一种靶向人乳腺癌细胞的多肽及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种靶向人乳腺癌细胞的多肽及其应用，所述多肽如以下通式所示：X1LX2X3X4X5X6X7；本发明还涉及编码该多肽的核苷酸序列，以及表达该多肽的表达载体及宿主细胞；本发明还涉及了该多肽、其形成的二价体、多价体或多肽偶联物及其作为靶向多肽与能杀伤癌细胞的制剂和显像制剂形成的药物组合物及其用途，本发明的多肽能对乳腺癌细胞标志物HER2蛋白特异性结合，靶向作用明显，选择性强，且本发明涉及的肽可以采用化学合成的方法制备得到，纯度高，分子量小，特异性强，无免疫原性，安全可靠。可用于制备癌症的靶向探针和药物载体。
【专利说明】一种靶向人乳腺癌细胞的多肽及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及药物化学领域，具体涉及一种多肽及其应用，尤其涉及一种靶向乳腺 癌的多肽和由该肽所衍生的且能与人表皮生长因子受体2蛋白（HER2)结合的产品及上述 多肽或其衍生的产品在制备抗癌药物或显像制剂中的用途。
【背景技术】
[0002] HER2 是人类表皮生长因子受体-2,由ErbB2(NCBIGenbank，GeneID= 2064)原 癌基因编码的具有受体酪氨酸激酶（RTK)活性的跨膜糖蛋白，能启动酪氨酸激酶调控的信 号转导系统。
[0003]HER2基因扩增及蛋白的过度表达会过度传递信号，刺激癌细胞增殖（Wanyi Tai,RubiMahato,KunCheng.JournalofControlledReleasel46 (2010) 264-275)。研究 表明，HER2在20-30%的乳腺癌中过度表达，HER2过表达的乳腺癌浸润性强，无病生存期 短，预后差。卵巢癌，胃癌和子宫颈癌等多种肿瘤中都有HER2的过度表达，HER2已经成为 治疗癌症的重要靶标。
[0004] 目前，针对HER2胞外区的抗体药物研究比较深入，部分药物已经市场化，如赫 赛汀（trastuzumab)、西妥昔单抗（cetuximab)、泰欣生（nimotuzomab)(DorteLisbet Nielsen，CancerTreatmentReviews35 (2009) 121-136)等。赫赛汀是一种人源化单克隆 抗体，选择性地作用于HER2的胞外部位，1998年被FDA批准上市用于转移性乳腺癌的治疗， 治疗效果明显好于现有的抗乳腺癌药物，现在已成HER2阳性乳腺癌患者的首选治疗药物。
[0005] 然而抗体药物存在着制备繁琐、稳定性较差、费用昂贵、穿透力弱等缺点。因此，为 了提高乳腺癌诊断和治疗的特异性和准确性，弥补抗体的缺陷，迫切需要寻求针对新的乳 腺癌标志物设计小分子探针，以作为检测和治疗乳腺癌的有效方法。
[0006] 肽库筛选就是在大量肽段中寻找具有特定结合功能的小分子多肽。目前肽库筛选 方法包括噬菌体展示肽库和化学合成肽库筛选。经典的组合化学肽库构建方法之一是在固 相合成中，通过对载体微珠的多次混合与均分，使每个微珠上带有唯一的一种随机多肽序 列，称之为"一珠一物"肽库，因合成灵活性高，稳定可靠而在亲和筛选方面独具优势。
[0007] 多肽类靶向小分子药物及诊断探针以成本低、分子量小、生物相容性好、穿透性 强、无免疫原性、制备简单等特点，在肿瘤靶向给药、癌症诊断等方面彰显出很强的优越性， 甚至显示了替代抗体类诊疗试剂的趋势。因此，在癌症研究中针对肿瘤标志物合理设计并 筛选对癌细胞的高特异亲和多肽，继而发展成为肿瘤的诊断试剂及治疗药物，是解决上述 难题的有效途径。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种多肽及其应用，特别是一种能与乳腺癌标志物HER2 蛋白结合的多肽和由该肽所衍生的且能与HER2蛋白结合的产品及上述多肽或其衍生的产 品在制备抗癌药物或显像制剂中的用途。
[0009] 为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0010] 第一方面，本发明提供了一种靶向人乳腺癌细胞的多肽，其通式为：
[0011]X1LX2X3X4X5X6X7
[0012] 其中，L为亮氨酸，X1是碱性氨基酸或芳香族氨基酸，优选为赖氨酸或酪氨酸；X2是 芳香族氨基酸，优选为苯丙氨酸和色氨酸；X3是碱性氨基酸，优选为赖氨酸或精氨酸；X4是 非极性氨基酸，优选为亮氨酸或苯丙氨酸；X5是芳香族氨基酸，优选为色氨酸或苯丙氨酸； X6是极性氨基酸或脂肪族氨基酸，优选为天冬酰胺或谷氨酸；X7是碱性氨基酸，优选为精氨 酸和赖氨酸。
[0013] 本发明所述的氨基酸残基可以是L-型，也可以是D-型，或者是L-、D-型的混合。
[0014] 优选地，本发明所述多肽的氨基酸序列如HlOF或H6F所示，其分别对应序列表中 的序列1或2所示的氨基酸序列。
[0015] 本发明所得到的HER2靶向多肽的名称和对应多肽序列分别为：
[0016]H6F：YLFFVFER；H10F：KLRLFWNR〇
[0017] 第二方面，本发明还提供了一种DNA片段，其包含编码上述本发明第一方面所述 多肽的氨基酸序列。
[0018] 作为优选技术方案，所述DNA片段包含编码上述本发明HlOF或H6F的氨基酸序 列。
[0019] 第三方面，本发明还提供了一种表达载体，包括至少一个拷贝的编码氨基酸序列 为本发明多肽的如本发明第二方面所述的DNA片段。
[0020] 作为优选技术方案，本发明的表达载体，包括至少一个拷贝的编码氨基酸序列为 本发明HlOF或H6F所示多肽的如本发明第二方面所述的DNA片段。
[0021] 第四方面，本发明还提供了一种原核或真核宿主细胞，该宿主细胞含有如本发明 第三方面所述的表达载体。
[0022] 第五方面，本发明还提供了一种二价体或多价体，由本发明第一方面所述的多肽 组装而成。
[0023] 本发明中的二价体或多价体具有靶向HER2阳性的肿瘤细胞的特性。
[0024] 作为优选技术方案，本发明的二价体或多价体是通过连接分子共价连接形成或通 过与多聚体混合，非共价连接形成的。
[0025] 本发明可以根据具体需要来选择多聚体，例如可以是聚乙二醇（PEG)或环糊精。
[0026] 第六方面，本发明还进一步提供了一种药物组合物，包括本发明第一方面所述的 多肽或所述多肽的二价体或多价体作为靶向多肽，和能杀伤癌细胞的制剂。
[0027] 作为优选技术方案，本发明所述的多肽、二价体或多价体作为靶向多肽，与能杀伤 癌细胞的制剂相缀合或混合。
[0028] 优选地，所述的制剂为能杀伤癌细胞的化学药物、生物药物、纳米药物、放射性药 物、光热治疗或光动力治疗药物或包裹这些药物的载体中的任意一种。
[0029] 进一步优选地，所述的制剂为烷化剂、抗代谢药物、抗肿瘤天然药物、抗肿瘤抗生 素、激素及金属络合物或肿瘤放射靶向标记物中的任意一种。
[0030] 进一步优选地，所述载体为纳米材料，脂质体或油性化合物中的任意一种，或者由 多种油性化合物所组成的混合物。
[0031] 本发明采用将第一方面所述的多肽、及第五方面所述的多肽二价体或多价体和纳 米材料、脂质体等高分子材料缀合，本发明涉及的肽、二价体或多价体可以使缀合后生成的 化合物在机体内更稳定地被运输到靶细胞。
[0032] 本发明涉及的多肽、二价体或多价体也可以和油性化合物或多种油性化合物的混 合物相混合，本发明涉及的肽也可以使所得到的混合物在机体内更稳定地被运输到靶细 胞。
[0033] 第七方面，本发明还进一步提供了另外一种药物组合物，所述药物组合物包括本 发明第一方面所述的多肽或所述多肽的二价体或多价体；和显像制剂。
[0034] 优选地，所述多肽、二价体或多价体与显像制剂相缀合或混合。
[0035] 优选地，所述的显像制剂为放射性核素、放射性核素标记物或分子影像制剂中的 任意一种。
[0036] 第八方面，本发明还提供了如本发明第一方面所述的多肽或所述多肽的二价体或 多价体在制备用于治疗、预防或诊断癌症的药物或显像制剂中的用途。
[0037] 作为优选技术方案，本发明所述癌症为HER2过表达的癌症。
[0038] 优选地，所述癌症为乳腺癌、肺癌、胃癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌或子宫颈癌。
[0039] 本发明的肽具有靶向HER2蛋白的作用，可以作为靶头增加药物或载有药物的载 体如纳米材料、脂质体等在HER2阳性细胞中的含量，再添加药学上可接受的辅料或佐剂制 成新型的更有效的靶向抗癌药物。
[0040] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0041] 本发明根据HER2蛋白结构域II主要参与HER2家族异二聚化激活信号通路，而且 该区域氨基酸比较保守，针对这些特点设计并构建一珠一物肽库，利用免疫磁珠方法进行 多肽库筛选，阳性肽珠经MALDI-T0F-MS鉴定，获得了一系列能特异性结合HER2的活性多 肽；
[0042] 本发明涉及的多肽能对HER2阳性细胞起靶向作用，选择性强，且本发明涉及的肽 可以采用化学合成的方法制备得到，纯度高，分子量小，特异性强，无免疫原性，安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1为筛选HER2靶向多肽原理示意图。
[0044] 图2为表面等离子共振（SPRi)方法检测HlOF和H6F分别与人HER2蛋白的结合 力作用。
[0045] 图3为HlOF分别与人HER2阳性高表达细胞SKBR3细胞、阴性HER2低表达乳腺癌 细胞MCF-7和正常细胞293A的结合作用。
[0046] 其中，图3_(a)?⑷是HlOF与人HER2阳性高表达细胞SKBR3细胞的特异性结 合，图3-(f)?（h)是HlOF与阴性（HER2低表达）乳腺癌细胞MCF-7无特异性结合，图 3 (i)?（1)是HlOF与正常细胞293A无结合。
[0047] 图4为H6F分别与人HER2阳性高表达细胞SKBR3细胞、阴性HER2低表达乳腺癌 细胞MCF-7和正常细胞293A的结合作用。
[0048] 其中，图4_(a)?⑷是H6F与人HER2阳性高表达细胞SKBR3细胞的特异性结合， 图4-(f)?（h)是H6F与阴性（HER2低表达）乳腺癌细胞MCF-7无特异性结合，图4-⑴? (1)是H6F与正常细胞293A无结合。
[0049] 图5是流式细胞学方法检测H6F与人乳腺癌HER2高表达细胞SKBR3的特异性结 合作用。
[0050] 图6是流式细胞学方法检测HlOF与人乳腺癌HER2高表达细胞SKBR3的特异性结 合作用。
【具体实施方式】
[0051] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明 了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0052] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0053] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0054] 实施例1本发明多肽筛选系统的构建
[0055] 1.实验仪器与材料
[0056]N-甲基吗啉（NMM)，哌陡，三氟乙酸（TFA)，二氯甲烷（DCM)，茚三酮，维生素C，苯 酚，四甲基脲六氟磷酸盐（HBTU)，六氢吡陡，三异丙基硅烷（TIS)，乙二硫醇（EDT)，N，N二 甲基甲酰胺（DMF)，无水乙醚，树脂，甲醇，各种Fmoc保护氨基酸，多肽合成管，摇床，真空水 泵，旋转蒸发仪，上述试剂和材料均从商业途径获得。
[0057] 2."一珠一物"多肽文库的合成
[0058] 采用Fmoc固相肽合成方法合成多肽文库，筛选HER2靶向多肽的过程如图1所示。 具体方法为将被保护的氨基酸逐个偶联到固相树脂上，然后在强酸下将肽链从树脂上裂解 同时去除侧链保护基团。
[0059] 称取150mg的Tentagel-NH2树脂，按照上述固相多肽合成程序循环，依次加入 180mg的Met、Gly、Cys依次进行反应三个循环。待反应完成后，把树脂均份3份，向每管分 别加入60mg的His、Lys、Arg与等量的HBTU进行偶联，待偶联完毕后，把3管树脂混合，脱 保护。再把树脂均分为3份，向每管分别加入60mg的Glu、Leu、Asn与等量的HBTU进行偶 联，待偶联完毕后，把3管树脂混合，脱保护。再把树脂均分为4份，向每管分别加入45mg 的Pr〇、Tyr、Trp、Phe与等量的HBTU进行偶联，待偶联完毕后，把4管树脂混合，脱保护。再 把树脂均分为5份，向每管分别加入36mg的LyS、Phe、Leu、ASp、Ser与等量的HBTU进行偶 联，待偶联完毕后，把5管树脂混合，脱保护。再把树脂均分为5份，向每管分别加入36mg 的His、Ser、Leu、Asp、Tyr与等量的HBTU进行偶联，待偶联完毕后，把5管树脂混合，脱保 护。再把树脂均分为5份，向每管分别加入36mg的Tyr、Val、Ala、Asn、Lys与等量的HBTU 进行偶联，待偶联完毕后，把5管树脂混合，脱保护。
[0060] 经过上述置换和收缩步骤，真空抽干，得到加载有肽库的干燥树脂备用。
[0061] 3.与HER2特异性结合的多肽的筛选
[0062]用IXPBS把阳性HER2肽珠清洗3次，用5%的脱脂牛奶在混旋仪上37°C对肽珠 封闭此。再用IXPBS清洗3次，然后用生物素标记的HER2蛋白与肽库珠在混旋仪上37°C 混合孵育2h，用PBS清洗3次，把孵育后的多肽库置I. 5mLEP管中，把EP管置于磁力架上。 阳性多肽受磁力影响吸附于EP管侧壁，而阴性多肽由于重力沉降在EP管底。阳性微珠与 生物素标记的受体蛋白孵育后，阳性肽珠特异性识别蛋白，链霉亲和素标记的磁珠通过识 别生物素而识别阳性肽珠。阳性肽珠表面将包覆一层磁珠从而具有磁性从而被磁场捕获， 相互作用如图1所示。
[0063] 小心地用移液枪把管底部的肽珠转移到另一个管中，单个肽珠采用溴化氢裂解， 经MALDI-T0F-MS鉴定获得相应序列信息。按序列重新合成部分标记FITC，MALDI-T0F鉴定 和HPLC纯化用于后续试验。
[0064] 经化学合成制得本发明的两条多肽分别为：H6F:YLFFVFER;H10F:KLRLFWNR。
[0065] 实验例I通过表面等离子共振（SPRi)方法检测HlOF和H6F多肽与HER2蛋白的 亲和作用
[0066] 将lmg/mL的HlOF和H6F肽及IXPBS点到芯片上，在4 °C湿润条件下孵育过 夜，然后用10XPBS清洗lOmin，再用IXPBS清洗lOmin，最后用去离子水清洗2次，每 次lOmin，浸入含5%牛奶的IXPBS中，4°C条件下孵育过夜，然后用IOXPBS清洗lOmin， IXPBS清洗lOmin，最后用去离子水清洗2次，每次lOmin，用氮气吹干，装芯片上机 (PlexeraPlexArray?HT表面等离子共振成像系统）。
[0067]流动相依次通过 1XPBS、2XPBS、1. 25μg/mL、2. 5μg/mL、5yg/mL、10yg/mL和 20μg/mL的人HER2纯化蛋白，记录分析SPRi信号。
[0068] 由图2可以看出，HlOF和H6F肽的SPRi信号随着人HER2蛋白浓度的增加逐渐增 强，说明本发明的两条多肽对HER2是有强结合的，可以作为靶向HER2的多肽用于相关的研 究应用。
[0069] 实验例2H10F和H6F分别与人HER2阳性乳腺癌细胞SKBR3、HER2阴性乳腺癌细胞 MCF-7和正常细胞系293A的相互作用
[0070] 册1?2阳性乳腺癌细胞系31?1?3〇^2高表达）细胞用含10%胎牛血清的1?^11640 培养基培养，HER2阴性乳腺癌细胞MCF-7 (HER2低表达）和正常人肾纤维母细胞293A培 养在含10%胎牛血清的H-DMEM培养液中，以IXlOVmL的细胞浓度植入圆形玻底培养 皿（35mm)，37°C，5%CO2细胞培养箱中培养24h后，弃去培养液，三种细胞中分别加入含 1μmol/LHoechst33342 的 50μmol/L的FITC标记HlOF和H6F多肽，4°C避光孵育Ih 后，分别弃去多肽溶液，并用预冷IXPBS洗涤4次。用激光扫描共聚焦显微镜（Olympus FV1000-IX81，日本）检测细胞中的荧光分布。
[0071] 结果如图3和4所示，加入HlOF和H6F的SKBR3细胞可以观测到明显的绿色荧光， 而对照组的MCF-7有微弱荧光或没有荧光，而293A细胞则没有观测到绿色荧光信号。同时 利用H〇echst33342 ( -种显示细胞核的蓝色荧光染料）进行核定位，结果表明HlOF和H6F 多肽结合在SKBR3细胞的细胞膜上，这与HER2表达部位相同。
[0072] 上述结果说明HlOF和H6F多肽与人HER2阳性乳腺癌细胞系的识别是具有专一性 的，是靶向HER2蛋白的，而且特异性与靶标蛋白的表达量呈正相关，可以作为靶向分子用 于相关的诊断和检测。
[0073] 实验例3流式细胞学方法检测HlOF和H6F分别对人HER2阳性乳腺癌细胞的结合 作用
[0074] 收集人乳腺癌HER2高表达细胞株SKBR3及阴性对照细胞SW480,通过查阅文献，发 现SKBR3的HER2表达可以达到SW480的400倍。悬浮于含10%热灭活胎牛血清的RPMI1640 培养液中，细胞密度在IxlO6AiL左右，分装于四个I. 5mLEP管中，200μL/管。分别加入 异硫氰酸荧光素（FITC)标记HlOF和H6F，最终浓度为0. 5μmol/L，对照组用与多肽等量的 0.OlmMPBS(磷酸缓冲液pH7. 4)代替多肽。避光冰浴孵育30min后，IOOOg离心4min收集 细胞，加入ImLPBS清洗，重复清洗2次后，加入500μLPBS，混匀，使用流式细胞学方法检 测荧光强度及结合比率。
[0075]由图5和6可以看出，HlOF和H6F肽可结合人乳腺癌HER2高表达细胞，这说明 HlOF和H6F不仅同HER2阳性细胞有高的亲和力，同时还有比较好的特异性，说明本发明的 多肽单独使用对HER2阳性肿瘤细胞有高亲和作用，可以作为靶向HER2的多肽使用。
[0076]从实验例1-3可以得出，本发明的多肽具有靶向人乳腺癌阳性肿瘤细胞的特性， 因而在实际应用中，可以将本发明的多肽作为靶向多肽，与能杀伤癌细胞的制剂相缀合或 混合，用于肿瘤的靶向治疗。
[0077] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局 限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属【技术领域】的 技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1. 一种靶向人乳腺癌细胞的多肽，其特征在于，所述多肽的氨基酸序列通式为： x1lx2x3x4x5x 6x7 其中，L为亮氨酸，Xi是碱性氨基酸或芳香族氨基酸，优选为赖氨酸或酪氨酸；X2是芳香 族氨基酸，优选为苯丙氨酸和色氨酸；χ3是碱性氨基酸，优选为赖氨酸或精氨酸；χ4是非极 性氨基酸，优选为亮氨酸或苯丙氨酸；χ 5是芳香族氨基酸，优选为色氨酸或苯丙氨酸；χ6是 极性氨基酸或脂肪族氨基酸，优选为天冬酰胺或谷氨酸；χ 7是碱性氨基酸，优选为精氨酸和 赖氨酸。
2. 根据权利要求1所述的多肽，其特征在于，所述多肽由序列表中的序列1或2所示的 氨基酸残基组成。
3. -种DNA片段，其特征在于，其包含编码权利要求1或2所述肽的核苷酸序列。
4. 一种表达载体，其特征在于，所述表达载体含有至少一个拷贝的如权利要求3所述 的DNA片段。
5. -种宿主细胞，其特征在于，所述宿主细胞含有权利要求4所述的表达载体。
6. 根据权利要求1或2所述的多肽形成的二价体或多价体，其特征在于，所述的二价体 或多价体具有靶向HER2阳性肿瘤细胞的特性； 优选地，所述的二价体或多价体是通过连接分子共价连接形成的； 优选地，所述的二价体或多价体是通过与多聚体混合，非共价连接形成的； 优选地，所述多聚体为聚乙二醇（PEG)或环糊精。
7. -种药物组合物，其特征在于，所述药物组合物包括权利要求1-2或6任一项所述的 多肽、所述多肽的二价体或多价体和能杀伤癌细胞的制剂； 优选地，所述的多肽、二价体或多价体作为靶向多肽，与能杀伤癌细胞的制剂相缀合或 混合； 优选地，所述的制剂为能杀伤癌细胞的化学药物、生物药物、纳米药物、放射性药物、光 热治疗或光动力治疗药物或包裹这些药物的载体中的任意一种； 进一步优选地，所述的制剂为烷化剂、抗代谢药物、抗肿瘤天然药物、抗肿瘤抗生素、激 素、金属络合物或肿瘤放射靶向标记物中的任意一种； 进一步优选地，所述载体为纳米材料，脂质体或油性化合物中的任意一种，或者由多种 油性化合物所组成的混合物。
8. -种药物组合物，其特征在于，所述药物组合物包括权利要求1-2或6任一项所述的 多肽和显像制剂； 优选地，所述的多肽、二价体或多价体与显像制剂相缀合或混合； 优选地，所述的显像制剂为放射性核素、放射性核素标记物或分子影像制剂中的任意 一种。
9. 权利要求1-2或6任一项所述的肽、二价体或多价体在制备用于治疗、预防或诊断癌 症的药物或显像制剂中的用途。
10. 根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述癌症为HER2蛋白过表达的癌症； 优选地，所述癌症为乳腺癌、肺癌、胃癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌或子宫颈癌中的任意一 种。
【文档编号】C12N15/63GK104262460SQ201410453048
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】王子华, 王蔚芝, 胡志远 申请人:国家纳米科学中心