胰島素：從“純天然”到“轉(zhuǎn)基因”

張征

甘精胰島素曾引發(fā)人們對(duì)其“導(dǎo)致腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高”的質(zhì)疑。雖然這一指控已被否定，但人們骨子里對(duì)新藥的擔(dān)心卻沒(méi)那么快煙消云散。

胰島素的發(fā)現(xiàn)，是人類(lèi)在糖尿病治療領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展。在此之前，糖尿病還是一種不治之癥，正不由分說(shuō)地剝奪著患者的健康與生命。除了主張嚴(yán)格限食，醫(yī)生對(duì)此束手無(wú)策，不少患者甚至死于限食帶來(lái)的嚴(yán)重營(yíng)養(yǎng)不良。

“純天然”：動(dòng)物胰島素

轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在1921年，加拿大醫(yī)生Banting和他的助手Best從狗的胰腺中提取胰島素，次年成功應(yīng)用于糖尿病患者，取得“肉白骨、起死人”般的神奇療效，整個(gè)醫(yī)學(xué)界為之轟動(dòng)。

當(dāng)時(shí)，胰島素都是從豬、牛等家畜的胰腺中提取而得，可謂“純天然綠色藥物”。但是，每噸動(dòng)物胰腺只能提取4～5克胰島素，產(chǎn)量太低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足廣大糖尿病患者的用藥需求。

另外，與人類(lèi)胰島素相比，動(dòng)物胰島素在氨基酸組成和結(jié)構(gòu)上存在細(xì)微差別。作為一種外來(lái)異體物質(zhì)，會(huì)受到人體免疫系統(tǒng)的排斥，造成藥物抵抗、效價(jià)降低。再加之提純工藝水平有限，難免摻入雜質(zhì)，可能導(dǎo)致部分患者出現(xiàn)過(guò)敏反應(yīng)，甚至引起動(dòng)物傳媒感染。

“轉(zhuǎn)基因”：生物合成人胰島素

如何得到與自身一致的人胰島素？如何批量、廉價(jià)的生產(chǎn)胰島素？為了解決這些難題，科學(xué)家一直進(jìn)行著不懈努力。

1955年，美國(guó)化學(xué)家Sange通過(guò)“敲碎”胰島素、并對(duì)“碎片”進(jìn)行分析和鑒定，終于搞清楚胰島素的氨基酸排列順序。1965年，中國(guó)科學(xué)家在世界上首次合成了具有生物活性的牛胰島素，開(kāi)啟了人工合成胰島素的新紀(jì)元。

但是，這種通過(guò)化學(xué)合成法得到的人胰島素，由于成本很高，藥源依然匱乏，價(jià)格仍居高不下。一直到上世紀(jì)80年代基因重組技術(shù)的成熟，難題這才得到圓滿(mǎn)解決。

辦法就是“轉(zhuǎn)基因”。將人類(lèi)胰島素基因植入到細(xì)菌的基因中，如大腸桿菌或酵母菌，然后大量繁殖細(xì)菌，收集細(xì)菌所分泌的“人胰島素”。由于細(xì)菌的繁殖呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，一個(gè)轉(zhuǎn)基因細(xì)菌在短短幾小時(shí)后就能產(chǎn)生上百萬(wàn)的后代，這意味著人們能夠以很低的成本獲得幾乎無(wú)限量的人胰島素。

“再加工”：人胰島素類(lèi)似物

胰島素合成方式上的重大飛躍，惠及了數(shù)以?xún)|計(jì)的糖尿病患者。而且，科技的發(fā)展從未停下腳步。

上世紀(jì)末，科學(xué)家通過(guò)改變?nèi)艘葝u素的氨基酸序列和結(jié)構(gòu)，研制出能更好模仿人體生理胰島素分泌特點(diǎn)的“胰島素類(lèi)似物”，這也被稱(chēng)為繼動(dòng)物胰島素、生物合成人胰島素之后的“第三代胰島素”。

也許有人會(huì)覺(jué)得奇怪，為什么對(duì)人類(lèi)自己的胰島素還要進(jìn)行再加工？胰島素類(lèi)似物怎么會(huì)比我們的“原裝”胰島素更適應(yīng)人？

這要從胰島素的分泌模式說(shuō)起。

超短效胰島素

生理狀態(tài)下，為了應(yīng)對(duì)進(jìn)餐后的血糖升高，人體的胰腺會(huì)立刻分泌胰島素進(jìn)入血液，即時(shí)發(fā)揮降糖作用。而皮下注射胰島素與之相比，會(huì)有一個(gè)延遲的時(shí)間差。

具體說(shuō)來(lái)，胰島素經(jīng)皮下注射后，開(kāi)始是以六聚體的形式存在，逐漸解離為二聚體、單體，在組織間隙中擴(kuò)散，最后進(jìn)入血液發(fā)揮生理作用。從注射到起效，整個(gè)過(guò)程大約需要30分鐘。這就要求糖尿病患者在進(jìn)餐前半小時(shí)提前注射胰島素，否則，胰島素就無(wú)法在正確時(shí)間和地點(diǎn)發(fā)揮降糖效應(yīng)。

這就好比千辛萬(wàn)苦修筑防洪堤壩，而洪峰卻在人們嚴(yán)防死守地點(diǎn)的上游早早到達(dá)，結(jié)果很容易造成潰壩，良田化為澤國(guó)。不僅餐后血糖明顯升高，更為嚴(yán)重的是，在另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)又會(huì)誘發(fā)低血糖的發(fā)生。

提前注射胰島素，遠(yuǎn)不是聽(tīng)上去那么簡(jiǎn)單。打針之后到進(jìn)餐，每次掐準(zhǔn)30分鐘并非易事，尤其是在焦急、繁忙狀態(tài)或旅行、赴宴等外出場(chǎng)合。而對(duì)于一些老人、心不在焉或粗心的職場(chǎng)人，有時(shí)在進(jìn)餐前甚至壓根記不起自己有沒(méi)有提前打過(guò)胰島素，這給疾病控制帶來(lái)嚴(yán)重隱患。

上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們終于找到了解決辦法：在保留胰島素活性的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變氨基酸組成和空間結(jié)構(gòu)，促進(jìn)胰島素的解聚和吸收，實(shí)現(xiàn)注射后快速起效。

例如，將人胰島素的B28位脯氨酸和B29位賴(lài)氨酸調(diào)換位置，所得到的產(chǎn)物“賴(lài)脯胰島素”，改變了人胰島素的自發(fā)聚合特性，從而易于解離。又如，將人胰島素B28位脯氨酸由天門(mén)冬氨酸代替，得到新產(chǎn)物“門(mén)冬胰島素”，能夠同樣起到迅速吸收的目的。

簡(jiǎn)而言之，這些新型超短效胰島素，吸收和起效時(shí)間更快，患者不再受到“提前30分鐘”的制約，使用胰島素更加靈活方便，大大減少了漏用或重復(fù)用藥的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

超長(zhǎng)效胰島素

光有超短效還不夠，胰島素類(lèi)似物還有另一個(gè)完全相反的發(fā)展方向：超長(zhǎng)效。

還是從胰島素分泌模式說(shuō)起。我們的胰腺并非僅僅在進(jìn)餐時(shí)才分泌胰島素，而是全天候保持著脈沖式分泌的工作狀態(tài)，這種持續(xù)、非進(jìn)餐時(shí)的胰島素分泌被稱(chēng)為基礎(chǔ)胰島素，對(duì)穩(wěn)定血糖意義重大。

而動(dòng)物或常規(guī)人胰島素經(jīng)皮下注射后，作用持續(xù)時(shí)間很短，除非使用超級(jí)武器“胰島素泵”，否則根本無(wú)法模擬這一生理分泌特點(diǎn)。

早在動(dòng)物胰島素時(shí)代，科學(xué)家們就在嘗試解決這個(gè)問(wèn)題。比如預(yù)先將胰島素與魚(yú)精蛋白結(jié)合，使其在皮下注射后緩慢分解，逐漸發(fā)揮生物效應(yīng)，延長(zhǎng)作用持續(xù)時(shí)間。但是，經(jīng)過(guò)這樣處理的胰島素存在明顯的藥效高峰和波谷，而且生物利用度的變異較大，容易引起血糖的上下波動(dòng)。

超長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物的發(fā)明很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

例如，通過(guò)甘氨酸代替人胰島素的A21位門(mén)冬氨酸，并在B鏈末端增加兩個(gè)精氨酸，所得到的“甘精胰島素”，能在皮下形成細(xì)小的微沉淀，使得吸收延遲，有效作用呈平坦直線(xiàn)。

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是通過(guò)對(duì)人胰島素的加工和修飾，使其穩(wěn)定、緩慢發(fā)揮作用，從而實(shí)現(xiàn)“打一針，管一天”的治療效果。并且和既往的精蛋白結(jié)合胰島素相比，具有作用時(shí)間更長(zhǎng)、療效更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

如何評(píng)價(jià)這三代胰島素？

胰島素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，肇始于“一代”動(dòng)物胰島素，而濫觴于“二代”生物合成人胰島素。前者橫空出世，開(kāi)創(chuàng)了糖尿病藥物治療的新時(shí)代;后者克服了前者的免疫原性、過(guò)敏性、低效價(jià)等一系列缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)巨量產(chǎn)能，使胰島素的普及應(yīng)用成為可能。

“三代”超短效/超長(zhǎng)效人胰島素類(lèi)似物，更好地模擬了生理胰島素分泌模式，使用藥更加方便、安全，糖尿病患者有望實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的血糖控制、更小的低血糖風(fēng)險(xiǎn)、更低的糖尿病并發(fā)癥發(fā)生可能。

目前，已罕能見(jiàn)到動(dòng)物胰島素的身影，它已圓滿(mǎn)完成自己的歷史使命，悄然退場(chǎng)。而對(duì)于胰島素類(lèi)似物是否能全面取代人胰島素，醫(yī)生們卻有不同的觀(guān)點(diǎn)。

無(wú)論是從患者用藥體驗(yàn)，還是從臨床效果來(lái)看，胰島素類(lèi)似物都取得了更好的成績(jī)。但是，決定一種“新型”藥物去留的，并不僅僅看眼下療效，仍需要更長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間，和更多的用藥經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。例如，作為超長(zhǎng)效胰島素杰出代表的甘精胰島素，就曾引發(fā)人們對(duì)其“導(dǎo)致腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高”的質(zhì)疑，雖然這一指控已被更多研究調(diào)查所否定，但人們骨子里對(duì)新藥物的擔(dān)心卻沒(méi)那么快煙消云散。

至少在當(dāng)下，生物合成人胰島素仍擁有最為豐富的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)和臨床使用經(jīng)驗(yàn)，另外還有個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：便宜。對(duì)于已習(xí)慣提前注射、血糖控制良好的糖尿病患者，當(dāng)然沒(méi)有必要停止現(xiàn)有治療方案，而非去換用一種昂貴得多的藥物。就像沒(méi)必要硬拉著一個(gè)習(xí)慣喝豆花、啃大蒜的老農(nóng)，去西餐廳品咖啡、嘗芝士，還美其名曰：“潮流”。

而對(duì)另一部分人群，比如高齡、有心血管疾病史、容易發(fā)生低血糖的患者，如果經(jīng)濟(jì)承受能力不成問(wèn)題，選用胰島素類(lèi)似物顯然更加有效、安全?？傊?，“只愛(ài)嘗新，一味排舊”和“衣不如新，藥不如故” 是對(duì)待藥物的兩個(gè)極端態(tài)度，我們?cè)谟盟帟r(shí)一定要避免。