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藥的邊界。當一個(gè)60多個(gè)氨基酸的分子可以同時(shí)靶向4個(gè)靶點(diǎn)，當AI算法能夠精準預測成環(huán)策略的可行性......這不僅僅是技術(shù)的進(jìn)步，更是一場(chǎng)關(guān)于未來(lái)藥物設計的變局。

       維亞生物作為這場(chǎng)變局的見(jiàn)證者和推動(dòng)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藥觀(guān)系列之《深度對話(huà)丨多肽設計與AI的創(chuàng )新路徑探析》直播中，維亞剖析了多個(gè)突破性案例背后的技術(shù)密碼，并結合自身成功實(shí)踐，為業(yè)界同仁提供獨家的創(chuàng )新視角。錯過(guò)本期直播的朋友，可以關(guān)注維亞生物「視頻號」觀(guān)看精彩回放。

       長(cháng)效化、多靶點(diǎn)設計的新趨勢

       多肽藥物正朝著(zhù)長(cháng)效化和多靶點(diǎn)方向發(fā)展，這一趨勢在最新的研發(fā)中表現得尤為明顯。雖然司美格魯肽取得了巨大成功，但研究人員也發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題——在減肥過(guò)程中肌肉流失比例約40%，高于正常節食鍛煉的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(lái)。

       為了解決這個(gè)問(wèn)題，研發(fā)人員投入大量精力探索Amylin和Calcitonin靶點(diǎn)。由于這些靶點(diǎn)都具有α螺旋結構，為連用設計提供了可能。通過(guò)將GLP-1和Amylin多肽通過(guò)連接子（Linker）相連，再連接半衰期延長(cháng)基團，可形成約60個(gè)氨基酸的雙重激動(dòng)劑。更進(jìn)一步，2024年P(guān)ep2Tango公司發(fā)表專(zhuān)利，將兩邊都做成雙重激動(dòng)劑再連接，實(shí)現了同時(shí)靶向4個(gè)靶點(diǎn)的多重激動(dòng)劑設計。

       穩定性大作戰

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

       突破來(lái)自于巧妙的化學(xué)修飾策略。利拉魯肽的研發(fā)人員在原肽基礎上增加了一個(gè)含C16脂肪鏈的側鏈，這個(gè)側鏈可以與血清中的白蛋白進(jìn)行可逆結合。通過(guò)與大分子白蛋白結合，大大延長(cháng)了半衰期，實(shí)現了每日給藥一次的目標。司美格魯肽在此基礎上進(jìn)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(jìn)，提高了穩定性和親和力。

       為了解決這些根本性的穩定性問(wèn)題，業(yè)界開(kāi)發(fā)了多種創(chuàng )新的解決方案。比如，非天然氨基酸的應用。維亞生物小分子團隊擁有可選擇的氨基酸資源，同時(shí)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構，占據類(lèi)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構，大概有100多個(gè)。

       這些非天然氨基酸經(jīng)過(guò)完全的參數化處理，在日常設計中可以像天然氨基酸一樣使用，甚至在分子動(dòng)力學(xué)模擬中也有完整的力場(chǎng)參數支持，可以直接進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)采樣和親和力評估。此外，維亞還擁有960個(gè)片段化合物庫，不僅用于晶體浸泡實(shí)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

       在解決穩定性問(wèn)題的眾多策略中，環(huán)肽技術(shù)展現出了獨特的優(yōu)勢。相比線(xiàn)性肽，環(huán)肽不僅穩定性更好，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(guò)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(jiàn)的方式?；趲€基的反應包括二硫鍵、巰醚鍵、變巰醚鍵、雜環(huán)的SNAr反應、甲巰咪唑反應，以及雙鍵的邁克爾加成反應。此外，酰胺鍵成環(huán)（包括首尾相連和側鏈成環(huán)）、Click化學(xué)反應、烯烴復分解反應等也被廣泛應用。

       雙環(huán)肽的合成更具挑戰性，不同環(huán)化類(lèi)型的組合形成復雜的雙環(huán)結構。在合成過(guò)程中，即使是簡(jiǎn)單的二硫鍵環(huán)肽，也可能出現氨基酸消旋等技術(shù)問(wèn)題，需要采用特殊的偶聯(lián)方式來(lái)抑制消旋，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

       更重要的是，維亞計算與實(shí)驗實(shí)現了很好的聯(lián)動(dòng)。以二硫鍵成環(huán)為例，計算團隊會(huì )在氨基酸上進(jìn)行半胱氨酸突變，并進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)采樣，觀(guān)察這兩個(gè)突變位點(diǎn)在構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(jìn)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(lèi)型的成環(huán)反應，只需要將突變的氨基酸換成丙氨酸或帶有特定側鏈的氨基酸即可。

       對于更復雜的情況，比如從頭設計環(huán)肽時(shí)，可以使用Rosetta-KIC（Kinetic Loop Modeling）等經(jīng)典方法來(lái)找出缺失的氨基酸。找到候選序列后，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的結構優(yōu)化，包括在非結合的溶液環(huán)境中進(jìn)行采樣，計算應變能（strain energy）來(lái)評估成環(huán)的難易程度。

       維亞計算團隊會(huì )比較未結合狀態(tài)與復合物結構的構象相似性，確保最終的環(huán)肽盡可能接近生物活性構象。這種對構象差異的關(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設計精髓——結構驅動(dòng)的藥化設計

       MK-0616作為靶向PCSK9的口服多肽藥物，走在了多肽藥物設計的前沿。PCSK9對于維亞來(lái)說(shuō)是一個(gè)很熟悉的靶點(diǎn)：曾深度參與PCSK9小分子的藥物研發(fā)，目前該項目已經(jīng)進(jìn)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(lái)研發(fā)人員將其改造成三環(huán)肽，親和力有了顯著(zhù)提高。從合成化學(xué)角度來(lái)看，這個(gè)分子的合成難度極高，該全合成工作于2025年發(fā)表在JACS上。

       從復合物結構來(lái)看，加入第三個(gè)環(huán)后的晶體結構與只有兩個(gè)環(huán)時(shí)的結構幾乎完全重疊，疊合得非常好。這展現了結構生物學(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，幫助全球數千家客戶(hù)攻克結構生物學(xué)世 界級難題。截至2024年12月31日，公司已向全球客戶(hù)交付超過(guò)82,000+例蛋白結構，研究的藥物靶標數量累計突破2,000個(gè)，穩居全球蛋白結構解析的制高點(diǎn)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(zhù)多肽藥物研發(fā)的不斷發(fā)展，研發(fā)手段也在不斷進(jìn)步。從實(shí)驗上來(lái)看，傳統的方法有噬菌體展示肽庫，這個(gè)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)肽庫篩選中應用越來(lái)越廣泛。還有一個(gè)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(gè)building blocks和Click化學(xué)關(guān)環(huán)反應組成，環(huán)肽長(cháng)度在4-17個(gè)氨基酸范圍內；升級版的DEL環(huán)肽庫包含四個(gè)building blocks和多種關(guān)環(huán)反應，單環(huán)分子庫達到5000億個(gè)化合物，雙環(huán)分子庫也有500多億個(gè)化合物。

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

       從頭設計的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計的方法，主要分為三類(lèi)：基于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）的設計、以抗體為起點(diǎn)的設計，以及完全基于A(yíng)I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(guò)復合物結構建模發(fā)現，其結合的多肽片段與原IL-23 P19蛋白在相同位置具有顯著(zhù)相似性，特別是保守的色氨酸（Tryptophan）結構占據了相似的位置。有趣的是，這個(gè)多肽最初也是通過(guò)噬菌體展示篩選得到的，呈現出一種殊途同歸的效果。

       類(lèi)似的是，以抗體為起點(diǎn)的設計，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(jìn)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構信息，做全新的多肽設計。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(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

       多肽研發(fā)的無(wú)限可能

       從傳統的線(xiàn)性肽到復雜的多環(huán)結構，從單一靶點(diǎn)到多靶點(diǎn)協(xié)同，從實(shí)驗室篩選到AI驅動(dòng)的從頭設計，每一個(gè)突破都在推動(dòng)著(zhù)這個(gè)領(lǐng)域向前發(fā)展。這場(chǎng)由技術(shù)驅動(dòng)的浪潮才剛剛開(kāi)始，而維亞生物將繼續站在這場(chǎng)浪潮的前沿，與全球合作伙伴一道，探索多肽藥物的無(wú)限可能。