化学与分子工程学院吕华课题组与合作者利用原位“接枝聚合”技术破解蛋白药物长效与免疫原性难题
高尿酸血症是由于机体嘌呤代谢紊乱，导致其代谢终产物尿酸在血中异常蓄积而形成的慢性代谢性疾病。近年来，由于生活方式，饮食结构等变化，患者数量迅猛增加，在部分发达国家发病率高达30%—40%，而在我国部分省市成年男性人群中，高尿酸血症与痛风的合计患病率也已经高达25%—35%。高尿酸血症与痛风不仅是高血压、心脑血管疾病、慢性肾脏病与糖尿病的独立风险因素，痛风更是给患者造成了巨大的疼痛，严重影响患者生活质量。
近年来，尿酸氧化酶（UOx）重组制剂成为高尿酸血症与痛风等疾病治疗的新方法。尿酸酶（UOx）作为一种能够将尿酸转化为更易溶解和排泄的尿囊素的功能性酶，广泛存在于大多数生物体内，但人类等某些灵长类动物却缺乏这种酶。因此，通过补充外源性UOx来治疗高尿酸血症的酶替代疗法（ERT）应运而生。尿酸酶天然形式半衰期短且免疫原性强，现有的聚乙二醇化尿酸酶药物制剂（PEG-UOx，如Pegloticase）虽延长了药物半衰期，但仍存在明显的“加速血液清除”（ABC）效应，高达92%的患者会产生抗药抗体，42%产生抗PEG抗体，导致疗效下降甚至诱发严重过敏反应，使得该制剂临床应用受到极大限制。COVID-19大流行期间广泛使用的PEG化mRNA疫苗进一步加剧了人群对PEG的预存抗体问题，这使得PEG修饰类药物的临床应用面临严峻挑战，亟需开发新的蛋白药物修饰技术。
图1 文章上线截图
2025年3月5日，北京大学教授吕华团队、中国科学院深圳先进技术研究院研究员罗小舟团队、国家纳米科学中心研究员杨雨荷团队在Angewandte Chemie International Edition上发表合作文章“Nanourchin-like Uricase-Poly(L-proline) Conjugate with Retained Enzymatic Activity, Mitigated Immunogenicity, and Sustained Efficacy Upon Repeated Administrations”，提出一种全新的蛋白药物修饰方法，为解决蛋白药物长效化与高免疫原性难题提供重要突破手段。
研究团队通过独创的“原位接枝聚合”技术，将刚性聚脯氨酸（PLP）以高密度原位修饰于尿酸酶表面，形成具有纳米级“海胆”结构的尿酸氧化酶-聚脯氨酸偶联物（UOx-PLP）。其核心突破包括：
（1）高密度屏蔽效应：每个UOx亚基接枝13.8条聚脯氨酸链，形成致密保护层，有效掩盖免疫原性表位；
（2）优异稳定性：在高温、冻融、冻干以及蛋白酶环境中，聚脯氨酸偶联物UOx-PLP的稳定性显著优于传统PEG化药物；
（3）低免疫原性，无加速清除效应：在连续给药后，抗UOx抗体水平仅为天然UOx的1/250，抗PLP抗体几乎不可检测。而且在三次给药后，PEG-UOx半衰期缩短至首次的40%，而UOx-PLP药代动力学参数保持稳定。更重要的是，交叉给药实验表明对已产生高滴度抗UOx和抗PEG抗体的实验动物，UOx-PLP仍能维持较好的药代动力学，为PEG治疗失败的患者提供额外选择。
图2 “原位接枝聚合”技术示意图
针对高尿酸血症与痛风这一严峻的临床现状，研究团队构建了拟人化高尿酸血症小鼠动物模型进行了5次连续尿酸酶给药实验。实验结果显示，UOx-PLP组小鼠的血尿酸水平在给药后显著降低，并且5次给药后疗效无明显衰减，血尿酸水平仍低于治疗阈值；此外，UOx-PLP在小鼠体内的药代动力学特征稳定，半衰期较长，能够持续发挥降低尿酸的作用。相比之下，PEG-UOx组药物在第三次后即出现明显的疗效下降，且疗效下降与其血液中抗药抗体增加在时间上高度一致。这一实验结果不仅证明了UOx-PLP在治疗高尿酸血症方面的优越性，还为该新型蛋白修饰方法的临床应用提供了有力的支持。
图3 UOx-PLP治疗高尿酸血症的优越性
研究人员表示，UOx-PLP的成功开发为未来高尿酸血症和痛风的治疗提供了新的方向和思路。UOx-PLP的简单制备工艺（一步法，5分钟完成）、优异稳定性、安全性、低免疫原性、高酶活性为其临床转化奠定坚实基础。此外，该研究还为其他治疗性蛋白，尤其是酶类药物的开发提供了重要的参考和借鉴，有望推动ERT的快速发展。未来，研究团队将进一步优化UOx-PLP的制备工艺和性能，加快其临床转化进程，为患者带来福音。
吕华、罗小舟、杨雨荷为该文共同通讯作者。北京大学博士研究生赵锐驰、中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员张洋铭为论文的共同第一作者。该项研究成果获得国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金重点项目、深圳市科技重大专项、中国科学院深圳先进技术研究院以及深圳合成生物学创新研究院等项目的资助。
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