[发明专利]基于机械偶联的蛋白质异质索烃的生物合成方法及其应用

说明书

本发明提供了一种基于机械偶联的蛋白质异质索烃的生物合成方法及其应用。本发明基于二聚结构基元介导的分子内缠结和正交分离型内含肽介导的定点环化，能够实现含有目标蛋白质与功能蛋白质基元的蛋白质异质索烃的模块化制备。本发明提供的方法基于合理的基因序列设计，不需要额外的胞外反应，通过表达纯化即可获得相应的蛋白质异质索烃。所制备的蛋白质异质索烃可以保留各组成功能基元对相应受体的亲和能力，同时由于索烃结构对蛋白质的构象具有限制作用，可以有效提升蛋白质的整体稳定性。利用本发明所述方法可将蛋白质药物的线型主链拓展为链环拓扑结构，制备得到的基于机械偶联的蛋白质异质索烃能够有效延长蛋白质药物的体内半衰期。

技术领域

本发明属于蛋白质药物的生物合成领域，特别涉及基于机械偶联的蛋白质异质索烃的生物合成方法及其应用。

背景技术

在过去几十年里，包括抗体、酶和细胞因子等在内的蛋白质药物迅速发展，成为现代生物制药领域最重要的一类产品之一。与小分子药物相比，蛋白质药物具有高活性、特异性强、毒性低和生物功能明确的特点。然而，由于蛋白质固有的不稳定性和较差的体内药代动力学，通常需要对其加以修饰来提高蛋白质药物的稳定性和整体药效，同时减少蛋白质药物的副作用。

目前，通过将蛋白质药物与各种功能基团进行生物偶联，从而延长蛋白质药物的体内半衰期，已经被证明是一种相对有效的改进策略。该策略可以进一步分为两大类，一类是与人血清白蛋白(Human Serum Albumin，HSA)、抗体的可结晶区片段或类弹性蛋白多肽等稳定的蛋白质基元进行融合表达；另一类则是利用聚乙二醇、合成的聚多肽或羟乙基淀粉等高分子聚合物进行共价修饰。前者往往会导致生物活性降低，而后者的制备纯化过程复杂，除使生物活性降低外并可能带来额外的免疫原性。因此，发展全新的生物偶联策略以有效改善蛋白质药物的性质是一个非常值得研究的方向。

机械键是由两个或多个组分之间的空间缠结而产生的一种独特的键合类型。在超分子化学领域，机械键通常被应用于制造分子机器。近年来，随着天然拓扑蛋白质的不断发掘，具有机械键的拓扑蛋白质，例如纽结蛋白、套索肽和蛋白质索烃等，由于其高稳定性特征受到了研究者的广泛关注。其中，蛋白质索烃作为一种典型的具有机械键的分子，其是由两个或多个环状基元形成了独特的机械偶联结构，为分子偶联提供了一种新的模式。基于组装-反应协同的策略，结合能够形成相互缠结的组装基元，多种人工合成蛋白质索烃的方法已经被开发出来，包括被动和主动模板法、流水线型合成和拓扑结构转化等。

索烃化策略也已经被证明可以在有效保留蛋白质原始活性的情况下进一步提高其稳定性。索烃化策略包含同质索烃和异质索烃，相比较于同质索烃，异质索烃由于组成基元各不相同，事实上是多种功能蛋白质通过机械偶联得到的偶联物。因此，将基于异质索烃化的机械偶联策略运用于蛋白质药物的工程化中，有望实现蛋白质药物的功能整合和稳定性提升。同时，该策略可以运用直接生物合成的方式进行制备，是不同于简单融合的一种新的偶联方法。

发明内容

发明要解决的问题

针对现有蛋白质药物长效化技术中常见的生物活性降低、合成制备方法繁琐、纯化工艺复杂，以及额外的免疫原性等问题，本发明提供了一种基于机械偶联的蛋白质异质索烃的生物合成方法及其应用。

用于解决问题的方案

本发明人鉴于上述现有技术中存在的问题，进行了深入研究、反复试验，通过机械偶联实现蛋白质药物与其他功能组分的偶联，制备得到异质索烃化的蛋白质药物，从而完成了本发明。即本发明如下所述：

[1].一种基于机械偶联的蛋白质异质索烃的生物合成方法，所述方法包括以下步骤：