隨著生物技術的飛速發展，蛋白質藥物已成為生物技術新藥的主要品種。如促紅細胞生長素（EPO）、粒細胞集落刺激因子（Ｇ-ＣＳＦ）、干擾素、白介素、胰島素以及各種疫苗等。目前已有４０種以上重要的治療藥物上市，７２０多種生物技術藥物正進行Ⅰ、Ⅲ期臨床試驗或接受ＦＤＡ審評，其中２００種以上的藥物進人最后的批準階段。但是蛋白質藥物在體內會被快速清除，這是由于組織中大量存在的蛋白酶，能夠水解蛋白質藥物，使其喪失活性，同時由于腎小球的濾過作用，分子量小于６９ｋＤａ的分子在代謝過程中易被清除，肝臟在藥物代謝過程中也具有重要作用， 因而蛋白質藥物半衰期都很短。為了維持一定的療效需要大劑量頻繁用藥，長期的反復注射不僅增加了病人的痛苦而且易引發一系列副反應。因此臨床上需要研制長效的蛋白質藥物。目前，已經建立的改善蛋白質藥物半衰期的技術包括：蛋白藥物的化學修飾、蛋白質融合、微囊化／納米粒、糖基化、構建抗蛋白酶突變體等。本文將上述五種技術用于蛋白質藥物長效化的研究進展作一綜述。
1、 化學修飾
化學修飾是延長蛋白質藥物半衰期的一個有效途徑。它是一種將分子量小的蛋白質藥物共價連接到具有較大分子量的分子上，例如聚乙二醇和白蛋白，共價連接到大分子上能減小免疫原性，改善可溶性和生物學利用度，以及增加抗蛋白水解作用，同時也能夠延長半衰期。然而，生物活性分子共價修飾的作用被內在生物活性的損失所限制，例如，由于空間位阻而使受體結合減少，無活性分子整合到活性肽的一個或多個位點而產生的異質性。終產物的結構異質性通常伴隨著功能異質性，致使生物活性或酶活性減小。聚乙二醇是由環氧乙烷聚合而成的大分子聚合物，ＰＥＧ類修飾劑和其他修飾劑相比，具有無毒性，良好的溶解性，免疫原性低，且相對分子量范圍寬，選擇余地大等優點。而且ＰＥＧ可以將它的許多優良特性賦予修飾后的生物分子。經聚乙二醇共價修飾后，蛋白質藥物的相對分子質量有所增加，減少了藥物排泄，增加其抵抗蛋白酶分解的穩定性，降低免疫原性，這些改變均有利于延長藥物在體內的半衰期，從而，蛋白質藥物的藥代動力學和藥效性質得到明顯改善。例如，ＰＥＧ修飾的干擾素α（ＩＦＮ-α）與未修飾的ＩＦＮ-α相比，半衰期延長１０～２０倍；超氧化物歧化酶ＰＥＧ修飾前半衰期為５ｍｉｎ，ＰＥＧ修飾后半衰期延長至４．２ｈ。用ＰＥＧ５０００修飾胰高血糖素，然后檢驗此種修飾對胰高血糖素的構象和生物學穩定性的影響。檢測胰高血糖素樣品和 Ｐ Ｅ Ｇ修飾的胰高血糖素的二級結構，并評估其物理穩定性。發現未經修飾的胰高血糖素，分子間形成了許多β折疊結構，成纖維的延遲時間短；而ＰＥＧ修飾后的胰高血糖素只有少量的分子間β折疊，并未出現纖維，物理穩定性明顯高于前者。
迄今為止，國外已有多種ＰＥＧ修飾的蛋白質類藥物應用于臨床。目前已經上市的ＰＥＧ化的蛋白藥物有ＰＥＧ化的Ｌ-天冬酰胺酶（Ｅｎｚｏｎ公司的Ｏｎｃａｓｐａｒ）、
ＰＥＧ化的干擾素αｂ （ＩＦＮ-α、ｂ）（Ｓｃｈｅｒｉｎｇ公司的ＰＥＧＩｎｔｒｏｎ）、ＰＥＧ化的干擾素αａ （ＩＦＮα-ａ）（Ｒｏｃｈｅ公司的Ｐｅｇａｓｙｓ）和ＰＥＧ化的粒細胞集落刺激因子（Ｇ-ＣＳＦ）（Ａｍｇｅｎ公司的Ｎｅｕｌａｓｔａ）。
2、 蛋白質融合
應用蛋白質融合能夠構建具有雙功能的目的蛋白，這種融合蛋白是將兩個或多個基因的編碼區首尾連接，由同一調控序列控制構成的基因表達產物。在分子水平，這個技術具有設計簡單靈活的特性，因為構建突變體時不需要插入連接序列而直接在Ｃ端或Ｎ端融合。因此，這種技術能廣泛地應用于構建生物活性分子，而且它的應用性不會因為生物分子的大小或活性而受到限制。常選用半衰期較長，分子量較大的分子作為載體構建融合蛋白，人血清白蛋白（ＨＳＡ）或免疫球蛋白（ＩｇＧ）的Ｆｃ片段應用最為廣泛。故以人血清白蛋白和Ｆｃ片段的融合技術為代表進行闡述。
人血清白蛋白是血漿中含量最多的蛋白，分子量６７ｋＤａ，它在血管和血管外室的循環中分布廣，半衰期可達到１９天，且結構非常穩定，無明顯的免疫原性，是血液中重要的物質輸送和藥物運輸載體，所以它成為藥物設計理想的載體蛋白， 用于改善藥物的半衰期，延遲藥物清除，增加藥物暴露，減少注射頻率，改善病人對治療的順從性和耐受性。目前，多種蛋白與ＨＳＡ融合后在實驗動物體內半衰期的延長得到了證實，例如成功地將白蛋白與激素（胰島素、天然胰高血糖素、人生長激素）、細胞因子（干擾素α-２ｂ、ＩＬ２） 等融合，獲得更穩定的循環蛋白，融合蛋白同時具有人血清白蛋白的長半衰期， 和生物學活性及治療特性。通過此技術已對許多蛋白質進行了改造。人胰島素／白蛋白融合蛋白（Ａｌｂｕｌｉｎ）在小鼠體內半衰期比天然胰島素提高了４２倍。在畢赤酵母中表達的胰高血糖樣肽素-１融合蛋白（ＧＬＰ-１／ＨＳＡ）在小鼠體內的半衰期比單獨的ＧＬＰ-１延長４倍。干擾素α融合蛋白（ＩＦＮ-α／ＨＳＡ）的半衰期比未融合的干擾素α（ＩＦＮ-α）延長了大約１８倍。利用抗體Ｆｃ段所特有的生物學功能與某些多肽蛋白融合也可增加該蛋白質的血漿半衰期。人ＩｇＧ免疫球蛋白是體內的主要抗體，它的半衰期約為２０天。ＩｇＧ融合蛋白的構建方式大多是將ＩｇＧ的Ｆｃ片段或ＣＨ片段的Ｎ端與活性蛋白的Ｃ端相連。Syntonix Pharmaceuticals公司開發的EPO-Fc為吸入制劑，目前正在對貧血患者進行臨床I期試驗 ，該制劑可延長半衰期和替代目前使用的注射劑，給藥方便。該制劑的顯著優點是無需反復注射 ，尤其是對未進行透析或正在接受腹膜透析的慢性腎病患者優點更顯著。在試驗中該制劑顯示出良好的療效。
3、 微囊化
微囊化技術已廣泛用于增強治療因子的藥代動力學特性，改進藥物穩定性以及使藥物靶向釋放等方面。用微囊包埋蛋白質和多肽藥物，不僅可以通過緩釋作用實現長效皮下注射制劑，而且可以通過微囊表面和粒徑的設計，實現口服、黏膜給藥、吸入等新劑型。此技術的原理是將藥物活性部分包封于聚合層中，通過皮下或肌肉給藥，聚合層隨著時間減少，使藥物從微囊中緩慢持續釋放，這有利于穩定藥物，減少胃腸道酶的破壞，改變其體內運轉過程，延長藥物在體內的作用時間。
現在蛋白質藥物的微球注射制劑已經研究成功并應用于臨床。它是用生物可降解聚合物作為骨架材料包裹蛋白質藥物制成直徑為１～２５０μｍ的可注射微球劑， 生物可降解聚合物主要包括淀粉、明膠、葡聚糖、白蛋白、聚乳酸（ＰＬＡ）、聚乳酸乙醇酸共聚物（ＰＬＧＡ）、聚鄰酯、聚內酯和聚酐等。目前用于制備緩釋微球的骨架材料主要是ＰＬＧＡ和ＰＬＡ，其中又以ＰＬＧＡ更為常用。
此外，美杜莎持續釋放系統也被用于蛋白質藥物緩釋過程中，它是由多聚Ｌ-谷氨酸骨架組成，帶有疏水的α生育酚分子，形成毫微球粒的膠體懸液。由于毫微球粒的疏水區域的藥物相互作用產生了持續釋放藥物的效果。在體內，蛋白質藥物被生理溶液中內源蛋白代替，導致藥物緩釋。蛋白質藥物最高濃度顯著降低，藥物釋放明顯延長。美杜莎持續釋放技術已經應用于靜脈注射ＩＬ-２和ＩＦＮ-α（２ｂ），臨床上已經應用于腎癌和丙型肝炎Ｃ的治療。
目前聚乳酸及其共聚物類緩釋制劑已經上市的藥物有，促甲狀腺激素釋放激素ＴＲＨ類藥物-曲普瑞林ＰＬＧＡ緩釋微球，用于治療前列腺癌，可緩慢釋藥１個月，是第一個多肽微球產品。亮丙瑞林ＰＬＧＡ緩釋微球，主要用于前列腺癌及子宮內膜異位癥，也可釋藥１個月。以后又有多種ＬＨＲＨ類似物的緩釋微球注射劑先后上市。還有不少蛋白質藥物的緩釋微球注射劑正在實驗室研究或動物試驗階段。
4、 抗蛋白酶突變體
生物藥物的蛋白酶水解作用是給藥技術發展中需要突破的重要障礙。因為蛋白質很容易被內源血清中或組織中蛋白酶分解，并且蛋白酶對蛋白的降解可以發生在吸收、分布及排泄等各個階段，這就直接影響藥物的體內半衰期、生物利用度、血漿清除率等參數。將一個或多個抗蛋白水解突變體引入到生物活性分子上，是藥物設計和發展的研究焦點。體內的穩定作用也通過引入人造氨基酸類似物而達到。這些變體發生細小的構象變化，導致增強抗蛋白水解作用。例如，通過取代蛋白質一級結構中任意肽鍵，提高蛋白藥物抵抗蛋白酶降解的穩定性，在模擬肽的生物活性的基礎上，通過肽的骨架修飾，改變肽的主體結構，是擬肽設計的目標。為了提高核糖核酸酶Ａ（ＲＮａｓｅＡ）抵抗蛋白酶Ｋ和枯草桿菌蛋白酶水解的能力，通過定點突變，用Ｐｒｏ替代了Ａｌａ２０，經測定發現突變體酶（Ａｌａ２０ＰｒｏＲＮａｓｅＡ）的構象沒有發生明顯的變化，生物活性也和野生型ＲＮａｓｅＡ一樣， 但是抵抗蛋白酶水解的能力顯著增加。通過ＳＤＳ-ＰＡＧＥ電泳結果顯示，蛋白酶水解常數下降２倍。
5、 糖基化
蛋白質表面的糖鏈能夠影響蛋白的藥物動力學性質、生物活性和穩定性等，并且，糖基化是某些蛋白質發揮生物活性所必需的。對比治療性蛋白質的糖基化形式和非糖基化形式，一方面蛋白質藥物表面增加了側鏈，提高蛋白質穩定性，阻礙蛋白酶對蛋白藥物的降解作用，另一方面使蛋白質藥物分子量增大，減少腎小球濾過。促紅細胞生成素（ＥＰＯ）是一個高度糖基化的含唾液酸的酸性糖蛋白，它含有３個Ｎ糖鏈和１個Ｏ糖鏈。構建重組人促紅細胞生成蛋白，分別在３３和８８位各增加一個Ｎ糖基化位點，研究結果發現重組人ＥＰＯ的體內半衰期是ＥＰＯ的３倍。重組人ＥＰＯ的Ｏ糖基化對于體內外活性及清除速率作用無關，而Ｎ糖基化不完全的重組人ＥＰＯ體外活性正常，體內活性則降低到體外活性的１／５００，且體內清除率也明顯加快。因此，Ｎ糖基化對蛋白質藥物的修飾有重要作用。重組人ＥＰＯ突變體（Ａｍｇｅｎ公司的Ａｒａｎｅｓｐ） 已經研制成功并上市。
組織纖維蛋白溶酶原激活劑（ｔＰＡ） 在體循環中的清除率很高，半衰期僅為６ｍｉｎ。Ｋｅｙｔ等構建了ｔＰＡ變體，發現突變體具有減少ｔＰＡ血漿清除率的特性，同時保持正常的纖維蛋白結合能力和血塊溶解活性。有效延長半衰期的ｔＰＡ突變體是通過在Ｋｒｉｎｇｌｅ１處進行糖基化修飾，用Ａｓｎ替代Ｔｈｒ１０３形成，即ＴｔＰＡ。隨后在２９６-２９９位置發生四等位基因替換反應〔ＫＮＲＲ（２９６-２９９ ）ＡＡＡ〕形成突變體（ＴＫｔＰＡ）。ＴＫｔＰＡ表現出抗纖溶酶原激活劑抑制因子１的能力比ｔＰＡ高８０倍。ＴＫｔＰＡ延長了體內清除時間，能夠減小清除率，同時保持正常的凝血活性。因此可以作為有效的低劑量血栓溶解劑。
綜上所述，目前已經發展了許多有效提高蛋白質藥物半衰期的技術，各種蛋白質藥物長效化方法都能夠顯著改善生物制品的穩定性，提高藥物的生物利用度，延長在體內的半衰期。