脂质化修饰延长甲状旁腺激素类似物体内外作用

为解决传统 PTH 肽因循环清除快、受体停留时间短导致疗效受限的问题，研究人员开展 PTH 肽脂质化策略研究。发现 C 端连接白蛋白结合基序和赖氨酸侧链锚定细胞膜两种策略，可显著增强 PTH 肽在体外及小鼠体内的疗效，为开发优化治疗药物奠定基础。

　　

在骨骼与矿物质离子疾病的治疗领域，甲状旁腺激素（PTH）类似物的疗效提升一直是研究的热点与难点。传统的 PTH 肽类药物如重组 PTH (1-34)（特立帕肽）和 PTHrP (1-34) 类似物（阿巴洛肽）虽已获 FDA 批准用于治疗骨质疏松，但它们在体内的半衰期较短，通常仅为数分钟至一小时，这使得患者需要频繁注射，例如治疗甲状旁腺功能减退症时需至少每日注射一次。此外，配体与 PTH 受体（PTH1R）的结合时间短，以及靶细胞（如骨和肾脏细胞）中受体的内化和脱敏反应，也限制了药物的疗效。因此，开发具有更长作用时间和更高疗效的 PTH 类似物成为亟待解决的问题。

为了应对这些挑战，来自美国马萨诸塞州总医院（Massachusetts General Hospital）和哈佛医学院（Harvard Medical School）等机构的研究人员开展了一项关于 PTH 肽脂质化修饰的研究。他们旨在通过两种不同的脂质化策略来增强 PTH 肽的疗效，相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：

• 生物层干涉 ometry（BLI）：用于分析脂质化 PTH 肽与牛血清白蛋白的结合能力。

• 细胞信号检测：在 SGS-72、GP-2.3 等细胞系中检测 cAMP 信号，评估 PTH 肽的体外活性。

• 动物模型实验：使用正常小鼠、甲状旁腺切除（PTX）小鼠和人源化 PTH1R 小鼠，通过皮下或静脉注射，检测血液中离子钙、无机磷等指标，评估 PTH 肽的体内药效和药代动力学特性。

• 显微计算机断层扫描（μCT）和组织学分析：用于评估 PTH 肽对小鼠骨骼结构和代谢的影响。

研究结果

1. C 端连接白蛋白结合基序的 Palm-PTH (1-34) 的作用

• 体外活性：Palm-PTH (1-34) 在 SGS-72 细胞中刺激 cAMP 形成的效力与未修饰的 PTH (1-34) 相当。

• 体内药效：在正常小鼠中，皮下注射 Palm-PTH (1-34) 后，血离子钙升高的效应更显著且持久，6 小时达到峰值，24 小时仍高于对照组；血浆无机磷的降低效应也更持久。在甲状旁腺切除小鼠模型中，Palm-PTH (1-34) 能将血钙水平维持在正常范围至少 24 小时，而相同剂量的 PTH (1-34) 仅能短暂升高血钙。

• 药代动力学：Palm-PTH (1-34) 的血药浓度峰值（Cmax）是 PTH (1-34) 的至少 30 倍，半衰期（T1/2）为 1.9 小时，显著长于 PTH (1-34) 的 0.3 小时，且肾排泄速率较慢。

2. 脂质介导的膜锚定对 M-PTH (1-14) 和 M-PTH (1-11) 的作用

• 体外信号：在 GP-2.3 细胞中，脂质化的 K11(R) palm-PTH (1-11) 和 K13(R) palm-PTH (1-13) 在配体存在（Ligand-on）和洗去未结合配体（washout）阶段均能维持较高的 cAMP 信号 potency，而未脂质化的 M-PTH (1-14) 在 washout 阶段 potency 显著降低。

• 体内效应：静脉注射 Palm-M-PTH (1-14) 能使小鼠血钙升高至少 7 小时，而等摩尔剂量的 PTH (1-34) 仅能维持 5 小时，未脂质化的 M-PTH (1-14) 则无作用。在人源化 PTH1R 小鼠中，重复每日注射 K11(r) palm-PTH (1-11) 或 Palm-PTH (1-34) 三周后，显著增加了股骨的骨小梁体积分数、骨矿物质密度和骨小梁数量，提高了骨骼的机械强度。

3. 不同脂质化策略的机制探讨

• 白蛋白结合机制：BLI 实验证实，Palm-PTH (1-34) 和 Palm-M-PTH (1-14) 与血清白蛋白的结合能力显著强于未脂质化肽，表明 C 端的 EYEK (palm) EYE 基序通过促进与白蛋白结合，延长了肽在循环中的半衰期，减少了肾清除。

• 膜锚定机制：脂质化在位置 11 或 13 的 PTH 肽，其脂链可插入细胞膜的脂质双层，稳定配体 - 受体复合物，延长信号传导时间。例如，带有极性末端的 C18 二酸链脂质化肽在 washout 阶段的信号明显弱于棕榈酰链脂质化肽，说明非极性脂链更有利于膜锚定。

研究结论与意义

本研究表明，脂质化修饰是一种有效的策略，可通过两种不同机制增强 PTH 肽的疗效：一是通过 C 端连接白蛋白结合基序延长循环半衰期，二是通过侧链脂质锚定细胞膜延长受体结合时间。即使是像 PTH (1-11) 这样的小片段肽，经过适当脂质化后也能在体内发挥显著作用。这些发现为开发新型 PTH 类似物提供了新方向，有望用于治疗骨质疏松和甲状旁腺功能减退症等疾病，减少患者的注射频率，提高治疗效果。此外，该研究还为其他 G 蛋白偶联受体（GPCR）靶向肽类药物的开发提供了借鉴，展示了脂质化修饰在改善肽类药物体内性能方面的潜力。