CN103012579B - 一种长效人干扰素及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工修饰的干扰素及其制备方法，所述干扰素经PEG修饰并与长链脂肪酸或其衍生物或短肽偶联。本发明提供的干扰素既具有较长的体内半衰期，还保持了较高的体内生物活性。

Description

一种长效人干扰素及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种人工修饰的干扰素及其制备方法，属于蛋白质化学和生物医药领域。

背景技术

干扰素(interferon，IFN)是一种机体感染病毒时，白细胞通过抗病毒免疫应答而产生的一种低分子量的糖蛋白，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等生物活性。干扰素最早分为I型与II型。I型中又有两种成分，虽然它们的受体成分相同，但两者的免疫原性完全不同，可分为α与β两类，前者曾称白细胞干扰素，后者曾叫成纤维细胞干扰素。随后发现的ε，κ，ω，δ，T-IFN均属于I型干扰素，还有1个I型干扰素相似因子系列，即Iλ-干扰素(IFN-λ)，也有人将其作为III型干扰素。其中只有α-干扰素(IFN-α)是多基因产物，包括α1，α2，α3……等亚型；同一亚型又可因个别氨基酸的差异而细分，如α2有3种，即α2a(Lys23，His34)、α2b(Arg23，His34)和α2c(Arg23，Arg34)。II型则定义为γ类干扰素。

ω-干扰素是奥地利科学家Rudelf Hamptan等人于1985年发现的I型干扰素，利用标准抗病毒试验，已经测定出人ω-干扰素的比活性为2.7-4×10⁸U/mg。通过仙台病毒诱导，已经成功地利用人外周血白细胞产生并纯化出了人ω-干扰素。另外在不同的外源表达系统，如大肠杆菌、昆虫细胞和CHO细胞中表达了重组的人ω-干扰素。Gunther R.Adolf等在1987年发现ω-干扰素与α-干扰素功能相近，但是抗原性不同。1990年，单克隆抗体及酶联免疫特异测试人ω-干扰素证明，ω-干扰素是人白细胞干扰素的组成成分。Tiefenthaler等在1997年发现，ω-干扰素与α-2a-干扰素在体外抑制肿瘤细胞活性，尤其是抑制慢性骨髓细胞性白血病(CML)的骨髓细胞增殖有非常相似的作用。对α-2a-干扰素有耐药性的患者，ω-干扰素可能是更有效的药物。1999年，Holly通过将人肿瘤组织移入小鼠体内，证 实ω-干扰素能有效地抑制人的肿瘤组织，在体内有抗癌作用。利用人的肝癌细胞系，Hagelstein等人比较了各种干扰素对病毒复制的抑制作用。结果发现，人ω-干扰素具有与α-干扰素、γ-干扰素以及肿瘤坏死因子相似的抗病毒复制与抗细胞增殖等作用。研究人员同时还发现人ω-干扰素比α-干扰素有更强地抑制病毒蛋白合成的作用。Che等也证实在注入小鼠体内后，带有编码人ω-干扰素的DNA同样具有抗肿瘤作用。Bergithe等人用放射免疫分析法研究了ω-干扰素，其抗体在自身免疫性多内分泌腺综合症I型的诊断中更灵敏、更具特定性。由于ω-干扰素具有较强的抗病毒复制，抗细胞增殖和免疫调节等作用，该细胞因子在多种肿瘤、病毒性疾病的治疗及对α-干扰素具有耐药的患者具有广阔的应用前景，其临床应用已经逐渐展开。

干扰素是治疗慢性乙型肝炎或慢性丙型肝炎的首选药物，可以有效地抑制或清除病毒，疗效持久，并可阻止肝硬化或肝癌的发生。自1986年以来，干扰素成为第一个被美国FDA批准，且被应用于临床的细胞因子。目前已有57个国家批准生产和使用重组干扰素制剂。由于肝炎病毒的动力学特点，病毒RNA复制很快，干扰素治疗时需要维持恒定的血药浓度以发挥最大的病毒抑制作用。普通干扰素一般为每隔一天给药一次，给药后血药浓度迅速达到高峰，并导致一些不良反应。用药后24小时和给药的间歇日，血药浓度降至很低，病毒重新开始复制，这就是普通干扰素的“峰-谷”效应。这主要是由于干扰素分子量小、在体内易被蛋白酶降解，导致其在体内的循环半衰期短。另外，干扰素在临床应用中还同时存在血小板减少、心律失常、流感样症状、荨麻疹、斑丘疹等过敏反应和一系列的毒副作用。这些问题是由外源性蛋白在人体内产生免疫反应而引起的，严重制约了其临床应用。

因此，国内外学者竞相开展了长效干扰素的研究。目前延长干扰素半衰期的方法主要基于以下3个方面：①增大干扰素的分子量，减少肾小球过滤；②减少异源蛋白的免疫原性，从而减少其体内清除率；③持续缓慢释放，维持药物浓度，延长药物作用时间等。常用的技术包括缓释制剂、聚乙二醇修饰、血清白蛋白融合、构建突变体等。

聚乙二醇(PEG)修饰是目前制备长效蛋白质和多肽药物最为成功 的策略之一。PEG修饰对蛋白质药物有空间屏蔽作用，能有效地减少蛋白水解酶的降解作用，降低其抗原性和免疫原性，延长循环半衰期，同时提高稳定性和溶解性。PEG修饰在干扰素的长效剂型开发中得到了成功的应用，如PEG化的干扰素α-2a(Pegasys，Roche公司)和PEG化的干扰素α-2b(PEG-Intron，Schering公司)等。

白蛋白修饰技术是另一种能够有效延长蛋白质和多肽药物半衰期的方法。它是将蛋白质和多肽药物通过基因工程或化学偶联的方法与分子量较大，半衰期较长的血清白蛋白进行融合表达或者化学偶联。这种内源性蛋白不会产生毒性和免疫反应；同时具有良好的稳定性，不会因人体内环境的变化或免疫反应而变性或降解，从而提高大多数外源性药物的稳定性。最近发展出一种利用长链脂肪酸与蛋白进行化学偶联的技术。这种技术利用长链脂肪酸能非共价结合血清白蛋白的特点，当目的蛋白与长链脂肪酸偶联并进入体内后，长链脂肪酸可以结合体内的血清白蛋白，从而达到提高目的蛋白半衰期的目的。

目前国内外大多利用PEG修饰技术或者是蛋白融合技术来提高干扰素体内的循环半衰期。其中，PEG修饰后的消除半衰期(t_1/2β)从0.86小时提高到了2.8小时，生物活性只有原蛋白的15％。通过和抗体Fc片段融合表达的方法，ω-干扰素的循环半衰期提高到了53.3小时，且保留了原蛋白22％的生物活性，但存在着动物细胞表达成本高，且表达量低的缺点。因此现有技术还缺乏一种在体内具有较长半衰期，且具有较高生物活性的长效干扰素。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是在延长干扰素的体内半衰期的同时，还要尽可能降低其对生物活性的影响，保持较高的生物活性。

基于上述目的，本发明首选提供了一种经人工修饰的干扰素，其特征在于，所述干扰素如式(I)所示：

其中，X选自含有12-20个碳原子的长链脂肪酸、其衍生物或者短肽，短肽长度例如可以具有7个氨基酸残基，X共同的特点是可以和血清白蛋白非共价结合。Y代表分子量为1000-40000道尔顿的PEG，Z代表干扰素。

在本发明的一个优选技术方案中，Y代表的PEG分子量为20000道尔顿。

在本发明的另一个优选技术方案中，X为长链脂肪酸衍生物十六胺。

在本发明的又一个优选技术方案中，X为短肽，其氨基酸残基序列为SEQ ID NO 1所示。

本发明所述的干扰素可以为I型干扰素，例如α、β、ε，κ，ω等干扰素，也可以是II型干扰素，在本发明的又一个优选技术方案中，所述干扰素为ω-干扰素。

在本发明提供的人工修饰干扰素中，PEG修饰可有效延长蛋白药物的体内循环半衰期，但高分子量的PEG容易导致目的蛋白生物活性的损失。长链脂肪酸、长链脂肪酸衍生物或者短肽偶联也可有效延长蛋白药物的体内循环半衰期，但当它们与血清白蛋白结合后，会对目的蛋白产生较大的空间位阻作用，会显著降目的蛋白的生物活性。本发明发展了中分子量PEG修饰和长链脂肪酸、长链脂肪酸衍生物或者短肽偶联技术，在以下3个方面体现了协同效应：(1)PEG作为ω-干扰素与血清白蛋白之间的连接桥，可以降低血清白蛋白对目的蛋白的空间位阻作用；(2)修饰中低分子量的PEG(<10kDa)不能显著提升目的蛋白的循环半衰期，而结合血清白蛋白能显著提高目的蛋白的循环半衰期；(3)修饰中低分子量的PEG会减少PEG修饰带来的活性损失。因此，本发明提供的经人工修饰的干扰素具有突出的技术效果，在药物动力学测试中，相比于未经修饰的干扰素0.8小时的半衰期，本发明提供的干扰素的半衰期可延长 至46小时。而且还保持了未经修饰的干扰素40％的生物活性，明显高于现有技术。

本发明还提供了一种制备上述干扰素的方法，所述方法由以下步骤组成：

(1)将干扰素巯基化；

(2)将聚乙二醇修饰剂Mal-PEG-NHS与X偶联；

(3)使步骤(1)和(2)获得的反应混合物进行混合发生偶联反应；

(4)收集步骤(3)的偶联反应产物。

优选地，步骤(2)中的X为长链脂肪酸衍生物十六胺。

本发明所述的干扰素可以为I型干扰素，例如α、β、ε，κ，ω等干扰素，也可以是II型干扰素，优选地，所述干扰素为ω-干扰素。

本发明还提供了在一个更为优选具体的所述干扰素的制备方法，所述方法包括：

(1)将干扰素溶解在pH 7.0-7.4的20mM磷酸缓冲液中，配制成0.2-10mg/ml的溶液；

(2)按干扰素：2-亚氨基硫烷为1∶1-50的摩尔比加入2-亚氨基硫烷，于4-37℃下反应2-24小时；

(3)将聚乙二醇修饰剂Mal-PEG-NHS和十六胺溶解在pH值为7.0-7.4的20mM的磷酸缓冲液中，配制成为0.2-50mg/ml的溶液，按修饰剂∶十六胺为1∶1-50的摩尔比，于4-37℃下反应2-6小时；

(4)将步骤2和3中的反应混合物进行混合，于4-37℃下反应2-24小时；

(5)收集步骤(4)所得到的反应混合物。

本发明所述的干扰素可以为I型干扰素，例如α、β、ε，κ，ω等干扰素，也可以是II型干扰素，在一个优选的技术方案中，所述干扰素为ω-干扰素。

总之，本发明结合PEG修饰和长链脂肪酸、长链脂肪酸衍生物或者短肽偶联这两种技术，把干扰素通过PEG链和长链脂肪酸、长链脂肪酸衍生物或者短肽偶联。其中PEG作为连接桥可以减小白蛋白对干扰素的空间屏蔽效应，从而降低活性损失。而通过长链脂肪酸、长链脂肪酸衍 生物或者短肽和白蛋白的结合可以达到提高半衰期的效果，制备出了长效高活性的干扰素样品。

附图说明

图1为PEG修饰干扰素的凝胶过滤检测谱图；

图2为干扰素-PEG-十六胺偶联物的凝胶过滤检测谱图；

图3为干扰素-PEG-十六胺偶联物与白蛋白反应后的凝胶过滤检测谱图；

图4为干扰素、PEG修饰干扰素、干扰素-PEG-十六胺的药代动力学实验的结果图；

图5为干扰素、PEG修饰干扰素、干扰素-PEG-十六胺的生物活性比较图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明权利要求所限定的范围构成进一步的限定。

实施例1重组干扰素的PEG修饰及修饰产物制备

将干扰素(2mg/ml)置换到50mM乙酸-乙酸钠缓冲液(pH 5.0)中，然后加入分子量为10kDa的PEG-醛进行修饰反应，于4℃反应过夜，其中PEG与干扰素的摩尔比为4∶1。反应式为：

反应结束后加入过量的甘氨酸终止反应。上述PEG修饰产物经分离纯化以后，使用Superdex 75凝胶过滤柱(1.0cm×30cm)进行鉴定。用含0.1M硫酸钠的20mM磷酸缓冲液(pH 7.4)平衡和洗脱凝胶过滤柱，流速为0.5mL/min，室温检测，检测波长为280nm，进样体积为100μL。

结果如图1所示，干扰素的PEG单修饰产物在凝胶过滤柱上出现1个单一的特征洗脱峰；与原蛋白峰相比，PEG单修饰产物的洗脱峰位置向左漂移。这说明PEG修饰以后，干扰素的分子量有所增加。

实施例2 重组干扰素和PEG及十六胺的偶联及偶联产物制备

将干扰素(2mg/ml)置换到50mM的磷酸缓冲液中(pH 7.4)，加入2-亚氨基硫烷于室温下反应2小时，在干扰素分子上引入巯基，其中2-亚氨基硫烷与干扰素的摩尔比为4:1。与此同时，分子量为10kDa的Mal-PEG-NHS与十六胺以1：10的摩尔比混合，Mal-PEG-NHS的NHS基团与十六胺的氨基反应，反应在50mM的磷酸缓冲液(pH7.4)和室温下进行40分钟。反应物的马来酰亚胺基团与上述巯基化的干扰素混合，于4℃反应过夜。反应式为：

用Superdex 200凝胶过滤柱(2.6cm×60cm)对偶联产物进行分离纯化，用Superdex 75凝胶过滤柱(1.0cm×30cm)进行分析检测。用含0.1M硫酸钠的20mM磷酸缓冲液(pH 7.4)平衡和洗脱凝胶过滤柱，流速为0.5mL/min，室温检测，检测波长为280nm，进样量体积100μL。

结果如图2所示，偶联产物(干扰素-PEG-十六胺)在凝胶过滤柱上出现1个单一的特征洗脱峰，与原蛋白峰相比向左漂移。这说明PEG修饰以后，干扰素的分子量有所增加。由于十六胺的分子量较小，仅为241.46Da，因此其洗脱峰的位置和实施例1中PEG修饰干扰素的洗脱峰位置无明显位移。

实施例3修饰产物体外偶联白蛋白的对比

为了验证修饰产物在体外是否能与白蛋白偶联，在偶联产物(干扰素-PEG-十六胺)中加入牛血清白蛋白(BSA)。室温反应30分钟后，用Superdex 200凝胶过滤柱(1.0cm×30cm)进行分析检测，白蛋白和未反应的干扰素-PEG-十六胺偶联物作为对照。用含0.1M硫酸钠的20mM磷酸缓冲液(pH 7.4)平衡和洗脱凝胶过滤柱，流速为0.5mL/min，室温检测，检测波长为280nm，进样量体积100μL。

结果如图3所示，干扰素-PEG-十六胺加入BSA后，在BSA的左侧出现了一个新的峰，该峰的位置相对于干扰素-PEG-十六胺明显向左偏移。说明干扰素-PEG-十六胺在体外可以和BSA结合，结合后分子量明显增大，导致了峰向左偏移。

实施例4修饰产物和原蛋白的药代动力学比较

取雄性SD大鼠15只，随机分为3组(7-8周，平均体重1组255g、2组260g、3组275g)，每只剂量为100μg/kg，皮下剂量为0.2ml/只，于给药后0，0.5，1，2，4，8，24，48，72和96h取血。然后用ELISA试剂盒检测血样中的干扰素含量。

结果如图4所示，动物实验的结果表明相对于原蛋白，两种修饰产物PEG修饰干扰素(IFN-PEG)和干扰素-PEG-十六胺(IFN-PEG-HDA)的半衰期有了显著提高，其中干扰素的半衰期为0.8小时，IFN-PEG的半衰期为20小时，IFN-PEG-HDA的半衰期为46小时。这是由于偶联上的PEG链延长了干扰素在体内的半衰期。而IFN-PEG-HDA的半衰期与PEG-IFN相比又有显著提高。这表明IFN-PEG-HDA注射到血液中能够和血清白蛋白结合，从而增大了分子量，提高了半衰期。

实施例5修饰产物和原蛋白的生物活性比较

将人羊膜上皮细胞(WISH)在培养基中贴壁生长，后用0.5％胰蛋白酶消化∶0.02％EDTA＝1∶1溶液消化，镜下观察大部分细胞呈单个细胞时用10％胎牛血清DMEM培养液终止消化，集中于96孔板中。每孔100μL，37℃，5％ CO₂条件下培养4-6h。

取供试验用7％胎牛血清DMEM培养液稀释至1000IU/mL。在96孔板中，以4倍稀释度做梯度稀释，共8个稀释梯度，每个稀释度做2 个复孔。

将上述供试品不同稀释度加入接种WISH细胞的培养板中，每孔100μL，37℃，5％CO₂条件下培养18-24h。

取-70℃冻存的VSV(牛水泡性口炎病毒)用2％胎牛血清DMEM培养液稀释至100 TCID50。吸弃细胞培养板的上清，将稀释好的病毒液加入培养板中，每孔100μL，37℃、5％CO₂，培养24h。

镜检PEG修饰后病变程度约为50％的孔为1.0IU/mL，弃去培养板中上清液，每孔加入50μL结晶紫染色液，室温静止30min后，水漂洗培养板，每孔加100μL脱色液，室温放置5-10min，混匀，波长570nm处测定结果。

结果如图5所示，活性测定结果表明修饰产物PEG修饰干扰素(IFN-PEG)和干扰素-PEG-十六胺(IFN-PEG-HDA)的相对活性基本相同，为未修饰干扰素的40％左右。

Claims (9)

1.一种经人工修饰的干扰素，其特征在于，所述干扰素如式(I)所示：

其中，X选自具有12-20个碳原子的长链脂肪酸，Y代表分子量为1000-40000道尔顿的PEG，Z代表干扰素。

2.根据权利要求1所述的干扰素，其特征在于，Y代表的PEG分子量为20000道尔顿。

3.根据权利要求1所述的干扰素，其特征在于，X为长链脂肪酸衍生物十六胺。

4.根据权利要求3所述的干扰素，其特征在于，所述干扰素为ω-干扰素。

5.一种制备权利要求1所述干扰素的方法，由以下步骤组成：

(1)将干扰素巯基化；

(2)将聚乙二醇修饰剂Mal-PEG-NHS与X偶联；

(3)使步骤(1)和(2)获得的反应混合物进行混合发生偶联反应；

(4)收集步骤(3)的偶联反应产物。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的X为十六胺。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干扰素为ω-干扰素。

8.一种制备权利要求3所述干扰素的方法，

(1)将干扰素溶解在pH 7.0-7.4的20mM磷酸缓冲液中，配制成0.2-10mg/ml的溶液；

(2)按干扰素：2-亚氨基硫烷为1:1-50的摩尔比加入2-亚氨基硫烷，于4-37℃下反应2-24小时；

(3)将聚乙二醇修饰剂Mal-PEG-NHS和十六胺溶解在pH值为7.0-7.4的20mM的磷酸缓冲液中，配制成为0.2-50mg/ml的溶液，按修饰剂：十六胺为1：1-50的摩尔比，于4-37℃下反应2-6小时；

(4)将步骤2和3中的反应混合物进行混合，于4-37℃下反应2-24小时；

(5)收集步骤(4)所得到的反应混合物。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干扰素为ω-干扰素。