多肽類輻射防護藥物應(yīng)用的研究進展

楊婷儀 李曉倩 張杰 張舒羽

1 四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究室，成都 610041；2 空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)系輻射防護醫(yī)學(xué)教研室，西安 710032；3 核工業(yè)四一六醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，成都 610051

近年來，核能與核技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用使人們暴露于輻射的風(fēng)險增加。電離輻射引起生物基質(zhì)的電離與激發(fā)，產(chǎn)生一系列的輻射生物效應(yīng)，造成機體直接或間接的輻射損傷，最終可導(dǎo)致骨髓型、胃腸型和腦型等多種輻射病。輻射防護劑可有效降低輻射對細胞的有害影響，預(yù)防和減輕輻射損傷。多數(shù)輻射防護劑通過直接清除自由基或增強抗氧化能力發(fā)揮作用[1]。由于多肽在維持機體正常生理功能方面起著至關(guān)重要的作用，采用多肽類藥物防治輻射損傷已越來越受關(guān)注。截至2015 年，約有140 種多肽類藥物被用于臨床試驗，其中多種多肽及其類似物具有輻射損傷防護的潛在價值[2]，我們對此進行綜述。

1 多肽類輻射防護藥物的特性

多肽類藥物具有多肽的內(nèi)在活性，在細胞增殖、分化和免疫防御等生理活動中承擔(dān)多種功能?；钚远嚯牡母叨忍禺愋允蛊渥饔糜谌梭w時更具安全性、耐受性和有效性，因此，多肽的成藥性高于一般化學(xué)分子。此外，多肽類藥物的生產(chǎn)技術(shù)成熟，生產(chǎn)成本較低，與大分子藥物相比更具生產(chǎn)優(yōu)勢。

多肽的特異性是指通過作用于一系列分子靶點產(chǎn)生效應(yīng)[3]，如作用于細胞表面受體（G 蛋白偶聯(lián)受體和非G 蛋白偶聯(lián)受體等），非G 蛋白偶聯(lián)受體包括利鈉肽受體、細胞因子受體等[4]。此外，另有少量多肽類藥物在細胞穿膜肽的協(xié)助下作用于細胞內(nèi)靶點。Burdelya 等[5]的研究結(jié)果表明，鞭毛蛋白CBLB502 通過結(jié)合Toll樣受體5 活化核因子κB 信號通路對小鼠腸型和骨髓型急性放射綜合征發(fā)揮保護作用。

2 多肽類輻射防護藥物的設(shè)計思路

目前，臨床常用的多肽類輻射防護藥物的藥物劑型為注射劑。多肽分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性較差，在體內(nèi)易被清除，藥物半衰期較短。近年來，研究者利用多種技術(shù)方法改進多肽的結(jié)構(gòu)和功能，從而拓展多肽類輻射防護藥物的臨床應(yīng)用范圍。具體包括：（1）通過多種方法有效延長多肽類藥物的體內(nèi)半衰期，如聚乙二醇化學(xué)修飾[6]、人血清白蛋白融合技術(shù)[7]或多肽環(huán)化[8]增強肽的二級結(jié)構(gòu)。（2）通過細胞穿膜肽有效轉(zhuǎn)導(dǎo)多肽類藥物到達細胞內(nèi)靶點，如人免疫缺陷病毒1 型反式轉(zhuǎn)錄激活蛋白TAT 序列[9]。（3）通過多功能肽的多重藥理活性對不同的患者進行個性化治療，如抗菌多肽類藥物，可同時具有免疫刺激和促進傷口愈合的功能[2]。（4）通過將多肽與小分子化合物、寡核苷酸或抗體等的偶聯(lián)來提高多肽類藥物的療效和安全性，如在抗體-多肽結(jié)合物中，抗體發(fā)揮靶向作用，多肽發(fā)揮效應(yīng)作用[2]。

3 多肽類輻射防護藥物的應(yīng)用

3.1 谷胱甘肽（glutathione，GSH）

GSH 是一種由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸結(jié)合形成的含巰基三肽，是體內(nèi)重要的代謝調(diào)節(jié)物和抗氧化劑，可有效預(yù)防和減輕輻射對造血器官和胃腸道的損傷。腦腫瘤放療可誘導(dǎo)腦組織生成大量自由基，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，生成腦白三烯攻擊腦血管內(nèi)皮細胞，引起腦水腫和延遲性神經(jīng)元壞死[10]。Lu 等[11]用6 Gy X 射線照射C57BL/6 小鼠的頭部建立GL261 膠質(zhì)瘤模型，莫里斯水迷宮實驗結(jié)果顯示，照射后第5 天和第6 天，GSH 處理組的逃避潛伏期由最初的110 s 分別降至60 s 和45 s，這表明荷瘤小鼠的記憶能力增強。此外，GSH 還可通過提高超氧化物歧化酶的活性和降低丙二醛的水平，增強海馬組織的抗氧化能力；通過上調(diào)乙酰膽堿和膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶蛋白的水平，保護神經(jīng)信號傳遞系統(tǒng)；通過降低炎癥因子TNF-α和白細胞介素（interleukin，IL）6 的水平，抑制海馬損傷組織中的免疫反應(yīng)。

3.2 內(nèi)源性四肽N-乙酰-絲氨酸-天冬氨酸-賴氨酸-脯氨酸（N-acetyl-Ser-Asp-Lys-Pro，Ac-SDKP）

Ac-SDKP 對心血管系統(tǒng)的輻射損傷具有保護作用。Sharma 等[12]采用30 Gy 的電子束照射大鼠的左側(cè)胸部，結(jié)果表明，Ac-SDKP 處理可使受照射后大鼠的靜息心肌血流量正?；?，抑制輻射誘導(dǎo)的冠狀動脈血管內(nèi)皮細胞丟失，維持冠狀動脈微血管密度，并抑制冠狀動脈血管纖維化。Ac-SDKP可通過誘導(dǎo)緊密連接蛋白的表達改善表皮屏障功能，包括增加連接附著分子和緊密連接蛋白Claudin-1 的 mRNA 轉(zhuǎn)錄水平[12]，上調(diào)屏障相關(guān)蛋白（閉鎖蛋白和閉鎖小帶蛋白1 等）的水平[13]。這表明Ac-SDKP 在內(nèi)皮細胞黏附和錨固方面具有重要作用，并在淋巴細胞的歸巢和激活中發(fā)揮潛在作用。

3.3 錳離子-十肽復(fù)合物（Mn2+-decapeptide complex，MDP）

Daly 等[14]報道了耐輻射球菌超濾液中的Mn2+-肽-Pi 復(fù)合物可提升經(jīng)16 Gy60Co γ 射線照射后的人外周血白血病T 細胞的細胞活力，并提高了受到3 kGy60Co γ 射線照射的大腸桿菌的存活率。Gaidamakova 等[15]在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種由十肽DP1（序列為DEHGTAVMLK）、MnCl2和Pi 混合后自發(fā)形成的復(fù)合物MDP，其研究結(jié)果表明，DP1 可增加100 Gy60Co γ 射線照射后人外周血白血病T 細胞的細胞活力，維持60 000 Gy60Co γ 射線照射后T4 DNA 連接酶的活性。此外，對受到9.5 Gy60Co γ 射線全身照射的小鼠而言，MDP 處理可改善電離輻射引起的WBC 和RBC 數(shù)減少以及脾腫大，防止骨髓細胞消耗，減少脂肪生成，保護CD34+造血干細胞；MDP 處理使受照射小鼠血清細胞因子水平發(fā)生了顯著改變，如IL-2、IL-3、IL-4、IL-10、粒細胞集落刺激因子和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子的水平均顯著上調(diào)[16]。

3.4 人生長激素（human growth hormone，hGH）與促血小板生成素模擬肽二聚體（dimer of thrombopoietin mimetic peptide，dTMP）融合蛋白（dTMP-GH）

hGH 可通過細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 信號通路和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路的階段性和時間特異性發(fā)揮調(diào)節(jié)造血系統(tǒng)的作用，如促進臍血CD34+細胞分化為原始巨核細胞，進而生成血小板[17]。Long 等[18]將hGH 與dTMP 結(jié)合形成融合蛋白dTMP-GH，其中dTMP 是由14 個氨基酸組成的多肽（序列為IEGPTLRQWLAARA）；用dTMPGH 處理經(jīng)6 Gy60Co γ 射線照射后對其全身皮膚進行20%面積的燒傷處理的小鼠發(fā)現(xiàn)，小鼠的存活率明顯提高，外周血中WBC、RBC、血小板計數(shù)特別是巨核細胞計數(shù)均增加，并能促進小鼠的燒傷創(chuàng)面愈合。Xu 等[17]的研究結(jié)果顯示，dTMP-GH可靶向作用于巨核細胞，促進血小板前體形成、增加血小板計數(shù)、促進血栓形成、防止白細胞耗竭、恢復(fù)外周血細胞水平，從而提高受照射小鼠的存活率。

3.5 成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）2 及其類似物（FGF-P）

FGF 家族成員具有血管生成活性，能促進有絲分裂。其中，F(xiàn)GF-2 具有緩解輻射損傷的作用。具體包括：（1）FGF-2 能夠保護小鼠腸道組織，降低急性胃腸綜合征小鼠的病死率。（2）血FGF水平與人急性放射性損傷呈負相關(guān)[19]。FGF-P 由17 個氨基酸組成（序列為CYRSRKYSSWYVALK RC），是基于FGF-2 與其受體作用的15 個氨基酸區(qū)域設(shè)計的一種FGF-2 類似物。為了明確急性胃腸綜合征是小鼠受到大劑量（≥10.5 Gy）γ 射線照射后第一周的主要病死原因，研究者采用了一種亞全身照射模型，結(jié)果顯示，F(xiàn)GF-P 提高了受照射小鼠的存活率，增加了小腸隱窩的數(shù)目，促進了小腸上皮細胞的增殖；研究結(jié)果還顯示，F(xiàn)GF-P 處理降低了因照射而升高的內(nèi)毒素、趨化因子以及炎癥因子水平，還可維持受照射小鼠的血漿胰島素和葡萄糖水平[20]。

3.6 胰高血糖素樣肽（g lucagon-like peptide，GLP）2 及其類似物替度魯肽

GLP-2 含有33 個氨基酸（序列為HADGSFSD EMNTILDNLAARDFINWLIQTKITD）。將GLP-2 的第二位丙氨酸突變?yōu)楦拾彼岷蟪蔀榫哂卸幕拿缚剐缘腉LP-2 類似物替度魯肽。Booth等[21]的研究結(jié)果顯示，小鼠經(jīng)皮下注射GLP-2 或替度魯肽后，其小腸重量增加了28%，且隱窩大小、絨毛長度和面積均相應(yīng)增加；小鼠經(jīng)γ 射線全身照射前6 天或14 天，每天給予替度魯肽可顯著提高小腸隱窩干細胞的存活率，從而促進腸上皮細胞再生。替度魯肽或GLP-2 對小鼠腸道干細胞的保護作用機制尚不清楚，可能包括干細胞數(shù)量的變化、增殖狀態(tài)、對細胞凋亡或細胞分化的敏感性及干細胞的環(huán)境信號等。

3.7 人免疫缺陷病毒1 型反式轉(zhuǎn)錄激活蛋白TAT序列與短肽RP-1 偶聯(lián)的融合肽（TAT-RP1）

兩棲類動物的皮腺可分泌大量結(jié)構(gòu)和功能多樣的肽類活性物質(zhì)，以保護皮膚免受氧化應(yīng)激和紫外線輻射損傷，并能加速傷口愈合[22]。將滇蛙皮膚分泌物中分離出的短肽RP-1（序列為AMRLTYNKPCLY GT）與蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域TAT（序列為YGRKKRR QRRR）序列偶聯(lián)，形成含有25 個氨基酸的融合肽TAT-RP1（序列為AMRLTYNKPCLYGTYGRKKRR QRRR）。TAT-RP1 處理可提高照射后角質(zhì)形成細胞的抗超氧陰離子能力，降低其對輻射的敏感性[23]。此外，TAT-RP1 可透過大鼠皮膚進入表皮以及皮下層的真皮；局部涂抹TAT-RP1 能夠改善45 Gy電子束臀部照射大鼠的放射性皮膚損傷。

3.8 重組人表皮生長因子（recombinant human epidermal growth factor，rhEGF）

rhEGF 是由53 個氨基酸組成的小分子多肽，其在臨床試驗中被證實可促進皮膚的傷口愈合，并可刺激放療加乳房切除患者的放射性潰瘍傷口再上皮化[24]。Ryu 等[25]用不同濃度的rhEGF 處理受到45 Gy 電子束照射臀部的小鼠發(fā)現(xiàn)，小鼠的輻射性皮炎復(fù)發(fā)率顯著降低，經(jīng)50 μg/g rhEGF 處理的皮膚組織呈現(xiàn)出典型的復(fù)層鱗狀上皮特征，表皮層和真皮層輪廓清晰，真皮層膠原沉積增加并形成致密的膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；其研究結(jié)果還顯示，rhEGF可通過磷酸化絲裂原活化蛋白激酶刺激成纖維細胞和角質(zhì)形成細胞等細胞的分裂增殖，進而促進放射性皮膚損傷的修復(fù)。

3.9 人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）蛋白片段GV1001

GV1001（序列為EARPALLTSRLRFIPK）來源于hTERT 的第616～626 位，含有16 個氨基酸。GV1001 最初作為一種抗癌疫苗[26]，但進一步研究發(fā)現(xiàn)，其具有多種生物學(xué)功能，包括抗炎、抗纖維化、抗病毒和抗腫瘤作用[27]。Chen 等[28]的研究結(jié)果顯示，GV1001 處理經(jīng)6 Gy γ 射線照射后的角質(zhì)形成細胞可提高轉(zhuǎn)錄因子粒狀頭樣2 的表達水平，顯著抑制了轉(zhuǎn)化生長因子β 信號通路中相關(guān)分子的表達水平，并可抑制上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，維持角質(zhì)形成細胞的上皮表型。此外，GV1001 還可抑制照射后成纖維細胞中Smad2 與人Ⅲ型膠原α1 和Ⅰ型膠原α1 的啟動子區(qū)域結(jié)合。在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠皮膚纖維化模型中[29]，GV1001 治療減少了人Ⅲ型膠原α1 的合成以及纖維化病變的厚度。

3.10 甘氨酸-組氨酸-賴氨酸三肽-銅離子復(fù)合物（glycyl-histidyl-lysine-copper ions，GHK-Cu）

GHK-Cu 可促進多種細胞分化，刺激正常成纖維細胞合成膠原，誘導(dǎo)粘多糖合成增加[30]。Pollard等[31]發(fā)現(xiàn)，GHK-Cu 可促進照射后成纖維細胞的分裂增殖，其數(shù)量倍增時間近似于正常細胞，還可刺激堿性成纖維細胞生長因子和血管內(nèi)皮生長因子生成；因此，他們認為，GHK-Cu 可通過增加細胞外基質(zhì)積聚、刺激創(chuàng)面結(jié)締組織積累和重構(gòu)，促進皮膚損傷修復(fù)，加快創(chuàng)面愈合。

3.11 生物活性肽

從食物或天然生物活性物質(zhì)中尋找無毒或低毒性的輻射防護劑一直是研究的熱點，如羊胎盤肽可提高經(jīng)60Co γ 射線照射小鼠的巨噬細胞吞噬雞紅細胞能力和廓清能力；羊胎靈芝多糖復(fù)合物、酪蛋白磷酸肽和蜂毒肽可降低受照射后小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核的發(fā)生率。玉米活性肽處理經(jīng)60Co γ 射線或X 射線照射的小鼠結(jié)果顯示，WBC、淋巴細胞、血小板數(shù)目增加，口服大豆多肽能明顯增加經(jīng)γ 射線照射后小鼠骨髓有核細胞和外周血WBC 總數(shù)及血清溶血素水平；人參低聚肽可降低輻射導(dǎo)致的腸道通透性增加、恢復(fù)小腸絨毛長度和隱窩深度、增加腸道緊密連接蛋白的表達[33]。

4 小結(jié)與展望

多肽類藥物因其自身的生物特性可靶向作用于輻射損傷部位，在其活性、特異性、安全性、改造和修飾及生產(chǎn)成本等方面具有較強的優(yōu)勢，且多肽類藥物的制藥技術(shù)成熟，還可通過降低毒性、延長半衰期和加大口服藥物的生物利用度等方式使其在臨床應(yīng)用方面更具優(yōu)勢[4]。因此，其有望成為輻射防護藥物的研發(fā)方向。但是，基于靶點的多肽類藥物研究方法的優(yōu)勢還尚未得到充分挖掘。雖然多種多肽類物質(zhì)具有輻射防護潛能，但仍需進一步的實驗結(jié)果驗證其作用機制和精確的作用靶點以及有效部位，并確定最佳的使用劑量、時間點和藥效學(xué)作用。相信隨著高通量篩選技術(shù)和多肽合成技術(shù)的發(fā)展，將會有更多合適的多肽類輻射防護藥物得到應(yīng)用。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明楊婷儀和李曉倩負責(zé)文獻的收集和綜述的撰寫；張舒羽負責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)綜述的撰寫與定稿；張舒羽、張杰負責(zé)綜述的修訂。