1 主链修饰

骨架修饰是该领域最早用于掩盖或去除肽主链酰胺键的结构修饰方法。在这一策略中，最常用的方法包括用D-氨基酸替代L-氨基酸、插入N-烷基化氨基酸，以及引入β-氨基酸或α/β取代的α-氨基酸。每种策略均基于不同的原理，以解决天然肽常面临的蛋白水解稳定性问题。将代谢上不稳定的L-氨基酸替换为相应的D-氨基酸，可增强其对酶降解的抵抗力，显著延长肽的半衰期。而通过插入N-烷基化氨基酸，或引入β-氨基酸及α/β取代的α-氨基酸，则能有效强化肽的结构，从而提高其稳定性。在合成乳头肽（lanthipeptides）的过程中，这种骨架修饰得到了巧妙体现，例如，乳头肽合成酶中的脱水酶结构域通过两次酶促反应，成功地将D-氨基酸引入乳头肽分子中。展示了骨架修饰在克服肽类治疗药物中蛋白水解不稳定相关挑战方面的强大作用。

用等电子或等价的取代基替换一个或多个肽键，也是修饰肽主链的策略。最常用的等电子体包括氮杂肽、逆向反向肽和肽拟物，它们可实现多样的结构改造，并为肽类药物赋予独特的功能。氮杂肽的结构与天然肽相似，但关键区别在于其连接氨基的原子是氮原子而非碳原子，这使得氮杂肽成为天然肽的有效合成模拟物。例如，最近报道了一种基于氮杂肽骨架并以半胱氨酸残基封端的新型强效共价抑制剂，可靶向不可逆地标记SARS-CoV-2主蛋白酶（Mpro）的活性位点，使其成为迄今报道的最强效Mpro抑制剂之一。逆向反向肽通过反转N端和C端序列，并将L型氨基酸替换为D型氨基酸，可作为多功能免疫调节剂、抗炎剂等广泛应用。而含有N-烷基化甘氨酸的肽拟物具有良好的结构灵活性，在癌症、神经系统疾病及自身免疫性疾病等领域展现出应用潜力。

2 侧链修饰

侧链修饰是提高肽类药物稳定性和生物利用度的另一种策略性手段。该方法的基本原理是在肽合成过程中，用天然氨基酸的类似物替代其本身，以期获得增强结合亲和力和靶向选择性的优势。侧链修饰的典型应用包括引入β-苯丙氨酸、苄氧酪氨酸和同型精氨酸等类似物。这些修饰已成功应用于近红外（NIR）染料-肽偶联物中。例如，已有报道表明，将乙酰氨基甲基半胱氨酸用于取代与I型胶原靶向肽RRANAALKAGELYKCILY偶联的近红外荧光染料中的半胱氨酸残基，可有效破坏该肽的自组装过程，从而改变分子探针在水溶液中的性能，最终提高了关节炎关节与背景之间的对比度。

3 肽的环化

在2023年获批的六种肽类药物中，有三种为环状肽药物（雷扎fungin、莫替沙福肽和齐鲁司他），这表明环状肽已成为肽类药物开发中的重要类型。深入研究肽的环化方法揭示了多种策略，其中最常用的是头尾连接、主链与侧链连接以及侧链与侧链连接。肽环化带来的优势包括增强蛋白水解稳定性，并促进二级结构的形成。这些原理已成功应用于半胱氨酸游离巯基的S-叔丁基化修饰中，该修饰通过合理设计的肽段实现，利用了曲霉菌抗真菌蛋白中进化上保守的γ核心区域（GXC-X3-9-C）。S-叔丁基化不仅提高了肽的稳定性，还将该肽的抗真菌活性扩展至曲霉菌属的烟曲霉。

环肽的一个显著优势在于其药代动力学特性。具体而言，其在稳定性、亲水/疏水平衡、细胞渗透性等方面的独特性质，使环肽成为开发口服生物利用度肽类药物的关键方向。目前上市的口服肽类药物中，有三种为环肽——环孢素A、Voclosporin和去氨加压素。它们因环状结构带来的良好药代动力学特性，促成了其作为口服生物利用度肽类治疗药物的成功。除这些已上市药物外，一些近期报道的环肽药物也展现出潜力。例如，MK-0616是一种口服生物利用度高、经肾脏排泄的环肽类PCSK9抑制剂。在临床试验中，MK-0616表现出剂量依赖性的低密度脂蛋白胆固醇、非高密度脂蛋白胆固醇及载脂蛋白B水平降低效果，同时还能降低Lp(a)水平。目前，MK-0616正处于III期临床试验阶段，凭借其口服生物利用度、强效降脂作用以及肾清除特性，在心血管疾病治疗方面前景广阔。与此同时， stapled 肽本质上也是环状肽，通过巧妙地“固定”成α-螺旋和β-折叠结构，表现出对蛋白酶的抗降解性和延长的血浆半衰期。例如，类似人ACE2受体Helix 1的stapled肽已在预防SARS-CoV-2感染方面展现出不同程度的疗效。此外，已有报道采用选择性将甘氨酸残基替换为N-(2-硫乙基)甘氨酸，并利用双功能试剂进行交联，使环化类似物形成I型β-转角结构。在三硫氰尿酸酯交联试剂上引入苄基取代基后，所得环状类似物相较于母体脑啡肽表现出增强的镇痛活性。另外，最近还报道了通过不同咪唑鎓连接子将两个氨基与多种α-酮醛试剂交联，从而对天然肽进行固定化的方法，为stapled肽的设计提供了更多可能性。

肽环化另一个常见用途是稳定各种二级结构，如α-螺旋和β-折叠，即“模拟二级结构”。通过交联或氢键替代等策略来模拟α-螺旋和β-折叠。在肽中模拟和稳定α-螺旋的关键方法包括基于内酰胺的交联、二硫键以及双亲电性连接子。基于内酰胺的交联通过将赖氨酸取代谷氨酸或天冬氨酸的侧链，形成内酰胺桥，从而增强氢键的形成，并限制肽链的构象自由度，以模拟并稳定α-螺旋构象。当N端丝氨酸残基被同型半胱氨酸或半胱氨酸取代时，可形成二硫键，实现肽链之间的共价连接。双亲电性连接子则能同时与肽链上的两个氨基酸侧链反应，生成连接。为了稳定β-折叠结构，可通过引入D-氨基酸对肽进行修饰。一个成功的例子是最近报道的利用镜像噬菌体展示技术，筛选出针对易聚集蛋白的D-氨基酸肽配体，这些蛋白在神经退行性疾病中发挥作用，从而避免了如淀粉样β肽（Aβ）等内源性蛋白的积累，达到治疗目的。在β-折叠模拟方面，也有研究通过大环化或淀粉样结构构建了β-折叠模拟物。总之，模拟二级结构可提高稳定性与特异性，推动肽类药物设计的动态转变，使人们能够构建更接近蛋白质-蛋白质相互作用界面的结构，充分展现了二级结构模拟的巨大潜力。

4 连接策略

近年来，将肽类与较大分子偶联也成为一种广受欢迎的方法，不仅可提高脂溶性，增强的空间位阻还能防止偶联物通过肾脏被过滤，从而延长其在体内的循环时间。常用的偶联单元包括脂质和聚合物。脂质偶联策略是将肽类与甘油酯、类固醇或脂肪酸等脂质连接起来，其原理在于形成稳定的酯键或酰胺键，其中鲨烯酸和二十二碳六烯酸等脂肪酸发挥着重要作用。脂质偶联的优势在于降低毒性并提高生物利用度。一个典型的例子是将亲水性骨架聚(L（PGA）分别与肽抗原Ag和分子佐剂咪唑喹啉（IMDQ）TLR7/8激动剂进行偶联。利用PGA的聚阴离子特性，通过可电离脂质的静电相互作用，将PGA-Ag和PGA-IMDQ凝聚成脂质纳米颗粒。

与聚合物结合是提高肽类稳定性、延长体内半衰期并降低免疫原性的另一种有效策略，其中聚乙二醇化（PEGylation）是一种广泛应用的技术。该方法基于延长半衰期和减轻免疫原性的原理，通过形成保护层来抵御酶解。例如，经美国FDA批准的聚乙二醇化蛋白Krystexxa和PEGASYS显著提升了肽类治疗药物的稳定性和体内疗效。尽管如此，也有研究指出，虽然共轭修饰能在一定程度上保护靶向肽免受蛋白水解，但通过改造肽序列以增强对蛋白酶的抗性，可更显著地提高其归巢和转运效率。

5 终端修改

由于外肽酶通常在多肽序列的N端或C端进行降解，因此通过修饰多肽的末端可提高其对蛋白酶水解的抗性。末端修饰和融合策略的主要方法包括N-乙酰化、C-酰胺化以及与白蛋白融合。这些修饰能够显著延长多肽在血浆中的半衰期，从而增强基于多肽的治疗潜力。例如，通过位点特异性白蛋白偶联技术，在GLP-1变体的三个特定位置（V16、Y19和F28）引入了一种“可点击”的非天然氨基酸——叠氮基-L-苯丙氨酸（AzF），随后利用应变促进的叠氮-炔烃环加成反应将其与人血清白蛋白（HSA）连接。所得的三种HSA偶联GLP-1变体（GLP1_16HSA、GLP1_19HSA和GLP1_28HSA）在体内表现出与HSA相当的血清半衰期。

6 结论与未来展望

肽类药物的结构修饰前景将迎来多项令人振奋的进展。首先，精准靶向正日益受到重视，研究人员正在设计具有高度特异性的肽类分子，使其能够精确作用于与疾病相关的蛋白质或受体。此外，多功能肽的出现也引人关注，这类肽不仅具备治疗作用，还能兼具诊断功能，甚至可作为药物递送载体。另一个有前景的趋势是“链桥肽”（stapled peptides），通过共价键稳定肽的结构，未来有望进一步发展以提高肽的稳定性和生物利用度。同时，新型肽模拟物（peptidomimetics）的研究也在推进，这类合成分子可模拟肽的特性，有助于克服天然肽所存在的局限性。

然而，该领域面临着若干研究挑战，需要采取创新策略加以应对。提高肽类药物的口服生物利用度仍是一项关键任务，因为肽类常因酶解降解和吸收不良而难以发挥作用。延长肽类通常较短的半衰期，同时不损害其疗效，是另一项重要挑战。此外，克服某些肽类可能引发非预期免疫反应的免疫原性问题也至关重要。随着研究人员探索更为复杂的肽结构，合成与表征过程中的复杂性也带来了新的障碍。

为应对这些挑战，人们正在探索多种技术和策略。主链修饰通过改变肽的主链结构，提高其稳定性和抗酶解能力。侧链修饰则通过将特定氨基酸替换为修饰后的类似物，改善溶解度和结合亲和力等性质，有望应用于针对多种疾病的定制化治疗。与聚合物偶联可延长半衰期并优化药代动力学特性，未来可能根据特定给药需求进一步优化。环化技术通过形成环状肽，增强稳定性并降低对蛋白酶的敏感性。末端修饰和融合策略也有望得到完善，从而延长肽类药物的半衰期。最后，新型递送系统（如纳米颗粒或脂质体）可提升组织穿透能力和整体生物利用度。通过运用这些创新策略，肽类药物研发在精准性、多功能性以及克服现有局限方面展现出广阔前景。

参考文献：doi: 10.1038/s41392-024-02107-5.