PEG修饰药物的药代动力学和生物分析

作者：杨超月

　　聚乙二醇（PEG）是一种被广泛应用于蛋白质和多肽等生物聚合物进行共价修饰的高分子材料[1]。PEG化修饰（PEGylation）是将PEG共价结合在药物上，以改善药物的药代动力学、药效学和免疫学特性，从而增强其治疗效果的一种药物技术[2]。

　　PEG具有无毒、无免疫原性、无抗原性、水溶性好等优点，是当今最常用的高分子材料之一。PEG化修饰会改变药物的物理化学性质，包括构象、静电结合、疏水性等。这些物理和化学变化增加了药物的体内保留时间，提高血浆半衰期，延长吸收时间，还能影响药物与细胞受体的结合亲和力，改善肿瘤靶向性。药物经PEG修饰后可减少给药次数、提高疗效、改善耐受性、降低严重程度和不良事件发生率[3]。同时PEG还可以增加蛋白质的溶解度和稳定性，也有利于药物的生产和储存。因此PEG常被用作药物传递和药物修饰技术，可以直接与药物偶联，或附着在药物表面一起封装于纳米材料里。

　　自20世纪90年代初以来，聚乙二醇化一直是临床上最成熟的半衰期延长技术，30多年来已在人类身上证明了其安全性。PEG化药物已被大多数国家/地区当局批准供人静脉、口服和皮肤使用。目前，PEG化修饰可被用于修饰蛋白质、多肽、寡核苷酸、抗体片段、有机小分子和纳米颗粒等。

　　PEG在早期研究中被认为是一种生物惰性材料，不具有免疫原性和抗原性。但最近一些报导显示长期给药会使PEG在组织内富集，可能会导致潜在的组织毒性和不良反应[4-6]。小于400 Da的PEG链在体内被醇脱氢酶代谢为有毒代谢物，如PEG在体内能被代谢为相关酸类代谢物，可能引起危险的高钙血症和酸中毒[7]。游离的PEG和PEG化纳米载体可以作为糖原蛋白和细胞色素P450酶抑制剂，从而改变修饰药物的药代动力学[8-12]。另外文献[13]报道有识别和结合PEG的抗药抗体，即抗PEG抗体（APA），包括既存的抗体和治疗诱导的抗体。随着越来越多的PEG化产品进入临床，一些报道将抗PEG抗体的产生与治疗效果的降低联系起来，并且在反复给药后，报告的不良反应有所增加。据报道[14]一项III期研究（NCT01848106）因发生严重不良事件（SAEs）而停止，经历SAEs的受试者都比其他受试者具有非常高的预存APA滴度。除了PEG化的蛋白质，聚乙二醇修饰的纳米颗粒[15]，例如脂质体和胶束，也被报道在动物模型中可刺激产生APA。

　　因此，充分了解PEG和PEG化药物的药代动力学特点和生物分析，对评价其总体安全性和促进技术发展具有重要意义。然而，PEG化药物的结构复杂、内源性干扰明显、分析方法有限，是PEG化药物药代动力学研究和生物分析的一大障碍。

　　本文综述了PEG结构和PEG化药物的分类、FDA批准的已上市药物，并对PEG化蛋白药物的药代动力学特点、生物分析和免疫原性方法和技术进行简述，讨论了它们在生物基质中PEG化药物定量分析和免疫原性分析中的优点和局限性。

　　一、PEG修饰药物的结构

　　PEG聚合物是由环氧乙烷聚合而成，可以构成线性或支链结构。线性PEG 的分子式为H-(O-CH2-CH2)n-OH，只有2 个末端可用于修饰新型偶联药物，因此载药量较低。而支链结构在一个或多个端上具有官能团，如末端呈树枝结构的支链PEG、叉状PEG和多臂PEG等，从而实现多种共轭可能性，且大大增加了载药量[16]。

图1 代表性的PEG结构[17]

　　注：(A)线性PEG，具有两个游离的羟基末端；(B)线性的单甲氧基- PEG（mPEG），一端的一个羟基转化为甲氧基；(C)支链PEG，两个线性mPEG与赖氨酸的氨基基团相连，其中Y代表连接剂。(D)叉状PEG，在一个PEG链端或两个链端提供多个近端反应基团，其中X代表官能团。(E)多臂PEG，携带多羟基或官能团，八臂PEG是以三羟甲基丙烷为核心。

　　PEG化药物一般包括PEG、偶联的药物和/或连接剂（Linker）等部分组成。PEG化是通过各种偶联的化学成份和/或Linker来优化药物的溶解性、免疫原性和生物功能[18]。PEG偶联的多样性来自于稳定或可水解键的使用。

　　图2 PEG修饰的主要结构[19]

　　PEG化技术在上世纪70年代便已出现，最开始采用琥珀酰亚胺琥珀酸酯（succinimidyl succinate，ss）作为Linker，后来逐渐演变出多种Linker。近年来，随着研究和开发的不断深入，出现了PEG双官能团异端修饰药物（heterobifunctional PEG ，X-PEG-Y）等新型PEG化药物。

　　表1 PEG化技术变迁