CN111518193B

CN111518193B - 一种脂肪酸酰化胰岛素和glp-1多肽的纯化方法

Info

Publication number: CN111518193B
Application number: CN202010527826.9A
Authority: CN
Inventors: 王伟明; 耿月兵; 胡明明; 李涛
Original assignee: Nanjing Sanuo Biopharmaceutical Co ltd
Current assignee: Nanjing Sanuo Biopharmaceutical Co ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: CN111518193A

Abstract

本发明提供一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP‑1多肽的纯化方法，本发明通过控制二价锌离子的浓度，减弱这类酰化蛋白/多肽的聚合倾向，更多蛋白表现出单体的性质，在溶液中表面电荷更加均一，同时溶解度也更高，和色谱填料结合后，蛋白洗脱行为更加集中，不仅能和杂质实现分离，洗脱蛋白纯度达到96％以上，而且蛋白回收率高(大于95％)，对于这类蛋白的色谱分离大大改善，对于这类产品的工业化方法更加方便，成本控制也更加有优势。

Description

一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体为一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法。

背景技术

地特胰岛素、德谷胰岛素、利拉鲁肽和索玛鲁肽等酰化蛋白、多肽产品为治疗糖尿病的最佳药物，其纯化通常采用蛋白酶切、离子交换色谱、反相色谱、结晶、超滤等多种分离手段对蛋白进行分离纯化。一般的脂肪酸酰化胰岛素类产品通常生产工艺的缘故，蛋白酶切的过程中会产生和最终产品电荷或者疏水性质非常接近的产品相关杂质；而酰化的蛋白(如德谷胰岛素、地特胰岛素)、酰化的GLP-1蛋白(索玛鲁肽、利拉鲁肽等)因为脂肪酸酰化到蛋白多肽过程中因为酰化修饰有多个位点，加上脂肪酸侧链也有杂质，所以酰化反应结束时产品相关杂质更加复杂，对产品的纯化带来更难的挑战。再加上酰化蛋白在二价离子或者一些特殊的环境下，不是以单体形式存在，容易形成六聚体、双六聚体、多六聚体等形态物质，其非单一物质的胶体形式导致其表面电荷、疏水性质更加分散，常用的色谱分离对其纯化更加困难。

通过分析原研这类产品的下游纯化步骤，这类产品的通常工艺为：蛋白/多肽表达---蛋白/多肽捕获---蛋白/多肽酶切---蛋白/多肽前体纯化----蛋白/多肽前体结晶收集---蛋白/多肽酰化(侧链脱保护)----蛋白/多肽中间纯化----蛋白/多肽精制纯化---蛋白/多肽沉淀冻干。

但是脂肪酸酰化的脂肪酸酰化胰岛素/GLP-1多肽，在蛋白/多肽酰化前，通常通过沉淀方法获得蛋白固体(见前述工艺步骤)，蛋白沉淀时通常会添加二价金属离子，二价离子和蛋白/多肽结合会影响后续分离行为。脂肪酸酰化胰岛素脂肪酸酰化胰岛素/GLP-1类似物，在一种或多种二价或多价金属离子存在的条件下，酰化蛋白缔合和/或结构改变，同时形成六聚体，进一步表现成双六聚体，甚至多六聚体，其在空间结构趋于多形态化，表面电荷不均一。导致在离子交换色谱中行为比较不均一，出现色谱洗脱峰前延或者拖尾状态，和其性质相似的杂质难有效分离、洗脱目标物质物料不平衡等多种色谱疑难问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，解决了现有的脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽在纯化过程中，产品回收率和纯度都较低的问题。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，所述脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽溶解在溶液中，定义包含脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的溶液为蛋白溶液，所述蛋白溶液包括一或多种二价或多价金属离子，所述脂肪酸酰化胰岛素在锌离子存在下能够自缔合，包括以下步骤：

第一步，向蛋白溶液中添加10mM金属络合剂，将二价离子螯合，再向溶液中加入30％有机溶剂，并调节pH为7.0—9.5；

第二步，将上述混合有金属络合剂和有机溶剂的蛋白溶液装填到色谱柱上，其中脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1的装载量至少为每升柱体积8g(g/LCV)；

第三步，用pH不超过8.5，含不低于30％的有机溶剂的洗脱液从所述固相材料线性提高预设的电导洗脱脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽。

本发明优选的，所述洗脱脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽在电导上升到5.0ms/cm。

本发明优选的，所述金属络合剂为EDTA、EDTA盐、柠檬酸和柠檬酸盐其中的一种。

本发明优选的，所述第一步和第三步中的有机溶剂均为乙醇、乙腈、异丙醇和甲醇其中的一种。

一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽溶解在溶液a中，定义包含脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的溶液为蛋白溶液a，所述蛋白溶液a不包括二价或多价金属离子，包括以下步骤：第一步：向酰化后蛋白溶液a中加入30％乙醇溶液，并调节pH7.5左右；

第二步：将上述蛋白溶液a装填到色谱柱上，其中所述脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1的装载量为至少每升柱体积10g(g/LCV)；

第三步：用pH不超过8.5，含不低于30％的有机溶剂的洗脱液从所述固相材料线性提高预设的电导洗脱脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽。

有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：本发明采用通过控制二价金属离子浓度的方法，减弱酰化蛋白/多肽的聚合倾向，使得更多蛋白表现出单体的性质，在溶液中表面电荷更加均一，同时溶解度也更高，和色谱填料结合后，蛋白洗脱行为更加集中，不仅能和杂质实现分离，洗脱蛋白纯度达到96％以上，而且蛋白回收率高，蛋白回收率大于95％，对于这类蛋白的色谱分离大大改善，对于这类产品的工业化方法更加方便，成本控制也更加有优势。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为现有技术中杂质和蛋白分离图谱。

图2为本发明蛋白溶液中加入10mM EDTA后脂肪酸酰化蛋白色谱分离图谱。

图3为蛋白溶液中不进行锌离子控制，蛋白洗脱图。

图4为蛋白溶液中无二价锌离子脂肪酸酰化蛋白色谱分离图谱。

图5为本发明蛋白分离前纯度HPLC分析图谱。

图6为本发明蛋白分离后纯度HPLC分析图谱。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

以下若干实施例与申请号为CN201280007328.5的脂肪酸酰化胰岛素纯化方法进行对比，其中现有专利为一种分离含有蛋白溶液的蛋白组分的色谱方法，该溶液包含一种脂肪酸酰化胰岛素肽和一或多种二价或多价金属离子，该脂肪酸酰化胰岛素肽在二价或多价金属离子存在下能够自缔合和/或结构改变，该方法包含以下步骤：a)将所述含有蛋白的溶液装载于固相材料的色谱柱上，其中所述脂肪酸酰化胰岛素肽的装载量为至少每升柱体积6.0g(g/LCV)；和b)用pH不超过8.5的洗脱液从该固相材料中洗脱脂肪酸酰化胰岛素肽；并收集对应于装填于步骤(a)中柱上至少75％重量脂肪酸酰化胰岛素肽的脂肪酸酰化胰岛素肽汇集液。

CN201280007328.5这件专利通过提高锌离子浓度，实现离子交换层析洗脱过程中更加集中洗脱行为。通过试验工作进行验证，发现在该条件下，蛋白离子交换过程有一定的优化，蛋白洗脱行为更加集中，但是发现该研究要求酰化蛋白pH更加接近等电点，所以蛋白溶液容易沉淀；同时离子交换洗脱过程杂质和蛋白性质更加靠近，杂质和蛋白无法实现良好分离，如图1所示；另外洗脱蛋白物料平衡只能达到90％左右，长期而言离子交换的层析使用寿命将降低。

本发明通过相反的蛋白性质的控制，实现蛋白的单一性质趋向。在蛋白溶液中通过控制蛋白趋向多聚化的因素，比如减少蛋白溶液中氯离子、锌离子、苯酚溶液，辅以提高溶液中的有机溶剂的浓度，提高蛋白溶解度。可以使蛋白/多肽趋向于单体化，表面电荷性质一致，在离子交换色谱中结合和洗脱相对集中，可能使蛋白和性质相近的有关物质实现分离。

在公开本实施例之前，先给出本发明的研究优化的过程。

该过程通过一下方法实现，一种分离脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽中色谱方法，该溶液通过控制一种或多种二价或多价金属离子浓度，所述脂肪酸酰化胰岛素/GLP-1多肽在二价或者多价金属离子存在下，能够自缔合(self-association)和/或结构改变，控制金属离子的浓度可抑制蛋白的自缔合，蛋白和多肽在溶液中能够表现出相同的表面电荷，使色谱行为更加集中。

研究中首先研究，首先通过添加10mM EDTA螯合溶液中之前添加的Zn²⁺，蛋白溶液状况良好，具体方法如下：方法包含以下步骤：

a.添加蛋白溶液中添加10mMEDTA，将二价离子螯合，然后溶液中加入30％乙醇溶液。并调节pH7.5左右。

b.在上述蛋白溶液装填到sourceQ色谱柱上，其中所述脂肪酸酰化胰岛素/GLP-1类似物的装载量为至少每升柱体积10g(g/LCV)；

c.用pH不超过8.5，含不低于乙醇等有机溶剂(V：V)不少于30％，不含NaCl洗脱液从所述固相材料线性提高电导洗脱蛋白/多肽。

d.结果酰化蛋白/多肽在电导大约上升到5.0ms/cm时，蛋白实现线性集中洗脱，而且蛋白和杂质实现良好分离，最终洗脱蛋白占装载蛋白95％以上。蛋白通过HPLC分析纯度达到97％以上.

我们近一步优化方法，在酰化前通过不添加Zn²⁺方法结晶前体蛋白(简单的不添加Zn²⁺结果导致部分前体蛋白无法全部沉淀。可通过其他方式实现不添加二价金属离子，同时前体蛋白收率良好的方法)，然后再脂肪酸酰化后，开始离子交换层析：

a.酰化后蛋白溶液(不含有任何二价金属离子)，然后溶液中加入30％乙醇溶液。并调节pH7.5左右。

b.在上述蛋白溶液装填到sourceQ色谱柱上，其中所述脂肪酸酰化胰岛素/GLP-1类似物的装载量为至少每升柱体积10g(g/LCV)。

d.结果酰化蛋白/多肽在电导大约上升到5.8ms/cm时，蛋白实现线性集中洗脱，而且蛋白和杂质实现良好分离，最终洗脱蛋白占装载蛋白95％以上。蛋白通过HPLC分析纯度达到97％以上.(这次洗脱行为更加集中)。

以下为本发明的实施例：

实施例1

用购自GE Healthcare的Source 30Q固定相填料装填具有尺寸规格d＝1.6cm,L＝25cm的层析柱。将pH＝7.5，电导率≤2.0mS/cm的包含12g/L蛋白溶液中然后再加入30％(V：V)EtOH，该有机溶剂的加入利于酰化脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1的溶解度，再分别加入0mM、10mM EDTA形成两种蛋白溶液，该蛋白溶液加载到色谱柱上，载量为10-15g/L。用包含40％乙醇和20mM Tris的缓冲液洗脱，两种洗脱溶液分别含有O mM和500mM NH4Ac。蛋白装载到色谱柱上后，用2CV的含O mM NH4Ac的溶剂洗涤层析柱，然后用0mM-400mM NH4Ac的盐梯度洗脱所述蛋白15个柱体积，参见图2，结果蛋白收率都在90％以上。

结果在图2-4中示出，以下进一步解释。

图2：蛋白溶液在加入10mM EDTA情况，装填10g/L情况下，在主峰前洗脱的杂质均与主峰明显分离。同时样品洗脱体积控制在3个CV，获得蛋白纯度较高，蛋白浓度较高，杂质出现较好分离，最终蛋白纯度96％以上，蛋白收率95％以上。

图3：蛋白样品中没有加入EDTA情况下，装填10g/L情况下，在主峰前洗脱的杂质均与主峰分离不明显，蛋白洗脱表现出明显的扩散和拖尾行为，样品洗脱扩散到5-6个CV，获得蛋白纯度较低，为95％左右，同时出现物料平衡较低情况，全部洗脱蛋白为装填蛋白的80％左右。

图3：蛋白溶液在之前的工艺步骤中没有任何二价离子的加入过程，蛋白状态到色谱柱10g/L情况下，在主峰前洗脱的杂质均与主峰明显分离。同时样品洗脱体积控制在3个CV，获得蛋白纯度较高，为97％左右，蛋白浓度较高，杂质出现较好分离。

实施例2

用购自GE Healthcare的Source 30Q固定相填料装填具有尺寸规格d＝1cm,L＝25cm的层析柱。

将H＝7.5，电导率≤2.0mS/cm的包含12g/L N-ε26-[2-(2-[2-(2-[2-(2-[4-(17-羧基十七烷酰基氨基)-4(S)-羧基丁酰基氨基]乙氧基)乙氧基]乙酰氨基)乙氧基]乙氧基)乙酰基][Aib8，Arg34]GLP-1-(7-37)索玛鲁肽多肽溶液中，加入40％(V：V)EtOH，再分别加入0mM、10mM EDTA形式两种多肽溶液，该多肽溶液加载到色谱柱上，载量为10-12g/L。

用包含45％乙醇和20mM Tris(pH＝7.5)的缓冲液洗脱，两种洗脱溶液分别含有OmM和500mM NH4Ac(乙酸胺)。多肽装载到色谱柱上后，用2CV的含O mM NH4Ac的溶剂洗涤层析柱，然后用0mM-400mM NH4Ac的盐梯度洗脱所述蛋白15个柱体积。结果蛋白收率都在90％以上。

实施例3

脂肪酸酰化蛋白和多肽的检测方法：取供试品以0.1M高氯酸盐+0.05M磷酸盐缓冲液(pH2.3)-乙腈(90：10)为流动相A相，以0.1M高氯酸盐+0.05M磷酸盐缓冲液(pH2.3)-乙腈(50：50)为流动相B相，按下表进行梯度洗脱，样品大约在20-25min出峰，使用面积归一化法进行纯度分析。

附图分析：

图2：蛋白溶液中加入10mMEDTA后脂肪酸酰化蛋白色谱分离图谱，蛋白洗脱产品集中，目的蛋白纯度高，目的蛋白回收率高。

图3：蛋白溶液中不进行锌离子控制，蛋白洗脱全程有蛋白，洗脱行为不集中，目的蛋白回收率低。

图4：蛋白溶液中无二价锌离子脂肪酸酰化蛋白色谱分离图谱蛋白洗脱产品集中，目的蛋白纯度高，目的蛋白回收率高。

图5和图6：蛋白分离后纯度HPLC分析图谱，通过本发明方法蛋白纯度可以从70％以下提高到95％以上。

因此可以得出如下结论。酰化蛋白和多肽在含有二价锌离子的存在的情况下，在溶液中会出现聚合的现象，酰化脂肪酸酰化胰岛素会出现六聚体、二六聚体、多六聚体等多种蛋白形式，GLP-1多肽则出现多低聚化形态，这种多形态导致酰化多肽/蛋白的分离比较困难。一般的离子交换条件下，蛋白多聚体和色谱填料结合复杂，蛋白和杂质有一些分离，但洗脱行为比较复杂，同时蛋白收率较低；诺和诺德专利通过加入过量锌离子，控制pH等措施，促进酰化蛋白从低聚化向多聚化趋势转变，使蛋白状态相对统一，在色谱分离上相对集中，一定程度改善了洗脱的复杂行为，洗脱相对集中，但多聚化的蛋白更多体现出胶体性质，部分酰化蛋白/多肽和色谱填料结合力很强，无法实现正常洗脱，导致产品回收率较低(75％左右)。本发明采用的方法和上述专利相反，通过控制二价锌离子的浓度，减弱这类酰化蛋白/多肽的聚合倾向，更多蛋白表现出单体的性质，在溶液中表面电荷更加均一，同时溶解度也更高，和色谱填料结合后，蛋白洗脱行为更加集中，不仅能和杂质实现分离，洗脱蛋白纯度达到96％以上，而且蛋白回收率高(大于95％)，对于这类蛋白的色谱分离大大改善，对于这类产品的工业化方法更加方便，成本控制也更加有优势。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，其特征在于：所述脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽溶解在溶液中，定义包含脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的溶液为蛋白溶液，所述蛋白溶液包括一或多种二价或多价金属离子，所述脂肪酸酰化胰岛素在锌离子存在下能够自缔合，包括以下步骤：

第一步，向蛋白溶液中添加10mM金属络合剂，将二价离子螯合，再向溶液中加入30%有机溶剂，并调节pH为7.0—9.5；

第二步，将上述混合有金属络合剂和有机溶剂的蛋白溶液装填到色谱柱上，其中脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1的装载量至少为每升柱体积8g；

第三步，用 pH 不超过 8.5、有机溶剂含量不低于30%、不含NaCl的洗脱液从所述固相材料线性提高电导至5.0ms/cm时洗脱脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽。

2.根据权利要求1所述的一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，其特征在于：所述金属络合剂为EDTA、EDTA盐、柠檬酸和柠檬酸盐其中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种脂肪酸酰化胰岛素和GLP-1多肽的纯化方法，其特征在于：所述第一步中的有机溶剂为乙醇、乙腈、异丙醇和甲醇其中的一种，所述第三步中的有机溶剂为乙醇、乙腈、异丙醇和甲醇其中的一种。