基于白蛋白的藥物設計

人血清白蛋白簡介白蛋白作為藥物載體的優勢白蛋白作為載體的藥物開發思路

實例介紹主題內容人血清白蛋白簡介白蛋白作為藥物載體的優勢白蛋白作為載體的藥物開發思路實例介紹人血清白蛋白簡介?含585個氨基酸殘基的單鏈多肽?分子量：66458?在體液pH7.4的環境中，白蛋白為負離子，每分子可以帶有200個以上負電荷?它是血漿中很主要的載體

許多水溶性差的物質可以通過與白蛋白的結合而被運輸，包括膽紅素、長鏈脂肪酸（每分子可以結合4-6個分子）、膽汁酸鹽、前列腺素、類固醇激素、金屬離子（如Cu2+、Ni2+、Ca2+）藥物（如阿司匹林、青霉素等）人血清白蛋白簡介?白蛋白由肝臟合成并分泌

分布在血液循環

（具有載體功能，如疏水性分子，帶正電荷分子或顆粒可與白蛋白結合）

分布在人體較大器官（如皮膚或肌肉）

（作為營養物質，被細胞吞噬消化分解，為細胞的新陳代謝提供氨基酸）?血液中與器官中白蛋白存在動態平衡?肝臟每天合成并分泌13-14g（70kg成人），約等于人體每天消耗白蛋白的量

體內長循環特征1

癌組織靶向特性2白蛋白作為藥物載體的兩個主要優勢白蛋白作為藥物載體的優勢

體內長循環特征1白蛋白體內半衰期19天！白蛋白體內長循環機制是什么呢？

白蛋白作為藥物載體的優勢體液循環（高分子或者分子顆粒）心臟肺肝腎腸道胃脾頭部及上肢毛細血管網下肢毛細血管網淋巴循環血液循環第一：腎臟濾過作用第二：細胞吞噬體內循環的藥物一般有兩種命運體液循環第一：腎臟濾過作用腎臟截留分子量≈67000白蛋白分子量67kDa99.6%的白蛋白能夠逃過腎臟濾過作用濾出的白蛋白絕大部分被腎小管重吸收第二：細胞吞噬所有血管內皮細胞肝臟和肺部等器官的吞噬細胞（無選擇性）物質被內皮細胞吞噬后進入溶酶體途徑，被該途徑中的各種酶降解例外:存在FcRn溶酶體保護機制什么是FcRn？?FcRn:TheNeanatalFcReceptor?

FcRn幾乎表達在所有細胞的表面，而且貫穿整個生命過程?作用：保護白蛋白和免疫球蛋白免受溶酶體途徑降解溶酶體途徑IgG或白蛋白FcRn溶酶體保護機制FcRn各種裂解酶

體內長循環特征1總結：（1）分子量或則粒徑大于腎小球濾過閥值，從而逃過腎小球的濾過作用（2）FcRn溶酶體保護機制，使得白蛋白在被細胞吞噬后，免受胞內溶酶體途徑的降解白蛋白作為藥物載體的優勢

癌組織靶向特性22癌細胞對白蛋白的吞噬偏好1腫瘤組織的EPR效應.白蛋白作為藥物載體的優勢

癌組織靶向特性21腫瘤組織的EPR效應.腫瘤組織正常組織分子量大于2萬淋巴引流作用滲入組織的物質進入淋巴循環淋巴引流作用受損滲透的顆粒無法進入淋巴循環白蛋白作為藥物載體的優勢

癌組織靶向特性21腫瘤組織的EPR效應.白蛋白分子量約為67000Da通過EPR效應在腫瘤組織中富集白蛋白作為藥物載體的優勢

癌組織靶向特性22癌細胞對白蛋白的吞噬偏好?白蛋白是由肝臟合成的營養物質，是人體“氨基酸庫”?癌細胞的新陳代謝比正常細胞活躍，對白蛋白有更大的需求，其對白蛋白的吞噬能力提高白蛋白作為藥物載體的優勢白蛋白作為載體的藥物開發思路如何將藥物搭載到白蛋白上？白蛋白作為載體的藥物開發思路如何將藥物搭載到白蛋白上？Linker非特異性修飾(Lys殘基)特異性修飾(Cys-34)共價鍵作用非共價鍵作用藥物脂肪酸化修飾藥物的親白蛋白有機小分子修飾基因融合技術將治療性多肽或者蛋白與白蛋白融合白蛋白作為載體的藥物開發思路該設計的優勢正常組織說明MTD提高藥物毒副作用降低血液半衰期提高賦予藥物體內長循環特性實現藥物病變組織的積聚EPR效應癌細胞對白蛋白的吞噬偏好白蛋白作為載體的藥物開發思路該設計的注意事項！藥linker抗癌藥物的前藥一般不具備藥物活性，當前藥進入癌組織或者癌細胞后，需要有效的斷裂機制釋放藥物Linker對最終藥效的影響非常關鍵！白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的Cys-34殘基1利用白蛋白的脂親和位點3借助白蛋白的賴氨基酸殘基實例介紹4白蛋白納米顆粒為載體5其他實例白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點?白蛋白作為脂質分子的載體，具有親和性較高的脂肪酸結合位點?將藥物分子與脂肪酸分子共價相連，則可以得到以白蛋白為載體的前藥分子藥linker白蛋白白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelDHA：二十二碳六烯酸紫杉醇癌細胞腫比正常細胞更傾向于吸收某些不飽和脂肪酸白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxel●絕大部份DHA-paclitaxel(99.6±0.057%)廣泛的與血液中血漿蛋白相結合，結合過程為非特異相互作用和非飽和過程●這是影響DHA-paclitaxel藥代動力學和藥效學的關鍵白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelIC50

（HalfMaximalInhibitoryConcentration)半數致死劑量：Herein,使受試細胞死亡一般的藥物濃度，IC50

越小，表明藥物細胞毒性越大DHA-paclitaxelPaclitaxel56種癌細胞系≈10-6M≈10-9M白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelIC50

（HalfMaximalInhibitoryConcentration)半數致死劑量：Herein,使受試細胞死亡一般的藥物濃度，IC50

越小，表明藥物細胞毒性越大紫杉醇與脂肪酸共價連接形成前藥后，其抗癌活性大大降低利：降低藥物毒副作用弊：藥物的釋放效果和藥效白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小受試動物DHA-paclitaxelPaclitaxel小鼠600mg/kg100mg/kg大鼠420mg/kg85mg/kg狗80mg/kg20mg/kg白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小由MTD數據可看出：藥物的毒性大大降低，MTD越大，藥物毒副作用越小，允許使用的藥物治療劑量越大白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxel荷瘤動物實驗（小鼠）腫瘤大小和重量變化動物體重變化劑量設計DHA-paclitaxelPaclitaxel等毒性濃度（mg/kg）27.456010901512020腫瘤的平均重量(mg)接種癌細胞后的天數(天)小鼠接種癌細胞7天后，腫瘤重量約在65mg；第七天開始，尾靜脈注射用藥，每天一次，連續5天，之后觀察腫瘤變化和動物生長狀態白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxel荷瘤動物實驗（小鼠）腫瘤大小和重量變化動物體重變化活體動物實驗表明:與Paclitaxel相比，DHA-paclitaxel抗癌效果顯著增加細胞水平與動物水平的實驗差距非常明顯Why?藥效動力學和藥代動力學白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelClearanceRate清除率：單位時間內某物質從經腎臟由尿液中排出的藥物量大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel清除率(ml/min/kg)0.328.2●DHA-paclitaxel經腎排除的量大大較少●由于絕大部分DHA-paclitaxel(99.6±0.057%)與血漿蛋白結合(主要是白蛋白)，利用白蛋白的優勢改善藥物PK/PD白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxel(Vd)ThevolumeofDistribution分布容積：當藥物在體內達動態平衡后，體內藥量與血藥濃度之比值稱為表觀分布容積，Vd越大，代表血液中藥物更容易擴散或進入人體組織和器官大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel分布容積(L/kg)0.0584.3?Vd的差異表明，經脂肪酸化修飾后，前藥與血漿中白蛋白廣泛結合，增加了藥物在血液循環中的時間，實現藥物體內長循環?血漿中的紫杉醇則快速經腎排除或者進入人體其他組織和器官，造成正常組織和器官的毒副作用，Vd從一定程度上也能反應藥物的系統毒性白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelt1/2藥物半衰期：一般指藥物在血漿中最高濃度降低一半所需的時間，反映了藥物從血液循環中的循環時間大鼠DHA-paclitaxelPaclitaxel半衰期(h)122?16?t1/2的差異表明，經脂肪酸化修飾后，前藥與血漿中白蛋白廣泛結合，增加了藥物在血液循環中的時間，實現藥物體內長循環白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）濃度-時間曲線下面積：體現藥物的體內穩定性，釋放效率，組織積累效應小鼠DHA-paclitaxel(DHA-Pac)Paclitaxel(Pac)等毒性計量120mg/kg20mg/kgPacDHA-PacPacDHA-Pac血漿AUC611280334-肌肉AUC45157622-腫瘤AUC101310028175-荷瘤小鼠在等毒計量下腫瘤組織AUC的比較

小鼠(DHA-Pac)(Pac)PacDHA-PacPacDHA-Pac腫瘤AUC101310028175-DHA-Pac(120mg/kg)Pac(20mg/kg)腫瘤組織Pac濃度(nM)小時白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）濃度-時間曲線下面積：體現藥物的體內穩定性，釋放效率，組織積累效應由AUC數據可以看出●DHA-paclitaxel具有明顯的藥物緩釋效應●DHA-paclitaxel能夠在腫瘤組織中大量積累，然后緩慢釋放藥物，最終實現藥物在腫瘤組織的積累●Paclitaxel突釋現象嚴重，而且維持有效濃度的時間短，最終在腫瘤中的藥物總量也較少-白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxelIC50活體腫瘤抑制實驗AUCVdMTDt1/2清除率根據以上結果，決定DHA-paclitaxel進入臨床實驗Protarga公司的Taxoprexin（二十二碳六烯紫杉醇）Protarga已在英國和美國的20多個試驗點開始Taxoprexin(DHApaclitaxel)對400多位患者的II期試驗，研究該藥對8種不同腫瘤（非小細胞肺癌、乳腺癌、結直腸癌、腎癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌和皮膚癌）的療效白蛋白作為載體的藥物開發思路1利用白蛋白的脂親和位點實例：DHA-paclitaxel●制備劑型需要乳化劑，增加藥物毒性●II期臨床：食道癌的，實驗效果不佳，耐受性很好，但是與受試癌癥的常規治療藥物相比，沒有明顯優勢。●

III期臨床：非小細胞肺癌，轉移性惡性黑色素瘤●DHA-paclitaxel胞內裂解機制未知，所以藥物釋放效率難以預測白蛋白作為載體的藥物開發思路借助白蛋白的氨基酸殘基●每個白蛋白分子中約有59個賴氨酸殘基和1個N-端羧基均可以用于藥物連接●每個白蛋白分子中含有可參與反應的Cys-34殘基白蛋白作為載體的藥物開發思路兩類氨基酸殘基第一種利用賴氨酸殘基形成酰胺鍵第二種將半胱氨酸殘基與馬來酰亞胺基相連將藥物分子直接或者通過linker與白蛋白分子共價相連借助白蛋白的氨基酸殘基白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基Methotrexate-Albumin(MTX-HAS)：氨甲喋呤與白蛋白的共價偶聯物實例：

MTX-HSA

白蛋白氨甲喋呤將藥物與白蛋白通過酰胺鍵直接與白蛋白賴氨酸殘基相連白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

●藥物的修飾會改變白蛋白的生化性質，修飾的MTX越多，越傾向于積聚于肝臟，同時癌細胞對偶聯物的吞噬效率也降低，偶聯物血漿半衰期降低●當MTX與HAS按1:1的平均比例結合時，MTX-HAS的抗癌效果最好●

細胞通過葉酸受體介導或者白蛋白受體介導的途徑吞噬MTX-HAS并進入溶酶體系統白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

t1/2藥物半衰期：一般指藥物在血漿中最高濃度降低一半所需的時間，反映了藥物從血液循環中的循環時間人體HSAMTX-HSAMTX半衰期19天15-18天?4h白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小受試動物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg修飾后MTD的變化跟藥物本身性質有關肝臟對MTX-HAS的吞噬絕對值增加受試動物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg受試動物MTX-HSAMTX裸鼠12.5mg/kg100mg/kg白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

藥物在腫瘤組織的積累藥物注射24h后，藥物在腫瘤組織積累的百分比大鼠MTX-HSAMTX劑量12.5mg/kg100mg/kg百分比14%0.04%白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

AUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）濃度-時間曲線下面積：體現藥物的體內穩定性，釋放效率，組織積累效應大鼠MTX-HSAMTX等藥劑量兩組劑量均折合MTX劑量2mg/kg血漿AUC(0→)1156molh/l9.11molh/l白蛋白作為載體的藥物開發思路2借助白蛋白的—賴氨酸殘基實例：

MTX-HSA

MTX-HAS相比于MTX的優勢（1）顯著提高藥物血液中的AUC：長循環（2）顯著提高藥物在腫瘤組織的積累（3）

MTX-HSA與2006年進入二期臨床，效果不是很顯著（4）

MTX-HAS胞內裂解機制和藥物釋放效率未知白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基藥linker●將藥物與帶有馬來酰亞胺基的linker相連●在體內或者體外與白蛋白的Cys-34殘基相連白蛋白S白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基藥linker●一般將馬來酰亞胺基化的前藥制成藥物，注射使用，當藥物進入血液循環后再與白蛋白Cys-34反應Why?白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基●血液環境中只有白蛋白的Cys殘基以自由巰基的形式存在●血液環境中，低分子量的巰基化物濃度比較低（半胱氨酸:10-12μM；同型半胱氨酸:0.15-0.25μM；半胱氨:3-4μM；GSH:4-5μM）●血液循環中的巰基總量約在400-500μM，白蛋白上的Cys-34殘基約占血漿巰基總量的80-90%●在使用具有針對巰基的活性基團的前藥，其主要與白蛋白上的Cys-34殘基發生反應白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCH阿霉素通過腙鍵與linker相連白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCHMTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小受試對象DOXO-EMCHDOXO裸鼠≈4c0c0人340mg/kg60mg/kg白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCH荷瘤動物實驗（小鼠）腫瘤大小和重量變化動物體重變化劑量設計裸鼠DOXO-EMCHDOXO等毒性濃度（mg/kg）3×24mg/kg2×8mg/kgTherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthemammarycarcinomaxenograft3366(一組7只)TherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthe

ovariancarcinomaxenograftA2780(一組6只)TherapeuticefficacyofdoxorubicinandDOXO-EMCH

inthe

SCLCxenograftH209(一組8只)白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCHt1/2藥物半衰期：一般指藥物在血漿中最高濃度降低一半所需的時間，反映了藥物從血液循環中的循環時間人體DOXO-EMCHDOXO半衰期15-18天?4h白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCHClearanceRate清除率：單位時間內某物質從經腎臟由尿液中排出的藥物量大鼠DOXO-EMCHDOXO清除率(ml/min/m2)2-4580白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCH(Vd)ThevolumeofDistribution分布容積：當藥物在體內達動態平衡后，體內藥量與血藥濃度之比值稱為表觀分布容積，Vd越大，代表血液中藥物更容易擴散或進入人體組織和器官人DOXO-EMCHDOXO分布容積(L/m2)2~8700~1100白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCHAUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）濃度-時間曲線下面積：體現藥物的體內穩定性，釋放效率，組織積累效應人體DOXO-EMCHDOXO等毒性計量單次給藥340mg/kg60mg/kg血漿AUCall2547hμmol/L3hμmol/L白蛋白作為載體的藥物開發思路3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基實例：

DOXO-EMCHDOXO-EMCH相比于DOXO的優勢（1）顯著提高藥物血液中的AUC：長循環（2）降低阿霉素在外周組織的分布從而降低毒性白蛋白作為載體的藥物開發思路實例：

DOXO-EMCHAldoxorubicin(CytRx公司)=DOXO-EMCHIII期臨床：軟組織癌II期臨床：小細胞肺癌，卡波西氏肉瘤，惡性膠質瘤3借助白蛋白的—半胱氨酸殘基白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：ABI-007白蛋白紫杉醇（

Abraxane）采用高壓均漿技術將紫杉醇與白蛋白制備成直徑在130nm附近的納米顆粒白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）LD50

（HalfLethalDose)半數致死劑量：指化學物質引起一半受試對象出現死亡所需要的劑量，LD50越小，藥物毒性越大

AbraxaneTaxol裸鼠（mg/kg/d）4730白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小受試動物

AbraxaneTaxol裸鼠（mg/kg/d）3013.4由LD50和MTD數據顯示：白蛋白紫杉醇的毒性明顯降低白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）腫瘤對紫杉醇吸收系數腫瘤對紫杉醇吸收系數：反應了兩種劑型對腫瘤組織的穿透（滲透）能力，該系數越大，對腫瘤組織的穿透力越強裸鼠

AbraxaneTaxol等藥劑量裸鼠（h-1

）0.430.13白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）AUC（AreaUndertheConcentration-timecurve）濃度-時間曲線下面積：體現藥物的體內穩定性，釋放效率，組織積累效應裸鼠

AbraxaneTaxol等藥計量20mg/kg20mg/kg腫瘤組織紫杉醇AUC（nCihour/g）36322739白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）動物實驗表明Abraxane的優勢（1）顯著提高紫杉醇在腫瘤組織中的富集（2）降低紫杉醇毒性白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）MTD（MaximumToleratedDose）最大耐受劑量：受試物質不引起受試對象（實驗動物）出現死亡的最高劑量，衡量藥物毒性，MTD越大，藥物毒性越小人（PhaseI）AbraxaneTaxol等毒劑量260mg/kg175mg/kg清除率(mg/m2)Anevery-3-weeksregimen300175Aweeklyregimen15080白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）注射所需平均時間人體AbraxaneTaxol注射所需平均時間30分鐘3小時白蛋白作為載體的藥物開發思路4白蛋白納米顆粒為載體實例：白蛋白紫杉醇（

Abraxane）t1