從司美格魯肽掀起的"減肥藥風(fēng)暴"到MK-0616的三環(huán)肽突破，多肽藥物正在重新定義生物醫(yī)藥的邊界。當(dāng)一個60多個氨基酸的分子可以同時靶向4個靶點，當(dāng)AI算法能夠精準預(yù)測成環(huán)策略的可行性......這不僅僅是技術(shù)的進步，更是一場關(guān)于未來藥物設(shè)計的變局。

       維亞生物作為這場變局的見證者和推動者，提供從多肽篩選到PCC的一體化研發(fā)服務(wù)。在最新推出的維亞醫(yī)藥觀系列之《深度對話丨多肽設(shè)計與AI的創(chuàng)新路徑探析》直播中，維亞剖析了多個突破性案例背后的技術(shù)密碼，并結(jié)合自身成功實踐，為業(yè)界同仁提供獨家的創(chuàng)新視角。錯過本期直播的朋友，可以關(guān)注維亞生物「視頻號」觀看精彩回放。

       長效化、多靶點設(shè)計的新趨勢

       多肽藥物正朝著長效化和多靶點方向發(fā)展，這一趨勢在最新的研發(fā)中表現(xiàn)得尤為明顯。雖然司美格魯肽取得了巨大成功，但研究人員也發(fā)現(xiàn)了一個問題——在減肥過程中肌肉流失比例約40%，高于正常節(jié)食鍛煉的25%。這種非脂肪組織的流失對老年人影響更大，因為肌肉一旦流失很難補回來。

       為了解決這個問題，研發(fā)人員投入大量精力探索Amylin和Calcitonin靶點。由于這些靶點都具有α螺旋結(jié)構(gòu)，為連用設(shè)計提供了可能。通過將GLP-1和Amylin多肽通過連接子（Linker）相連，再連接半衰期延長基團，可形成約60個氨基酸的雙重激動劑。更進一步，2024年P(guān)ep2Tango公司發(fā)表專利，將兩邊都做成雙重激動劑再連接，實現(xiàn)了同時靶向4個靶點的多重激動劑設(shè)計。

       穩(wěn)定性大作戰(zhàn)

       多肽藥物最大的挑戰(zhàn)在于穩(wěn)定性問題——由于分子量較小，容易被腎臟代謝清除，同時穩(wěn)定性差，容易被體內(nèi)各種酶分解。天然的GLP-1半衰期只有幾分鐘，根本無法直接成藥。

       突破來自于巧妙的化學(xué)修飾策略。利拉魯肽的研發(fā)人員在原肽基礎(chǔ)上增加了一個含C16脂肪鏈的側(cè)鏈，這個側(cè)鏈可以與血清中的白蛋白進行可逆結(jié)合。通過與大分子白蛋白結(jié)合，大大延長了半衰期，實現(xiàn)了每日給藥一次的目標。司美格魯肽在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，不僅保留了這種策略，還增加了一些標簽序列的改進，提高了穩(wěn)定性和親和力。

       為了解決這些根本性的穩(wěn)定性問題，業(yè)界開發(fā)了多種創(chuàng)新的解決方案。比如，非天然氨基酸的應(yīng)用。維亞生物小分子團隊擁有可選擇的氨基酸資源，同時計算團隊建立了非天然氨基酸庫，主要由兩部分組成：一部分是基于天然氨基酸衍生的結(jié)構(gòu)，占據(jù)類似的化學(xué)空間但具有更強的化學(xué)多樣性；另一部分則是從FDA批準藥物中提取的非天然氨基酸結(jié)構(gòu)，大概有100多個。

       這些非天然氨基酸經(jīng)過完全的參數(shù)化處理，在日常設(shè)計中可以像天然氨基酸一樣使用，甚至在分子動力學(xué)模擬中也有完整的力場參數(shù)支持，可以直接進行分子動力學(xué)采樣和親和力評估。此外，維亞還擁有960個片段化合物庫，不僅用于晶體浸泡實驗，還可以作為尋找生物電子等排體的重要資源。

       針對主鏈，計算團隊也有一系列改造的方法，包括氮甲基化和對天然肽鍵的雜環(huán)引入等。

       "AI+"環(huán)肽合成策略

       在解決穩(wěn)定性問題的眾多策略中，環(huán)肽技術(shù)展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。相比線性肽，環(huán)肽不僅穩(wěn)定性更好，親和力也更強，透膜性也更佳。維亞生物在環(huán)肽合成方面積累了豐富經(jīng)驗，已合成超過3000條多肽，其中環(huán)肽占80%以上。

       維亞生物具備多種成環(huán)化學(xué)策略，其中二硫鍵成環(huán)是最常見的方式?；趲€基的反應(yīng)包括二硫鍵、巰醚鍵、變巰醚鍵、雜環(huán)的SNAr反應(yīng)、甲巰咪唑反應(yīng)，以及雙鍵的邁克爾加成反應(yīng)。此外，酰胺鍵成環(huán)（包括首尾相連和側(cè)鏈成環(huán)）、Click化學(xué)反應(yīng)、烯烴復(fù)分解反應(yīng)等也被廣泛應(yīng)用。

       雙環(huán)肽的合成更具挑戰(zhàn)性，不同環(huán)化類型的組合形成復(fù)雜的雙環(huán)結(jié)構(gòu)。在合成過程中，即使是簡單的二硫鍵環(huán)肽，也可能出現(xiàn)氨基酸消旋等技術(shù)問題，需要采用特殊的偶聯(lián)方式來抑制消旋，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

       更重要的是，維亞計算與實驗實現(xiàn)了很好的聯(lián)動。以二硫鍵成環(huán)為例，計算團隊會在氨基酸上進行半胱氨酸突變，并進行分子動力學(xué)采樣，觀察這兩個突變位點在構(gòu)象空間中的距離和角度關(guān)系以及主要分布。有了這些信息，就可以與已有的成環(huán)方式進行匹配，找到最適合的成環(huán)策略。這種方法同樣適用于其他類型的成環(huán)反應(yīng)，只需要將突變的氨基酸換成丙氨酸或帶有特定側(cè)鏈的氨基酸即可。

       對于更復(fù)雜的情況，比如從頭設(shè)計環(huán)肽時，可以使用Rosetta-KIC（Kinetic Loop Modeling）等經(jīng)典方法來找出缺失的氨基酸。找到候選序列后，還需要進行進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，包括在非結(jié)合的溶液環(huán)境中進行采樣，計算應(yīng)變能（strain energy）來評估成環(huán)的難易程度。

       維亞計算團隊會比較未結(jié)合狀態(tài)與復(fù)合物結(jié)構(gòu)的構(gòu)象相似性，確保最終的環(huán)肽盡可能接近生物活性構(gòu)象。這種對構(gòu)象差異的關(guān)注，能夠最 大程度地降低熵懲罰，從而提高多肽的親和力和其他關(guān)鍵性質(zhì)。

       MK-0616設(shè)計精髓——結(jié)構(gòu)驅(qū)動的藥化設(shè)計

       MK-0616作為靶向PCSK9的口服多肽藥物，走在了多肽藥物設(shè)計的前沿。PCSK9對于維亞來說是一個很熟悉的靶點：曾深度參與PCSK9小分子的藥物研發(fā)，目前該項目已經(jīng)進入到三期階段。

       MK-0616最初是從mRNA篩選中得到的單環(huán)環(huán)肽，后來研發(fā)人員將其改造成三環(huán)肽，親和力有了顯著提高。從合成化學(xué)角度來看，這個分子的合成難度極高，該全合成工作于2025年發(fā)表在JACS上。

       從復(fù)合物結(jié)構(gòu)來看，加入第三個環(huán)后的晶體結(jié)構(gòu)與只有兩個環(huán)時的結(jié)構(gòu)幾乎完全重疊，疊合得非常好。這展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)生物學(xué)與藥物化學(xué)的完美融合。而維亞生物自成立起就深耕布局這一領(lǐng)域，幫助全球數(shù)千家客戶攻克結(jié)構(gòu)生物學(xué)世 界級難題。截至2024年12月31日，公司已向全球客戶交付超過82,000+例蛋白結(jié)構(gòu)，研究的藥物靶標數(shù)量累計突破2,000個，穩(wěn)居全球蛋白結(jié)構(gòu)解析的制高點前列。

       維亞生物的多肽探索路徑

       篩選技術(shù)的多樣化發(fā)展

       隨著多肽藥物研發(fā)的不斷發(fā)展，研發(fā)手段也在不斷進步。從實驗上來看，傳統(tǒng)的方法有噬菌體展示肽庫，這個維亞就有。另外，mRNA展示技術(shù)因為可以包含天然和非天然氨基酸，在環(huán)肽庫篩選中應(yīng)用越來越廣泛。還有一個比較有特色的是DEL環(huán)肽庫。

       維亞生物建立了多代DEL環(huán)肽庫：第一代由三個building blocks和Click化學(xué)關(guān)環(huán)反應(yīng)組成，環(huán)肽長度在4-17個氨基酸范圍內(nèi)；升級版的DEL環(huán)肽庫包含四個building blocks和多種關(guān)環(huán)反應(yīng)，單環(huán)分子庫達到5000億個化合物，雙環(huán)分子庫也有500多億個化合物。

       在設(shè)計這些化合物庫時，團隊特別注重關(guān)環(huán)反應(yīng)的產(chǎn)率選擇，以確保DNA篩選的成功率。另外，計算與DEL的聯(lián)動，還包括從前期building blocks的選?。ㄟ@本身就體現(xiàn)了與靶點相關(guān)的依賴性）到后期進一步苗頭化合物的富集分析，都需要高精度的計算支持，從而為后續(xù)的化合物改造和設(shè)計提供了堅實的基礎(chǔ)。

       從頭設(shè)計的AI新思路

       除了篩選以外，維亞計算團隊還擁有一整套從頭設(shè)計的方法，主要分為三類：基于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）的設(shè)計、以抗體為起點的設(shè)計，以及完全基于AI的從頭生成。

       環(huán)肽作為PPI干擾劑具有獨特優(yōu)勢，以臨床三期的JNJ-2113為例，維亞通過復(fù)合物結(jié)構(gòu)建模發(fā)現(xiàn)，其結(jié)合的多肽片段與原IL-23 P19蛋白在相同位置具有顯著相似性，特別是保守的色氨酸（Tryptophan）結(jié)構(gòu)占據(jù)了相似的位置。有趣的是，這個多肽最初也是通過噬菌體展示篩選得到的，呈現(xiàn)出一種殊途同歸的效果。

       類似的是，以抗體為起點的設(shè)計，也涉及到了PPI，本身具有很強的改造空間。維亞可以將單抗切割為VHH，VHH可以進一步減小做成環(huán)肽。

       還有一種完全的從頭生成方式。這種方法只需要靶蛋白的結(jié)構(gòu)信息，做全新的多肽設(shè)計。這些方法可以非常靈活地使用，而且后期還可以與藥物化學(xué)團隊深度合作，在藥化層面進行進一步的優(yōu)化。

       多肽研發(fā)的無限可能

       從傳統(tǒng)的線性肽到復(fù)雜的多環(huán)結(jié)構(gòu)，從單一靶點到多靶點協(xié)同，從實驗室篩選到AI驅(qū)動的從頭設(shè)計，每一個突破都在推動著這個領(lǐng)域向前發(fā)展。這場由技術(shù)驅(qū)動的浪潮才剛剛開始，而維亞生物將繼續(xù)站在這場浪潮的前沿，與全球合作伙伴一道，探索多肽藥物的無限可能。