1. 人体内的天然肽/激素
肽药物发现的历史始于利用天然激素和具有经过充分研究的生理功能的肽来治疗由激素缺乏引起的疾病，例如 T1DM 或 T2DM 患者缺乏调节血糖水平所需的胰岛素。糖尿病可以通过注射胰岛素或通过刺激胰岛素分泌相关靶点（例如 GLP-1 受体）产生胰岛素来治疗。寻找天然肽和激素或用动物同源物替代它们，如胰岛素、GLP-1、生长抑素、GnRH、8-Arg-加压素和催产素，是肽药物发现和开发的最初策略（图 1 ） 。然而，与这些天然肽相关的缺点引起了人们对优化其天然序列的兴趣，从而产生了一系列天然激素模拟肽药物。
2. 模拟激素的肽
GLP-1衍生肽药物（图 2a ）：GLP-1是一种37个氨基酸的肽，调节胰岛素的产生和分泌，在体内半衰期非常短。研究人员付出了大量的努力来修改其序列，以增强这种激素的稳定性，同时保持其效力和药理作用，从而开发了目前三种最畅销的多肽药物：Trulicity（杜拉鲁肽，dulaglutide）、Victoza （利拉鲁肽，liraglutide）和 Ozempic（索马鲁肽，semaglutide）。
促性腺激素释放激素（GnRH）衍生肽药物（图2b ）：GnRH是一种含有10个氨基酸的肽，由下丘脑中的GnRH神经元产生。GnRH 天然序列的修饰导致了多种肽药物的开发，例如亮丙瑞林(leuprolide)和地加瑞克(degarelix)。亮丙瑞林通过激活 GnRH 受体而具有与 GnRH 相同的生物活性，并用作 GnRH 受体激动剂，用于治疗激素反应性前列腺癌、子宫内膜异位症、子宫肌瘤和性早熟。虽然地加瑞克的序列同样是根据 GnRH 进行优化的，但它通过与 GnRH 受体竞争性结合而充当 GnRH 受体拮抗剂，用于治疗晚期前列腺癌。
许多其他批准的肽药物也源自天然激素，包括奥曲肽(octreotide)，一种生长抑素模拟肽药物，用于治疗产生生长激素的肿瘤和垂体肿瘤；去氨加压素(desmopressin)，一种 8-Arg-加压素模拟肽药物，用于治疗尿崩症和夜尿症；卡贝缩宫素(carbetocin)，一种用于治疗闭经的催产素oxytocin同系物；和阿托西班(atosiban)，一种用于抑制早产的催产素拮抗剂 。
3. 从天然产物中鉴定出的多肽
许多来自细菌、真菌、植物和动物的生物活性肽都具有治疗特性，例如蛇毒，它被认为是血管内皮生长因子 (VEGF) 类似物、VEGF-F 或 svVEGF。它们通常是不超过 80 个残基的富含二硫键的环肽，可以通过靶向离子通道和其他膜结合受体来诱导细胞毒性。来自蛇和蝎子的毒液肽已被修饰用于治疗应用。此外，从希拉毒蜥毒液中优化而来的艾塞那肽(exenatide，图 3a ）是一种 GLP-1 激动剂，而齐考诺肽（ziconotide，一种源自墨西哥芋螺的毒液肽）已被用于治疗慢性神经性疼痛。
非核糖体肽 (NRP，Non-ribosomal peptides) 是从天然产物中鉴定出的另一类肽。序列中包含的非标准残基意味着NRP不是通过核糖体通过传统的生物合成途径产生的，而是由非核糖体肽合成酶通过由起始、延伸和终止模块组成的途径产生。与核糖体合成的肽相比，NRP 对水解酶具有更强的抵抗力，并且在体内表现出更高的稳定性。研究最多的NRP主要来源于细菌和真菌，包括万古霉素、环孢菌素、lugdunin（图 3b ）。以及具有抗菌活性的teixobactin，以及具有抗肿瘤活性的α-鹅膏菌素、纳米囊藻素A和放线菌素。此外，环缩肽是包含通常在植物中鉴定的特定类别的NRP的环肽，例如enniatin B和emodepside。这些多肽药物表现出增强的血浆稳定性，使其能够口服给药。然而，NRP 的合成和构效关系研究是 NRP 最具挑战性和令人兴奋的研究领域之一。
4. 基于蛋白质-蛋白质相互作用的合理设计多肽分子
蛋白质组学和结构生物学的发展导致发现了许多涉及大多数细胞过程和生物功能的蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 。迄今为止，已研究的 PPI 超过 14,000 种，仅占人体所有 PPI 的 1% 左右。PPI 还调节人类疾病中许多重要的细胞途径，因此是潜在的药物靶点。与小分子和抗体相比，肽作为 PPI 抑制剂或激活剂具有内在优势。因此，基于晶体结构的新型肽药物发现技术由此应运而生：肽的合理设计(rational design of peptides)。它被认为是发现新肽候选药物的一个有前途的策略。
肽的合理设计涉及基于目标 PPI 的解析晶体结构的计算机辅助生物信息学技术。PPI 结合界面的生物信息学和计算分析能够识别两种相互作用蛋白质表面的必需氨基酸。这些必需氨基酸贡献了 PPI 的主要吉布斯能量，通常称为“热点” 。热点可以是蛋白质的连续片段或蛋白质不同二级结构上的分散残基。PPI 多肽调节剂的设计基于这些热点，要么直接使用连续片段，要么使用连接分散残基作为初始序列的策略。然而，需要进一步的肽开发和结构优化，包括肽环化和主链修饰，以提高其活性和理化性质。例如，通过结构-活性关系的研究来鉴定必需的肽残基和非必需残基的取代，以及对序列进行化学修饰以稳定肽的二级结构，包括转角、螺旋、发夹和延伸构象，可用于增强生物活性并改善理化性质。
5. 通过噬菌体展示发现候选多肽药物
噬菌体展示是一种高效且稳定的技术，用于识别生物靶标的配体，由 Smith 于 1985 年首次报道。噬菌体展示利用重组技术在噬菌体表面设计靶标配体。通过高通量测序方法可用于鉴定先导药物，包括抗体和肽。噬菌体展示已广泛用于发现新的多肽药物研发。
通过噬菌体展示发现了 GLP-1 和其他膜受体配体的有效肽类似物，包括蛋白质、肽和毒液，它们主要充当激动剂。此外，靶向TGF-β1 或EGFR的多肽，以及破坏FGF1-FGFR1 相互作用的肽拮抗剂都是肽药物噬菌体展示筛选的良好案例。
噬菌体展示技术的最新发展集中于寻找更有效的筛选方案，以简化大量数据中的配体选择，例如通过减少噬菌体筛选周期。采用“噬菌体上”修饰技术，从传统噬菌体展示中获得化学修饰的肽，得到双硫醚环肽。另一种策略涉及开发新颖的展示方法。例如，开发了镜像噬菌体展示来探索 D-手性肽和进行mRNA展示以发现和选择具有非天然氨基酸的大环肽。还有，使用核糖体展示来开发先导肽，包括生物活性大环肽，含有 D-氨基酸和非天然氨基酸。这些进展使得能够构建大量展示文库来发现新的候选多肽。
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参考:
https://www.nature.com/articles/s41392-022-00904-4
