【本篇報導由化學系  杜玲嫻教授研究團隊提供】

　　胜肽類藥物的治療效果常受其內在的聚集傾向而受到阻礙。一個顯著的例子是人體降鈣素（human calcitonin, hCT），這是一種由32個胺基酸組成的肽類激素，由甲狀腺濾泡旁細胞合成與分泌。這種激素在調節血鈣恆定和維護骨骼完整性扮演關鍵角色。然而，hCT易形成類澱粉蛋白纖維（amyloid）的傾向，限制其在臨床上應用。為了克服這個限制，臨床上以聚集傾向較低的鮭魚降鈣素（salmon calcitonin, sCT）作為替代。儘管 sCT 在 N 端與 hCT 具有相同的二硫鍵，但 sCT 在總共16個胺基酸位置上與 hCT 不同。由於序列的差異，在臨床上使用 sCT 作為替代品偶爾會導致患者出現不良副作用。過去杜教授的研究已經發現 Tyr-12 和 Asn-17 這兩個胺基酸，在誘導類澱粉蛋白纖維形成時有重要的作用，透過在這些位點引入雙突變，可以顯著增強阻礙聚集的能力。本研究深入探討了 hCT 雙突變體，簡稱為 DM hCT 以及兩個單突變體（Y12L 和 N17H）的寡聚化和螺旋結構形成，旨在闡明 hCT 纖維化的聚集機制。本研究中利用了計算預測工具來識別潛在的替代品，雖然未獲得完全理想之候選分子，但將新檢測的 hCT 雙突變體與既有突變體進行比較，揭示了降低聚集傾向的分子機制，這項研究工作有望為未來設計更有效的治療性肽類藥物提供參考。

　　本研究深入探討了人類降鈣素的聚集機制，並透過分析單點和雙點突變體的特性，尋求開發出具有更低聚集傾向且高生物活性的藥物替代品。hCT 是一種重要的胜肽類激素，用於治療骨質疏鬆症等疾病，但其內在的聚集特性會降低其生物活性。目前臨床上使用鮭魚降鈣素（sCT）雖有較低聚集傾向，但其序列差異可能導致患者產生不良副作用。研究的最終目標是設計出具有與 hCT 相似甚至更高療效、但聚集傾向更低的胜肽類似物。

　　基於先前研究指出 hCT上的 Tyr-12 和 Asn-17 為關鍵聚集位點，本研究重點探討了以下三種突變體：雙突變體、單突變體 Y12L（將酪胺酸替換為亮胺酸）、單突變體N17H（將天冬醯胺替換為組胺酸）。此外，進一步利用計算工具設計並測試了兩種新的雙突變體：Y12L/N17M和Y12M/N17M。透過光誘導交聯策略（photo-induced cross-linking），探討了胜肽在聚集早期階段的寡聚體分佈。研究發現 Y12L 和 DM hCT 則主要以單體形式存在，僅有少量二聚體。然而，儘管 Y12L 的寡聚體分佈與 DM hCT 相似，但 Y12L 卻表現出較高的聚集傾向。這一意想不到的結果挑戰了「寡聚體的形成是 hCT 澱粉樣蛋白形成關鍵步驟」的最初預期。

　　此外，本研究還探討了突變如何影響胜肽的α-螺旋結構形成和生物活性，因為穩定的螺旋結構被認為是抗聚集和維持生物活性的關鍵。結果顯示，高生物活性與胜肽的螺旋構象的確呈現正相關。為了找到更優異的替代品，研究利用PROTEUS2和Waltz等計算工具設計了 Y12L/N17M 和 Y12M/N17M 兩種新的雙突變體，這些突變體被預測為非聚集性蛋白，並具有高螺旋形成傾向。然而，實驗結果顯示，這兩種新的雙突變體仍會形成類澱粉蛋白纖維，儘管它們具有高螺旋含量和高生物活性。這一結果凸顯了，單純提高螺旋含量並不足以防止 hCT 聚集。本研究工作為未來設計更有效的治療性肽類藥物提供了重要機制基礎。

原文出處：
Chang Y-P, Pan P-C, Tu L-H. Unraveling the underlying mechanisms of reduced amyloidogenic properties in human calcitonin via double mutations. Protein Science. 2024;33(4):e4952. https://doi.org/10.1002/pro.4952