環肽支架——環肽的設計有助于以受限制的形式呈現表位，該表位也能抵抗蛋白水解
圖 10 mcoti-i與vhh納米體的結合（a）mcoti環肽和mcoti-ha環肽序列；（b）vhh多肽修飾策略圖
環肽是植物衍生的環狀肽，由于其高度限制的結構可以抵抗蛋白水解。包括首尾循環主干和三個二硫鍵形成打結的核心，這種結構可以使得它們作為支架，多肽序列（表位）可以移植到支架上。vhh7是一種羊駝衍生的納米體，靶向小鼠ii類mhc分子，用于靶向向抗原呈遞細胞（apc）遞送環肽。分離的環肽mcoti-i缺乏固有免疫原性，mcoti-i與vhh7的結合顯著增強了環肽的免疫原性，為產生抗其他環肽的抗體打開了大門
03 治療血癌的表觀遺傳學方法——設計用于破壞染色質調節劑與其靶標結合的多肽
圖 11 多肽的設計
圖 12 通過ha標簽的免疫印跡檢測樹脂結合肽
圖 13 在未標記tat-ha融合肽劑量增加的情況下使用純化的dpy30蛋白和fitc-ash2l（510–529）多肽進行熒光偏振分析（fpa）
dpy30是一種染色質調節劑，通過直接結合set1/mll復合物中的ash2l促進h3k4甲基化，并在血液系統惡性腫瘤中發揮重要作用。kushani k. shah等人開發了一種基于多肽的策略來特異性靶向dpy30活性。設計了一種來源于ash2l的細胞穿透多肽，dpy30結合多肽特異性抑制dpy30與ash2l相互作用并增強h3k4甲基化的活性。用dpy30結合多肽治療顯著抑制mll重排白血病和其他myc依賴性血液癌細胞的生長。
04 治療性多肽也可以作為抗病物，通常通過抑制復制周期來靶向hiv、流感或肝炎。例如過破壞人血管緊張素轉換酶2（ace2）受體和sars-cov-2病毒的病毒刺突蛋白之間的相互作用以應對目前正在發生的肺炎疫情。
圖 14 從患者分離的sars-cov-2病毒顆粒的透射電子顯微照片
圖 15 sars-cov和宿主細胞進入受體ace2的一般結構示意圖
圖 16 s蛋白和宿主ace2受體的特寫示意圖
圖 17 sars-cov s蛋白主要結構域的2d示意圖
表格 2 sars-cov和sars-cov-2開發中的主要肽治療候選物
最后，如果您也想利用固相多肽合成技術進行相關研究，gyros protein technologies全自動多肽合成儀可以成為您很好的搭檔，它能為0.0005至200毫摩爾的合成規模提供了準確和靈活的解決方案，并且模塊化設計、直觀的操作、可定制的配置和工作流程一定可以優化您的實驗。而且根據用戶需求的不同，目前在售的有chorus、symphony x和sonata +三種不同型號的多肽合成儀，相信一定可以滿足您不同條件下的研究需要。
purepep chorus purepep sonata + symphony x
參考文獻
1.a candidate multi-epitope vaccine against sars-cov-2. kar, t et al. scientific reports. (2020) 10:10895.
2.peptide antidotes to sars-cov-2 (). watson, a et al. biorxiv, august 6, 2020.
3. personalized neoantigen vaccination with synthetic long peptides: recent advances and future perspectives. chen, x et al. theranostics 2020; 10(13): 6011-6023.
4. peptide-based vaccines: current progress and future challenges. malonis, rj et al. chem. rev. 2020, 120, 3210?3229.
5. gating modifier toxins isolated from spider venom: modulation of voltage-gated sodium channels and the role of lipid membranes. agwa aj et al, j biol chem. 2018 jun 8;293(23):9041-9052.
6. targeted delivery of cyclotides via conjugation to a nanobody. kwon s et al. acs chem. biol., 2018, 13 (10), 2973–2980.
7. specific inhibition of dpy30 activity by ash2l-derived peptides suppresses blood cancer cell growth. shah, kk et al. experimental cell research. vol 382, issue 2, 15 september 2019, 111485.
8. evidence supporting the use of peptides and peptidomimetics as potential sars-cov-2 () therapeutics. vanpatten, s et al. future medicinal chemistry. july 2020.
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01 多肽疫苗在抗擊肺炎疫情的研發工作中扮演了重要的角色
圖 1 設計的多表位疫苗可以同時觸發體液免疫和細胞免疫
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02 多肽疫苗另一條途徑涉及一種新型的“解毒劑疫苗”可以作為抗sars-cov-2病毒的預防劑、免疫和治療劑
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03多肽也被用于癌癥疫苗中，作為一種新抗原，通常存在于腫瘤細胞表面，可作為外源t細胞的靶點，導致癌細胞死亡
圖 5 基于長肽的新抗原疫苗優于短肽疫苗的可能機制
治療性癌癥疫苗是前途的策略之一。近來，源自腫瘤細胞的非同義突變的新抗原作為一種替代方案，可以改善腫瘤特異性并且降低靶向非腫瘤毒性，合成多肽也是一種新抗原疫苗。可以將短肽延伸變成長肽以克服免疫耐受并且誘導cd4+t細胞和cd8+t細胞的應答。
04her2相關多肽被用于增強t細胞輔助反應，以對抗her2表達的腫瘤細胞
圖 6 b-vaxx多肽根據her2/帕妥株單抗和her2/復合物工程化模擬構象表位
圖 7 b-vaxx多肽表位
her2是人類表皮生長因子受體家族的成員，也是癌癥中研究最多的致癌基因之一。當her2被細胞外配體激活時，它會二聚化并經歷轉磷酸化，以介導細胞內信號傳導并且刺激增殖。her2是乳腺癌藥物和帕妥株單抗的靶點。b-vaxx多肽疫苗包含表位、結合了混雜的t細胞表位并在i期試驗中進行了評估，該疫苗耐受性良好。進一步的研究正在進行中，以確定her2衍生多肽疫苗在癌癥治療中的治療潛力。
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圖 11 多肽的設計
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dpy30是一種染色質調節劑，通過直接結合set1/mll復合物中的ash2l促進h3k4甲基化，并在血液系統惡性腫瘤中發揮重要作用。kushani k. shah等人開發了一種基于多肽的策略來特異性靶向dpy30活性。設計了一種來源于ash2l的細胞穿透多肽，dpy30結合多肽特異性抑制dpy30與ash2l相互作用并增強h3k4甲基化的活性。用dpy30結合多肽治療顯著抑制mll重排白血病和其他myc依賴性血液癌細胞的生長。
04 治療性多肽也可以作為抗病物，通常通過抑制復制周期來靶向hiv、流感或肝炎。例如過破壞人血管緊張素轉換酶2（ace2）受體和sars-cov-2病毒的病毒刺突蛋白之間的相互作用以應對目前正在發生的肺炎疫情。
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圖 15 sars-cov和宿主細胞進入受體ace2的一般結構示意圖
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參考文獻
1.a candidate multi-epitope vaccine against sars-cov-2. kar, t et al. scientific reports. (2020) 10:10895.
2.peptide antidotes to sars-cov-2 (). watson, a et al. biorxiv, august 6, 2020.
3. personalized neoantigen vaccination with synthetic long peptides: recent advances and future perspectives. chen, x et al. theranostics 2020; 10(13): 6011-6023.
4. peptide-based vaccines: current progress and future challenges. malonis, rj et al. chem. rev. 2020, 120, 3210?3229.
5. gating modifier toxins isolated from spider venom: modulation of voltage-gated sodium channels and the role of lipid membranes. agwa aj et al, j biol chem. 2018 jun 8;293(23):9041-9052.
6. targeted delivery of cyclotides via conjugation to a nanobody. kwon s et al. acs chem. biol., 2018, 13 (10), 2973–2980.
7. specific inhibition of dpy30 activity by ash2l-derived peptides suppresses blood cancer cell growth. shah, kk et al. experimental cell research. vol 382, issue 2, 15 september 2019, 111485.
8. evidence supporting the use of peptides and peptidomimetics as potential sars-cov-2 () therapeutics. vanpatten, s et al. future medicinal chemistry. july 2020.
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