蛋白抗体制剂中为何选用非离子型表面活性剂？

要点：

1. 表面活性剂分可为阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂，及非离子表面活性剂；

2. 非离子型表面活性剂能够抑制蛋白聚集及竞争界面吸附，从而有利于蛋白的构象稳定性及胶体稳定性；

3. 最常用的非离子型表面活性剂为Tween 80和Tween 20；已上市的制剂中的浓度范围：0.01-2 mg/mL。

概述：

表面活性剂是一类具有两亲性质的分子：一端为亲水基团(Hydrophilic head)，另一端为疏水基团(Hydrophobic tail)；根据亲水基团的带电性质可分为：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

(From:https://www.ipcol.com/blog/an-easy-guide-to-understanding-surfactants/)

目前蛋白制剂开发过程中及上市产品中，表面活性剂是一种必要添加的辅料。其主要作用是能够抑制蛋白聚集及竞争界面吸附，从而有利于稳定蛋白的构象稳定性及胶体稳定性；

为何蛋白制剂中所添加的表面活性剂均为非离子型的呢？

这是因为两者的作用机理不同！

离子型表面活性剂对蛋白的影响：容易诱发蛋白变性。

由于离子型表面活性剂存在离子基团，在溶液中优先与蛋白发生静电相互作用。随着表面活性剂浓度的增加，静电相互作越来越强，直到蛋白表面带电荷的位点被离子型表面活性剂完全占据后，形成了比蛋白自身更具有高表面活性的电中性复合物。

在表活分子逐步结合蛋白的过程中，会扰动蛋白的三级及二级结构，从而逐步诱发蛋白结构的解折叠，暴露出蛋白内部的疏水基团，致使蛋白间的聚集加剧，最终有可能发生沉淀。如果继续加入表活， 蛋白与表活间的疏水相互作用变成主导，使得早期形成的复合物被大量的新引入的表活分子包裹，致使亲水性增大，重新溶解在溶液体系中。

(From: Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2010, 15(4):271-282.)

这就是为什么蛋白溶液中添加离子型表面活性剂，首先观察到浑浊，继续添加后一段时间又变澄清的主要原因。

非离子型表面活性剂对蛋白的影响：竞争界面吸附，抑制蛋白-蛋白相互作用。

由于非离子表面活性剂不存在离子基团，蛋白与非离子表面活性剂之间主要以疏水相互作用存在。而疏水相互作用是一种短程的相互作用，只有当两分子间的距离非常小的时候才会发生， 这一点与电荷-电荷间的相互作用不同（分子相距较远时，亦可发生分子间的静电吸引或排斥）。因此，在含有低浓度的表面活性剂时，表活分子优先占据体系中的疏水界面（如气液界面），竞争性的抑制蛋白自身与疏水界面的接触，从而对蛋白分子起到保护作用。随着表活分子的增多，表活可与蛋白表面少量的疏水位点结合， 形成一种弱结合的复合物，从而可抑制蛋白-蛋白之间的相互作用，抑制蛋白聚集的发生。

目前文献报道，非离子型表面活性剂对蛋白的保护作用，与CMC(临界胶束浓度)没有明确的关联，即使低于CMC 10倍以下的浓度，亦有明显的保护作用。

(From: Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2010, 15(4):271-282.)

目前，已上市的蛋白制剂中，Tween 80 和 Tween 20是使用最为普遍的非离子型表面活性剂，其浓度范围约为0.01-2 mg/mL。

参考文献：

1. Maldonado-Valderrama J , Juan M. Rodríguez Patino. Interfacial rheology of protein–surfactant mixtures[J]. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2010, 15(4):271-282.

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3. Wang S , Wu G , Zhang X , et al. Stabilizing two IgG1 monoclonal antibodies by surfactants: Balance between aggregation prevention and structure perturbation[J]. European Journal of Pharmaceutics & Biopharmaceutics, 2017, 114:263-277.

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