多肽的不穩(wěn)定性是其制劑研究中存在的主要問題之一,其原因較多。但對某一個多肽來說引起不穩(wěn)定的主要原因并不多。詳細研究外界條件(如PH、溫度、光照、氧濃度等)對多肽穩(wěn)定性的影響有助于設計合理的制劑配方。盡管添加劑穩(wěn)定多肽的機制還不十分清楚,使用添加劑仍是目前提高多肽制劑穩(wěn)定性的主要手段之一。應用CD、DSC等分析手段可幫助快速篩選到合適的添加劑。
引起多肽不穩(wěn)定的原因
1.脫酰胺反應
在脫酰胺反應中,Asn/Gln 殘基水解形成Asp/Glu。非酶催化的脫酰胺反應的進行,在Asn-Gly-結構中的酰胺基團更易水解,位于分子表面的酰胺基團也比分子內部的酰胺基團易水解。
2.氧化
多肽溶液易氧化的主要原因有兩種,一是溶液中有過氧化物的污染,二是多肽的自發(fā)氧化。在所有的氨基酸殘基中,Met、Cys和His、Trp、Tyr等最易氧化。氧分壓、溫度和緩沖溶液對氧化也都有影響。因此,多肽可以充N2氣或其它惰性氣體后,放在低溫下保存;溶解時可以用脫氣的溶劑進行溶解。
3.水解
多肽中的肽鍵易水解斷裂。由Asp參與形成的肽鍵比其它肽鍵更易斷裂,尤其是Asp-Pro和Asp-Gly 肽鍵。
4.重排
多肽中的Asp-Gly 肽鍵在合成過程中容易發(fā)生重排,同樣在純化和保存過程中也有重排發(fā)生,只是比例較低。
5.形成錯誤的二硫鍵
二硫鍵之間或二硫鍵與巰基之間發(fā)生交換可形成錯誤的二硫鍵,導致三級結構改變和活性喪失。因此,含有二硫鍵的多肽需要恰當?shù)谋4妫诒4孢^程中遠離還原試劑和巰基試劑,以免二硫鍵斷裂或錯配。
6.消旋
除Gly外,所有氨基酸殘基的α碳原子都是手性的,易在堿催化下發(fā)生消旋反應。其中Asp、His及C端的Cys殘基最易發(fā)生消旋應。
7.β-消除
β-消除是指氨基酸殘基中β碳原子上基團的消除。Cys、Ser、Thr、Phe、Tyr 等殘基都可通過β-消除降解。在堿性PH下易發(fā)生β-消除,溫度和金屬離子對其也有影響。
8.變性、吸附、聚集或沉淀
變性一般都與三級結構以及二級結構的破壞有關。在變性狀態(tài),多肽往往更易發(fā)生化學反應,活性難以恢復。在多肽變性過程中,首先形成中間體。通常中間體的溶解度低,易于聚集,形成聚集體,進而形成肉眼可見的沉淀。
蛋白質的表面吸附是其貯存、使用過程中遇到的另一個令人頭痛的問題,如riL-2在進行灌注時會吸附在管道表面,造成活性損失。
多肽的保存
多肽產品的穩(wěn)定性不僅和多肽的序列有關,很大程度上也取決于生產工藝,不同的工藝得到的產品穩(wěn)定性有很大差異,特別是含有Cys、Gln、Met、Asn、Trp等氨基酸的序列。
需要長期保存的多肽,應以凍干粉形式存放在含有干燥劑的密封容器內,置于-20°C保存,-80°C效果更好,可以最大限度地避免多肽降解。這種儲存方式可以使多肽可保存數(shù)年,避免了被細菌降解和氧化,也可以避免二級結構的形成。如果序列中含有Cys、Met等易氧化氨基酸,建議充氮氣后低溫保存。對于部分產品,可以加入穩(wěn)定劑進行保存。
另外,含有二硫鍵的序列,需要避免還原試劑或巰基時間的接觸,否則易造成二硫鍵的交換而造成錯誤二硫鍵,或二硫鍵被還原造成二硫鍵打開,從而失去生物活性。