蛋白質類藥物是臨床和商業產品中增長最快的治療藥物類別之一,通常針對各種癌癥、自身免疫疾病和代謝紊亂等影響較大的領域。
盡管商業規模的純化工藝通常在產品首次生產時產生高純度的“單體”蛋白,但隨著產品的儲存、運輸和/或給患者使用,大多數(如果不是所有)治療性蛋白將形成不可逆的凈聚集物。聚合物是一種雜質,必須保持在產品規格,以滿足監管機構的要求,通常情況下,這些都是少量的總質量百分比的基礎上。然而,最近越來越多的關注和證據表明,聚集蛋白(甚至人源化或全人源蛋白)的存在會顯著增加患者對活性蛋白單體產生免疫反應的風險。這可能導致患者對藥物產生“免疫”——也就是說,藥物對患者不再有效——在極少數情況下,它還可能導致嚴重的安全問題。
變得耐藥是一個嚴重的問題,因為這些藥物中有許多用于治療慢性、改變生命或危及生命的疾病,而且,通常情況下,沒有很多或任何競爭產品可用于對某一藥物有耐藥性的患者。在極端和罕見的病例中,患者對自己的內源性蛋白產生了免疫,如純紅細胞發育不全。
蛋白質聚集(有時稱為非天然聚集)是指蛋白質分子聚集成由兩個或多個蛋白質組成的穩定復合物的過程,其中單個蛋白質稱為單體。該單體可以由單個折疊鏈、相互結合的二硫鍵的多個蛋白鏈組成,例如與單克隆抗體(MAbs)或天然的多聚復合物。聚集體通常通過強的非共價接觸結合在一起,并需要一定程度的構象畸變(展開或錯誤折疊),以呈現形成單體間強接觸的氨基酸的關鍵延伸。
從免疫原性的角度來看,蛋白質聚集物的主要特征是:它們在體內不容易分離(聚集實際上是不可逆的),并且它們保留了一些原來折疊的二級和/或三級結構。與親本單體相比,這些特征的結合有助于使聚集物更容易引起免疫反應。
蛋白質聚集機制的觀點可以幫助激發當前和最近開發的策略來控制聚集過程,并為基于工程新蛋白質或重新設計現有蛋白質以注入更大的聚集抗性的下一代方法提供背景。特定蛋白質的聚集傾向和行為也取決于其環境,即溶液 pH、離子強度、共溶質濃度以及暴露于不同體積的液-液和液-固界面。實現活性和適當折疊的蛋白質療法存在固有的困難,同時也要平衡它們形成聚集的固有傾向。
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