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肽:生物制药的核心基石,化学合成与杂质控制的关键挑战

肽作为由两个以上氨基酸通过酰胺键连接形成的短蛋白质片段,凭借高特异性、良好生物相容性及易修饰等特性,已成为生物制药、诊断

肽作为由两个以上氨基酸通过酰胺键连接形成的短蛋白质片段,凭借高特异性、良好生物相容性及易修饰等特性,已成为生物制药、诊断试剂研发及基础研究中的核心分子工具。目前全球已有 100 多种基于多肽的药物或诊断方法获批上市,覆盖肿瘤、自身免疫病、代谢性疾病等多个领域,足见其在生物制药行业的重要地位。而化学合成是获取多肽的主要途径,其中固相肽合成(SPPS)最为常用,但合成过程中不可避免产生多种杂质,成为多肽应用与药物开发的关键挑战。

一、核心定义与应用价值:短片段承载大功能

肽的核心特征是 “氨基酸的短链聚合”,长度通常介于 2-50 个氨基酸之间,既区别于单个氨基酸,也不同于分子量更大的蛋白质。这种结构特性赋予肽独特的优势:一方面,其序列可精准模拟天然蛋白的功能区域,具备高靶向性与生物活性;另一方面,相比完整蛋白质,肽更易通过化学合成批量制备,且免疫原性更低、组织穿透性更强。

在应用场景中,肽的价值贯穿生物制药全链条:作为药物分子,肽类药物可直接靶向肿瘤标志物、免疫检查点等靶点,实现精准治疗;作为诊断探针,可与荧光素、放射性核素偶联,用于疾病早期筛查与病灶定位;作为科研工具,可用于蛋白互作研究、信号通路解析等基础实验。100 多种获批产品的市场表现,进一步验证了肽在临床转化与产业应用中的巨大潜力。

二、主流化学合成方法:固相肽合成(SPPS)的核心逻辑

化学合成是获取多肽的最主要方式,其中固相肽合成(SPPS)因操作简便、效率高、易自动化,成为行业首选技术。其核心原理是 “固相载体锚定 + 氨基酸依次偶联”,具体流程可概括为三步:

首先,将第一个氨基酸的羧基通过连接臂共价结合到固相载体(如聚苯乙烯树脂)上,使其固定在固相表面,避免反应过程中多肽链溶解流失;其次,通过脱保护试剂去除第一个氨基酸氨基上的保护基,暴露自由氨基,再加入第二个氨基酸(其羧基已活化且氨基受保护),两个氨基酸的氨基与羧基在缩合剂作用下形成酰胺键,完成一次偶联;最后,重复 “脱保护 - 偶联” 步骤,按照预设序列依次连接后续氨基酸,直至目标长度的多肽链合成完成,最终通过切割试剂将多肽从固相载体上释放,得到粗肽产物。

整个过程中,酰胺键的形成是关键 —— 本质是一个氨基酸的羰基碳与另一个氨基酸的氮原子发生亲核取代反应,形式上伴随一分子水的脱去,缩合剂的加入可活化羰基、促进反应进行,减少副反应发生。

三、合成挑战:粗肽中的主要杂质与产生原因

尽管 SPPS 技术成熟,但合成过程中仍会产生多种杂质,导致粗肽纯度不足,这些杂质主要源于合成反应的不完全性与副反应:

截断肽是最常见的杂质,因氨基酸偶联反应未完全进行,部分肽链在合成过程中提前终止,形成比目标肽短的片段;缺失肽则是由于个别氨基酸的脱保护或偶联步骤失败,导致肽链中缺少特定位置的氨基酸;溶剂残留与盐类杂质来自合成过程中使用的有机溶剂(如二甲基甲酰胺、二氯甲烷)和缓冲液成分,若后续纯化不彻底会残留于产物中;此外,合成过程中还可能产生有机碎屑,包括未完全去除的保护基碎片、缩合剂分解产物等副反应产物。

这些杂质的存在会严重影响多肽的质量:对于药物研发而言,杂质可能降低药效、引发不良反应,甚至导致临床研究失败;对于诊断试剂或科研工具,杂质会干扰检测结果或实验数据的准确性,因此粗肽的纯化与杂质控制是多肽应用的关键环节。

四、杂质控制的关键意义:从实验室到临床的质量保障

粗肽中的杂质不仅影响多肽的功能与稳定性,更直接关系到其临床转化的可行性与安全性。在药物开发中,多肽的纯度需达到 95% 以上(部分注射用肽需 99% 以上)才能进入临床试验,这就要求通过高效的纯化技术(如反相高效液相色谱、凝胶过滤色谱)去除杂质,同时建立严格的质量控制标准,检测杂质含量、肽链完整性等指标。

对于诊断试剂与科研应用,高纯度多肽可确保靶向结合的特异性与信号的稳定性,避免杂质带来的假阳性或数据偏差。因此,杂质控制并非单纯的 “后续纯化”,而是贯穿合成全流程的系统工程 —— 从氨基酸原料的纯度筛选、反应条件的优化,到纯化工艺的选择与质量检测,每个环节都需严格把控,才能获得高质量的多肽产物。

肽的化学合成技术为生物制药与科研提供了高效的分子制备途径,而杂质控制则是多肽从实验室走向临床应用的核心保障。随着合成工艺的优化、纯化技术的升级与质量控制体系的完善,多肽的纯度与产量将进一步提升,其在生物制药、诊断试剂等领域的应用边界也将持续拓宽,为精准医疗与生命科学研究提供更强大的支撑。