酶類藥物現(xiàn)狀、問題及展望

劉川鵬 范映辛 周筠梅

（1）哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150001；2）Office of Biotechnology Products，Center for Drug Evaluation and Research，F(xiàn)ood and Drug Administration，Silver Spring，Maryland 20903，USA；3）中國科學(xué)院生物物理研究所，北京 100101）

酶是生物系統(tǒng)的催化劑，控制著生命體內(nèi)物質(zhì)、能量代謝過程以及信息傳遞與表達(dá)，酶活性異常會導(dǎo)致疾病的發(fā)生，因此酶既是重要的疾病治療靶點，也可直接作為藥物用于疾病的治療［1］。作為藥物，酶不但可用于治療與酶活性異常甚至酶缺失相關(guān)的疾病，也可通過其催化活性清除體內(nèi)有害物質(zhì)，在特定疾病治療方面具有顯著優(yōu)勢。早在19 世紀(jì)末，以胃蛋白酶為代表的酶類藥物就已用于治療消化不良等疾病，目前由美國食品藥品管理局（FDA）和歐洲藥品管理局（EMA）批準(zhǔn)使用的、以酶為主要有效成分的藥物數(shù)量分別為48 種和27種，而在DrugBank數(shù)據(jù)庫中所收錄的酶類藥物已達(dá)107 種。雖然現(xiàn)有的酶類藥物種類并不多，但酶類藥物卻具有較高的市場利潤率。市場分析認(rèn)為酶類藥物市場在2019~2024 年期間將以6.8%的年復(fù)合增長率增長，預(yù)計到2024 年，僅蛋白酶和糖酶的藥物市場就能分別達(dá)到20 億和25 億美元［2］。迄今為止，酶類藥物不僅有治療心血管疾病、癌癥等常見疾病的重要藥物，還有多種用于治療罕見疾病的孤兒藥物（orphan drug），凸顯了酶類藥物的重要性以及所具有的廣闊發(fā)展前景。本文對酶類藥物的現(xiàn)狀、優(yōu)勢以及所存在的問題和解決措施進(jìn)行介紹和評述。

1 酶類藥物現(xiàn)狀

根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，國際生物化學(xué)與分子生物學(xué)聯(lián)盟（International Union of Biochemistry and Molecular Biology，IUBMB）所記錄的6 711種酶可分為7 大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶、連接酶和轉(zhuǎn)位酶，但是絕大多數(shù)酶類藥物都屬于水解酶類，而且水解對象僅限于酯鍵、糖苷鍵以及包括肽鍵在內(nèi)的碳氮鍵（圖1）?，F(xiàn)有的酶類藥物多用于治療代謝缺陷癥、癌癥、心血管栓塞等疾病。目前絕大多數(shù)藥物的藥效成份都是單一酶，少數(shù)藥物是以酶混合物形式存在（如用于治療消化不良的酶類藥物）。酶類藥物具有多種給藥途徑，可以通過消化道、皮膚、呼吸道、注射等途徑產(chǎn)生全身或局部的治療效果。

Fig. 1 Statistics on the distribution of enzymes and therapeutic enzymes圖1 酶及藥用酶的種類分布統(tǒng)計

1.1 代謝缺陷癥藥物

某些酶的活性降低或缺失會引起代謝功能障礙，造成有害物質(zhì)在體內(nèi)的異常積累，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。對于這類疾病，最直接的治療方法是將患者體內(nèi)所缺乏的酶補足，這種酶替代療法（enzyme replacement therapy，ERT）被用于罕見的遺傳性代謝缺陷癥治療。目前由FDA和EMA所批準(zhǔn)使用的56 種酶類藥物中有多達(dá)24 種被用于治療代謝缺陷癥，占所批準(zhǔn)酶類藥物的43%（表1）。

1.1.1溶酶體貯積病藥物

溶酶體貯積?。╨ysosomal storage diseases，LSD），是目前可用ERT 治療的主要代謝缺陷癥，該病是70 多種溶酶體功能缺陷引起的遺傳性代謝疾病的總稱［3］。溶酶體是將生物大分子進(jìn)行降解，使其能夠循環(huán)利用的主要場所，該過程需要多種關(guān)鍵酶的參與，各種酶通過協(xié)同作用對糖蛋白、脂肪、多糖等復(fù)雜的生物大分子進(jìn)行降解。當(dāng)溶酶體中的某一種酶由于突變而產(chǎn)生缺陷時，溶酶體的功能就會降低，造成糖蛋白、黏多糖或脂肪的異常積累，擾亂溶酶體穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致溶酶體破裂以及細(xì)胞死亡。單種溶酶體貯積病的發(fā)生率低于1/100 000；然而，作為一組疾病，溶酶體貯積病發(fā)病率可達(dá)到1/5 000~1/10 000［3］。目前可用酶替代療法治療的溶酶體貯積病包括法布雷?。‵abry disease）、戈謝?。℅aucher disease）、龐貝氏癥（Pompe disease）、α 甘露糖苷貯積癥（α-Mannosidosis）、神經(jīng)元類脂褐質(zhì)沉著癥II 型（neuronal ceroid lipofuscinosis type 2，NCL2）、沃爾曼?。╓olman disease）、酸性鞘磷脂酶缺乏癥（acid sphingomyelinase deficiency， ASMD）和5種黏多糖病（mucopolysaccharidoses，MPS）。

龐貝氏癥又稱為二型糖原貯積?。╰ype II glycogen storage disease），是由于缺乏酸性α 葡萄糖苷酶（acid alpha-glucosidase，GAA）活性所引起的疾病［4］。α葡萄糖苷酶的功能是從糖原末端對糖原進(jìn)行降解（圖2a），當(dāng)GAA 活力降低或缺失時，糖原不能正常水解成為葡萄糖生成能量，而是聚集在溶酶體內(nèi)（圖2b），致使患者出現(xiàn)肌肉（特別是心?。o力等癥狀。根據(jù)龐貝氏癥GAA 突變數(shù)據(jù)庫（http://www.pompevariantdatabase.nl）的統(tǒng)計，目前共發(fā)現(xiàn)有422種龐貝氏癥致病突變，包括插入突變、缺失突變、剪接位點突變、無義突變、錯義突變等多種突變類型，不同突變所引起的癥狀輕重程度不同。新生兒如果患上該疾病，其壽命將僅為1~2 歲。目前ERT 是治療龐貝氏癥的唯一方法［4］，所獲批準(zhǔn)的藥物是在CHO 細(xì)胞中重組表達(dá)的酸性α 葡萄糖苷酶（rhGAA），商業(yè)名稱為Myozyme或Lumizyme（表1）。雖然該類藥物對多數(shù)患者有不同程度的治療效果，但所需使用的劑量較大。

在體內(nèi)，α葡萄糖苷酶以酶原形式表達(dá)后，需要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的糖基化，高爾基體的末端甘露糖磷酸化，以及胞內(nèi)體/溶酶體內(nèi)的蛋白酶剪切活化等復(fù)雜的修飾過程，才能成為具有催化活性的酶。這些翻譯后修飾可以使酶通過陽離子非依賴性磷酸化甘露糖受體 （cation-independent mannose-6-phosphate receptor，CI-MPR）進(jìn)入到溶酶體內(nèi)部發(fā)揮作用。因此，和酶的催化活性一樣，有效的翻譯后修飾，特別是甘露糖的磷酸化是影響該酶類藥物藥效的重要因素。現(xiàn)在普遍認(rèn)為，以rhGAA 為有效成分的myozyme/lumizyme 療效不高的主要原因是CHO 細(xì)胞表達(dá)的rhGAA 糖鏈磷酸化程度較低［5］。因此，人們已通過對該酶進(jìn)行改造，開發(fā)出更高效的新一代酶類藥物（見2.1節(jié)）。

戈謝病、法布雷病和α甘露糖苷貯積癥也都是由特定糖苷酶的缺陷而產(chǎn)生的疾病。葡萄糖腦苷脂酶的缺陷可導(dǎo)致戈謝病的發(fā)生［6］，而溶酶體α半乳糖苷酶A和α-D-甘露糖苷酶的缺陷則分別導(dǎo)致法布里病和α 甘露糖苷貯積癥的發(fā)生［7-8］?，F(xiàn)已有Ceredase、Cerezyme、VPRIV 和Elelyso 四種重組酶藥物可供戈謝病患者使用。其中Ceredase提取于人胎盤，目前不再生產(chǎn)。Cerezyme 和VPRIV 是CHO 細(xì)胞的重組表達(dá)蛋白，而Elelyso 則是胡蘿卜細(xì)胞的重組表達(dá)蛋白，是第一個在植物細(xì)胞重組表達(dá)的ERT 藥物。目前用于法布雷病治療的酶類藥物有Fabrazyme和Replagal，都是重組表達(dá)的人源α半乳糖苷酶A，兩者區(qū)別在于所用的表達(dá)細(xì)胞不同，前者為CHO 細(xì)胞，后者為人成纖維細(xì)胞。Fabrazyme和Replagal都獲得了EMA批準(zhǔn)，但僅有Fabrazyme 通過了FDA 的審核。治療α 甘露糖苷貯積癥的Lamzede 目前也已被FDA 和EMA 批準(zhǔn)上市。

除了糖苷酶以外，缺乏能夠水解酯鍵的脂肪酶或是缺乏能夠水解肽鍵的蛋白酶也可以導(dǎo)致溶酶體貯積病的發(fā)生。例如，三肽基肽酶I、溶酶體酸性脂肪酶、酸性鞘磷脂酶的突變分別是神經(jīng)元類脂褐質(zhì)沉著癥II型、沃爾曼病以及酸性鞘磷脂酶缺乏癥產(chǎn)生的原因。神經(jīng)元類脂褐質(zhì)沉著癥是一類致命性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，亦稱為巴頓病（Batten disease）。目前已發(fā)現(xiàn)有多個基因的突變可導(dǎo)致巴頓病的發(fā)生，對于攜帶有三肽基肽酶I基因突變的神經(jīng)元類脂褐質(zhì)沉著癥II 型患者來說，其人均壽命在8~12歲之間［9］。溶酶體酸性脂肪酶的缺乏則會導(dǎo)致脂肪物質(zhì)在人體內(nèi)多個器官中堆積，并伴隨有嚴(yán)重的并發(fā)癥，最終危及生命［10］。而酸性鞘脂酶活性的不足同樣也會造成鞘磷脂在各種組織中積累，可造成肝、脾、肺、骨髓和腦等多個器官功能損傷［11］。目前至少有一種酶類藥物可用于上述溶酶體貯積病患者的治療。

黏多糖病是溶酶體貯積病中的一個子集，可進(jìn)一步細(xì)分為十多種類型，其致病原因是由于患者體內(nèi)缺乏特定的黏多糖（糖胺聚糖）分解代謝酶，致使黏多糖在細(xì)胞、血液和結(jié)締組織中異常積累，從而對細(xì)胞造成持續(xù)性、永久性傷害，最終導(dǎo)致患者在外表、身體機(jī)能等諸多方面出現(xiàn)異常，使患者在身心上遭受痛苦［12］。目前FDA和EMA已批準(zhǔn)5種酶類藥物用于治療不同的黏多糖病，包括Aldurazyme（用于治療缺乏α-L-艾杜糖苷酸酶的Hurler綜合癥）、Elaprase（用于治療缺乏艾杜糖醛酸硫酸酯酶的Hunter綜合癥）、Vimizim（用于治療缺乏N-乙酰半乳糖胺-6-硫酸酯酶的莫基奧綜合癥A 型）、Naglazyme（用于治療缺乏N-乙酰半乳糖胺-4-硫酸酯酶的Maroteaux-Lamy 綜合癥） 和Mepsevii（用于治療缺乏β-葡萄糖醛酸酶的Sly 綜合癥），這些藥物為患者帶來了曙光。

1.1.2其他代謝缺陷癥藥物

除了溶酶體貯積病以外，ERT還可以用于其他代謝缺陷癥的治療。同樣地，這些代謝缺陷癥的產(chǎn)生大多也可歸因于特定水解酶的缺乏。例如堿性磷酸酶缺乏癥（hypophosphatasia）、先天性蔗糖酶-異麥芽糖酶缺乏癥（congenital sucrase-isomaltase deficiency，CSID）以及暴發(fā)性紫癜（purpura fulminans）就是由于分別缺乏酯酶、糖苷酶、蛋白酶而造成的。堿性磷酸酶缺乏癥是一種由于成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞中的組織非特異性堿性磷酸酶（TNSALP） 缺乏所造成的遺傳性骨代謝疾病。TNSALP 底物焦磷酸和吡哆醛5'-磷酸對骨礦化具有抑制作用，因此堿性磷酸酶的缺乏可引起骨骼和（或）牙齒礦化不全并伴隨有并發(fā)癥的發(fā)生，該疾病有時會致命［13］。先天性蔗糖酶-異麥芽糖酶缺乏癥則是指由于基因突變，致使蔗糖酶-異麥芽糖酶無法產(chǎn)生，或產(chǎn)生的酶具有較低的酶活性甚至完全喪失活性，導(dǎo)致患者不能夠?qū)κ澄镏械恼崽?、淀粉等成分進(jìn)行正常消化吸收的遺傳性疾病［14］。而暴發(fā)性紫癜則是一種急性的、通常也是致命的血栓性疾病，其癥狀為由于皮膚內(nèi)小血管中血液凝固導(dǎo)致皮膚變色，出現(xiàn)血斑，并迅速引起皮膚壞死和血管內(nèi)彌漫性凝血。由突變所造成的蛋白水解酶蛋白C的缺乏是暴發(fā)性紫癜產(chǎn)生的原因［15］。以上3 種疾病的患者目前可分別通過使用Strensiq、Sucraid、Ceprotin等藥物，對所缺乏的酶進(jìn)行補充，以達(dá)到治療目的。

負(fù)責(zé)嘌呤分解的腺苷脫氨酶雖然不屬于蛋白酶，但同樣也能夠催化碳氮鍵水解反應(yīng)。該酶缺乏時可導(dǎo)致dATP 積累，對淋巴細(xì)胞的成熟和增殖產(chǎn)生干擾，致使免疫系統(tǒng)受到損害。腺苷脫氨酶突變失活是導(dǎo)致重癥聯(lián)合免疫缺陷（severe combined immunodeficiency，SCID） 的一個重要因素［16］。目前被FDA批準(zhǔn)用于SCID治療的有兩種基于聚乙二醇（PEG）修飾的腺苷脫氨酶藥物Adagen 和Revcovi。

與上述由水解酶缺乏所引起的疾病不同，苯丙酮尿癥（phenylketonuria，PKU）是一種由苯丙氨酸羥化酶（PAH）基因突變引起的較為常見的遺傳性疾病，基因突變導(dǎo)致苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變成為酪氨酸，造成苯丙氨酸及其酮酸產(chǎn)物在體內(nèi)蓄積并從尿中大量排出。苯丙氨酸濃度的異常升高會導(dǎo)致患者智力低下并伴有精神行為異常［17］。Palynziq是目前FDA 和EMA 批準(zhǔn)使用的苯丙酮尿癥治療藥物，其藥效成分是具有苯丙氨酸解氨酶活性的pegvaliase，可將苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為氨和反式肉桂酸，從而降低血液中的苯丙氨酸濃度，改善患者的生活質(zhì)量。值得注意的是，pegvaliase 屬于裂解酶，這在以水解酶為主的酶類藥物中較為罕見。另外，苯丙氨酸解氨酶不是人源蛋白，而是存在于微生物多變魚腥藻（Anabaena variabilis）中的酶，因此需要進(jìn)行PEG修飾以降低其免疫原性。

1.2 癌癥相關(guān)疾病藥物

癌癥是世界上發(fā)病率最高的疾病之一，因而癌癥治療藥物是藥物研發(fā)的重點關(guān)注對象。目前發(fā)現(xiàn)許多癌細(xì)胞的存活、生長和增殖需要周圍環(huán)境中存在有較高濃度的天冬酰胺，因此利用天冬酰胺酶降低天冬酰胺濃度，從而抑制癌細(xì)胞的生長，是治療癌癥的有效策略。目前已有Asparlas、Elspar、Erwinaze、Oncaspar、Rylaze、Spectrila等多款天冬酰胺酶類藥物被批準(zhǔn)使用，這些藥物主要用于急性淋巴細(xì)胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）的治療（表2）［18］。

甲氨蝶呤是常用的抗癌藥物，用于治療各種惡性腫瘤。正常情況下該化合物可通過腎臟排除體外，然而當(dāng)患者腎功能出現(xiàn)問題時，血液中甲氨蝶呤會長時間處于高濃度狀態(tài)，對患者機(jī)體造成損害。而以羧肽酶glucarpidase 為有效成分的Voraxaze，能夠?qū)⒓装钡仕獬煽膳懦鲶w外的產(chǎn)物，從而提高甲氨蝶呤清除速度，可幫助腎臟受損的甲氨蝶呤藥物使用者降低血漿中甲氨蝶呤濃度［19］。腫瘤經(jīng)過化療后，大量腫瘤細(xì)胞被破壞，其內(nèi)容物被迅速釋放到血液中，其結(jié)果將會導(dǎo)致高尿酸血癥的發(fā)生。高濃度的尿酸可以和磷酸鈣結(jié)晶，致使腎損傷，因此化療后如何避免高尿酸血癥的發(fā)生是進(jìn)行腫瘤治療時必須考慮的關(guān)鍵問題［20］。尿酸氧化酶Rasburicase 能夠?qū)⑷芙舛容^差的尿酸氧化生成5-羥基異尿酸，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為溶解度較好的尿囊素，更易于排泄［21］。目前基于Rasburicase 的高尿酸血癥治療藥物包括有FDA 批準(zhǔn)使用的Elitek 和EMA 批準(zhǔn)使用的Fasturtec。此外，另一種基于尿酸氧化酶pegloticase 的藥物Krystexxa 被FDA 批準(zhǔn)用于因高尿酸所引起的慢性痛風(fēng)的治療（表2）［22］。

1.3 蛋白質(zhì)異常積累、黏附、聚集相關(guān)病癥藥物

當(dāng)機(jī)體受到傷害或是在某些病理情況下，有些蛋白質(zhì)會發(fā)生積累、黏附、聚集，甚至?xí)D(zhuǎn)變?yōu)椴蝗芮抑旅艿牡鞍踪|(zhì)沉積物。雖然有時出現(xiàn)此現(xiàn)象能夠?qū)C(jī)體起保護(hù)作用（如當(dāng)血管受損時，需要血漿中的可溶性纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為不可溶的纖維蛋白，形成血凝塊），但在某些情況下，蛋白質(zhì)的異常黏附、聚集和沉積會對機(jī)體造成傷害，甚至導(dǎo)致死亡。由于蛋白酶能夠降解不同類型的蛋白質(zhì)黏附聚集產(chǎn)物，人們對能溶解蛋白質(zhì)黏附聚集物的蛋白酶類藥物抱有極大的興趣（表2）。

急性心肌梗死是危及生命的急性病癥，血栓形成是造成急性心肌梗死的重要原因。因此利用藥物將血栓溶解，是治療急性心肌梗死的有效手段。具有蛋白酶活性的溶栓藥物可以激活纖溶酶原，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槔w溶酶，從而觸發(fā)蛋白質(zhì)水解級聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)血栓溶解。目前由FDA和EMA批準(zhǔn)使用的溶栓藥物包括第二代藥物Activase 和Eminase 及第三代藥物Metalyse、TNKase、Rapilysin 和Retavase［23］。除了Eminase的藥效成分anistreplase是纖溶酶原和鏈激酶激活因子復(fù)合物以外，其他藥物都是人組織型纖溶酶原激活因子（t-PA）類藥物。

除了溶解血栓以外，蛋白酶還可用于掌腱膜攣縮 癥（Dupuytren's disease， DD）、橘皮組織（cellulite）、玻璃體黃斑牽拉綜合癥（vitreomacular traction，VMT）的治療及皮膚損傷的處理。掌腱膜攣縮癥是指患者的一個或多個手指出現(xiàn)永久性彎曲的癥狀。在正常情況下，手掌筋膜由I型膠原組成，但掌腱膜攣縮癥患者的手掌筋膜由III 型膠原組成，導(dǎo)致手掌筋膜異常增厚，手指卷曲，影響手指功能。Xiaflex 是由FDA 批準(zhǔn)使用的溶組織梭菌膠原酶藥物，能夠水解膠原蛋白，可用于掌腱膜攣縮癥的非手術(shù)性治療［24］。此外，膠原蛋白的異常積累也是造成女性臀部橘皮組織（俗稱脂肪團(tuán)）出現(xiàn)的主要原因之一［25］，因此膠原酶類藥物（如Qwo）也已用于該病的治療。玻璃體黃斑牽拉綜合癥是指人眼玻璃體與黃斑不能正常分離，黏連在一起，對視網(wǎng)膜產(chǎn)生牽拉作用，導(dǎo)致視力喪失或視覺扭曲，嚴(yán)重時甚至可引起黃斑出現(xiàn)裂口，造成嚴(yán)重的眼部損傷。Jetrea 是第一個被批準(zhǔn)用于該疾病治療的藥物，其藥效成分ocriplasmin是一種截短的纖溶酶，可對造成黏連的纖連蛋白、層黏連蛋白和膠原蛋白等蛋白質(zhì)進(jìn)行降解［26］，使患者無需手術(shù)就能夠解除玻璃體與黃斑之間的黏連。當(dāng)皮膚受到灼傷時，膠原蛋白等蛋白質(zhì)會發(fā)生變性，形成焦痂。NexoBrid 是基于菠蘿蛋白酶的局部起效藥物，可用于清除重度燒傷患者身上的焦痂，是治療嚴(yán)重?zé)齻氖中g(shù)替代療法［27］。此外，膠原蛋白酶類藥物Santyl還可用于對潰瘍皮膚以及燒傷區(qū)域進(jìn)行清創(chuàng)［28］。

1.4 其他疾病藥物

除上述3類疾病外，酶類藥物還可用于其他疾病的治療（表2）。例如，肺囊性纖維化病患者呼吸道中分泌物含有高濃度DNA，可導(dǎo)致氣道阻塞。藥物Pulmozyme 的有效成分是重組DNase I（亦稱Dornase α），可以降解DNA，從而清除肺部黏液。該藥通過呼吸道給藥，可以顯著改善囊性纖維化患者的肺功能［29］。Imlifidase 是一種半胱氨酸蛋白酶，可特異降解免疫球蛋白IgG，以該酶為藥效成分的Idefirix已被EMA批準(zhǔn)用于腎移植患者的脫敏治療［30］。

酶類藥物還可以用作佐劑，對其他藥物起輔助作用。透明質(zhì)酸是細(xì)胞外間質(zhì)的主要成分，會對皮下注射藥物的注射劑量和吸收效果產(chǎn)生一定的限制。而透明質(zhì)酸酶可以水解透明質(zhì)酸，與其他皮下注射藥物聯(lián)合使用時，能夠提高其他藥物的吸收效果［31］。目前FDA已批準(zhǔn)當(dāng)作佐劑使用的透明質(zhì)酸酶藥物有Amphadase、Hydase、Hylenex和Vitrase，除了Hylenex 是人源蛋白以外，其余都是牛源蛋白。

雖然大多數(shù)酶類藥物都是單一酶組分，但是用于治療消化不良的藥物卻多是酶混合物，含有淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶，可以對食物中的多種生物大分子如淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)進(jìn)行降解，有利于食物在消化道中更好地被消化吸收。

目前國內(nèi)酶類藥物的研發(fā)多數(shù)集中在消化類和抗血栓類藥物上，用于治療消化不良和急性心肌梗塞疾病，已有29 種酶類藥物被收入到最新醫(yī)保目錄中（表S1）。此外，中國還批準(zhǔn)進(jìn)口了多種用于罕見病治療的酶類藥物，為罕見病患者帶來福音（表S2）。

2 酶類藥物的優(yōu)點、不足與解決措施

酶類藥物具有許多其他藥物所不具備的優(yōu)點。首先，酶具有高度的底物靶向性和親和力，可以區(qū)分具有相似結(jié)構(gòu)的底物，從而降低了脫靶效應(yīng)所帶來的毒副作用。其次，與其他以結(jié)合形式發(fā)揮作用的藥物（如小分子抑制劑、抗體藥物等）不同，酶是高效催化劑，一個酶分子可以將許多底物分子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子，因此在相同條件下，酶類藥物用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于以結(jié)合形式發(fā)揮作用的藥物用量，降低了藥物使用風(fēng)險［32］。此外，許多疾病，如前面所提到的急性心肌梗死、燒傷、肺部囊性纖維化病等，都與生物大分子的聚集、變性或濃度異常升高有關(guān)，而在對這些異常生物大分子進(jìn)行降解清除方面，具有降解活性的酶類藥物具有獨特的優(yōu)勢，是現(xiàn)有酶類藥物以水解酶居多的主要原因。酶類藥物的這些特性使之成為獨一無二的有效治療手段，進(jìn)行其他藥物難以勝任的治療。

任何事物都不是十全十美，酶類藥物同樣也存在一些不足。首先酶類藥物在體內(nèi)較容易失活或降解［2］。雖然在許多情況下，藥物的快速清除對機(jī)體有益，但是對于有些疾病來說，特別是代謝缺陷癥的治療需要酶類藥物具有較長的體內(nèi)駐留時間。例如，當(dāng)用半乳糖苷酶治療法布雷病時，藥物注射后1~2 h，就能夠觀察到半乳糖苷酶的血液濃度開始下降，影響治療效果［33］。其次，雖然酶具有高度的底物靶向性和親和力，但是卻缺少部位靶向特異性，不能區(qū)分正常組織底物和病理組織底物，導(dǎo)致毒副作用的發(fā)生。例如在用酶類藥物對黏多糖病治療時，眼部經(jīng)常會出現(xiàn)不良反應(yīng)，可能出現(xiàn)角膜混濁、視網(wǎng)膜病變、視神經(jīng)腫脹和萎縮等癥狀，導(dǎo)致視力下降［2］。再次，外源重組酶進(jìn)入體內(nèi)時，可能會被機(jī)體認(rèn)作為抗原，從而觸發(fā)免疫反應(yīng)，產(chǎn)生抗藥抗體。例如有研究表明，1/2 的法布雷病患者對靜脈注射的酶蛋白Agalsidase beta 產(chǎn)生了抗藥抗體［34］。抗體的產(chǎn)生不但干擾酶類藥物與底物之間的相互作用，還會提高藥物清除速率，從而降低藥效。另一方面，酶類藥物的免疫原性還可能引起免疫反應(yīng)，造成不良后果［2，34］。但是酶類藥物是否引起免疫反應(yīng)與患者體質(zhì)有關(guān)。一般來說，免疫系統(tǒng)處于激活狀態(tài)的患者（例如過敏或炎癥患者）更容易產(chǎn)生免疫反應(yīng)。此外，酶的給藥途徑也會影響患者的免疫反應(yīng)，靜脈注射給藥的免疫原性往往低于皮下、肌內(nèi)、黏膜給藥，長期治療也會比短期治療更容易產(chǎn)生免疫反應(yīng)［2］。

為了發(fā)揮酶類藥物的最大效能，克服酶類藥物半衰期短、部位靶向性差、具有潛在免疫原性等缺點，目前已開發(fā)出多種解決方法。

關(guān)節(jié)扭傷后，在皮膚無破損的情況下，局部可用冰塊或濕毛巾冷敷，以便促進(jìn)毛細(xì)血管收縮，減輕腫脹疼痛現(xiàn)象。扭傷時不能立即熱敷或亂揉，以免加重傷痛。扭傷24小時后，方可采取局部熱敷，以促進(jìn)受傷部位血液循環(huán)，盡快消腫。必要時可使用一些活血化瘀、消腫止痛的中成藥。對于重癥的關(guān)節(jié)扭傷，應(yīng)及時到醫(yī)院診療。（來源：科普中國）

2.1 酶的化學(xué)修飾

酶的化學(xué)修飾是改善酶類藥物特性的有效措施，其中最為常用的是PEG修飾。在FDA和EMA所批準(zhǔn)使用的48 種注射用酶類藥物中，有6 種是PEG 修飾藥物。PEG 是一種無毒、低免疫原性的兩性聚合物，PEG修飾能夠延長酶的半衰期，降低酶的免疫原性，從而提高酶類藥物的穩(wěn)定性和生物利用度［35］。例如，前面提及的Pegvaliase是微生物蛋白，PEG修飾可以有效降低其免疫原性。一個比較有趣的PEG 修飾的例子是目前正在臨床研究的法布雷病ERT 治療藥物 pegunigalsidase，為了提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，降低蛋白質(zhì)清除率，人們通過PEG對該蛋白質(zhì)兩個亞基進(jìn)行交聯(lián)。臨床研究結(jié)果表明，pegunigalsidase 在體內(nèi)的半衰期長達(dá)80 h，比Fabrazyme 半衰期增加了大約100 倍［36］。目前一些性能更佳的PEG 替代產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)，如單甲氧基聚乙二醇（mPEG）、N-（2-羥丙基）甲基丙烯酰胺（HPMA）等，為酶類藥物性能改善提供了更多的選擇余地［32］。

如前所述，包括治療龐貝氏癥的Myozyme 在內(nèi)的ERT藥物都需要通過CI-MPR進(jìn)入病變細(xì)胞中發(fā)揮作用。因而酶分子表面糖鏈中的磷酸化甘露糖（mannose-6-phosphate，M6P）含量就成為影響酶類藥物藥效的重要因素，而化學(xué)修飾是增加M6P數(shù)量的有效方法之一。例如，通過對Myozyme（即rhGAA）進(jìn)行化學(xué)修飾，增加其分子表面上的M6P數(shù)量，所得到的Neo-GAA具有比rhGAA更高的糖原清除效率（圖2c，d）［37］。目前經(jīng)過此化學(xué)修飾改造的新型龐貝氏癥治療藥物Nexviadyme（Avalglucosidase alfa）已被批準(zhǔn)上市［38］。

Fig. 2 The pathogenesis of Pompe disease and the development of ERT drugs圖2 龐貝氏癥發(fā)病機(jī)理及其ERT藥物發(fā)展

2.2 蛋白質(zhì)序列突變

序列突變也是提高酶蛋白性能的有效方法，能夠提高酶的穩(wěn)定性和催化活性。此外，由于酶分子表面上的抗原表位的存在與抗體產(chǎn)生有關(guān)，通過突變?nèi)コ@些抗原表位能夠降低免疫反應(yīng)發(fā)生的可能性［39］。目前許多酶類藥物都是突變體蛋白，例如溶栓藥物Reteplase（商品名Retavase 和Rapilysin）和Tenecteplase（商品名TNKase 和Metalyse）分別是Alteplase（商品名Activase）的單鏈缺失突變體和三點突變體，這些突變使得Reteplase 和Tenecteplase 具有比Alteplase 更長的體內(nèi)半衰期、更強(qiáng)的抗抑制劑的能力以及更高的溶解血栓活性［40］。

2.3 酶的靶向遞送

為了能夠解決酶的靶向特異性低、不能區(qū)分正常組織底物和病理組織底物的問題，除了可以采取對患病部位進(jìn)行局部用藥以外，還可將酶分子連接上靶向分子，使酶能夠靶向遞送到特定部位，避免脫靶效應(yīng)的發(fā)生。目前被認(rèn)為最有發(fā)展前途的解決方案是通過基因工程技術(shù)將抗體與酶分子融合，借助抗體的引導(dǎo)，實現(xiàn)酶類藥物的靶向治療。在過去的幾十年里，人們對基于抗體的分子、細(xì)胞和組織靶向治療進(jìn)行了大量的可行性分析和應(yīng)用研究。例如，分別用于Hurler綜合癥、Hunter綜合癥治療所用的α-L-艾杜糖苷酸酶（laronidase）、艾杜糖醛酸硫酸酯酶（idursulfase）無法通過血腦屏障，但是當(dāng)這些酶與胰島素受體的單克隆抗體重鏈融合后，就能夠在抗體的引導(dǎo)下被靶向到血腦屏障上的胰島素受體，并通過受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)穿越血腦屏障進(jìn)入到腦部，從而降低腦中的黏多糖積累，有效緩解癥狀［41］。

除抗體以外，還有其他蛋白質(zhì)和多肽序列也可用于酶的靶向遞送。例如，轉(zhuǎn)鐵蛋白是一種與血液中的鐵離子相結(jié)合并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)運的蛋白質(zhì)。由于多種癌細(xì)胞表面上存在有該蛋白質(zhì)的受體，因此與轉(zhuǎn)鐵蛋白相融合，能夠賦予酶分子特異性靶向癌細(xì)胞的能力［42］。而由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸所組成的RGD 序列則具有與整合素胞外結(jié)構(gòu)域相結(jié)合的能力，因為αVβ3 和αIIbβ3 整合素分別在癌細(xì)胞和血小板的細(xì)胞表面過度表達(dá)，可以作為藥物特異性遞送的靶標(biāo)，因此將RGD 序列與酶分子相融合也將有助于實現(xiàn)酶類藥物的特異性靶向遞送［43］。此外，其他的生物分子，如凝集素、EGF、VEGF、小肽GALA 和pHLIP，甚至葉酸（維生素B9）的靶向能力以及應(yīng)用潛力的研究工作也在進(jìn)行之中［32，44］。

2.4 借助藥物載體

利用藥物載體將酶包裹起來，不但能夠提高酶的穩(wěn)定性，降低酶的免疫原性，而且通過藥物載體上的靶向分子，還可以實現(xiàn)酶分子特異性靶向遞送。因此適用于酶類藥物的藥物載體的開發(fā)研究一直都是人們關(guān)注的重點。至今已開發(fā)出來的藥物載體種類繁多，常見的載體包括脂基載體、有機(jī)聚合物納米顆粒、無機(jī)納米顆粒、生物類載體等。其中，脂基載體（脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒等）因其配方簡單、生物相容性好、生物利用度高等原因，是FDA 所批準(zhǔn)的納米藥物中最常見的類型。而其他類型的載體也因各自所具有的獨特優(yōu)勢，受到了人們極大的重視。例如，量子點、金納米粒子、氧化鐵納米粒子等無機(jī)納米顆粒和有機(jī)聚合物納米顆粒可以借助其化學(xué)、機(jī)械、磁性、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等特性，很容易實現(xiàn)對藥物的精確可控式釋放［45-46］，而中空的生物大分子復(fù)合物、病毒顆粒、外泌體（細(xì)胞外囊泡）、紅細(xì)胞等生物類載體則因其具有良好的生物相容性、毒副作用小等優(yōu)點，受到了人們的青睞［47］。理想的藥物載體應(yīng)該具有良好的生物相容性和靶向特異性，能夠在體內(nèi)穩(wěn)定存在較長時間，能以疾病依賴的可控方式釋放藥物，還能以可控方式被清除，且生產(chǎn)成本低廉。目前人們正在加快對新型藥物載體的研發(fā)，以期獲得性能更佳的藥物載體。

2.5 酶基因療法

除了上述措施以外，將酶基因代替酶蛋白用于人類疾病治療，也是克服酶蛋白類藥物缺點的有效方法。目前已經(jīng)有多項基因療法被FDA和EMA批準(zhǔn)使用，其就包括酶基因療法。例如：藥物Skysona 所含有的基因能夠編碼具有超長鏈脂肪酰輔酶A水解酶活性的ALDP蛋白，可用于治療腦型腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良癥 （cerebral adrenoleukodystrophy，CALD）［48］；藥物L(fēng)uxturna所含有基因的表達(dá)產(chǎn)物RPE65 具有催化全反式視黃酯水解的酶活性，可用于RPE65 突變相關(guān)的視網(wǎng)膜疾病——Leber 先天性黑蒙（Leber's congenital amaurosis，LCA） 的 治 療［49］；藥 物Hemgenix因其能提供凝血因子IX的基因，被用于B 型血友病的治療；而藥物Upstaza 則已被批準(zhǔn)用于芳香族 L-氨基酸脫羧酶（AADC）缺乏癥的治療。對于酶基因缺陷遺傳性疾病來說，基因藥物單次給藥的藥效持續(xù)時間長，克服了酶蛋白藥物的體內(nèi)半衰期短、需要長期持續(xù)性給藥的缺點，減輕了患者的負(fù)擔(dān)和痛苦。隨著基因療法技術(shù)的快速發(fā)展，可預(yù)測將有更多酶基因藥物被開發(fā)使用。

總之，由于酶所具有的高效催化活性和底物特異性，使之在遺傳性代謝缺陷癥、癌癥、心血管疾病等諸多疾病的治療中具有獨特優(yōu)勢。但是在已發(fā)現(xiàn)的近7 000 種酶中僅有幾十種酶被開發(fā)成藥物，因此酶類藥物的開發(fā)研究具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展空間。酶類藥物的研究和開發(fā)仍任重而道遠(yuǎn)。

附件見本文網(wǎng)絡(luò)版（http://www.pibb.ac.cn或http://www.cnki.net）：PIBB_20230148_Table S1.pdf PIBB_20230148_Table S2.pdf

Table 1 Summary of approved therapeutic enzymes targeting to metabolic deficiencies表1 用于代謝缺陷癥治療的主要酶類藥物

Table 2 Summary of approved therapeutic enzymes targeting to other diseases except metabolic deficiencies表2 用于代謝缺陷癥治療以外其他用途的主要酶類藥物