CN101768205A

CN101768205A - 一种聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法

Info

Publication number: CN101768205A
Application number: CN 201010115537
Authority: CN
Inventors: 宋礼华; 许培; 戎隆富; 程婷; 邬婧
Original assignee: ANHUI ANKE BIOTECHNOLOGY (GROUP) Co Ltd
Current assignee: ANHUI ANKE BIOTECHNOLOGY (GROUP) Co Ltd
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2010-07-07

Abstract

本发明属于聚乙二醇修饰干扰素反应液中的各组分分离纯化领域，具体涉及一种聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法。本发明包括如下步骤：a、将聚乙二醇修饰干扰素反应液用酸或碱调至pH值位于5.0～8.0之间；b、将上述所得反应液置换到等pH加样缓冲液，调节加样缓冲液离子强度，再经离子交换层析，使聚乙二醇修饰干扰素穿透，而游离干扰素被吸附；c、将上述离子交换层析柱处理再生后，低盐洗脱，所得洗脱峰即为回收的游离干扰素。本发明中的方法不影响PEG化IFN的收率以及纯度，同时从反应液中所回收的IFN的各项质控指标应与对照品保持一致，能够重复利用。

Description

一种聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法

技术领域

本发明属于聚乙二醇修饰干扰素反应液中的各组分分离纯化领域，具体涉及一种聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法。

背景技术

干扰素(Interferon，IFN)由英国科学家Isaacs和LinderMann于1957年发现，是一类具有广谱抗病毒活性的蛋白质，其中α干扰素临床上主要用于治疗乙型肝炎、丙型肝炎等病毒性疾病，也用于一些肿瘤化疗药物的联合用药。

蛋白及多肽类药物的缺陷在于：易被酶水解和被肾脏清除，临床半衰期短，需要多次注射以保持药效浓度。蛋白及多肽经聚乙二醇(PEG)修饰以后，所得蛋白PEG偶联物具有不易被酶水解、免疫原性降低、热稳定性提高以及不易被肾小球代谢等特征。自1977年Abuchowski A等首次将PEG偶联剂用于修饰蛋白质以来，蛋白质PEG修饰技术迅速发展，PEG蛋白药物也陆续上市：已有包括PEG化的腺苷脱氨酶(PEG-ADA)；PEG化IFNα-2b(PEG-INTRON^TM)；PEG化IFNα-2a(PEGASYS^TM)；PEG化G-CSF(NEULASTA^TM)等40多种PEG化蛋白及多肽药物用于临床治疗，同未修饰的蛋白药物相比较，PEG化蛋白在疗效和安全性等各方面具有极大的治疗优势。

PEG修饰蛋白质过程中，通常以单PEG化IFNα-2b的得率及PEG修饰多聚体和二聚体生成量作为主要考核指标，以对反应条件的进行优化。为了减少PEG修饰多聚体和二聚体的生成，以有利于下游纯化工作，必须控制一定的反应条件，这样就有一定量的游离蛋白未与PEG偶联。根据现有文献记载，在PEG修饰IFNα-2b的反应中，往往约有30％～50％的IFNα-2b未与PEG偶联，而IFNα-2b作为重组蛋白产品，生产条件苛刻，工艺复杂且价格昂贵，因此有必要对未被修饰的IFNα-2b进行回收利用。

目前已有多种层析技术可运用于蛋白质的分离纯化，其中离子交换层析技术是运用最为广泛的一种，其原理在于：混合物中各种分子由于酸碱性、极性、大小以及形状等差异，与层析介质“手臂”通过库伦引力/斥力发生相互作用，其结果是有的组分分子与层析介质“手臂”不吸附或弱吸附，而有的组分分子与层析介质“手臂”强吸附，随后再通过控制洗脱条件，以实现各组分的柱口分离。当介质“手臂”所带电荷为阴离子时，其反离子为阳离子，被称为阳离子交换层析；当介质“手臂”所带电荷为阳离子时，其反离子为阴离子，被称为阴离子交换层析。

蛋白质是由多个氨基酸组成的高分子量化合物，其极性强弱主要取决于组成氨基酸的种类，极性氨基酸(带电荷或不带电荷)的多寡将影响蛋白质的极性，表现为蛋白质亲水或疏水的变化；当蛋白质为亲水性时，所带电荷种类则会影响蛋白质的酸碱性：当所带碱性氨基酸(如Lys、Arg)较多时，蛋白质通常呈碱性；所带酸性氨基酸(Asp、Glu)较多时，蛋白质通常呈酸性。蛋白质的酸碱性可以通过等电点PI来测定，蛋白质PI是蛋白质呈中性时的pH值，即蛋白质净电荷为零时的pH值。当溶液的pH值低于蛋白质PI时，蛋白质带正电荷，可与阳离子交换介质吸附；相反，若当溶液的pH值高于蛋白质PI时，蛋白质带负电荷，可与阴离子交换介质吸附。

蛋白质经PEG修饰以后，与离子交换介质的吸附能力大大降低，PEG分子的屏蔽作用是最主要的原因，线性的PEG分子缠绕在蛋白质周围，使得带电荷残基无法与介质“手臂”靠近。此时，为了保证PEG修饰蛋白的充分吸附，需要将加样缓冲液的pH值更远离PI，当层析介质为阳离子型时，可降低加样缓冲液的pH以使残基质子化程度提高，增加蛋白质正电荷数目，加强蛋白与介质的吸附能力；同样，层析介质为阴离子型时，可增加加样缓冲液的pH以使残基去质子化程度提高，增加蛋白质负电荷数目。

基于以上理论，采用常规方法(姜忠义，高蓉，许松伟等，药物蛋白的聚乙二醇修饰，中国药学杂志；37(6)：409～414)纯化PEG修饰蛋白时，一般用低pH或高pH缓冲液稀释反应液，将稀释液上阳离子或阴离子交换柱，使PEG修饰蛋白及未修饰蛋白均被吸附，利用二者吸附能力的差异，采用NaCl浓度梯度洗脱方式，以获取PEG修饰蛋白。

在上述过程中，由于PEG的位阻作用，为了将PEG修饰蛋白充分吸附，加样缓冲液的pH值通常远离PI，因此使得未修饰蛋白往往吸附得相当牢固，需要高浓度盐才能洗脱。然而采用高浓度盐洗脱时往往会导致蛋白变性沉淀，同时采用高浓度盐洗脱时，一些杂质如变性蛋白、内毒素、反应副产物或PEG修饰剂水解脱落基团也会一同被洗脱，从而导致回收蛋白的纯度、比活及内毒素水平均受影响，这种方法所回收得到的蛋白，往往因没有利用价值而被舍弃，不但提高了PEG化蛋白的生产成本，也造成了相当程度的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种自PEG修饰IFN反应液中回收IFN的方法，本方法不影响PEG化IFN的收率以及纯度，同时从反应液中所回收的IFN的各项质控指标应与对照品保持一致，能够重复利用。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

a、将聚乙二醇修饰干扰素反应液用酸或碱调至pH值位于5.0～8.0之间；

b、将上述所得反应液置换到等pH加样缓冲液，调节加样缓冲液离子强度，再经离子交换层析，使聚乙二醇修饰干扰素穿透，而游离干扰素被吸附；

c、将上述离子交换层析柱充分平衡后，采用浓度为0～200毫摩尔/升的NaCl溶液洗脱，所得洗脱峰即为回收的游离干扰素。

由于PEG的位阻作用，PEG修饰IFN同未经修饰的IFN相比，二者与离子交换层析介质的吸附能力存在很大的差异，此时通过控制加样缓冲液的pH值和离子强度，可以使PEG修饰IFN以穿透峰流出，而未修饰蛋白则被吸附；与前述的常规方法相比较，本方法中加样缓冲液pH值更接近于蛋白质等电点，因此未修饰IFN经低盐即可洗脱，从而可以保证回收的IFN的质量。

所述的步骤a中聚乙二醇的分子量为20～40KD，酸为HAc，碱为NaOH。

可以有效实施本发明的加样缓冲液的pH值范围很宽，这主要取决于PEG修饰剂的分子量大小及加样缓冲液的种类和离子强度，如使用阴离子交换介质时，加样缓冲液的pH值范围包括7.0～8.0；使用阳离子交换介质时，所述加样缓冲液的pH值范围包括5.0～5.8，优选5.0～5.6。

可以有效实施本发明的加样缓冲液的种类很多，就阴离子交换层析而言，理论上可以使用pH值在6.0～8.5之间的具有缓冲能力的缓冲液，优选pH值在7.0～7.5之间的具有缓冲能力的磷酸盐缓冲液、Tris-盐酸、巴比妥钠-盐酸等缓冲液。就阳离子交换层析而言，理论上可以使用pH值在4.0～6.0之间的具有缓冲能力的缓冲液，优选pH值在5.0～5.6之间的具有缓冲能力的醋酸-醋酸钠、磷酸氢二钠-柠檬酸、柠檬酸-柠檬酸钠等缓冲液。

所述的步骤b中，将聚乙二醇修饰干扰素反应液置换到等pH加样缓冲液，调节加样缓冲液离子强度时可以采用如下两种方法：改变加样缓冲液组分的浓度或者向加样缓冲液中另外加入中性盐。

可以有效实施本发明的加样缓冲液离子强度取决于加样缓冲液的种类，包括缓冲液离子解离程度，反离子交换蛋白质能力的强弱。本发明加样缓冲液中组分的浓度范围选择为2～50毫摩尔/升(mM)，优选20～40mM。一般情况下，由于PEG修饰蛋白与未修饰蛋白的性质差异较大，通过调节缓冲液组分的浓度即可达到分离目的，但也可以通过加入中性盐以增加离子强度来达到分离目的，所述的中性盐比如NaCl和/或KCl，NaCl和/或KCl的浓度范围选择为0～50mM，优选2～20mM。

本发明的回收方法尤其适用于自聚乙二醇修饰干扰素α-2b反应液中回收干扰素α-2b。

本发明中的回收干扰素的方法同常规方法相比，具有以下不同点及优势：

1.本发明收集的穿透峰可用HAc或NaOH调pH，增加蛋白表面残基质子化或去质子化程度，然后再经阳离子或阴离子交换层析，并用盐梯度洗脱，以获取主要含单PEG化IFN的目标峰，同常规纯化方法相比，本发明的回收方法不影响PEG化IFN的纯化收率及纯度。

2.本发明收集穿透峰以后，用低盐即可洗脱，所得洗脱峰即为回收IFN，回收得到的IFN的比活、纯度、内毒素等质控指标均能与对照品保持一致，且能够重复利用。

3.现有技术中，多位点PEG修饰蛋白与单位点PEG修饰蛋白的分离是PEG修饰蛋白技术的难点之一，离子交换介质载量是影响PEG修饰蛋白纯化的重要原因之一。本发明的方法中，通过步骤b中的穿透峰将游离干扰素去除后，调节pH后重新上样，相对于常规方法，其加样量更小，因此，更有利于提高PEG修饰蛋白的分离效果。

附图说明

图1A、1B分别为实施例一中SDS-PAGE电泳检测的碘染色图和考马斯亮蓝染色图；

图1C为实施例一中SEHPLC鉴定回收IFNα-2b纯度的鉴定结果图；

图2A、2B分别为实施例二中SDS-PAGE电泳检测的碘染色图和考马斯亮蓝染色图；

图2C为实施例二中SEHPLC鉴定回收IFNα-2b纯度的鉴定结果图；

图3A、3B分别为实施例四中SDS-PAGE电泳检测的碘染色图和考马斯亮蓝染色图；

图3C为实施例四中SEHPLC鉴定回收IFNα-2b纯度的鉴定结果图；

图4A、4B分别为实施例五中SDS-PAGE电泳检测的碘染色图和考马斯亮蓝染色图；

图4C为实施例五中SEHPLC鉴定回收IFNα-2b纯度的鉴定结果图；

附图中标记符号的含义如下：

1-A液(反应液)；2-E液(穿透峰)；3-低分子量Mark；

4-洗脱峰(回收IFNα-2b)；5-对照品IFNα-2b

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作详细说明

实施例一：采用阴离子介质Q-sepharose回收IFNα-2b

1、PEG修饰IFNα-2b反应液的制备

IFNα-2b原液加硼酸缓冲液，调pH值至7.0～9.0之间，按投料比2.0～3.0∶1加入mPEG-NHS(分子量20KD)，室温反应2hrs，制成A液。

2、IFNα-2b的回收及单PEG化IFNα-2b的纯化：

2.1、相关工作液的配制

B液(加样缓冲液)：磷酸盐缓冲液(磷酸氢二钠—磷酸二氢钠)，pH7.5，20mM。

C液(置换处理后的反应液)：用B液充分置换A液(透析或超滤)，得到C液。

D液(IFN洗脱液)：向B液中加入NaCl，NaCl终浓度为100mM。

E液(PEG-IFN纯化工作液)：Tris-HCl缓冲液，pH8.5，20mM。

2.2、IFNα-2b的回收

Q-sepharose处理再生后，以B液为工作液，充分平衡Q-sepharose；取一定量C液，经Q-sepharose，收集穿透峰(F)，Q-sepharose仍用B液平衡，并用D洗脱，收集洗脱峰(G)，G即为回收IFN。

2.3、单PEG化IFNα-2b的纯化

Q-sepharose处理再生后，以E液为工作液，充分平衡Q-sepharose；取一定量F，并用NaOH调pH至8.5，上样，以E液为工作液，平衡后，0～200mM NaCl梯度洗脱，收集主要含单PEG化IFNα-2b的目标峰。浓缩后用Sephacryl S-300层析收集单PEG化IFNα-2b，流动相为生理盐水。

3、回收IFNα-2b质控指标鉴定

3.1、活性鉴定

采用微量病毒抑制(WISH/VSV)法。

3.2、SDS-PAGE电泳检测

12％分离胶，5％浓缩胶，利用凝胶系统扫描纯度，分别用考马斯亮蓝染色和碘染色，检测结果分别参见附图1A和1B，因碘染色的特异性针对PEG，故附图1A中的3、4、5未经染色。

3.3、SEHPLC鉴定回收IFNα-2b纯度。

鉴定条件为中国药典方法，鉴定结果参见附图1C。

3.4、内毒素水平检测

采用鲎试剂检测法，其内毒素水平能与对照品保持一致。

3.5、异常毒性检测

小鼠异常毒性试验见表1

表1：Q-sepharose回收IFNα-2b各项质控指标检测结果

项目	IFNα-2b	回收IFNα-2b
项目	IFNα-2b	回收IFNα-2b	比活(IU/mg)	1.5×10⁸	1.5×10⁸
SDS-PAGE纯度	97％	97％	比活(IU/mg)	1.5×10⁸	1.5×10⁸
SDS-PAGE纯度	97％	97％	SEHPLC纯度	100％	100％
内毒素	合格	合格	SEHPLC纯度	100％	100％
内毒素	合格	合格	异常毒性	合格	合格

以上各项质控指标检测结果显示，同对照品相比，本方法所回收IFNα-2b均能与其保持一致，且符合中国药典规定。

实施例二：采用阴离子介质Q-sepharose回收IFNα-2b

B液(加样缓冲液)：Tris-盐酸作为加样缓冲液，pH8.0，50mM；

D液(IFN洗脱液)：向B液中加入NaCl，NaCl终浓度为20mM。

其余条件同实施例一。

检测与鉴定结果分别参见附图2A、2B、2C，因碘染色的特异性针对PEG，故附图2A中的3、4、5未经染色。

各项质控指标检测结果显示，同对照品相比，本方法所回收IFNα-2b均能与其保持一致，且符合中国药典规定。

实施例三：采用阴离子介质Q-sepharose回收IFNα-2b

1、PEG修饰IFNα-2b反应液的制备

IFNα-2b原液加硼酸缓冲液，调pH值至7.0～9.0之间，按投料比2.0～3.0∶1加入mPEG-NHS(分子量40KD)，室温反应2hrs，制成A液。

其余条件同实施例一。

实施例四：采用阳离子介质SP-sepharose回收IFNα-2b

1、PEG修饰IFNα-2b反应液的制备：

2、IFNα-2b的回收及单PEG化IFNα-2b的纯化

2.1、相关工作液的配制

B液(加样缓冲液)：醋酸-醋酸钠缓冲液，pH5.6，40mM。

D液(IFN洗脱液)：向B液中加入NaCl，NaCl终浓度为150mM。

E液(PEG-IFN纯化工作液)：醋酸-醋酸钠缓冲液，pH4.0，20mM。

2.2、IFNα-2b的回收

SP-sepharose处理再生后，以B液为工作液，充分平衡SP-sepharose；取一定量C液，经SP-sepharose，收集穿透峰(F)，SP-sepharose仍用B液平衡，并用D洗脱，收集洗脱峰(G)，G即为回收IFN。

2.3、单PEG化IFNα-2b的纯化

SP-sepharose处理再生后，以E液为工作液，充分平衡SP-sepharose；取一定量F，并用HAC调pH至4.0，上样，以E液为工作液，平衡后，0～200mM NaCl梯度洗脱，收集主要含单PEG化IFNα-2b的目标峰。浓缩后用Sephacryl S-300层析收集单PEG化IFNα-2b，流动相为生理盐水。

3、回收IFNα-2b质控指标鉴定

鉴定方法同实施例一，检测与鉴定结果分别参见附图3A、3B、3C，因碘染色的特异性针对PEG，故附图3A中的3、4、5未经染色。

小鼠异常毒性试验见表2

表2：SP-sepharose回收IFNα-2b各项质控指标检测结果

项目	IFNα-2b	回收IFNα-2b
项目	IFNα-2b	回收IFNα-2b	比活(IU/mg)	1.5×10⁸	1.5×10⁸
SDS-PAGE纯度	98％	98％	比活(IU/mg)	1.5×10⁸	1.5×10⁸
SDS-PAGE纯度	98％	98％	SEHPLC纯度	100％	100％
内毒素	合格	合格	SEHPLC纯度	100％	100％
内毒素	合格	合格	异常毒性	合格	合格

实施例五：采用阳离子介质SP-sepharose回收IFNα-2b

B液(加样缓冲液)：柠檬酸-柠檬酸钠，pH5.0，10～20mM；

D液(IFN洗脱液)：向B液中加入KCl，KCl终浓度为20～30mM。

其余条件同实施例四。

检测与鉴定结果分别参见附图4A、4B、4C，因碘染色的特异性针对PEG，故附图4A中的3、4、5未经染色。

实施例六：采用阳离子介质SP-sepharose回收IFNα-2b

B液(加样缓冲液)：醋酸-醋酸钠缓冲液，pH5.8，10mM；

D液(IFN洗脱液)：向B液中加入NaCl，NaCl终浓度为10～15mM。

其余条件同实施例四。

Claims

1.一种聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的干扰素为α-2b干扰素。

3.根据权利要求1或2所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的步骤a中聚乙二醇的分子量为20～40KD，酸为HAc，碱为NaOH。

4.根据权利要求3所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的步骤b中，当离子交换层析为阴离子交换层析时，步骤a中的聚乙二醇修饰干扰素反应液的pH值调至7.0～8.0之间；若离子交换层析为阳离子交换层析时，步骤a中的聚乙二醇修饰干扰素反应液的pH值调至5.0～5.8之间。

5.根据权利要求4所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的步骤b中，当离子交换层析为阴离子交换层析时，等pH加样缓冲液为pH值位于7.0～7.5之间的磷酸盐缓冲液或Tris-盐酸或巴比妥钠-盐酸；若离子交换层析为阳离子交换层析时，加样缓冲液为pH值位于5.0～5.6之间的醋酸-醋酸钠或磷酸氢二钠-柠檬酸或柠檬酸-柠檬酸钠。

6.根据权利要求5所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的磷酸盐缓冲液或Tris-盐酸或巴比妥钠-盐酸的浓度为2～50毫摩尔/升，醋酸-醋酸钠或磷酸氢二钠-柠檬酸或柠檬酸-柠檬酸钠的浓度为2～50毫摩尔/升。

7.根据权利要求5所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液置换到等pH加样缓冲液后，向缓冲液中加入中性盐以调节加样缓冲液的离子强度，中性盐的浓度为0～50毫摩尔/升。

8.根据权利要求6所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的所述的磷酸盐缓冲液或Tris-盐酸或巴比妥钠-盐酸的浓度为20～40毫摩尔/升，醋酸-醋酸钠或磷酸氢二钠-柠檬酸或柠檬酸-柠檬酸钠的浓度为20～40毫摩尔/升。

9.根据权利要求7所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的中性盐为NaCl和/或KCl。

10.根据权利要求7所述的聚乙二醇修饰干扰素反应液中回收干扰素的方法，其特征在于：所述的中性盐的浓度为2～20毫摩尔/升。