魏剛 謝操 劉瑜 陸偉躍

復旦大學藥學院 （上海 201203）

生物技術的突破和發(fā)展，正在使人類疾病的預防、診斷和治療發(fā)生革命性的變化，特別是DNA重組技術的出現(xiàn)，使多肽和蛋白質(zhì)類藥物大規(guī)模應用于臨床成為可能。1982年美國Lilly公司將重組胰島素投放市場，第一個重組蛋白質(zhì)藥物由此誕生，也標志著生物技術向臨床應用轉(zhuǎn)化取得成功。在隨后的30年時間里，多肽蛋白類藥物產(chǎn)業(yè)迅猛增長，2010年世界前20位暢銷藥品中有7個為多肽或蛋白質(zhì)類的生物技術藥物，預計到2020年，此類藥物占全部藥品銷售收入的比重將超過三分之一。我國《醫(yī)藥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中也明確提出將單克隆抗體藥物、疫苗、基因工程蛋白質(zhì)及多肽藥物作為大力發(fā)展的重點領域[1]。在這樣的背景下，加強對藥學專業(yè)研究生進行此類藥物知識的普及和傳授尤為重要。筆者結合教學實踐，就多肽蛋白類藥物遞送的課程設置與建設作一探討。

1 開設多肽蛋白類藥物遞送課程的必要性

新型多肽蛋白類藥物的研究與開發(fā)對醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有引領作用，但若要真正實現(xiàn)其臨床治療效能的最大化，則必須針對此類藥物的特性設計患者容易接受的合理劑型，這將是需要未來幾代藥學工作者共同解決的問題。然而，國內(nèi)高等院校藥學專業(yè)課程設置與多肽蛋白類藥物蓬勃發(fā)展的態(tài)勢并不相符，似乎尚未做好迎接此類藥物浪潮到來的前期準備。

多肽蛋白類藥物是以氨基酸為基本結構單元的生物大分子。與傳統(tǒng)化學合成藥物相比，多肽和蛋白質(zhì)類藥物具有藥理作用機制明確、給藥劑量少、治療效果顯著的獨特優(yōu)勢，但同時存在分子量大、穩(wěn)定性差、生物利用度低、體內(nèi)生物半衰期短、極易被生物體內(nèi)酶分解等問題，使其臨床應用受到很大限制。通過改變給藥途徑或給藥方式，改善多肽蛋白類藥物的吸收及體內(nèi)外穩(wěn)定性，是藥劑學領域研究的核心問題[2]。傳統(tǒng)的藥劑學理論和方法并不完全適用于這一類理化性質(zhì)特殊的藥物，近年來，圍繞著多肽蛋白類藥物遞送涌現(xiàn)出了一大批新技術，而國內(nèi)高校罕有專門介紹相關知識的課程。另一方面，現(xiàn)在相當一部分藥學和生命科學專業(yè)研究生的科研方向涉及到多肽蛋白類藥物的遞送，他們亟須從課堂上獲取相關知識，以便為后續(xù)開展高水平的科學研究夯實理論基礎。然而，目前多數(shù)高校都是在藥劑學課程中淺淺帶過這部分內(nèi)容，并未對其做系統(tǒng)深入的介紹，這種課程設置已無法滿足發(fā)展多肽蛋白類藥物的需求，相關教學內(nèi)容的調(diào)整已勢在必行。

為了順應多肽蛋白類藥物的飛速發(fā)展，同時結合自身的科研興趣，筆者在復旦大學藥學院為研究生開設了《多肽蛋白藥物的修飾與遞送》課程。作為響應教育部在《深化研究生教育改革的意見》中提出的“增強學術學位研究生課程內(nèi)容前沿性”和“構建符合專業(yè)學位特點的課程體系”號召[3]的一種嘗試，期望該課程能夠豐富研究生專業(yè)知識，拓寬學術視野，增強就業(yè)競爭力，提升完成相關科學研究和適應醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢的能力。

2 多肽蛋白類藥物遞送課程的講授內(nèi)容

課程講授多肽蛋白藥物的發(fā)展狀況、理化特性、制備合成、結構修飾、體內(nèi)過程、穩(wěn)定策略、遞送手段等內(nèi)容，目的在于使學生了解多肽蛋白類藥物遞送系統(tǒng)研究和應用的前沿動態(tài)，掌握此類藥物制劑的設計思路、需要著重考慮的問題和可行的解決方案，熟悉多肽蛋白類藥物的修飾和遞送方法以及提高體內(nèi)外穩(wěn)定性和改善生物利用度的策略。在課程建設和講授過程中，教學團隊力求突出以下幾個方面的特色。

2.1 立足理化特性，聚焦共性問題

討論多肽和蛋白質(zhì)的遞送問題必須建立在熟悉此類藥物結構和理化特性的基礎之上。多肽和蛋白質(zhì)都是由氨基酸按一定順序通過肽鍵連接而成，二者的主要區(qū)別在于所含氨基酸殘基數(shù)目的多寡以及是否存在高級構象。這種共性的結構特征決定了多肽和蛋白質(zhì)在體外易發(fā)生水解，進入體內(nèi)后又容易被酶降解。而且，每一種天然的蛋白質(zhì)均具有特定的空間構象，這種脆弱的構象如若發(fā)生改變，其生物功能必將受到影響，甚至失去生物活性。由此可見，多肽和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是設計和開發(fā)此類藥物遞送系統(tǒng)必須重點考慮的共性問題[4]。

像Genetech和Novo Nordisk這些致力于開發(fā)多肽蛋白類藥物的制藥公司，非常清楚制劑的穩(wěn)定性對于產(chǎn)品能否取得成功扮演著極其重要的角色，甚至組建專業(yè)的團隊解決研發(fā)過程中遇到的穩(wěn)定性問題。但是在與研究生交流過程中，筆者發(fā)現(xiàn)從事多肽蛋白類藥物遞送研究的學生多數(shù)未對穩(wěn)定性問題給予足夠重視，結果往往導致獲得的釋放行為或療效不理想。

為了幫助學生更好地理解藥物遞送系統(tǒng)的設計思路，課程在前期對多肽和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定化策略做了較多鋪墊。例如，在介紹多肽和蛋白質(zhì)的結構時，指出各種氨基酸以及氨基酸之間形成的肽鍵對降解反應的易感性不同;對于液體制劑，分析緩沖鹽類型和離子強度如何影響多肽和蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性;對于固體制劑，講授如何根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）篩選凍干保護劑等。不僅如此，課程強調(diào)將穩(wěn)定化的理念從始至終貫穿于多肽蛋白類藥物遞送系統(tǒng)的設計。例如，在講授微粒給藥系統(tǒng)時，介紹制劑制備過程中如何減少蛋白吸附和保持構象穩(wěn)定;對于可生物降解的長效制劑，討論如何避免材料降解產(chǎn)生的酸性微環(huán)境導致蛋白變性等。通過上述內(nèi)容的學習，使研究生掌握了穩(wěn)定多肽蛋白類藥物的基本方法，也使學生認識到，設計和構建此類給藥系統(tǒng)，只有從制劑制備到貯存運輸直至體內(nèi)釋放的每一步驟都重視保持藥物穩(wěn)定，才能夠最終獲得理想的產(chǎn)品。

2.2 相關學科交融，擺脫制劑局限

實現(xiàn)多肽蛋白藥物的修飾與遞送不能僅依靠藥劑學知識，更需要不同學科之間的交匯與融合。相對于小分子藥物，多肽蛋白類藥物分子中的氨基酸組合類似于一種“模塊化”的結構，容易進行化學修飾，即不影響其生物活性，又可顯著改變其穩(wěn)定性或體內(nèi)過程。臨床應用的多肽蛋白類藥物中，有相當一部分經(jīng)過了一級結構改造或聚乙二醇（PEG）修飾，如PEG化干擾素、PEG化腫瘤壞死因子α、PEG化L-天冬酰胺酶和 PEG化白介素-2等，更多的PEG化藥物正處于不同的研發(fā)階段[5]。目前這一領域的研究方興未艾，因此也成為課程不可回避的一個主題。

課程內(nèi)容中專門開辟了一個版塊，講授有關多肽化學合成、蛋白拼接和折疊以及結構修飾的進展和方法。雖然這部分內(nèi)容涉及到生物化學和有機化學的理論背景，超出了傳統(tǒng)藥劑學的研究范疇，但是采用這種多學科相互交叉的方式授課，對拓展研究生的知識結構非常有益。學生不僅了解了對多肽和蛋白質(zhì)進行結構改造和PEG化修飾的基本方法，更重要的是，當期望改變此類藥物的體內(nèi)分布和代謝速率時，他們的思路將不僅僅局限于采用藥劑學的手段，同時還會想到從多肽蛋白分子的結構源頭入手也是解決問題的實用策略。

2.3 掌握基本理論，追蹤前沿進展

多肽蛋白類藥物的理化性質(zhì)迥異于小分子化合物，傳統(tǒng)的藥劑學理論不完全適用于其給藥系統(tǒng)的設計。例如，受到界面吸附和聚集變性等因素的影響，經(jīng)典的溶出方程無法合理地解釋多肽蛋白類藥物的釋放行為，增加了研發(fā)其遞藥系統(tǒng)的復雜性和難度。但是，某些藥劑學和生物藥劑學的基本理論對多肽蛋白類藥物制劑的設計仍然具有重要的指導意義。例如，影響化學藥物經(jīng)胃腸道吸收的因素同樣適用于像多肽和蛋白質(zhì)這樣的生物大分子，穩(wěn)定性差和親水性強是導致此類藥物口服生物利用度低的主要原因。基于改善疏水性和穩(wěn)定性原理的一些新穎藥物遞送技術正在逐漸向臨床應用轉(zhuǎn)化，包括Emisphere公司的Eligen技術、Biocon公司的Nobex技術、Merrion公司的GIPET技術等。

只有基礎與前沿并重才能真正發(fā)揮課程對提升研究生科研水平的積極作用。本課程一方面闡明傳統(tǒng)理論應用于多肽蛋白類藥物存在的局限，幫助研究生對已經(jīng)掌握的知識進行梳理和“去偽存真”;另一方面通過列舉諸如上述具體實例引出本領域的最新理論，促進研究生知識結構的更新。采用舉例的方式介紹成功的多肽蛋白類藥物遞送策略，并結合理論知識剖析這些技術取得成功的原因，使學生對枯燥的理論形成直觀的認識，加深對理論知識的理解，更好地總結和汲取前人成功的經(jīng)驗。

雖然目前多肽蛋白類藥物的臨床應用仍以注射途徑為主，但人們從未停止過探索其他替代給藥方式的腳步，而且已經(jīng)在長效注射制劑以及口服給藥、肺部吸入給藥和黏膜給藥等領域取得了一定的突破。在多肽蛋白類藥物遞送技術版塊，本課程按照給藥途徑分別講授各領域的最新研究進展，特別是已經(jīng)應用于臨床或正在進行臨床評價的新制劑和新技術。利用多媒體圖解新技術的原理，展示新產(chǎn)品的照片，輔以形象地介紹，通過課堂教學使學生充分了解多肽蛋白類藥物制劑的發(fā)展動態(tài)，為他們站在高水平的起點上開展科研工作提供充足的知識儲備。

2.4 教學融入科研，注重學以致用

研究生教育是培養(yǎng)高層次人才的主要途徑，是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分。研究生課程不應該僅僅是灌輸知識，而更應該側(cè)重于培養(yǎng)能力，達到“授人以漁”的效果。在課堂上講授理論知識和前沿進展只是“紙上談兵”，加強案例教學，注重理論與實踐相互交融和滲透，則是提升學生分析問題和解決問題能力的有效途徑。案例教學不同于簡單的舉例，要圍繞一個中心問題開展調(diào)查、思考、分析和討論等活動，強調(diào)學生親自參與并將所學知識融會貫通，是一種啟發(fā)式教學手段[6]。典型案例的選擇既要貼近臨床應用，又要體現(xiàn)研究領域關注的熱點，這樣才能激發(fā)學生的興趣，將教學與科研緊密聯(lián)系在一起。胰島素和生長激素等蛋白藥物理化性狀明確、研究相對深入、劑型較為豐富，本課程以其作為典型案例，結合藥物自身特性分析設計遞送系統(tǒng)容易出現(xiàn)的問題，討論可行的給藥途徑和遞送方法，啟迪創(chuàng)新思維，鍛煉研究生綜合運用所學理論知識解決實際問題。

課程宗旨定位于提高研究生的創(chuàng)新和實踐能力，期望在有限的課時內(nèi)傳授更多對學術和職業(yè)發(fā)展有益的知識。通過對文獻素材進行遴選和提煉，課程側(cè)重講授工業(yè)生產(chǎn)和臨床應用可行性強的新制劑和新技術。對于設計復雜、仍處于基礎研究階段的遞藥系統(tǒng)，實用性不強但對開拓科研思路有一定幫助，因此僅作為了解內(nèi)容簡單介紹。

課程以藥物修飾和遞送為主線展開，同時在每一版塊都設置了介紹多肽和蛋白質(zhì)檢測與評價方法的單元，例如理化特性測試、各級結構檢測、生物樣本分析、制劑含量檢測等。這部分內(nèi)容所占比例很小，但卻是課程主線的必要補充，對于促進學以致用具有重要意義。只有建立多肽蛋白類藥物的分析檢測方法，后續(xù)的修飾和遞送效果才有評判的標準。對于即將投身科研或步入醫(yī)藥行業(yè)的研究生，這些方法則是進入多肽蛋白類藥物遞送領域的鑰匙，也是連接理論與實踐的紐帶和橋梁。

3 多肽蛋白類藥物遞送課程的教學模式

相對于本科生教學，研究生教學與科研之間的聯(lián)系更為緊密，教學目標更強調(diào)培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和科研能力，對講授內(nèi)容的深度、前沿性和信息量要求更高，同時授課方式也允許更加靈活多樣。

3.1 具有實踐經(jīng)驗的教學團隊保障良好的授課效果

科研與教學相輔相成，以科研促教學是高校教學發(fā)展的一個重要方向。本課程的教學任務由一支年輕的團隊承擔，參與授課的教師都活躍在多肽蛋白類藥物制劑研究的第一線。例如，結構修飾版塊的主講教師專程赴國外進修，諳熟各種蛋白質(zhì)合成與修飾技術，因此這部分內(nèi)容也成為本課程的特色之一。源于自身的科研興趣，教師平時關注行業(yè)動態(tài)，及時追蹤文獻報道，對本領域發(fā)展趨勢有相當程度的了解，有利于把學生引領到學科最前沿。

授課教師在從事相關研究過程中積累了豐富經(jīng)驗，對理論知識理解更透徹，把握關鍵科學問題更準確，設置案例更具有代表性和普遍性，而且可以將切身經(jīng)歷的典型事例或點滴趣事融入日常教學，在活躍的課堂氛圍中培養(yǎng)學生的探索精神。

3.2 課堂講授與專家報告相結合促進獲取豐富信息

以培養(yǎng)高層次人才為目標的課程需要提供豐富的專業(yè)信息，才能達到拓寬研究生學術視野的效果。多肽蛋白類藥物遞送的教學內(nèi)容涵蓋多個主題，教學團隊的成員不可能涉獵其中每一個方向。如果教師缺乏與授課內(nèi)容有關的科研實踐經(jīng)驗，講授的知識往往空洞而膚淺，難以獲得理想的教學效果。

教學團隊采取智力引進的方式填補知識空缺。筆者所在單位為智能化遞藥教育部重點實驗室（復旦大學），每年均有數(shù)名來自國際知名學府的高級訪問學者開展交流。在訪學期間，教學團隊邀請他們結合自身的科研興趣為研究生做學術報告，這種教學形式極大地增強了授課內(nèi)容的靈活性和廣度，不僅將國際前沿水平的研究成果呈現(xiàn)給研究生，而且也為研究生提供了與知名專家學者面對面交流的機會，學生受益頗多。例如，丹麥的多肽蛋白類藥物及制劑發(fā)展水平處于世界領先行列，因此筆者邀請哥本哈根大學藥學院的Mingshi Yang教授做了題為“改善多肽和蛋白藥物遞送的顆粒工程化技術”的報告，對包載多肽和蛋白藥物顆粒的制備、穩(wěn)定化以及評價方法等幾個方面進行了系統(tǒng)介紹，并與現(xiàn)場的學生互動交流，回答大家的提問，氣氛熱烈，收效甚佳。

3.3 文獻閱讀加深理解，互動研討激發(fā)創(chuàng)造力

研究生教學與本科生教學的區(qū)別除了授課內(nèi)容的深度和廣度之外，還在于前者要重視培養(yǎng)學生的自主學習能力。教師扮演著引路者的角色，將學生帶入到一個新的領域，在課堂上教會他們基本理論和思維方式，更高層次的科研素質(zhì)和能力必須通過主動吸收課外知識才能夠獲取，而文獻閱讀是獲取知識的最佳方式。利用閱讀文獻闡述對所學知識的理解或探究課程所涉及的科學問題，也是檢驗教學效果的有效手段。

本課程考評強調(diào)“學為所用”，希望學生能夠綜合運用所學知識，分析和解決今后科研和從業(yè)過程中遇到的問題。基于這一考慮，課程采用“自由命題，講讀文獻”的模式進行考評。命題范圍限定在多肽蛋白類藥物的結構修飾、體內(nèi)過程、穩(wěn)定化和新型遞藥系統(tǒng)四大方向，建議學生結合各自的科研興趣自擬主題，精讀3～5篇文獻對選定領域的某項新技術或某一具體問題作綜合評述。每位學生要在課堂上陳述自己的見解和觀點，全體學生一起展開討論，教師作為觀察員列席并給予點評。這種考評方式有效地促進學生深入思考自己感興趣的科學問題，并獨立地借助文獻工具尋找問題的答案，而且每一次陳述后的討論都能夠激發(fā)大家的創(chuàng)造力，綜合評價了學生運用基本理論知識的能力和把握學科前沿進展的程度，非常契合本課程的教學目標。

多肽蛋白類藥物遞送課程開設時間不長，課程內(nèi)容和設置或許還存在欠缺，上述思考和觀點也未必成熟，但筆者所在的教學團隊在探索此類藥物制劑教學模式的道路上已經(jīng)邁開了重要的一步。筆者希望借此文喚起藥學教育界同仁對多肽蛋白類藥物制劑教學的重視，促進我國在該領域的教學水平與多肽蛋白類藥物遞送技術一同成長。

[1]醫(yī)藥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].中央政府門戶網(wǎng)站.[2014-01-04]http://www.gov.cn/gzdt/att/att/site1/20120119/782bcb8889ab1081f51901.pdf，htm.

[2]McCrudden MT，Singh TR，Migalska K，Donnelly RF.Strategies for enhanced peptide and protein delivery[J].Ther Deliv，2013，4（5）:593-614.

[3]關于深化研究生教育改革的意見[EB/OL].教育部門戶網(wǎng)站.[2014-01-04]http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A22_zcwj/201307/154118.html，htm.

[4]Manning MC，Chou DK，Murphy BM，Payne RW，Katayama DS.Stability of protein pharmaceuticals:an update[J].Pharm Res，2010，27（4）:544-575.

[5]林中翔，胡艷玲，譚小燕.談蛋白多肽類藥物聚乙二醇化修飾的研究進展[J].中國醫(yī)藥指南，2013，15（11）:453-454.

[6]張家軍，靳玉樂.論案例教學的本質(zhì)與特點[J].中國教育學刊，2004，1:48-50.