10月19日，笔者在瑞典Lund参加了Öresund Peptide Syposium并做了一场报告。在这个北欧多肽论坛中，笔者注意到了来自西兰制药（Zealand Pharma）的计算化学和机器学习专家Octav Caldararu博士做的有关口服多肽机器学习的报告，阐述了在开发口服多肽的过程中需要注意的几个关键参数。
Octav Caldararu博士在分析了5339个多肽药物或者候选药物之后发现，开发口服多肽需要在以下几个参数方面加以控制：
氨基酸数量：4-11个氨基酸（环肽或交联直线肽）
Peff(effective permeability) > 1.0 x 10-6 cm/s
LogP7.4= 1-5
HBD: 6-9
TPSA (Topological Polar Surface Area) ≤ 300 Å2
他通过一个具体的口服多肽设计案例，说明了以上参数对于多肽口服递送的重要性。他尤其强调了TPSA在设计口服多肽中的关键角色。
之后笔者又查阅了关于口服多肽的文献，Santos et al在ChemMedChem上发表的Oral Administration of Peptide-Based Drugs: Beyond Lipinski’s Rule，通过详尽的统计学手段，分析了口服多肽在物理化学参数方面的指标特征。他们的结论与Octav Caldararu博士的观点相近，即口服多肽需要在分子量、LogP (亲脂性)、HBD和TPSA方面加以控制。除此之外，Santos还论述了分子刚性和可旋转键数量的重要性。
图1. 口服（蓝色）与肠道外（绿色）给药多肽的分子量与亲脂性分布，来源：ChemMedChem
上图显示了分子量和亲脂性与多肽药物递送之间的关联。从分布来看，口服多肽的分子量在1200 Da.以下（可以粗略地看作12元肽），而且Log在-5到8之间。因此来看，多肽口服递送在分子量和LogP上，与利平斯基五规则有一定的出入。利平斯基五规则要求分子量小于500 Da., LogP小于5。
利平斯基五规则
亦称里宾斯基五规则，内容为：
化合物的分子量小于500道尔顿；
化合物结构中的氢键给体（包括羟基、氨基等）的数量不超过5个；
化合物中氢键受体的数量不超过10个；
化合物的脂水分配系数的对数值（logP）在-2到5之间；
化合物中可旋转键的数量不超过10个。
简化后的四规则去掉了关于可旋转键的数量限制；三规则进一步去掉了对氢键受体数量的限制。四规则和三规则有时仍然被称作“五规则”，这里的五指的是各条规则的判别值均为5的倍数。
图2显示了氢键受体数量（HBA）和氢键供体数量（HBD）与递送方式之间的关联。从该图中可以看出，大多数口服多肽的HBA在50以下，HBD在25以下，恰好是利平斯基五规则在各自方面的5倍（HBA不超过10，HBD不超过5）。
图2. 口服（蓝色）与肠道外（绿色）给药多肽的HBA和HBD分布，来源：ChemMedChem
除了利平斯基五规则的四条规则之外，其他评估多肽药物口服递送的指标还包括：
分子柔性（通过自由旋转键的数量number of freely rotatable bonds，NRB 来衡量）
拓扑极性表面积（TPSA, Topological Polar Surface Area）
sp3杂化碳原子分数（Fsp3，fraction of sp3-hybridized carbon atoms)
酰胺键与水之间形成氢键，这对于多肽的口服生物利用度和细胞膜渗透具有不利影响，这恰好是多肽分子不利于口服递送的原因之一，因为多肽的肽链骨架就是酰胺。高极性表面积也非常不利于口服递送。
Veber等人曾经归纳出口服多肽的NRB应该小于10，即刚性对于多肽的口服生物利用度是有利的，这也是像cyclosporine A这样的多肽能够实现口服递送的原因所在，也是多肽环化可能会对口服递送产生积极影响的理论基础。尽管环化可以减少N-端和C-端两个电荷，增加一定的亲脂性，但它的关键作用并不在此，而可能是增加多肽的刚性。
芳香环、sp3碳和手性碳的特征表明，具有空间三维度，而不是过于“平坦”的多肽有利于口服递送。Fsp3的定义是sp3杂化碳原子数除以总碳数。口服肽的Fsp3小于47%。这是一条没有被列入利平斯基五规则的指标。图3显示了Fsp3和NRB以及口服多肽之间的关联性。数据分析显示，口服多肽的可旋转键NRB通常在20个以下，平均Fsp3为55%。目前，与口服小分子药物相比，NRB增加了100%，Fsp3增加了 8%。
图3. Fsp3和NRB与多肽口服递送的关联：口服多肽（蓝色）、胃肠道外多肽（绿色）
Veber等人观察到口服多肽药物的TPSA （拓扑极性表面积）通常小于140Å2（图4）。TPSA也是在这次Öresund Peptide Symposium的报告中被着重强调的关键参数。
图4. 口服多肽（蓝色）和胃肠道外多肽（绿色）的拓扑极性表面积（TPSA）分布图
以上口服多肽数据，揭示出了多肽口服递送条件在利平斯基五规则基础上的延伸。具有口服递送潜质的多肽药物，可能会在以下几个指标上所有限制：
分子量小于700
0≤ LogP ≤7
HBD≤5
TPSA≤200 Å2
NRB≤20
除此之外，研究者还给出了不同百分比的口服多肽对应的这些参数数值（表1）。
表1. 不同百分位口服多肽的参数数值
参考资料：
1. Caldararu, O. Computational Peptide Discovery Strategy. Öresund Peptide Symposium. 10. 10. 2023.
2. Santos, G. B. et al. Oral Administration of Peptide-Based Drugs: Beyond Lipinski’s Rule. ChemMedChem. 2016. 11. 2245-2251.
