【摘 要】
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目前市场上有超过60种美国食品和药物管理局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)批准的多肽类药物。相关市场调研表明,2019年全球治疗多肽的市场规模为269.8亿美元,预计到2027年将达到512.4亿美元。特立帕肽含有甲状旁腺激素(Parathormone,PTH)N端的34个氨基酸,它有着与完整的甲状旁腺激素(PTH)相似的生物活性。2002年11月,美国
【基金项目】
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广东省重点项目(2017A030311012); 广州市重点项目(201904020016)
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目前市场上有超过60种美国食品和药物管理局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)批准的多肽类药物。相关市场调研表明,2019年全球治疗多肽的市场规模为269.8亿美元,预计到2027年将达到512.4亿美元。特立帕肽含有甲状旁腺激素(Parathormone,PTH)N端的34个氨基酸,它有着与完整的甲状旁腺激素(PTH)相似的生物活性。2002年11月,美国食品和药物管理局(FDA)批准了礼来公司通过DNA重组技术生产的特立帕肽PTH(1-34),药品名为Forsteo,用于治疗骨折高危的男性和绝经后妇女的骨质疏松症。与有机小分子药物相比,多肽药物具有半衰期短、功效更强、选择性强和特异性高等优点。但是多肽药物的制备存在生产效率低,成本高的重大瓶颈。化学法合成随多肽长度的增长,其难度指数性增加,且收率和效率低。传统基因工程法存在易降解,纯化和变复性过程繁琐、成本高的问题。这些问题提高了多肽药物的制备成本,限制了新多肽药物的更有效开发。本论文基于本实验室团队创立的可切割自聚集标签(Cleavable self-aggregating tag,c SAT)蛋白纯化和生产技术,对特立帕肽进行表达和纯化。c SAT由融合蛋白三联体自聚集标签-自切割内含肽-目标蛋白/多肽组成,蛋白融合表达提高了重组特立帕肽的稳定性,内含肽自切割去除标签的方法避免了酶的使用,简化了纯化步骤,降低了生产成本。本文首先构建了重组特立帕肽的融合蛋白表达载体,并且能够顺利表达和切割,证明了c SAT在生产和纯化重组特立帕肽的可行性。然后对c SAT进行优化,包括四种MtuΔI-CM突变株内含肽的优化,切割条件和自聚集标签的优化。实验结果证实:MtuΔI-CM m2和MtuΔI-CM m3产量较高,且纯度较好;切割条件为25℃切割24 h时,重组特立帕肽的产量较高;L6KD自聚集标签比α3/EFK8/ELK16/TZ1H自聚集标签更适合重组特立帕肽的生产和纯化。其次在摇瓶水平(50 m L发酵培养基)和2-L发酵罐(改良后发酵培养基)水平进行发酵,摇瓶水平发酵显示经MtuΔI-CM m2切割后重组特立帕肽的平均产量为332.9 mg/L(纯度82.9%),经MtuΔI-CM m3切割后重组特立帕肽的平均产量为243.3 mg/L(纯度79.0%)。由于MtuΔI-CM m2切割后重组特立帕肽的产量更高、纯度更好,所以我们选取含有L6KD-MtuΔI-CM m2-teriparatide融合蛋白质粒的菌株进行上罐发酵测试。上罐发酵后,融合蛋白形成聚集体,切割后上清中的重组特立帕肽产量为116.9 mg/L(纯度62.3%)。最后对重组特立帕肽进行纯化和表征。采用体积排阻色谱和离子交换色谱进一步纯化了重组特立帕肽,并且通过RP-HPLC、质谱、圆二性色谱等方法对生产的重组特立帕肽进行鉴定。RP-HPLC显示利用c SAT法生产的重组特立帕肽和医用特立帕肽标准品Forsteo的出峰时间一致。质谱显示重组特立帕肽样品的分子量为4,117.2 Da,与理论值相符。圆二性色谱结果显示重组特立帕肽的的二级结构分析图谱与医用重组特立帕肽标准品Forsteo的二级结构分析图谱一致,证明得到的重组特立帕肽的二级结构正确。随着人口老龄化,骨质疏松症日益成为全球流行的一种疾病。特立帕肽能够治疗骨质疏松症,但是它的价格非常高,因此降低特立帕肽的生产成本成为一个亟待解决的问题。本研究基于c SAT法建立了特立帕肽商业应用制备技术,提高了特立帕肽的稳定性,降低了生产成本,这种高效制备方法使特立帕肽在商业竞争中占据有利地位。
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