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GLP-1 纯化工艺破局:从实验室案例到工艺路径解析


引言

GLP-1(胰高血糖素样肽-1)作为糖尿病和肥胖症治疗的重要靶点,近年来在医药领域备受关注。随着技术的不断进步,GLP-1下游应用逐渐成为行业焦点。


GLP-1的来源与结构

GLP-1来源于胰高糖素原,通过酶切作用生成多种活性片段,包括GLP-1、GLP-2、IP1和IP2等。这些片段在调节血糖和能量代谢中发挥着关键作用。GLP-1主要由肠道分泌,其独特的生理功能使其成为治疗代谢性疾病的重要靶点。

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图1:GLP-1的来源[1]


GLP-1类似物包括艾塞那肽(exenatide)、利西那肽(lixisenatide)、利拉鲁肽(liraglutide)、杜拉鲁肽(dulaglutide)、索玛鲁肽(sermaglutide)及阿比鲁肽(albiglutide)等[2],已上市GLP-1类药物主要包括贝那鲁肽、艾塞那肽、利拉鲁肽、利西那肽、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)包载的长效艾塞那肽、阿比鲁肽、杜拉鲁肽、索马鲁肽、聚乙二醇洛赛那肽注射液和口服索马鲁肽[3]

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图2:GLP-1类似物序列示意图[4]



市场井喷:

中国GLP-1进入黄金增长期


2025年,中国GLP-1类药物市场

正以惊人的速度扩张。最新数据显示:


  • 全球格局:司美格鲁肽登顶全球“药王”,2025年Q1销售额达 78.64亿美元(约557.76亿丹麦克朗),首次超越默沙东K药;

  • 中国市场:2024年规模突破35亿美元,2025年预计飙升至45亿美元(约326亿人民币),年增速高达28.6%;

  • 减肥赛道:GLP-1类减肥药表现尤为亮眼,2025年市场规模预计突破150亿元,渗透率从2023年不足5%跃升至18%-20%。

  • 核心驱动力:中国肥胖人群基数已达2.4亿(BMI≥25),且仍在持续增长。GLP-1类药物凭借“降糖+减重”双重功效,正从高端消费向普惠医疗加速渗透。



国产GLP-1进入爆发期

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表1:我国国产临床II期及以上GLP-1减重创新药


表2.jpg表2:中国司美格鲁肽生物类似药

和二类新药临床情况

(数据来源各公司财报等公开数据)


未来竞争焦点将集中于疗效优化(如肝脏代谢改善)、给药便捷性(口服/长效制剂)及适应症拓展(如NASH、OSAHS)。中国企业在原料药、仿制药及双靶点创新药领域的突破,或重塑全球GLP-1市场格局。



GLP-1药物工艺流程梳理

GLP-1由于序列比较短,既可以化学合成法,也可以大肠杆菌或者酵母表达,同时可以FC融合进行细胞表达。化学合成法特点是粗产品纯度高,开发难度低,但是成本高,且规模受限制。微生物表达特点是成本低,但是开发难度大。FC融合后的细胞表达特点是开发流程可以参考抗体平台工艺,难度低,且能增加产品稳定性,但成本比微生物高,且需要除病毒验证。


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图3、4、5:GLP-1工艺流程



百林科GLP-1纯化工艺案例


1、大肠杆菌表达

案例1:大肠杆菌破碎澄清后用MaXtar® Butyl捕获,酶切后再用MaXtar® Butyl HR精纯,得到纯度大于95%的料液,总回收率约88%。


A)MaXtar® Butyl捕获

  • 上样样品:破碎离心后样品

  • Buffer A:50mM Tris 0.5M NaCl pH 8.5

  • Buffer B:H2O

  • 层析柱:40.9 mL

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表3:案例1——Butyl捕获的工艺及结果

图片4.png 图6:案例1——Butyl捕获的层析图谱


B)MaXtar® Butyl HR精纯

  • 上样样品:MaXtar® Butyl捕获样品,酶切后上样

  • Buffer A:50mM Tris 0.5M NaCl pH 8.5

  • Buffer B:50mM Tris 0.5M NaCl pH 8.0

  • Buffer C:H2O

  • 层析柱:4.7mL预装柱


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表4:案例1——Butyl HR精纯的工艺及结果


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图7:案例1——Butyl HR精纯的层析图谱


案例2:镍柱纯化带His标签的GLP-1。GLP-1分子在分子设计之处加入His标签的话,可以在纯化阶段使用镍柱亲和纯化,减轻工艺开发难度。具体下游工艺如下所示:


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  • 填料:4.7 mL Ni Chromstar® HR预装柱

  • 实验样品:破碎澄清后样品

  • Buffer A:20mMTris 0.5MNaCl pH8.0

  • Buffer B:20mMTris 0.5M咪唑pH8.0

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表5:案例2——Ni Chromstar® HR的工艺及结果

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图8:案例2——Ni Chromstar® HR的层析图


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图9:案例2——Ni Chromstar® HR的电泳图



得益于优异的偶联工艺和优秀的填料基架特性,Ni Chromstar® HR相比于普通的Ni FF有更高的载量和更高洗脱纯度。经过Ni填料捕获后,得到纯度比较高的GLP-1分子,经过酶切和沉淀/复溶后,即可得到高纯度的中间体,用于后续的偶联修饰及中高压层析。


在微生物表达体系里,除了以上两个案例的MaXtar® Butyl捕获和Ni Chromstar® HR捕获之外,也有用阴离子或者阳离子作为捕获步骤的填料,具体步骤如下所示:


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2、FC融合表达

对于FC融合表达的分子,可以参考抗体纯化工艺,第一步用抗体亲和填料,第二步阴离子流穿模式,第三步根据杂质特点选用阳离子或者阳离子复合模式,同时可以尝试羟基磷灰石填料来去除杂质。


案例3:FC融合表达GLP-1分子,经过抗体亲和层析捕获,阴离子层析流穿模式去除病毒、HCP、HCD等杂质,SEC单体纯度还不达标。客户选用百林科MaXtar® MMC HR,45g/L的上样载量,去除聚体等剩余的杂质。

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图10:案例3——MMC HR的层析图

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表6 :案例3——MMC HR的结果


参考文献

[1]The Possible Involvement of Glucagon-like Peptide-2 in the Regulation of Food Intake through the Gut–Brain Axis

[2]Drucker DJ. GLP-1 physiology informs the pharmacotherapy of obesity. Mol Metab, 2022(57):101351.

[3]LOVSHIN J A. Glucagon-like peptide-1 receptor agonists:a class update for treating type 2 diabetes[J]. Canadian Journal of Diabetes, 2017, 41(5): 524-535.

[4]Glucagon-like peptide-1 receptor agonists for the treatment of type 2 diabetes:Differences and similarities


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