李承業(yè)，黃文龍，錢 海

(中國(guó)藥科大學(xué)新藥研究中心，南京 210009)

糖尿病是以高血糖為特征并伴隨嚴(yán)重并發(fā)癥的代謝性疾病。根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟報(bào)告，目前全球糖尿病患者約有8.4%，預(yù)計(jì)到2045年，發(fā)病率會(huì)增加到9.9%[1]，糖尿病已成為危害公眾健康的重大疾病之一。胰島素是目前治療1型和2型中晚期糖尿病的首選藥物；而胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)受體激動(dòng)劑是新型的2型糖尿病治療手段，二者都屬于多肽類藥物。

胰島素是一種多肽類激素，由兩條多肽鏈構(gòu)成并通過兩對(duì)二硫鍵連接，A鏈由21個(gè)氨基酸組成，且A鏈內(nèi)部有一對(duì)二硫鍵，B鏈由30個(gè)氨基酸組成。胰島素是機(jī)體內(nèi)唯一降血糖的激素，并具有促進(jìn)糖原、脂肪、蛋白質(zhì)合成等功能。普通外源性胰島素在臨床應(yīng)用上存在兩大劣勢(shì)：(1)人體β細(xì)胞分泌胰島素直接作用于肝細(xì)胞，而外源性胰島素在外周施用，存在一定起效時(shí)間；(2)外源性胰島素?zé)o法模擬內(nèi)源性胰島素的作用曲線(維持基礎(chǔ)水平并在進(jìn)餐時(shí)達(dá)到峰值水平)，當(dāng)體內(nèi)血糖水平下降時(shí)，沒有反饋機(jī)制抑制胰島素作用，增加低血糖風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)90年代，得益于重組DNA技術(shù)大力發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)對(duì)胰島素肽鏈進(jìn)行局部修飾能夠改變胰島素的理化性質(zhì)和生理學(xué)特性，得到比普通胰島素更適合臨床需求的胰島素類似物。胰島素類似物一般可分為兩類：速效胰島素類似物和長(zhǎng)效胰島素類似物。速效胰島素類似物模擬餐時(shí)胰島素分泌，起效快，但作用時(shí)間短需要多次注射以及存在低血糖風(fēng)險(xiǎn)。因此臨床需求能夠模擬基礎(chǔ)胰島素作用的長(zhǎng)效胰島素類似物，以穩(wěn)定持續(xù)控制血糖的同時(shí)減輕患者注射痛苦。

GLP-1是一種內(nèi)源性腸促胰島素激素，在體內(nèi)發(fā)揮促進(jìn)胰島素釋放、抑制胰高血糖素釋放、抑制食欲和延緩胃排空等作用[2]。GLP-1的胰島素促釋放作用和胰高血糖素抑制作用具有血糖依賴性，因此其低血糖風(fēng)險(xiǎn)大大降低。然而內(nèi)源性GLP-1在血漿中會(huì)被二肽基肽酶-4(DPP-4)等酶代謝失活，并且會(huì)被腎小球快速濾過清除，其體內(nèi)半衰期很短，只有2～3 min[3]。首款上市的GLP-1受體激動(dòng)劑艾塞那肽(exenatide)是從蜥蜴的毒汁中分離得到的具有生物活性的多肽，與內(nèi)源性GLP-1的同源性較低，只有53%，半衰期大約2.4 h[4]，主要通過腎臟清除作用而被排除體外。每天需要注射兩次，給患者的使用帶來不便。因此，對(duì)GLP-1及其類似物進(jìn)行長(zhǎng)效化研究具有重要意義。

多肽長(zhǎng)效化的策略主要可分為化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾方式、制劑途徑和給藥裝置3種。通過對(duì)多肽序列中的酶切位點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)修飾，可降低多肽酶對(duì)多肽的快速清除；將多肽結(jié)合至白蛋白、單克隆抗體片段或聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)片段等聚合物增加多肽相對(duì)分子質(zhì)量，可達(dá)到減少腎臟快速濾過的目的。多肽與脂肪酸綴合可用于增加對(duì)白蛋白的親和力，這能增加肽在體內(nèi)的作用時(shí)間。制劑途徑和給藥裝置能夠改變多肽藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)性質(zhì)而不改變藥物分子本身，如藥物聚合物庫基質(zhì)的可控釋放或可植入藥物裝置的緩慢釋放能夠達(dá)到延長(zhǎng)多肽藥物作用時(shí)間的目的?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)修飾方式、制劑途徑和給藥裝置手段在提高多肽藥物生物利用度，改善其藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)參數(shù)和延長(zhǎng)半衰期等方面發(fā)揮重要作用。本文綜述多肽類藥物胰島素和GLP-1類似物的長(zhǎng)效化策略以及臨床數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)新型長(zhǎng)效化多肽類藥物提供思路。

1 通過化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾改善藥物特性

1.1 改變多肽藥物的氨基酸序列

1.1.1 相關(guān)的胰島素類似物藥物

甘精胰島素 甘精胰島素(insulin glargine)由Sanofi公司研發(fā)，于2000年獲美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)，是首個(gè)進(jìn)入臨床應(yīng)用也是目前最常用的長(zhǎng)效胰島素類似物。甘精胰島素是將人胰島素的A鏈末端Asn替換為Gly，同時(shí)在B鏈末端添加兩個(gè)Arg得到。其可在皮下組織積聚形成聚集體，從而能夠長(zhǎng)期釋放達(dá)到長(zhǎng)效化。B鏈末端的兩個(gè)Arg將等電點(diǎn)改變?yōu)閜H 6.7，所以這種皮下積聚只發(fā)生在中性條件下[5]。在臨床應(yīng)用中，甘精胰島素比普通胰島素?fù)碛懈L(zhǎng)的作用時(shí)間和更平滑的效果曲線[6]。甘精胰島素在單劑量條件下的平均作用時(shí)間為22～24 h，在穩(wěn)定條件下的平均作用時(shí)間為24～25.6 h，因此每天注射1次對(duì)大多數(shù)患者是可行的[6]。

1.1.2 相關(guān)的GLP-1類似物藥物

利西拉來 利西拉來(lixisenatide)由Sanofi公司研發(fā)，于2013年2月被歐洲藥品管理局批準(zhǔn)。Sanofi公司曾在2013年2月向FDA遞交申請(qǐng)，但因FDA要求心血管終點(diǎn)實(shí)驗(yàn)ELIXA的數(shù)據(jù)被臨時(shí)撤回。2015年重新遞交申請(qǐng)，并于2016年7月被FDA批準(zhǔn)上市。利西拉來的結(jié)構(gòu)與艾塞那肽類似，用6個(gè)連續(xù)的Lys代替C末端的Pro。6個(gè)連續(xù)的Lys能夠穩(wěn)定多肽的結(jié)構(gòu)，并抵抗酶類的降解達(dá)到長(zhǎng)效化目的。利西拉來的半衰期約為2～4 h，每天需要給藥兩次。一項(xiàng)心血管結(jié)果研究顯示，利西拉來不會(huì)增加心血管事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。常見不良反應(yīng)為惡心、嘔吐以及與磺酰脲和基礎(chǔ)胰島素類似的低血糖癥等[7]。

1.2 綴合脂肪酸鏈

1.2.1 相關(guān)的胰島素類似物藥物

地特胰島素 地特胰島素(insulin detemir)由Novo Nordisk公司研發(fā)，于2005年獲FDA批準(zhǔn)的中性可溶的基礎(chǔ)胰島素類似物。將人胰島素B鏈30位Thr殘基去除，在B鏈29位Lys殘基上綴合14碳肉豆蔻酰基得到地特胰島素。肉豆蔻酰基有助于地特胰島素在注射部位自組裝形成雙六聚體，并且有助于和白蛋白可逆性的結(jié)合，促進(jìn)地特胰島素長(zhǎng)效化[8]。地特胰島素與甘精胰島素相比，具有更穩(wěn)定的作用曲線。在1型糖尿病患者施用0.4 units/kg的地特胰島素，其作用時(shí)間能夠達(dá)到21.5 h，且其夜間低血糖次數(shù)較甘精胰島素明顯減少[9]。

德谷胰島素 德谷胰島素(insulin degludec)是Novo Nordisk公司研發(fā)的新型長(zhǎng)效化胰島素，于2015年獲FDA批準(zhǔn)上市。將人胰島素B鏈30位Thr去除，B鏈29位Lys通過Glu作為連接臂和16碳脂肪酸鏈連接，可得到德谷胰島素。德谷胰島素在皮下組織注射后會(huì)自組裝成六聚體，其脂肪酸側(cè)鏈又可與相鄰六聚體作用，最終形成多聚六聚體鏈。其注射制劑中含有苯酚、鋅離子和氯離子，苯酚和氯離子可穩(wěn)定六聚體的構(gòu)型，而當(dāng)構(gòu)型中的鋅離子緩慢擴(kuò)散，六聚體緩慢分解成二聚體或單體進(jìn)入體內(nèi)發(fā)揮作用[10]。脂肪酸結(jié)構(gòu)使德谷胰島素可以與白蛋白可逆連接，共同起效可發(fā)揮超長(zhǎng)的作用時(shí)間[11]。1型糖尿病患者注射0.4 units/kg的德谷胰島素，其作用時(shí)間至少42 h[11]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，每天注射一次德谷胰島素不會(huì)導(dǎo)致活性胰島素的積累，而是穩(wěn)定的“儲(chǔ)備”胰島素[12]。與甘精胰島素相比，德谷胰島素在24 h內(nèi)的降糖作用曲線更均勻，因此夜間低血糖的發(fā)生率更低[13]。德谷胰島素的注射時(shí)間非常靈活，其兩針的間隔時(shí)間可短至8 h，長(zhǎng)至40 h，而且這種靈活性并不影響其安全性和有效性[14]。

1.2.2 相關(guān)的GLP-1類似物藥物

利拉魯肽 利拉魯肽(liraglutide)由Novo Nordisk公司研發(fā)，2009年獲得歐盟批準(zhǔn)，2010年獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市。在內(nèi)源性GLP-1的基礎(chǔ)上，34位Lys用Arg替代，并在26位Lys上綴合16碳脂肪酸側(cè)鏈。脂肪酸側(cè)鏈可以與血清白蛋白發(fā)生非共價(jià)鍵作用，使得利拉魯肽經(jīng)皮下注射進(jìn)入循環(huán)后，僅有1%～2%的化合物以游離多肽形式存在[15]。故利拉魯肽擁有大約11～15 h的半衰期，能夠在一天內(nèi)持續(xù)激活GLP-1受體[15]。利拉魯肽的初始給藥劑量為每次0.6 mg，1周后增加到每次1.2 mg，如耐受性良好，或需要更好的療效，可以將劑量提升到每次1.8 mg。利拉魯肽可以顯著降低平均糖化血紅蛋白(HbA1c)和空腹血糖(fasting plasma glucose，F(xiàn)PG)水平，有減輕體重的效果，且發(fā)生低血糖概率低[16]。利拉魯肽可以在一天中任何時(shí)間給藥，與進(jìn)食無關(guān)，皮下注射部位包括腹部、大腿和上臂。

索馬魯肽 索馬魯肽(semaglutide)由Novo Nordisk公司研發(fā)的每周給藥1次的長(zhǎng)效化GLP-1類似物，于2017年12月被FDA批準(zhǔn)上市。索馬魯肽與天然GLP-1有94%的同源性[17]。在利拉魯肽的基礎(chǔ)上，索馬魯肽做了進(jìn)一步的改變，將34位Lys替換為Arg，在26位Lys綴合18碳脂肪酸鏈，同時(shí)將8位Ala替換為2-氨基異丁酸(Aib)。脂肪酸側(cè)鏈會(huì)與血清白蛋白發(fā)生更強(qiáng)的非共價(jià)鍵作用，減少了腎臟對(duì)藥物的清除作用。另外，8位Aib可以抵抗DPP-4對(duì)索馬魯肽分子的降解。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，索馬魯肽的半衰期達(dá)到了驚人的155～184 h[17]。研究表明，索馬魯肽降糖效果優(yōu)于多個(gè)主流降糖藥，如甘精胰島素等，并具有降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的效果[18]。在SUSTAIN 7試驗(yàn)中，索馬魯肽又憑借低劑量在降糖、減重效果方面擊敗了杜拉魯肽[19]，進(jìn)一步確定了其當(dāng)今最佳GLP-1受體激動(dòng)劑的地位。另外，Novo Nordisk公司還與口服給藥系統(tǒng)廠商Emisphere Technologies合作，推進(jìn)索馬魯肽的口服制劑開發(fā)[20]。索馬魯肽口服制劑在Ⅱ期臨床中降糖、減肥效果優(yōu)異，但是生物利用度較低，已上市的索馬魯肽注射制劑每周用藥1次，每針0.25～1.0 mg，而口服制劑需要1天1片，每片10～20 mg，其安全性、有效性也仍有待臨床試驗(yàn)證明[21]。

克莫魯肽 克莫魯肽(coumaglutide)由筆者所在課題組研發(fā)，將雙香豆素通過不同碳鏈長(zhǎng)度的馬來酰亞胺連接臂與修飾過的GLP-1肽鏈在不同氨基酸殘基位點(diǎn)結(jié)合得到一系列GLP-1類似物，發(fā)現(xiàn)其具有良好的生物學(xué)活性。4-羥基香豆素可以與人血清白蛋白緊密結(jié)合，而雙香豆素是一種干擾維生素K代謝的口服抗凝劑。糖尿病患者動(dòng)脈粥樣硬化血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)增加，而雙香豆素可能有助于預(yù)防血液凝結(jié)。其中，活性最好的化合物克莫魯肽在db/db小鼠中的降血糖持續(xù)時(shí)間顯著大于艾塞那肽和利拉魯肽。鑒于嚙齒類動(dòng)物的藥物清除速度比人類快得多，人類的抗糖尿病持續(xù)時(shí)間可能大大高于小鼠觀察到的35.8 h，后續(xù)的活性評(píng)估仍在進(jìn)行[22]。

1.3 融合人體內(nèi)源性長(zhǎng)效化蛋白片段

1.3.1 相關(guān)的胰島素類似物藥物

LAPSInsulin 115LAPSInsulin 115是由Hanmi Pharmaceutical公司研發(fā)的每周給藥的長(zhǎng)效化胰島素類似物，目前已進(jìn)入Ⅰ期臨床。其以免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG)Fc片段為載體，用3.4 kD的PEG作為連接臂以減小空間位阻與胰島素相連。Fc融合蛋白延長(zhǎng)半衰期的方式不僅僅是增大相對(duì)分子質(zhì)量減慢腎臟清除，還通過IgG與新生兒Fc受體(neonatal Fc receptor，F(xiàn)cRn)作用，增加體內(nèi)循環(huán)，延長(zhǎng)半衰期[23]。LAPSInsulin 115的血漿半衰期是德谷胰島素的15倍，其降血糖功能可持續(xù)7 d[24]。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，LAPSInsulin 115與胰島素有相似作用，注射24 h后，在肝臟、骨骼肌和脂肪組織等主要靶組織中都發(fā)現(xiàn)存在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[24]。

1.3.2 相關(guān)的GLP-1類似物藥物

LAPSCA-Exendin-4LAPSCA-Exendin-4(efpeglenatide)同樣是由Hanmi Pharmaceutical公司研發(fā)的長(zhǎng)效化GLP-1類似物，目前已進(jìn)入Ⅲ期臨床。將免疫球蛋白的Fc區(qū)以柔性非肽基聚合物為連接臂與氨基酸修飾過的艾塞那肽的27位氨基酸殘基連接得到LAPSCA-Exendin-4[25]。臨床發(fā)現(xiàn)，當(dāng)艾塞那肽用于治療2型糖尿病，會(huì)有37%～57%的患者產(chǎn)生免疫應(yīng)答，而LAPSCA-Exendin-4含有的Fc片段能通過MHC II類抗原呈遞之前的蛋白水解化片段使其降低免疫原性[26]。LAPSCA-Exendin-4與其他可用于2型糖尿病患者的藥物相比具有最長(zhǎng)的藥物作用持續(xù)時(shí)間，平均半衰期超過150 h。超過60%的受試者的HbA1c降至目標(biāo)值以下[27]。

杜拉魯肽 杜拉魯肽(dulaglutide)是由Lilly公司研發(fā)的每周給藥的長(zhǎng)效化GLP-1類似物，2014年獲得FDA批準(zhǔn)。杜拉魯肽由兩個(gè)具有DPP-4抵抗作用的GLP-1類似物與IgG Fc片段融合得到，減少了腎臟消除作用，半衰期為5 d。在大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期給藥杜拉魯肽，有增加甲狀腺C細(xì)胞腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，具有劑量依賴性和治療時(shí)間依賴性。依據(jù)現(xiàn)有臨床與非臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尚不能確定是否會(huì)在人體引起甲狀腺癌。在一項(xiàng)167名患者參與的為期12周的雙盲臨床試驗(yàn)中，杜拉魯肽可以降低HbA1c水平，具有劑量依賴性，治療2型糖尿病安全性高，具有較好的前景[28]。

阿必魯肽 阿必魯肽(albiglutide)是由GSK公司開發(fā)的每周給藥的長(zhǎng)效GLP-1類似物，2014年獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)。阿必魯肽由兩個(gè)具有DPP-4抵抗作用的GLP-1類似物拼接后，綴和人血清白蛋白，具有減少腎臟過濾的效果[15]。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，每周給藥1次阿必魯肽30 mg，可以明顯降低HbA1c和FPG水平，降低幅度大于每天給藥2次的艾塞那肽，但減輕體重效果不如艾塞那肽[29]。一項(xiàng)名為HARMONY的試驗(yàn)將阿必魯肽和利拉魯肽進(jìn)行了對(duì)比，經(jīng)過32周的治療后，阿必魯肽組的HbA1c降低0.78%，利拉魯肽組降低0.99%，阿必魯肽的注射部位反應(yīng)略高于利拉魯肽，但其胃腸道不良反應(yīng)較輕[30]。

GSK2374697 GSK2374697是由GSK研發(fā)一種長(zhǎng)持久力的GLP-1類似物，其是將綴合有血清白蛋白的抗體與艾塞那肽結(jié)合得到的基因工程融合蛋白，目前已進(jìn)入Ⅰ期臨床。GSK2374697的相對(duì)分子質(zhì)量增大能減少腎臟清除，含有的抗體片段能與Fc受體結(jié)合，從而在抵抗酶的降解同時(shí)回收白蛋白進(jìn)入血漿，半衰期在6 d左右[31]。單劑量使用GSK2374697能夠降低餐后血糖，并延遲胃排空，但是多劑量下，延遲胃排空現(xiàn)象消失[31]。惡心現(xiàn)象以劑量依賴性出現(xiàn)，多劑量之后惡心等不良反應(yīng)的耐受性明顯減少[31]。

1.4 融合PEG片段

1.4.1 相關(guān)的胰島素類似物藥物

LY2605541 LY2605541由Lilly公司研發(fā)，但于2015年終止了Ⅲ期臨床試驗(yàn)，推測(cè)是肝毒性影響[32]。當(dāng)一個(gè)大的PEG聚合物鏈附著在胰島素分子上，分子的流體動(dòng)力學(xué)增加，從而更容易通過肝臟有孔毛細(xì)血管。將人胰島素B鏈28位Pro和29位Lys對(duì)調(diào)，將20 KDa的PEG綴合到B鏈28位Lys上形成。PEG可增加溶解度，也能增加分子體積，從而減少腎臟濾過，半衰期為2～3 d[33]。研究表明，接受LY2605541的患者HbA1c水平降低，但與甘精胰島素相比，LY2605541的低血糖發(fā)生率更高[34]。

1.4.2 相關(guān)的GLP-1類似物藥物

LY2428757 LY2428757由Lilly公司和Amylin公司研發(fā)，為每周給藥的長(zhǎng)效化GLP-1激動(dòng)劑，現(xiàn)已完成Ⅱ期臨床試驗(yàn)。LY2428757是將一個(gè)或多個(gè)PEG聚合物與艾塞那肽上的Lys殘基相連，從而降低免疫原性，抵抗蛋白酶水解，延長(zhǎng)半衰期[35]。

1.5 融合新型長(zhǎng)效化片段

1.5.1 相關(guān)的胰島素類似物藥物

PE0139 PE0139是由PhaseBio公司研發(fā)的每周給藥的長(zhǎng)效胰島素，目前已經(jīng)進(jìn)入Ⅱ期臨床。彈性蛋白樣多肽(elastin-like peptide，ELP)是一種可合成的生物聚合體，其結(jié)構(gòu)單元Val-Pro-Gly-X-Gly(VPGXG)n，“X”為除Pro外的任意氨基酸。ELP具有臨界相轉(zhuǎn)變溫度(Tt)，當(dāng)溶液溫度低于Tt時(shí)，ELP高度可溶；當(dāng)溫度高于Tt時(shí)，ELP聚集成不溶性微團(tuán)聚體；當(dāng)溫度再次低于Tt時(shí)，ELP發(fā)生復(fù)溶。改變X殘基和鏈長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)ELP的Tt。

將胰島素的基因序列與合適長(zhǎng)度的ELP生物聚合物序列融合，在大腸埃希菌中表達(dá)提取可得到PE0139。與ELP融合可以提高溶解度和生物利用度，同時(shí)保留了天然肽幾乎相同的活性。皮下注射后可形成熱誘導(dǎo)的凝膠貯庫，緩慢釋放胰島素ELP融合蛋白。同時(shí)相對(duì)分子質(zhì)量增加會(huì)減少腎小球?yàn)V過，并增強(qiáng)對(duì)酶剪切的抵抗能力。

1.5.2 相關(guān)的GLP-1類似物藥物

VRS-859 VRS-859由Amunix最初研發(fā)，由Versartis公司推進(jìn)Ⅰ期臨床。研究人員設(shè)計(jì)了 1 500 多種非重復(fù)性的36個(gè)氨基酸基序的基因庫，將這些基因隨機(jī)連接并在E.coli中表達(dá)一系列聚多肽，通過考察基因穩(wěn)定性、蛋白穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和聚集傾向，最終獲得含864個(gè)殘基的聚多肽，該聚多肽及其不同長(zhǎng)度的衍生物統(tǒng)稱為XTEN[36]。XTEN融合蛋白還具有可生物降解、免疫原性低和純度高等特點(diǎn)。將XTEN864融合在該肽的C端并在E.coli中可溶表達(dá)，獲得融合蛋白VRS-859，半衰期為128 h。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，VRS-859單次給藥200 mg，其控制血糖作用可維持30 d，HbA1c水平顯著降低，且未發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)[36]。

2 通過制劑途徑改善藥物特性

2.1 甘精胰島素U300

當(dāng)人普通胰島素濃縮時(shí)，其藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)作用特征改變，與正常濃度相比，高濃度胰島素的起效時(shí)間相似，但由于需要從注射部位更長(zhǎng)時(shí)間釋放，降血糖效果比正常濃度的時(shí)間長(zhǎng)。人普通胰島素U500的降血糖效果延長(zhǎng)至21 h，人普通胰島素U100的降血糖時(shí)間為18 h[38]?？赡芙忉尀?，與正常濃度的胰島素相比，高濃度胰島素可以在皮下形成更緊密的聚集體，減少了胰島素分子離解的表面積，同時(shí)增加了胰島素到毛細(xì)管的距離[39]。

Sanofi公司于2015年推出了甘精胰島素U300(常用的甘精胰島素為U100)，其為甘精胰島素每日一次的長(zhǎng)效劑型。對(duì)于胰島素耐受的患者，需要使用大劑量來控制血糖。為了減少注射體積，開發(fā)甘精胰島素U300很有必要。甘精胰島素U300的半衰期為19.0 h，而甘精胰島素U100的半衰期為13.5 h[40]。甘精胰島素U300的藥代動(dòng)力學(xué)作用曲線比甘精胰島素U100平坦。然而，穩(wěn)態(tài)時(shí)甘精胰島素U300的生物效能比甘精胰島素U100低27%[41]，這表明在將患者從甘精胰島素U100轉(zhuǎn)換為甘精胰島素U300時(shí)需要調(diào)整劑量。

2.2 艾塞那肽微球制劑

微球制劑是一種將多肽包裹，達(dá)到穩(wěn)定釋放的制劑方法。微球體的安全性和載藥效率已經(jīng)得到很好的確認(rèn)。藥物加載到微球表面或微球中，隨著微球基質(zhì)材料降解，藥物穩(wěn)定釋放并起效，肽和蛋白質(zhì)在釋放前可以得到保護(hù)。但微球制劑必須皮下注射，這帶來了很大的疼痛感導(dǎo)致患者順從性降低。

Bydureon是由Amylin Pharmaceuticals研發(fā)的首款微球形式的長(zhǎng)效化艾塞那肽產(chǎn)品。Bydureon微球是將艾塞那肽非采用油包水(W/O)溶劑蒸發(fā)法包埋在生物可降解的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)中。微球體的直徑為0.06 mm，并且它們具有典型的“夾心葡萄干”形狀和致密的表面層[42]。在比較試驗(yàn)中，與每日兩次的艾塞那肽相比，Bydureon可以改善HbA1c和降低FPG，胃腸道不良反應(yīng)更少，低血糖風(fēng)險(xiǎn)也不會(huì)增加，并且體重相應(yīng)降低[43]。在一個(gè)為期2年的試驗(yàn)中，將單用噻唑烷二酮或聯(lián)合二甲雙胍治療2型糖尿病與每周一次艾塞那肽微球的安全性進(jìn)行比較。研究結(jié)果顯示，艾塞那肽微球組的HbA1c和體重得到一致的改善[43]。然而，Bydureon微球表現(xiàn)出滯后期，完全釋放需要長(zhǎng)達(dá)7周的時(shí)間[44]。這種滯后期對(duì)藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和療效有一定影響。

3 通過給藥裝置改善藥物特性

3.1 胰島素和GLP-1的常規(guī)給藥裝置

胰島素給藥的裝置有多種，如注射器、筆注射器、泵等，選擇取決于患者的生活方式和胰島素的藥理特性等[45]。胰島素最初是通過注射器給藥，其優(yōu)點(diǎn)是成本低以及適用于各種劑型。然而注射器對(duì)于視力或靈活性受損的人來說不太方便。一次性或重復(fù)使用的胰島素注射筆上市后受到患者的歡迎。其優(yōu)點(diǎn)在于筆可以更好地控制遞送的胰島素劑量并且更易于使用，針頭也較注射器短，這既降低疼痛感又使皮下注射更易操作。與注射器相比，筆裝置在HbA1c變化，降低低血糖患者發(fā)生率方面表現(xiàn)更優(yōu)。然而，用筆設(shè)備注射胰島素懸浮制劑會(huì)發(fā)生顯著劑量變化，未充分混合的懸浮液導(dǎo)致低血糖發(fā)生率更高[46]。

GLP-1受體激動(dòng)劑在2005年以注射筆形式引入市場(chǎng)。開發(fā)注射用GLP-1藥物時(shí)，安全性、有效性和患者依從性是選擇裝置時(shí)的關(guān)鍵考慮因素。

其他新型藥物裝置組合如微針、活性頰或透皮貼劑，這些給藥系統(tǒng)處于臨床前階段。透皮給藥的開發(fā)工作目前主要集中在微創(chuàng)微針貼片上，以避免傳統(tǒng)透皮系統(tǒng)的低透皮通量[47]。

3.2 胰島素閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)胰島素輸送系統(tǒng)是藥物裝置組合，可連續(xù)監(jiān)測(cè)血糖，并通過輸液泵裝置輸送胰島素，模擬內(nèi)源性胰島素分泌的生理學(xué)作用[48]。閉環(huán)系統(tǒng)中含有一個(gè)動(dòng)態(tài)的血糖監(jiān)測(cè)器，該監(jiān)測(cè)器每5～10分鐘進(jìn)行一次血糖監(jiān)測(cè)，并向算法單元發(fā)送信號(hào)，算法單元控制泵裝置通過插入患者皮下組織的套管向體內(nèi)輸送速效胰島素。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于模擬體內(nèi)胰島素的釋放，達(dá)到更好的血糖控制和更低的低血糖發(fā)生率。但閉環(huán)系統(tǒng)的插管部位可能引起皮膚感染，泵一旦故障有發(fā)生酮癥酸中毒的風(fēng)險(xiǎn)。閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備成本較高，且必須一直佩戴[49]。

2016年9月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)通過首個(gè)胰島素閉環(huán)給藥系統(tǒng)——美敦力MiniMed 670G胰島素泵。該系統(tǒng)具有葡萄糖傳感器和控制算法以自動(dòng)化基礎(chǔ)胰島素輸送，而患者僅需要補(bǔ)充進(jìn)餐時(shí)間的胰島素。泵和傳感器完全集成，無需使用智能設(shè)備進(jìn)行外部控制或監(jiān)測(cè)。根據(jù)研究表明，124名患者使用670系統(tǒng)3個(gè)月后，HbA1c水平從7.4%下降至6.9%；低血糖的持續(xù)時(shí)間減少了44%；而高血糖持續(xù)時(shí)間則減少了11%[50]。閉環(huán)胰島素輸送系統(tǒng)目前用于1型糖尿病患者，2型糖尿病患者的臨床研究正在進(jìn)行中。

3.3 胰島素吸入裝置

為了解決注射給藥帶來的不便，許多公司開發(fā)了吸入裝置。2006年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了由Pfizer公司開發(fā)的首個(gè)速效胰島素吸入制劑Exubera。其為重組人胰島素的干粉吸入劑，使用專用吸入器經(jīng)口腔吸入給藥，將霧化的胰島素送達(dá)肺部發(fā)揮降糖療效。但研究發(fā)現(xiàn)，Exubera的效果并不比注射短效胰島素好，而且額外的成本更高。在安全性方面，Exubera導(dǎo)致低血糖，糖尿病酮癥酸中毒和呼吸系統(tǒng)不良事件發(fā)生率升高[51]。這些因素導(dǎo)致吸入式胰島素市場(chǎng)表現(xiàn)不佳，最終輝瑞自愿退市。

盡管經(jīng)歷Exubera的挫折，胰島素吸入裝置的研發(fā)仍在進(jìn)行。MannKind開發(fā)的Afrezza吸入裝置于2014年獲得批準(zhǔn)[52]。Afrezza在設(shè)備設(shè)計(jì)和使用方便性方面與Exubera相比具有重要優(yōu)勢(shì)：它比Exubera小巧得多，并且胰島素能夠以單位給藥[52]。Afrezza最常見的不良反應(yīng)為低血糖、咳嗽、咽喉痛或咽部刺激癥狀，其安全性與Exubera類似，市場(chǎng)使用率仍需觀察[52]。

3.4 艾塞那肽植入式滲透泵

ITCA 650由Intarcia公司研發(fā)并已向FDA遞交申請(qǐng)。ITCA 650的外部尺寸為直徑4 mm，長(zhǎng)44 mm，其帶有一個(gè)火柴棍大小的鈦合金滲透微型泵，可在精確且可預(yù)設(shè)置的速率下以皮下注射的方式提供連續(xù)可控的艾塞那肽。細(xì)胞外液通過半透膜直接進(jìn)入滲透引擎，所產(chǎn)生的壓力以緩慢且平均的速度推動(dòng)活塞，使藥物制劑通過擴(kuò)散調(diào)節(jié)器的孔釋放[53]。ITCA 650的安裝需要使用放置工具將無菌微型泵放置在腹壁下表面，這一過程通常由專業(yè)人員在患者良好耐受情況下以簡(jiǎn)單手術(shù)進(jìn)行。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，2型糖尿病患者用二甲雙胍治療效果不佳，接受ITCA 650每天20 μg治療12周，然后每天60 μg繼續(xù)治療12周，發(fā)現(xiàn)HbA1c平均降低1.4%，體重平均減輕3.1 kg[54]。

4 胰島素和GLP-1聯(lián)合給藥和藥物裝置

胰島素和GLP-1組合療法能夠降低胰島素使用量、改善血糖控制、降低低血糖發(fā)生率和中等體重減輕等諸多益處，同時(shí)還能減少注射次數(shù)和頻率[55]。Novo Nordisk公司開發(fā)的IDegLira，是一種固定劑量的德谷胰島素和利拉魯肽的組合[56]。與僅使用GLP-1或胰島素的患者相比，IDegLira的Ⅲ期臨床結(jié)果顯示聯(lián)合產(chǎn)品在降低HbA1c方面具有優(yōu)異的療效[57]。與胰島素治療患者相比，聯(lián)合治療沒有體重增加。2014年，IDegLira作為歐洲聯(lián)合產(chǎn)品獲得上市許可。LixiLan是由Sanofi公司開發(fā)的利西拉來和甘精胰島素藥物組合裝置。2016年11月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了IDegLira和LixiLan。隨著每周1次和每月1次注射的GLP-1藥物和每周一次胰島素的發(fā)展，胰島素和GLP-1組合劑型的研發(fā)空間具有很大潛力。

5 總結(jié)與展望

胰島素和GLP-1類似物領(lǐng)域目前的研究成果極大地提高了糖尿病患者的生活質(zhì)量和生命預(yù)期。其未來研究方向仍然是更快的起效速度，更長(zhǎng)的作用時(shí)間，更平坦的作用曲線以及提高安全性和便利性。在胰島素治療中，低血糖風(fēng)險(xiǎn)仍然存在，因此葡萄糖響應(yīng)性胰島素類似物可能發(fā)展成下一代胰島素類似物[58]。胰島素和GLP-1類似物的長(zhǎng)效化策略眾多，在分子構(gòu)建方面，氨基酸修飾、綴合脂肪酸鏈、利用單克隆抗體片段以及注射后形成緩釋庫等手段都能有效地提高了藥物的半衰期。在藥物制劑途徑方面，將藥物濃縮以達(dá)到長(zhǎng)期釋放以及藥劑的緩釋控釋手段如艾塞那肽微球制劑，能夠有效地提高藥物的作用時(shí)間。采用苯硼酸類糖敏感材料應(yīng)用于胰島素控釋系統(tǒng)中，等[59]。在給藥裝置方面，具有穩(wěn)定釋放和可植入緩釋庫的給藥裝置以及胰島素閉環(huán)設(shè)備能提高胰島素和GLP-1類似物糖尿病治療的便利性。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正在研究如吸入、透皮和口服等注射給藥的替代方案，其中索馬魯肽的口服制劑研究進(jìn)展最快，已進(jìn)入Ⅲ期臨床，多肽類藥物口服給藥將指日可待。