題記

最初知道聚乙二醇(PEG)這種物質(zhì)，是源于大學(xué)本科課程《藥物制劑》，書中了解到PEG是以多種角色參與到藥物的制劑研發(fā)過程當(dāng)中；后來真正的在實(shí)踐中接觸PEG，是源于研究生期間的一個(gè)兩相反應(yīng)，由于反應(yīng)效果不好，故使用了相轉(zhuǎn)移催化劑PEG-400，雖然，并未得到理想的結(jié)果，但那瓶黏黏的東東卻使我印象深刻...如今，再談PEG，是基于對(duì)創(chuàng)新藥物的深入學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)其不僅在制劑、合成等實(shí)踐操作中用得著，竟還可以直接連接到藥物分子當(dāng)中，從而改變藥物的性質(zhì)，故對(duì)其在藥學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，并希望能在此基礎(chǔ)上，更多的發(fā)現(xiàn)其它可以對(duì)藥物進(jìn)行修飾的“好東東”。

1、PEG簡(jiǎn)介

PEG是經(jīng)環(huán)氧乙烷聚合而成的，相對(duì)分子量在200～8000或者8000以上的乙二醇高聚物，其由重復(fù)的氧乙烯基組成，不僅具有良好的水溶性，也能溶于DCM、DMF、苯、乙腈和乙醇等有機(jī)溶劑。PEG有2個(gè)末端羥基，具有線性的(相對(duì)分子質(zhì)量為5000～30000)或支化的(相對(duì)分子質(zhì)量為40000～60000)鏈狀結(jié)構(gòu)，線性PEG的分子式為H-(O-CH2-CH2)n-OH。常用的PEG有PEG200、PEG300、PEG400、PEG600、PEG1000、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG10000等，室溫下相對(duì)分子量為200～600的PEG是液體，相對(duì)分子量為1000及以上者是固體。

2、PEG在制劑方面的使用

PEG作為藥用輔料至今，已有上百年的歷史。由于PEG毒性小，水溶性好，長(zhǎng)期以來倍受廣大藥劑工作者的青睞，廣泛的被應(yīng)用于注射劑、局部用制劑、眼用制劑、口服及直腸用制劑等多種藥物劑型。PEG在水中具有較好的溶解性和良好的與藥物及其他溶劑的相溶性，相對(duì)分子質(zhì)量小的液體PEG可以在制劑中作為溶劑使用，相對(duì)分子力量大的固體PEG可以與難溶性藥物制成固體分散體，以促進(jìn)藥物的溶出。
 
PEG200、PEG300、PEG400、PEG600系無色、略有微臭的粘性液體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，安全低毒，故常作為藥物的溶劑。而PEG4000、PEG6000主要是片劑中水溶性潤(rùn)滑劑的典型代表，在片劑處方中可直接加入適量PEG進(jìn)行整粒，也可將其先配成醇溶液、混懸液或乳液進(jìn)行制粒，潤(rùn)滑效果不變。利用PEG制得片劑的崩解和溶出不受影響，可提高主藥在胃內(nèi)的溶解性，最終有助于增加生物利用度。除了可用作潤(rùn)滑劑，PEG還可作為粘合劑，其中以PEG4000最為常用，尤其是對(duì)于熱不穩(wěn)定藥物，若采用PEG4000為粘合劑，可在干燥狀態(tài)下進(jìn)行粉末直接壓片，效果較為理想。
 
除此之外，PEG還可作為增塑劑以改變聚合物的物理機(jī)械性質(zhì)，使其更具柔順性、可塑性；作為膜控型緩控釋藥物的致孔劑；作為滲透促進(jìn)劑使角蛋白溶劑化，占據(jù)蛋白質(zhì)的氫鍵結(jié)合部位，減少藥物與組織間結(jié)合，增加并用的其他滲透促進(jìn)劑在角質(zhì)層的分配等。

3、PEG在合成方面的使用

PEG在化學(xué)合成方面的應(yīng)用也有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，在組合化學(xué)和有機(jī)化學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，它可以提供均相反應(yīng)條件，并具有便于純化和容易分析的優(yōu)點(diǎn)，因此PEG作為溶劑、催化劑越來越多地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)化生產(chǎn)中。
 
作為溶劑，近年來的研究?jī)A向于PEG的“綠色”，憑借其在室溫和高溫條件下的粘性、低毒性、熱穩(wěn)定性、價(jià)格低廉、無揮發(fā)、可生物降解、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，其在合成化學(xué)和非均相催化方面得到了越來越多的關(guān)注，如Heck反應(yīng)、Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加成反應(yīng)和不對(duì)稱aldo反應(yīng)等。且PEG在不同的溫度下有不同的溶解度，可以與水、二氯甲烷、醇、丙酮等溶劑互溶。但是PEG不溶于乙醚、正己烷等溶劑，所以可以用來沉淀PEG，從而可以使PEG和溶質(zhì)得到分離。目前，已經(jīng)有大量文章報(bào)道了PEG是可以重復(fù)使用的溶劑。
 
而在催化方面，由于PEG的鏈狀結(jié)構(gòu)可折疊成不同大小的空穴，鏈節(jié)可以折疊成螺旋狀并自由滑動(dòng)的鏈，形成類似冠醚的形狀，因而它能與不同大小的金屬離子絡(luò)合而進(jìn)行相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。在液-液相中反應(yīng)效果雖不佳，但對(duì)鈉、鉀等金屬鹽所參與的反應(yīng)有良好的催化作用。對(duì)于不同鹽類參與的反應(yīng)，PEG400-1000是常用的催化劑，研究表明，PEG400，由于其分子量適中，尤其是兩個(gè)極性末端羥基的相對(duì)比例高，更適合于催化Na+、K+的鹽參與的反應(yīng)；由于水溶性較強(qiáng)，通常在反應(yīng)完成后用水即可洗去催化劑和鹽類副產(chǎn)物，使產(chǎn)物的處理過程大大簡(jiǎn)化。用PEG400作為相轉(zhuǎn)移催化劑，由于其容易獲得，價(jià)格便宜，沒有冠醚樣的毒性問題，也沒有季銨鹽的分解問題，已被人們廣泛地應(yīng)用于許多液-液、氣-液、氣-固、固-液兩相有機(jī)化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中。尤其是在無溶劑條件下的固-液反應(yīng)，PEG400顯現(xiàn)了其它PTC所不能比擬的優(yōu)越性。

4、PEG與藥物分子的連接

20世紀(jì)70年代，Davis等首次報(bào)道用PEG修飾蛋白質(zhì)，之后相繼開展了許多PEG與蛋白質(zhì)和小分子藥物共價(jià)結(jié)合的研究。藥物的PEG修飾即PEG化，是將活化的PEG通過化學(xué)方法偶聯(lián)到蛋白、多肽、小分子有機(jī)藥物和脂質(zhì)體上。藥物的PEG修飾可分為兩個(gè)階段。第一階段的修飾技術(shù)局限于應(yīng)用相對(duì)分子質(zhì)量低的單甲氧基PEG (<20000)。常用的修飾劑有單甲氧基聚乙二醇琥珀酸琥珀酰亞胺酯、單甲氧基聚乙二醇碳酸琥珀酰亞胺酯等，通過酯鍵或三嗪環(huán)將PEG與藥物分子偶聯(lián)，這種非特異性的不穩(wěn)定連接方式使得一個(gè)藥物分子經(jīng)常連接數(shù)個(gè)PEG分子。如單甲氧基聚乙二醇琥珀酸琥珀酰亞胺酯偶聯(lián)到Lys殘基側(cè)鏈的ε-氨基上，由于蛋白質(zhì)分子表面一般存在多個(gè)Lys殘基，加之每個(gè)ε-氨基的反應(yīng)活性不同，修飾產(chǎn)物往往是不同修飾程度及不同修飾位點(diǎn)產(chǎn)物的混合物，這些混合物一般難以分開，不易分離。因此，第1代PEG修飾藥物通常表現(xiàn)出不穩(wěn)定性、較大的毒性和免疫原性，生物活性、藥代動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)與原型藥物沒有本質(zhì)的改變。
 
以應(yīng)用相對(duì)分子質(zhì)量高(>20000) PEG修飾劑為特征的第二階段的修飾技術(shù)具有連接穩(wěn)定、定點(diǎn)修飾、控釋等特點(diǎn)。因此，修飾后的藥物具有更高的生物活性、更好的物理及熱穩(wěn)定性、更高的產(chǎn)品均一性和純度。這一階段PEG修飾技術(shù)不僅成功應(yīng)用于蛋白質(zhì)、多肽藥物的研究，在有機(jī)小分子藥物和脂質(zhì)體研究領(lǐng)域內(nèi)也取得了突破性進(jìn)展。
 
PEG與藥物分子的連接方式大致分為永久鍵合和非永久鍵合。前者是PEG通過化學(xué)鍵與藥物分子穩(wěn)定結(jié)合，且藥物分子仍能有效發(fā)揮藥效；后者是PEG通過化學(xué)鍵與藥物分子間形成不穩(wěn)定的結(jié)合，該類復(fù)合物往往需要在一定的pH值或某些特定酶存在的條件下，水解釋放出游離藥物后才能有效發(fā)揮藥效。小分子藥物一般較少與PEG直接相連，而是通過各類連接臂相連。選擇適當(dāng)?shù)倪B接臂種類還可達(dá)到緩慢釋放、靶向釋放及增大載藥量等目的。通常，連接臂種類主要有4類，pH敏感型連接臂、酶敏感型連接臂、鄰位促進(jìn)型連接臂以及N-曼尼希堿型連接臂。
 
修飾的藥物與未修飾的藥物相比，往往具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：(1)更強(qiáng)的生物活性；(2)脂質(zhì)體對(duì)腫瘤有更強(qiáng)的被動(dòng)靶向作用；(3)更長(zhǎng)的半衰期；(4)較低的最大血藥濃度；(5)血藥濃度波動(dòng)較小；(6)較少的酶降解作用；(7)較少的免疫原性及抗原性；(8)較小的毒性；(9)更好的溶解性；(10)用藥頻率減少；(11)提高病人的依從性，提高生活質(zhì)量，降低治療費(fèi)用。

5、兩個(gè)銷售額不錯(cuò)的PEG修飾藥物

聚乙二醇非格司亭
非格司亭，是由安進(jìn)和日本協(xié)和發(fā)酵麒麟株事會(huì)社研發(fā)，于1991年2月獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)，1991年10月獲得日本PMDA批準(zhǔn)上市，并由安進(jìn)和日本協(xié)和發(fā)酵麒麟株事會(huì)社分別負(fù)責(zé)美國(guó)和日本市場(chǎng)銷售。非格司亭，是由大腸桿菌表達(dá)產(chǎn)生的rhG-CSF，是一種白細(xì)胞生長(zhǎng)因子，能調(diào)節(jié)骨髓中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生，并影響中性粒細(xì)胞前體的增至、分化等，該藥用于治療先天性中性白細(xì)胞減少癥、周期性中性粒細(xì)胞減少癥、特發(fā)性中性粒細(xì)胞減少癥和骨髓移植及化療相關(guān)中性細(xì)胞減少癥。聚乙二醇非格司亭(Pegfilgrastim)是長(zhǎng)效形式的非格司亭，由PEG與rhG-CSF的N端甲硫氨基共價(jià)結(jié)合而成。在分子結(jié)構(gòu)中增加PEG，可以降低rhG-CSF的腎臟清除率、減少細(xì)胞對(duì)藥物分子的攝取、減少蛋白水解，使聚乙二醇非格司亭的半衰期顯著長(zhǎng)于非格司亭。聚乙二醇非格司亭在藥效學(xué)及FN相關(guān)不良事件方面與非格司亭相比大致相仿甚至更好，2002年聚乙二醇非格司亭(商品名:Neulasta)被美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市，2011年中國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)石藥集團(tuán)百克(濟(jì)南)生物制藥有限公司生產(chǎn)的PEG化rhG-CSF(商品名:津優(yōu)力)上市，用于降低化療后發(fā)熱性中性粒細(xì)胞減少引起的感染發(fā)生率。銷售額方面，2014年聚乙二醇非格司亭的年銷售額為46.86億美元，位居榜單第8位，2015年的銷售額為48.68億美元，位居榜單第9位。
 
賽妥珠單抗
賽妥珠單抗，是Fab片段的抗TNF-α單克隆抗體，由含214個(gè)氨基酸的輕鏈和含229個(gè)氨基酸的重鏈組成，分子量約91kD。其與PEG(近40kDa，PEG2MAL40K)的結(jié)合延長(zhǎng)了賽妥珠單抗血漿消除半衰期。賽妥珠單抗不包括Fc片段，因此不能錨定補(bǔ)體或引起抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性。在體外，不能誘導(dǎo)人類外周血衍生的單核細(xì)胞或淋巴細(xì)胞的程序性細(xì)胞死亡，也不能誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞脫粒作用。有研究顯示賽妥珠單抗可抑制單核細(xì)胞細(xì)胞因子的產(chǎn)生，尤其可抑制LPS誘導(dǎo)的IL-1β的釋放。2008年4月獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)，2008年5月獲歐洲EMA批準(zhǔn)，2012年12月獲日本PMDA批準(zhǔn)，并由優(yōu)時(shí)負(fù)責(zé)美國(guó)、歐洲及日本地區(qū)銷售。該藥批準(zhǔn)的適應(yīng)癥為克羅恩病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病性關(guān)節(jié)炎和強(qiáng)直性脊柱炎。

6、PEG修飾的藥物還有哪些？ 

目前已有許多PEG修飾蛋白質(zhì)藥物用于臨床，其中PEG-重組凝血因子Ⅷ、PEG-重組人生長(zhǎng)激素和PEG-干擾素等幾個(gè)PEG修飾大分子藥物已相繼上市；同時(shí)還有更多PEG修飾蛋白質(zhì)藥物正處在臨床研究階段，但尚未見PEG修飾的小分子藥物產(chǎn)品。

7、PEG修飾的相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

PEG的相對(duì)分子量選擇
分子量的選擇要綜合考慮生物活性和藥代動(dòng)力學(xué)兩方面的因素。已有研究證明，修飾的蛋白藥物在體內(nèi)的作用時(shí)間與偶聯(lián)的PEG數(shù)量和相對(duì)分子量成正比，在體外的生物活性與偶聯(lián)的PEG數(shù)量和相對(duì)分子量成反比，修飾時(shí)具體PEG分子量的選擇要根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般選擇分子量在40000～60000范圍內(nèi)的PEG作為修飾劑。
 
修飾位點(diǎn)的選擇
蛋白質(zhì)PEG修飾時(shí)要根據(jù)蛋白質(zhì)構(gòu)效關(guān)系的分析選擇不與受體結(jié)合的蛋白質(zhì)表面殘基作為修飾位點(diǎn)，這樣修飾后的蛋白質(zhì)能夠保留較高的生物活性。有機(jī)小分子藥物的修飾位點(diǎn)與生物活性無關(guān)。理想的PEG修飾技術(shù)是根據(jù)要修飾的位點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)腜EG得到均一性的產(chǎn)品。
 
其它化學(xué)因素
(1)修飾反應(yīng)的pH值；(2)藥物與PEG的摩爾比；(3)藥物濃度；(4)反應(yīng)時(shí)間；(5)反應(yīng)溫度。PEG修飾反應(yīng)需要高度的特異性和溫和的反應(yīng)條件，可以控制其中的一個(gè)或幾個(gè)影響因素，得到高產(chǎn)率的目標(biāo)修飾藥物。