在上一期《基于蛋白口袋的多肽从头合成用于多肽药物筛选》中，我们聚焦多肽药物的计算设计策略，不少读者提出了极具实践意义的问题：若已明确目标蛋白结构、关键结合口袋或突变位点，能否围绕该区域精准设计候选多肽？

本期我们暂不拆解技术流程，从已落地的成功应用出发，用 3 个经典案例，清晰展现多肽药物设计在药物研发中的科学价值与实际成效。

       多肽分子通常介于小分子药物和抗体药物之间。一方面，它比抗体更短、更容易合成和修饰；另一方面，它又能通过多个氨基酸残基与靶蛋白形成较大的相互作用界面，因此特别适合受体配体识别、蛋白-蛋白相互作用、病毒融合、离子通道调控等场景。

       正如《Nature Reviews Drug Discovery》综述所言，多肽药物发现始终是药物研发领域的活跃方向。而多肽从 “候选序列” 到 “上市药物” 的核心，不仅是找到结合序列，更在于围绕稳定性、半衰期、选择性、递送效率的系统化设计优化。

案例一：semaglutide，序列与修饰共同改变成药性

       semaglutide 是 GLP-1 受体激动剂，也是近年来最受关注的多肽类药物之一。它的成功并不是简单复制天然 GLP-1，而是在天然肽基础上进行序列替换和脂肪酸侧链修饰。

       Lau 等人在 Journal of Medicinal Chemistry 发表的研究中，设计目标非常明确：提高白蛋白结合能力，同时增强对代谢降解的稳定性，从而获得每周一次给药的 GLP-1 类似物。研究中，semaglutide 相比人源 GLP-1 引入了两个氨基酸替换，并在 Lys26 位点进行衍生化修饰；这些设计共同延长了体内暴露时间。

        这个案例说明，多肽设计不只是在“找结合序列”，也包括对半衰期、蛋白酶稳定性和药代性质的综合优化。对于客户项目来说，早期计算设计得到的候选多肽，也需要结合环化、二硫键、脂肪酸修饰或非天然氨基酸等策略继续优化。

       enfuvirtide 是 HIV-1 融合抑制剂。它的作用逻辑很清楚：HIV 进入细胞需要病毒包膜蛋白 gp41 介导膜融合，而 enfuvirtide 通过模拟 gp41 中的关键螺旋区域，干扰病毒融合过程。

     在一项发表于 The New England Journal of Medicine 的 III 期临床研究中，501 名经过多类抗逆转录病毒药物治疗且存在耐药问题的 HIV-1 感染者被随机分组。结果显示，在优化背景治疗方案基础上加入 enfuvirtide 后，24 周时病毒载量下降幅度显著优于对照组，同时 CD4+ T 细胞计数改善也更明显。

        这个案例的启发在于：多肽非常适合处理某些“小分子不容易覆盖”的蛋白相互作用界面。对于病毒融合、受体配体竞争、信号通路关键界面等问题，多肽可以通过较大的接触面积和明确构象，提供一种不同于小分子的设计思路。

       更接近“给定靶点结构后进行设计”的，是 Cao 等人在 Science 发表的 SARS-CoV-2 spike RBD 抑制分子设计研究。研究团队基于 spike RBD 与 ACE2 的相互作用信息，采用两类从头设计策略：一种是围绕 ACE2 中与 RBD 接触的螺旋片段构建新分子，另一种是将计算生成的支架直接对接到 RBD 表面，寻找新的结合模式。

       研究结果显示，10 个设计分子能够结合 RBD，亲和力范围达到约 100 pM 至 10 nM；其中部分分子还能在细胞水平阻断 SARS-CoV-2 感染。冷冻电镜结构也显示，最优候选分子与 spike 三聚体复合物的结合模式与计算模型高度一致。

       需要说明的是，这类分子属于短蛋白或多肽样 binder，不完全等同于常规 10-30 aa 线性多肽。但它很好地展示了一个方向：当靶蛋白结构和结合区域比较明确时，计算设计可以帮助快速生成候选结合分子，并通过实验进一步验证。

       这些案例共同说明，多肽设计的价值并不在于一次计算就得到最终药物，而在于把早期筛选从“盲目碰运气”变成“围绕靶点结构有方向地探索”。

       在实际项目中，如果客户已经有目标蛋白、关键口袋、突变位点、活性区域或蛋白相互作用界面，我们可以围绕指定区域进行候选多肽从头生成，并结合结构精修、界面接触分析、相互作用打分、二硫键或环化可行性评估，以及可选的分子动力学模拟，对候选多肽进行优先级排序。

       当然，计算结果不能直接等同于真实结合能力或生物学活性。更合理的定位是：在合成和实验验证之前，先缩小候选范围，减少无效尝试，并为后续多肽修饰和功能验证提供更清晰的起点。

       对于多肽药物研发而言，这往往就是一个很重要的开始。

       综上，从长效代谢调控、病毒膜融合阻断，到基于结构的精准从头设计，多肽药物已经用一系列成功案例证明：多肽不再是 “介于小分子与抗体之间的备选”，而是一类能够精准靶向复杂界面、可设计、可优化、可成药的重要分子类型。

        当我们手握蛋白结构、结合口袋与关键位点，多肽设计不再是盲目筛选，而是一场基于结构、面向功能、指向成药的理性研发过程。它为蛋白 - 蛋白相互作用、病毒入侵、受体激活等传统难靶领域，提供了稳定、高效、可快速验证的解决方案。

       未来，随着计算设计、化学修饰与递送技术的持续进步，多肽药物必将在更多疾病领域发挥价值。而以结构为基础、以设计为核心的研发思路，也将继续成为多肽药物从早期发现走向临床应用的关键路径。

参考文献

1. Muttenthaler M, King GF, Adams DJ, Alewood PF. Trends in peptide drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 2021. DOI: https://doi.org/10.1038/s41573-020-00135-8

2. Lau J, et al. Discovery of the Once-Weekly Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) Analogue Semaglutide. Journal of Medicinal Chemistry. 2015;58(18):7370-7380. PMID: 26308095. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5b00726

3. Lalezari JP, et al. Enfuvirtide, an HIV-1 fusion inhibitor, for drug-resistant HIV infection in North and South America. The New England Journal of Medicine. 2003;348(22):2175-2185. PMID: 12637625. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa035026

4. Cao L, et al. De novo design of picomolar SARS-CoV-2 miniprotein inhibitors. Science. 2020;370(6515):426-431. PMID: 32907861. PMCID: PMC7857403. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abd9909

支持单位：