新“藥王”誕生！揭秘百億替爾泊肽背后的純化攻堅戰

2025年11 月26號

據禮來公司2025年第三季度財報顯示，其旗下代謝治療藥物替爾泊肽（包括降糖版Mounjaro和減重版Zepbound）單季度銷售額突破101億美元，前三季度累計銷售額達到248.37億美元，正式超越默沙東帕博利珠單抗（Keytruda），成為全球新任“藥王”。

這一更迭比市場預期提前了至少一年，不僅標志著單個藥物的商業化成功，更預示著全球醫藥產業重心正在發生深刻變革。代謝疾病治療領域首次登頂全球藥品銷售榜首，打破了腫瘤藥物長期主導的格局。

一、關于替爾泊肽

替爾泊肽（Tirzepatide）是一款GIP（葡萄糖依賴性促胰島素多肽）和 GLP-1（胰高糖素樣肽-1）雙受體激動劑藥物。替爾泊肽針對肥胖根源發揮作用，可以減少食欲和飲食攝入。此前，替爾泊肽已獲NMPA批準適用于：在飲食控制和運動基礎上，接受二甲雙胍和/或磺脲類藥物治療血糖仍控制不佳的成人Ⅱ型糖尿病患者；在控制飲食和增加運動基礎上，初始體重指數（BMI）符合以下要求的成人的長期體重管理：≥28 kg/㎡（肥胖），或≥24 kg/㎡（超重）并伴有至少一種體重相關合并癥（例如高血壓、血脂異常、高血糖、阻塞性睡眠呼吸暫停、心血管疾病等）。

替爾泊肽由17種共39個氨基酸（包括37個編碼氨基酸和2個非編碼氨基酸）組成，替爾泊肽含有一條與司美格魯肽結構中相似的側鏈，它是由一個C20脂肪二酸通過谷氨酸和2-(2-(2-氨基乙氧基)乙氧基)乙酸二聚物，連接到側鏈的賴氨酸殘基上。

圖1 替爾泊肽結構示意圖

與司美格魯肽不同的是，替爾泊肽在主鏈部分引入了兩個非天然氨基酸，而司美格魯肽在多肽主鏈上只引入了一個非天然氨基酸（Aib），這就導致采用生物發酵法合成替爾泊肽難度大大增加，目前的工藝基本采用固相合成法或固液聯合法來完成替爾泊肽的合成。

二、生產工藝

當前，全球市場上已經問世的多肽藥物超過100種，且有200種多肽藥物正在進行臨床試驗，這些藥物在免疫學、腫瘤學、心血管疾病等多個醫療領域得到了廣泛應用。在這些多肽藥物中，GLP-1類藥物（用于治療肥胖和Ⅱ型糖尿。┮約吧ぜに爻晌聳諧∩系南災恚遣喚鮒っ髁碩嚯囊┪锪煊虻木藪笄繃Γ蒼な玖似湮蠢吹姆⒄骨魘。

談到GLP-1類藥物的生產，生物發酵和化學合成是當前GLP-1受體激動劑藥物的主要生產方式。

1生物發酵：

生物發酵是一種利用微生物（如細菌、酵母或哺乳動物細胞）生產藥物的方法。在制備GLP-1受體激動劑時，可以通過基因工程技術將編碼GLP-1類似物的基因插入到宿主細胞中，然后通過培養這些細胞使其表達目標肽。這些肽隨后從細胞中提取并通過純化過程得到最終產品。

生物發酵的優點包括：

可以生產與人體內GLP-1結構相似的肽；

通過選擇性表達特定基因，可以生產出具有改進特性（如更長的半衰期或增強的生物活性）的GLP-1類似物；

生物系統可以進行后翻譯修飾，這對于肽類藥物的穩定性和生物活性至關重要。

2化學合成：

化學合成法上游主要采用多肽固相或液相合成，即通過樹脂載體或在液體溶液體系下進行氨基酸偶聯合成多肽。這包括使用固相肽合成（SPPS）技術，其中氨基酸逐個添加到生長中的肽鏈上。

化學合成的優點包括：

精確控制肽的序列和修飾，可以實現高度定制化的藥物設計；

可以快速合成大量肽，適合大規模生產；

合成過程中可以引入非天然的氨基酸或化學修飾，以改善藥物的穩定性、溶解性或生物利用度。

傳統多肽藥物的研發主要采取生物發酵法，存在著生產成本高、純度低、穩定性差等問題。隨著多肽合成技術的不斷進步，現代多肽藥物的研發主要依賴于人工合成。目前已上市的多肽藥物多數是通過化學合成法制備，并且固相合成工藝占主導，固相合成法具有粗品收率和純度高，研發周期短等優點，而且固相合成可以切成多個片段，分包給不同的生產服務商，從而有效地規避風險。

三、生產難點

替爾泊肽作為GIP/GLP-1雙受體激動劑，在分子設計上引入了兩個非天然氨基酸（D-Ala和N-Me-Ile），這一結構特征顯著區別于司美格魯肽（Semaglutide）僅含一個非天然氨基酸（Aib）的設計。這種差異直接導致其生產工藝的復雜性大幅提升，尤其是在生物發酵法的應用上面臨多重技術瓶頸，迫使當前工業化生產主要依賴化學合成路徑。

1生物發酵法的局限性

生物發酵法通過重組微生物（如大腸桿菌或CHO細胞）合成目標多肽，但其對非天然氨基酸的兼容性存在天然缺陷：

基因編碼限制：

天然氨基酸由20種標準密碼子編碼，而非天然氨基酸需通過人工改造宿主細胞的遺傳系統（如引入正交tRNA/氨酰-tRNA合成酶對）。替爾泊肽需同時表達兩種非天然氨基酸，這對菌株工程化改造提出極高要求；相比之下，司美格魯肽僅需引入Aib，發酵法適配性更高。

翻譯效率與產物純度：

非天然氨基酸的摻入會降低宿主細胞的翻譯效率，并可能引發肽鏈折疊異常或錯誤連接。例如，D-Ala的引入需通過酶促動力學控制實現手性反轉，而N-Me-Ile的甲基化修飾則需依賴額外的甲基轉移酶，這些步驟延長工藝周期并增加雜質風險（如未修飾的天然氨基酸片段）。

規模化生產的經濟性：

發酵法依賴高產率的細胞工廠，但替爾泊肽的復雜結構使其難以通過傳統工藝實現穩定放大。替爾泊肽是一個含有39個氨基酸的線性肽。在固相合成中，隨著肽鏈的延長，即使每一步偶聯效率達到99.5%，最終全長序列的理論收率也會急劇下降。任何一步反應的微小瑕疵都會在最終產物中累積、放大。

2化學合成路徑的挑戰

當前，替爾泊肽的工業化生產主要采用固相合成（SPPS）與液相合成（LPPS）結合的混合策略，通過分段合成關鍵片段并高效偶聯以平衡產率與純度。然而，這一路徑仍面臨以下核心難點：

片段選擇與連接效率：

替爾泊肽總長39個氨基酸，需拆分為4–5個片段（如AA1–14、AA15–21）。片段過短雖可提升單片段純度（>99%），但增加LPPS偶聯步驟（每步產率約70–80%），導致整體收率驟降；片段過長則可能因折疊困難或副反應增多而降低純度。

C末端差向異構風險：

液相偶聯過程中，片段C末端的酰胺鍵易發生α-立體中心差向異構化（尤其在Fmoc保護基體系中）。例如，替爾泊肽的C末端片段（AA30–39）因含D-Ala，偶聯時需嚴格控制溫度（<5℃）與反應時間（4–6小時），并采用HATU等高效縮合劑以降低異構體生成。

D-Ala的引入：

需通過化學合成法實現手性反轉，通常采用Sharpless不對稱環氧化或酶促動力學拆分策略。此過程需額外引入保護基團（如Boc或Fmoc），并在片段偶聯前完成去保護，增加工藝步驟與雜質控制難度。

N-Me-Ile的合成：

甲基化修飾需在側鏈引入甲基化試劑（如碘甲烷或硫酸二甲酯），但其強堿性條件可能破壞肽鏈主鏈的酰胺鍵，導致脫酰胺化副產物。因此，該修飾通常在片段合成后期進行，并需采用溫和的甲基化條件（如低溫、限量化合物）。

替爾泊肽的兩個非天然氨基酸設計，在賦予其卓越療效的同時，也將其生產工藝推向了一個新的高度。這不僅是簡單的步驟增加，更是從相對“生物友好”的發酵模式，向高難度、高控制的“精密化學合成”模式的根本性轉變。未來，半合成法（發酵+化學修飾）、連續流合成技術有望進一步優化替爾泊肽的生產效率與質量一致性，為雙靶點多肽藥物的廣泛應用奠定基礎。

四、純化案例分享

替爾泊肽的合成主要采用固相合成（SPPS）與液相合成（LPPS）相結合的策略，兼顧效率與純度。

1固相/液相聯合合成法

禮來公司開發的替爾泊肽，就是通過固相合成法合成多個短肽片段（AA1-14、AA15-21、AA22-29和AA30-39片段）。再通過液相合成方法將上述四個片段結合得到最終產物。而合成這些短肽片段的固相合成過程中，并非是一個一個氨基酸偶聯完成，而是通過帶有Fmoc或Boc保護的二肽或四肽進行偶聯得到多個長片段。這樣做可以減少氨基酸的使用量，同時減少雜質的生成，提高生產效率和產品質量。

2固相合成法

使用Rink酰胺樹脂作為固相載體，逐步偶聯氨基酸。例如，首先固定Fmoc-Ser(tBu)-OH，依次脫保護（哌啶/DMF）和偶聯（HOBt/DIC活化羧基），直至完成目標序列。

合成結束后，用三氟乙酸（TFA）裂解樹脂并去除側鏈保護基，獲得粗肽。