胰島素非注射給藥途徑研究與進展

韓羽楠 潘崎

1中國醫(yī)科大學95期；2中國醫(yī)科大學94期

胰島素非注射給藥途徑研究與進展

韓羽楠1潘崎2

1中國醫(yī)科大學95期；2中國醫(yī)科大學94期

胰島素（INS）是目前治療胰島素依賴型糖尿?。↖DDM）的主要藥物，長期以來一直以注射給藥為主，給患者帶來不便和痛苦，為此，國內(nèi)外學者一直致力于INS非注射給藥途徑的研究，如口服給藥、肺部給藥、黏膜給藥、經(jīng)皮給藥等，并已取得一定進展。本文將近年來INS非注射給藥的研究動態(tài)做一綜述。

胰島素（INS）；非注射給藥；糖尿病治療

胰島素（insulin ,INS）是目前治療胰島素依賴型糖尿?。↖DDM）的首選和必備藥物，自1921年Banting和Bast發(fā)現(xiàn)并首次在臨床中應用INS以來，一直以皮下注射途徑給藥。幾十年來，為提高INS的療效，不斷改進INS的劑型，不斷更新INS的注射裝置，但終究離不開注射途徑。長期的注射給病人帶來了諸多的不便和痛苦，為提高患者的依從性和避免注射給藥帶來的許多不良反應，國內(nèi)外研究者一直致力于INS非注射給藥途徑的研究，如口服給藥、肺部給藥、黏膜給藥以及經(jīng)皮給藥等。本文就INS非注射給藥途徑的研究進展做一綜述。

1 口服給藥

口服給藥傳統(tǒng)、方便，易被患者接受，可明顯改善INS患者的生活質(zhì)量。但INS為蛋白質(zhì)多肽類藥物，若不經(jīng)處理直接口服使用，其生物利用度僅為0.5%。影響其生物利用度的主要原因有：① INS在胃酸和消化道蛋白酶的作用下易降解失活；② INS分子量較大（M≈5700），脂溶性差，分子間具有很強的聚合趨勢因而多以聚合體形式存在，難以通過腸道吸收屏障；③ 制備過程中的胰島素構(gòu)象穩(wěn)定性問題[1]。因此，提高INS口服藥物的生物利用度是藥劑學家多年來一直在研究克服的難題。目前INS口服制劑的研究主要著重于如下幾個方面：

1.1 固體的納米微囊、納米微球或微粒制劑

在人和動物小腸的某些區(qū)域，存在著與免疫有關(guān)的特定組織區(qū)，稱Peyer區(qū)，該區(qū)域占整個腸道黏膜的25%左右，其特點是允許淋巴因子和一些顆粒進入循環(huán)系統(tǒng)。研究表明，微粒制劑如納米?？诜螅梢越?jīng)過Peter’s patch(集合淋巴結(jié))到達肝、脾等組織，從而改變INS在體內(nèi)的組織分布，提高INS口服生物利用度。

國內(nèi)于2009年做了一項實驗，在硫酸鎂和三聚磷酸鈉存在的條件下通過攪拌陰離子聚-γ谷氨酸溶液和陽離子殼聚糖溶液制備對pH敏感的載有INS的納米粒，考察其在兔子體內(nèi)的有效性。實驗顯示其在給藥至少10h內(nèi)有明顯的降糖效果，與皮下注射INS相比其相對生物利用度達到了（15.1±0.9）%，以100mg·kg-1的劑量在小鼠上進行安全性考察，耐受性良好[2]。

固體的納米顆粒制劑利用腸道的Peyer區(qū)將載藥的納米顆粒轉(zhuǎn)運入體內(nèi)發(fā)揮作用，在制劑的穩(wěn)定性和緩釋作用方面有明顯優(yōu)勢。

1.2 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體作為載體可以達到保護藥物生物活性，提高穩(wěn)定性，增強靶向性，延緩釋放，提高療效等作用。隨著研究的進展，人們發(fā)現(xiàn)用脂質(zhì)體作為載體不夠穩(wěn)定，易于聚集融合，使被包裹藥物的吸收變得困難。通過改變脂質(zhì)體的成分來提高INS的生物利用度或作用時間是近年來的研究熱點。

吳正紅等[3]以殼聚糖和殼聚糖-EDTA接合物（CEC）雙層包裹INS脂質(zhì)體用于大鼠降血糖實驗，發(fā)現(xiàn)其相對生物利用度可達8.91 %。修志龍等[4]將INS包封脂質(zhì)體內(nèi)，體外實驗證實INS與脂質(zhì)體結(jié)合或混合后均能抗胃蛋白酶、胰蛋白酶和α-糜蛋白酶，小鼠口服用卵磷脂或磷脂酰肌醇包制的直徑為20～100nm的INS脂質(zhì)體后呈現(xiàn)的生物有效性約為皮下注射的一半。實驗表明卵磷脂-膽固醇（7:2）配比包封INS降糖效果較好。

美國Diasome公司研發(fā)的肝靶向胰島素膠囊（oral hepatic-directed vesicles insulin, Oral HDV-I）現(xiàn)在正處于Ⅲ期臨床研究中。Oral HDV-I顆粒直徑＜150nm，脂質(zhì)體內(nèi)部包封了1%的INS，而脂質(zhì)雙分子層中則是特殊的肝靶向分子。肝靶向分子能將INS分子送達到肝細胞中，從而模擬正常的生理代謝。動物及臨床試驗顯示，HDV-I較之傳統(tǒng)的INS注射制劑降血糖效果更顯著，且能更好的控制餐后血糖的波動，大大降低了低血糖的發(fā)生率。研究者推測其增強的降血糖作用可能與刺激肝臟的活性，增加肝臟葡萄糖的攝取有關(guān)[5,6,7]。

1.3 油相制劑

油相制劑的概念是英國Cortecs公司的New于1997年最先提出，這種將親水性物質(zhì)溶解在疏水性溶劑中的技術(shù)被稱為Macrosol technique。此種技術(shù)可以成功地將小分子水溶性藥物、蛋白多肽藥物甚至是金屬顆粒溶解在油相中。Cortecs公司應用該技術(shù)制備的口服INS制劑（Macrulin）和口服降鈣素制劑（Macritonin）均已達到臨床試驗階段[8]。

清華大學與福仕生物工程有限公司結(jié)合油相制劑制備技術(shù)和自乳化給藥系統(tǒng)，聯(lián)合研制了一種新型口服INS制劑。體外實驗表明該制劑是通過細胞間隙透過小腸上皮細胞進入血液循環(huán)的。Ⅰ期臨床的人體葡萄糖鉗夾試驗結(jié)果表明，該藥物的相對有效性達24%。在Ⅱ期臨床試驗中，經(jīng)12周的治療觀察，結(jié)果顯示該制劑能顯著降低主要療效指標HbA1c，說明采用該藥12周的治療有可靠的降糖效果，并有重要的臨床意義[9]。

2 肺部給藥

由于肺泡吸收面積大（50～140m2），通透性高且無肝臟首過效應，因此肺部吸入是INS給藥的一種有效途徑。肺吸入釋藥具有下述特點：劑量均勻性和可重復性；可攜帶性和使用方便；可靈活地調(diào)節(jié)劑量；藥物在室溫下儲存穩(wěn)定；初始接觸肺部體液的藥劑溶解迅速[10]。為使吸入的INS能有效沉積于肺部，研究發(fā)現(xiàn)直徑為1～3μm的氣溶膠顆粒在肺泡的沉積效果最好。目前,吸入性INS有干粉狀制劑和液態(tài)氣霧劑兩種劑型。研究發(fā)現(xiàn)吸入性INS制劑相對于皮下INS注射的生物利用度在8%～15%[11]。

目前吸入INS只有Exubera，其于2006年1月26日被美國FDA批準用于治療成人Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病，成為首個被批準的非注射途徑給藥的INS制劑。Exubera的活性成分為重組人INS，以干粉形式儲存在襯箔的水泡眼的獨立包裝內(nèi)，可被迅速吸收，但其作用時間短，只能替代糖尿病患者日間的餐前INS注射，糖尿病患者仍需要繼續(xù)注射長效INS。上市一年后，由于患者的耐受性較差，產(chǎn)品被召回。此外，美國輝瑞（Pfizer）及Nektar公司實驗室研究發(fā)現(xiàn)，使用吸入性Exubera糖尿病患者肺癌的發(fā)生例數(shù)增加[12]。

多組臨床試驗表明，在Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病病人中，吸入INS和皮下注射INS相比具有同樣的安全性和有效性，且病人對吸入INS更易接受[13,14,15]。INS肺部給藥制劑目前很引人注目，這對糖尿病人來說將是一個很大的福音。

3 黏膜給藥

近年來的研究表明，黏膜給藥有利于藥物直接吸收進入血液循環(huán)，避免肝臟首過效應，提高生物利用度，達到全身治療的效果。同時，黏膜給藥方法簡單，易于患者接受。INS黏膜給藥的主要途徑有口腔、鼻腔、眼睛等，不同給藥點的黏膜組織生理結(jié)構(gòu)不同，淋巴毛細血管分布不一，因而不同黏膜的給藥制劑和給藥效果有很大差異。

3.1 口腔黏膜給藥

口腔黏膜面積大（100～200cm2），毛細血管豐富，藥物吸收后可經(jīng)頸靜脈、上腔靜脈直接進入全身血液循環(huán)，避免胃腸道消化酶和肝臟首過代謝的影響，因此口腔黏膜給藥是肽類藥物較適合的給藥途徑，其劑型主要有舌下含片、頰部貼片或貼膜、舌下及頰部噴霧劑等。

Oral-lyn 是由加拿大Generex公司開發(fā)的INS口腔噴霧劑，是一種添加了卵磷脂、低分子量醇類等吸收促進劑的藥物，通過特殊裝置Rapid MistTM[16]實現(xiàn)口腔噴霧給藥。該藥于2005年5月13日在厄瓜多爾上市，用于Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病的治療，2007年9月1日在印度上市。另外，國內(nèi)湖北華工生化工程有限公司研制的舒臨INS口腔噴霧劑早已完成其Ⅲ期臨床實驗，但至今未見其產(chǎn)品上市。研究顯示，INS口腔噴霧劑起效時間約在給藥后1h，作用時間達4h以上，治療糖尿病安全有效，但餐后1～2h血糖下降程度略低于皮下注射INS[17,18]。

3.2 鼻黏膜給藥

鼻黏膜給藥方便，吸收表面積約為150cm2，毛細血管和淋巴管十分豐富，有利于藥物吸收并可避免肝臟首過效應。但鼻黏膜的纖毛運動使得藥物分子在鼻腔滯留時間短，此外還存在蛋白酶的水解作用等都影響藥物的吸收利用。目前提高INS鼻黏膜給藥的生物利用度的方法主要有：使用基于生物黏附性的黏膜吸附性制劑以延長藥物的駐留時間，添加吸收促進劑及酶抑制劑等。

迄今為止，有限的臨床經(jīng)驗證明，經(jīng)鼻黏膜途徑的INS需要大劑量并且反復使用才能達到控制血糖的效果。同時多達25%的糖尿病患者會出現(xiàn)鼻炎等不良反應，此類藥物潛在的損害鼻黏膜和鼻纖毛功能的危險[19]也令人擔憂，因此經(jīng)鼻腔黏膜途徑的INS藥物要想成為臨床及商業(yè)上可行的、能替代皮下注射INS的新型藥物，仍然有許多障礙需要克服。

3.3 其他黏膜途徑

早期曾有經(jīng)眼黏膜和直腸黏膜給藥制劑的研究報道，但即使添加了各種吸收促進劑，黏膜黏附劑等，這些給藥途徑的生物利用度也不高，同時還存在著發(fā)生嚴重不良反應的可能性，因此這些途徑目前還不是一條理想的INS注射給藥的替代途徑。近年來這些途徑給藥制劑少有研究報道。

4 經(jīng)皮給藥

INS經(jīng)皮給藥是一種安全且方便的給藥方法，皮膚中的水解酶活性很低，可以避免INS的失活，但INS相對分子質(zhì)量較大，并且容易形成聚集體，皮膚表面的致密角質(zhì)層結(jié)構(gòu)使其難以滲入。為了突破角質(zhì)層的屏障作用，需增加藥物在皮膚中的滲透性。目前，一些化學方法和物理學技術(shù)已用于經(jīng)皮給藥的研究，并且顯示出對藥物良好的促滲作用。

4.1 化學促滲劑

借助于皮下使用的化學促滲劑可以促進INS的吸收，如胰蛋白酶改善皮膚對INS的通透性。日本一項實驗利用胰蛋白酶來增強INS的透皮吸收，實驗證明在pH=3.0的溶液中胰蛋白酶能明顯增強INS的透皮吸收，其作用是胰蛋白酶能使角質(zhì)層的蛋白由α構(gòu)型轉(zhuǎn)為β構(gòu)型，并降低皮膚的電阻抗，從而使皮膚對INS的通透性提高[20]。

膽固醇和磷脂組成的INS脂質(zhì)體或INS囊已被開發(fā)利用，但由于INS是大分子物質(zhì)，通過皮下毛孔比較困難，為了解決這個問題，采用了與脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)相似的INS微囊，使INS可以通過皮下不同的細胞層。INS透皮吸收制劑可以達到50%的INS生物效應[21]。

4.2 物理促滲技術(shù)

微針、離子導入、電穿孔技術(shù)、超聲波法等物理促滲技術(shù)通過改變皮膚角質(zhì)層的物理狀態(tài)或增加藥物分子的能量來增加藥物的透皮量，在經(jīng)皮給藥領(lǐng)域已顯示出良好的應用前景。電致孔形成的傳輸通道直徑可達幾十微米，這使得INS可以通過；低頻超聲波的空化作用可以干擾角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)INS的持續(xù)穩(wěn)定的透皮吸收；利用直徑小于1μ m，長約150 μm的微針，其可排列成陣簇，刺穿角質(zhì)層而不傷害真皮組織[22]。

P a s s P o r t透皮釋藥系統(tǒng)是A l t e a Therapeutics公司開發(fā)的一種新型的可透過皮膚釋放肽類、蛋白質(zhì)類、小分子藥物、基因和疫苗的先進技術(shù)。該系統(tǒng)采用溫和的脈沖能量來促進藥物透皮釋放，具有可增加藥物療效、安全性和病人順應性，可控制劑量準確釋藥，無痛，使用方便等一系列特點，從而能夠消除使用注射器引起的疼痛或吸入藥物所可能帶來的不良反應。PassPort system目前正在美國進行釋放胰島素的Ⅰ期臨床研究。研究結(jié)果顯示：皮膚經(jīng)能量脈沖形成微孔后可采用被動和主動轉(zhuǎn)運釋放胰島素進入體內(nèi)產(chǎn)生作用[23]。

5 小結(jié)與展望

INS非注射制劑作為一類全球矚目的新劑型，由于其具有方便、無痛苦等明顯優(yōu)勢，必將引起越來越多糖尿病患者的關(guān)注和科研工作者的興趣，而且INS非注射劑型的研究是其他蛋白質(zhì)藥物非注射劑型的最好模型。

筆者認為，相對于其他幾種非注射給藥途徑，口服給藥途徑的患者順應性最好，給藥最為方便，比較容易控制劑量，且成本較低。肺部給藥雖有一定優(yōu)點，但肺部吸入型INS還是會引起小量、早期、非進行性的肺功能的變化和輕度至中度的干咳[24]，因此不推薦哮喘、支氣管炎、肺氣腫患者使用。吸入性INS所引起的肺功能減退、INS抗體水平升高等問題是否對人體存在遠期影響尚缺乏臨床證據(jù)，其遠期安全性仍然為人們所關(guān)注，還需要進行更多長期的臨床安全性研究。黏膜給藥途徑為增加其生物利用度，制劑中通常添加有酶抑制劑，吸收促進劑等，但是這些輔助劑對黏膜的刺激或者其特有的苦味使患者難以接受并長期使用[25]。經(jīng)皮給藥途徑使INS可以被迅速吸收進入血液循環(huán)，但促滲方法的安全性和患者的耐受性需要進一步考察。因此，我們有理由認為，在所有INS給藥途徑中，口服INS是最適合糖尿病患者的給藥途徑，最具研究價值。INS口服給藥不僅能減少糖尿病患者使用INS時的不便，減輕患者痛苦，而且一旦研制成功，將會帶來巨大的經(jīng)濟效益，同時也會為INS強化治療的推廣起到一定的促進作用，具有十分廣泛的應用前景。

同時，隨著近年來肺吸入給藥Exubera和口腔黏膜噴霧劑Oral-lyn的上市及越來越多的INS非注射給藥制劑的研發(fā)，有理由相信在不遠的將來，INS非注給藥的各種途徑的研究必將取得累累碩果，并將大大推動其他蛋白質(zhì)藥物的非注射劑型的研發(fā)，造福全人類。

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