口服多肽和蛋白質(zhì)藥物的研究進(jìn)展

柳夢媛，徐晨，姚文兵，田浤*

（1.中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京211198；2.北京三元基因藥業(yè)股份有限公司，北京102600）

自1953年首個(gè)具有生物活性的多肽成功合成以來，多肽和蛋白質(zhì)藥物的研究發(fā)展迅速[1]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，多肽和蛋白質(zhì)藥物廣泛應(yīng)用于多種疾病的治療中，包括血液系統(tǒng)疾病、癌癥、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病等。為保證多肽和蛋白質(zhì)藥物在體內(nèi)的最高生物利用度和活性，目前其主要給藥途徑仍是注射給藥，但這大大降低了患者的依從性。由此，多種不同的給藥方式已被開發(fā)，包括口服給藥、鼻腔給藥、口腔黏膜給藥、肺部吸入給藥、直腸給藥、陰道給藥、結(jié)膜給藥、經(jīng)皮給藥等，其中口服給藥是最方便、患者依從性最高的給藥方式，所以對多肽和蛋白質(zhì)藥物口服給藥途徑的開發(fā)一直是研究的熱點(diǎn)。

但胃腸道特有的生理環(huán)境給口服多肽和蛋白質(zhì)藥物的開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)，消化道不僅是攝取營養(yǎng)物質(zhì)的場所，還是抵御內(nèi)外病原微生物和外來異物入侵的屏障，同時(shí)也阻礙了藥物的吸收，胃腸道內(nèi)各種酶和pH的降解作用、腸道屏障以及生物外排系統(tǒng)均會(huì)對多肽和蛋白質(zhì)藥物的吸收產(chǎn)生影響[2]。為克服這些影響因素，通過不同機(jī)制提高多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收的方法不斷被開發(fā)，有些方法已趨于成熟，但大多數(shù)距進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段仍有較大差距[3]。本文對口服多肽和蛋白質(zhì)口服吸收途徑、影響因素、提高多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收的方法以及相關(guān)臨床試驗(yàn)進(jìn)行綜述。

1 多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收途徑

1.1 細(xì)胞旁路途徑

細(xì)胞旁路途徑指多肽和蛋白質(zhì)穿過腸上皮細(xì)胞間隙到達(dá)基底外側(cè)，是一種無需能量消耗的被動(dòng)運(yùn)輸途徑，依賴于腸上皮細(xì)胞兩側(cè)的藥物濃度和電化學(xué)勢差。然而細(xì)胞間的緊密連接只允許水分子和必要的離子通過，選擇性阻擋大分子、毒素和微生物，阻礙了多肽和蛋白質(zhì)藥物的細(xì)胞旁路吸收途徑[4]。

1.2 跨細(xì)胞途徑

跨細(xì)胞途徑指多肽和蛋白質(zhì)被腸上皮細(xì)胞吸收，在細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)，最后被釋放到基底外側(cè)的過程。由于細(xì)胞膜在不存在特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的情況下不允許多肽和蛋白質(zhì)這類親水性溶質(zhì)通過，其攝取主要依賴于內(nèi)吞作用。即使多肽和蛋白質(zhì)藥物成功進(jìn)入吸收性腸細(xì)胞，一系列細(xì)胞內(nèi)途徑會(huì)促使外源蛋白進(jìn)入溶酶體途徑，從而導(dǎo)致藥物降解，或?qū)⑼庠吹鞍字匦滤突仞つけ砻孢M(jìn)行腔分泌而不是基底外側(cè)分泌，無法進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮藥效[5]。與普通的吸收性腸細(xì)胞相比，M細(xì)胞運(yùn)輸物質(zhì)的能力更強(qiáng)。M細(xì)胞是胃腸道上皮細(xì)胞內(nèi)一種特殊的抗原攝取細(xì)胞，具有高內(nèi)吞和低降解特性，可能在多肽和蛋白質(zhì)藥物的運(yùn)輸中起著重要的作用。

2 消化道對多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收的影響因素

消化道對多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收的影響因素見圖1。

圖1 多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收影響因素示意圖[2]Figure 1 Schematic diagram of factors affecting the oral absorption of peptides and protein drugs

2.1 生化屏障

生化屏障指消化道的酸堿環(huán)境和消化酶的降解作用對多肽和蛋白質(zhì)藥物的影響。胃部酸性環(huán)境（pH 1.2 ～ 3.0）和腸堿性環(huán)境（pH 6.5 ～ 8.0）會(huì)引起 pH誘導(dǎo)的多肽和蛋白質(zhì)藥物氧化、脫酰胺或水解，導(dǎo)致其失活。此外，胃腸道內(nèi)的多種蛋白水解酶以及刷狀緣膜中的蔗糖酶和數(shù)十種肽酶，也能導(dǎo)致多肽和蛋白質(zhì)藥物失活[6]。

2.2 物理屏障

2.2.1 腸黏液屏障腸黏液是由胃黏液細(xì)胞和腸上皮杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白構(gòu)成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。分泌的黏蛋白通過二硫鍵連接形成高度糖基化的大分子，從而可以穩(wěn)定黏蛋白復(fù)合物并防止酶促降解[7]。當(dāng)藥物與黏液層相互作用時(shí)，會(huì)遇到以下障礙：1）黏液不斷分泌和脫落，藥物或藥物輸送系統(tǒng)必須向上游擴(kuò)散才能到達(dá)和穿過腸上皮；2）黏蛋白網(wǎng)絡(luò)對多肽和蛋白質(zhì)藥物的通透性低；3）黏液能夠與存在于黏膜表面的藥物、毒素等形成多種低親和力的相互作用。

2.2.2 腸上皮屏障腸上皮屏障包括細(xì)胞間復(fù)合物以及吸收性腸細(xì)胞。這些單層極化細(xì)胞通過緊密連接、黏性連接和橋?；ハ噙B接。這些復(fù)合物形成致密的結(jié)構(gòu)以維持上皮的完整性，同時(shí)阻礙了多肽和蛋白質(zhì)藥物的細(xì)胞旁路途徑。此外，多肽和蛋白質(zhì)藥物被腸上皮細(xì)胞吸收后可能會(huì)進(jìn)入溶酶體途徑被降解，也可能經(jīng)腔內(nèi)分泌重新到達(dá)黏膜表面[8]。

2.3 生物外排系統(tǒng)

多藥耐藥蛋白和P-糖蛋白等外排系統(tǒng)與細(xì)胞內(nèi)代謝酶（如細(xì)胞色素P450酶）的結(jié)合也是導(dǎo)致多肽和蛋白質(zhì)藥物口服生物利用度低的重要因素[9]。

3 提高多肽和蛋白質(zhì)藥物口服吸收的方法

目前針對胃腸道不同區(qū)域促進(jìn)多肽和蛋白質(zhì)藥物吸收的改進(jìn)策略見圖2。

圖2 針對胃腸道不同區(qū)域促進(jìn)多肽和蛋白質(zhì)藥物吸收的改進(jìn)策略[2]Figure 2 Strategies to promote the absorption of peptides and protein drugs in different areas of the gastrointestinal tract

3.1 微粒給藥系統(tǒng)

3.1.1 微球微球是藥物在聚合物基質(zhì)中均勻分散形成的微小球狀體。微球具有許多優(yōu)點(diǎn)，如胃排空快、藥物釋放快、增加藥物溶解度、降低毒性，還能有效保護(hù)被包裹的藥物不被降解，并控制藥物釋放。

The observables of the wide-and narrow-lane ambiguities are defined as follows,respectively:

Martínez-López等[10]以阿魏酸為原料，制備了不同胰島素/木聚糖質(zhì)量比的阿拉伯木聚糖微球，在體外控釋實(shí)驗(yàn)中微球保留了約75%的胰島素，對糖尿病小鼠模型具有顯著降血糖作用。Zhou等[11]合成了載35%胰島素的鐵基金屬有機(jī)骨架（metalorganic framework，MOF）納米粒并將其嵌入到可生物降解的微球中，該微球能有效防止MOF納米粒在酸性條件下的降解，并能在模擬腸液中釋放MOF納米粒，糖尿病大鼠經(jīng)口給藥該微球后血漿胰島素水平明顯升高，降糖作用明顯增強(qiáng)，相對利用度為7.8%。Zhang等[12]制備的載胰島素微球經(jīng)口給藥糖尿病大鼠后觀察到明顯的劑量依賴性降糖作用。

3.1.2 微乳微乳是表面活性劑、油和（或）水分子通過物理力（特別是疏水相互作用）聚集在一起的熱力學(xué)穩(wěn)定的膠體分散體。微乳可增加藥物溶解度，具有制備簡單、黏度低、包封率高等優(yōu)點(diǎn)。微乳分為水包油型微乳（O/W）和油包水型微乳（W/O），其中W/O型微乳能夠顯著改善胃腸道對多肽和蛋白質(zhì)的吸收能力。

Momoh等[13]開發(fā)了一種以蝸牛黏蛋白為基礎(chǔ)的口服胰島素微乳系統(tǒng)，該系統(tǒng)胰島素包封率在70%以上，體外釋放保持在10 h以上，糖尿病大鼠模型經(jīng)口給藥8 h后仍能有效降低血糖水平。Kaur等[14]研制了含胡椒堿作為吸收促進(jìn)劑、白蛋白作為胰島素口服穩(wěn)定劑的W/O/W型微乳，Caco-2細(xì)胞對該微乳比游離胰島素具有更高的攝取能力。

3.1.3 脂質(zhì)體脂質(zhì)體由尾對尾排列的磷脂分子同心環(huán)組成，主要通過疏水作用結(jié)合在一起。脂質(zhì)體可以將親水性物質(zhì)包裹在其親水核心內(nèi)，并將兩親性或親脂性物質(zhì)包裹在其疏水脂質(zhì)雙層內(nèi)。因此，脂質(zhì)體既可以包裹親水性蛋白質(zhì)，也可以包裹具有較大疏水結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)（如鑲嵌在細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)）。

Wu等[15]制備了脫氧膽酸和殼聚糖共軛修飾脂質(zhì)體，該脂質(zhì)體可以保護(hù)胰島素不被Caco-2細(xì)胞內(nèi)溶酶體破壞，在糖尿病大鼠模型中顯示出顯著降血糖作用，口服生物利用度為16.1%。Wang等[16]將牛血清白蛋白吸附到陽離子脂質(zhì)體上，形成蛋白質(zhì)冠狀脂質(zhì)體，目的是克服黏液和上皮屏障，對糖尿病大鼠空腸內(nèi)給藥后有明顯的降血糖作用，口服生物利用度最高可達(dá)11.9%。

3.1.4 納米粒納米粒是直徑在10～100 nm的超微小藥物載體，使被包裹的多肽和蛋白質(zhì)藥物免受胃腸道環(huán)境的破壞。制備納米粒的載體材料分為天然材料和合成材料：天然材料包括明膠、透明質(zhì)酸、纖維素、殼聚糖、環(huán)糊精等；合成材料包括聚乳酸-羥基乙酸、聚己內(nèi)酯、聚酸酐等。天然高分子材料降解較快，藥物釋放速度較快；合成高分子材料釋放速度相對較慢，可持續(xù)數(shù)天或數(shù)周。

pH響應(yīng)型載體可以保護(hù)多肽和蛋白質(zhì)藥物免受胃中酸性環(huán)境的影響，在腸道中性或堿性環(huán)境下釋放藥物，并增加腸上皮對多肽和蛋白質(zhì)藥物的通透性。應(yīng)用較廣泛的材料有殼聚糖、海藻酸鹽、Eudradit?-S100（ES）、Eudradit?-L100（EL）， 這些材料通常具有低毒、良好的黏附性和生物相容性。近年來還有研究人員將維生素B12與pH響應(yīng)型載體結(jié)合，利用人體天然的維生素B12運(yùn)輸系統(tǒng)提高多肽和蛋白質(zhì)藥物在腸道的吸收。用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的pH響應(yīng)型載體見表1。

表1 用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的pH響應(yīng)型載體Table 1 pH-responsive carriers on oral delivery of peptides and protein drugs

3.2 吸收促進(jìn)劑

吸收促進(jìn)劑是一種能瞬時(shí)提高腸道上皮屏障通透性以促進(jìn)口服生物利用度低的大分子滲透的物質(zhì)[20]。近年來吸收促進(jìn)劑用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的研究進(jìn)展如表2所示，其中以N-[8-(2-羥苯基)氨基]辛酸鈉（N-[8-(2-hydroxybenzoyl)aminocaprylate]，SNAC）為吸收促進(jìn)劑的口服胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）受體激動(dòng)劑索馬魯肽（Rybelsus?）已成功上市，用于治療2型糖尿病。大多數(shù)吸收促進(jìn)劑仍存在一定安全性問題，可能會(huì)引起腸上皮損傷，導(dǎo)致腸道炎癥以及病原體和毒素共吸收。

表2 用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的吸收促進(jìn)劑Table 2 Permeation enhancers on oral delivery of peptides and protein drugs

3.3 細(xì)胞穿透肽

細(xì)胞穿透肽由5 ～ 30個(gè)氨基酸構(gòu)成，通常是從能有效進(jìn)行膜轉(zhuǎn)位或入侵細(xì)胞的病毒、非病毒蛋白或更小的分子中提取的多肽序列[3]。與傳統(tǒng)的吸收促進(jìn)劑不同，細(xì)胞穿透肽能夠通過細(xì)胞內(nèi)吞作用和直接轉(zhuǎn)位等機(jī)制促使藥物被腸上皮細(xì)胞吸收，而不會(huì)破壞腸上皮屏障，具有較高的安全性[26]。由于細(xì)胞穿透肽同屬于肽類，同樣需要保護(hù)，這也是細(xì)胞穿透肽自身的局限性。

Li等[27]為改善胰島素口服吸收，制備了新型細(xì)胞穿透肽（SAR6EW）殼聚糖納米載體，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，口服該納米粒對糖尿病大鼠的降糖效果優(yōu)于無細(xì)胞穿透肽的納米粒。Guo等[28]則以細(xì)胞穿透肽和兩親性殼聚糖衍生物修飾的納米粒為載體，以促進(jìn)胰島素在結(jié)腸吸收，對糖尿病大鼠模型的療效評價(jià)表明，經(jīng)細(xì)胞穿透肽修飾后納米粒的降糖效果是無細(xì)胞穿透肽修飾納米粒的1.79倍。

3.4 腸道黏附貼片

腸道黏附貼片可防止藥物在胃腸道內(nèi)降解，通過在給藥部位形成局部藥庫來促進(jìn)其腸道吸收，并提供單向、受控的藥物釋放，同時(shí)防止腔內(nèi)藥物丟失。腸道黏附貼片是2 ～ 4層獨(dú)特的口服給藥裝置，以控釋方式輸送藥物。不同類型腸道黏附貼片組成及功能如表3[29]和圖3[30]所示。

圖3 不同類型腸道黏附貼片示意圖Figure 3 Schematic diagram of different types of intestinal adhesion patches

表3 腸道黏附貼片組成及功能Table 3 Composition and function of intestinal adhesion patches

Gupta等[31]用卡波姆、果膠和羧甲基纖維素鈉的混合物制備了一種腸道貼片，不僅對小腸有強(qiáng)大黏附力，還提高了艾塞那肽的口服生物利用度。Banerjee等[32-33]則在裝載有胰島素的腸道貼片中加入了吸收促進(jìn)劑和蛋白酶抑制劑，進(jìn)一步增加了降糖效果；隨后開發(fā)了膽堿和香葉酸鹽離子液體，增強(qiáng)了胰島素的細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)，并通過使黏液層變薄促進(jìn)吸收[34]；在之后的研究中在腸道貼片的基礎(chǔ)上引入離子導(dǎo)入技術(shù)，即通過對腸細(xì)胞施加電流來打開緊密連接[35]，Zhuang等[36]已開發(fā)出一種電子膠囊，可以在胃腸道以受控的方式輸送藥物。

雖然對腸道貼片口服給藥系統(tǒng)的研究取得積極進(jìn)展，但需要進(jìn)行安全性、穩(wěn)定性和大規(guī)模生產(chǎn)可行性評估來確定其臨床適用性。隨著技術(shù)的發(fā)展和對新型材料的探索，腸道黏附貼片可能發(fā)展為高效的口服給藥系統(tǒng)。

3.5 水凝膠

水凝膠具有三維交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)，可吸收大量水分并在生理環(huán)境中膨脹。水凝膠中含有水、交聯(lián)聚合物、蛋白質(zhì)以及黏附性聚合物，有助于延長多肽和蛋白質(zhì)藥物在特定腸道區(qū)域的滯留時(shí)間，同時(shí)防止被蛋白酶降解[37]。水凝膠的這些特性在胰島素、疫苗等多肽和蛋白質(zhì)藥物的口服遞送中產(chǎn)生了顯著的效果，用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的水凝膠如表4所示。

表4 用于口服遞送多肽和蛋白質(zhì)藥物的水凝膠Table 4 Hydrogel on oral delivery of peptides and protein drugs

4 口服多肽和蛋白質(zhì)藥物臨床試驗(yàn)

目前已成功上市的口服多肽藥物有索馬魯肽（Rybelsus?）和奧曲肽（MYCAPSSA?）。諾和諾德公司（Novo Nordisk）的口服索馬魯肽藥物活性成分與注射劑相同，但諾和諾德將其與促吸收劑SNAC共制劑，可直接通過口服吸收。在包括10項(xiàng)Ⅲ期臨床試驗(yàn)的“先鋒”計(jì)劃中，研究人員考察了每日1次口服索馬魯肽治療2型糖尿病的安全性和有效性，包括與口服藥物西格列汀、恩格列凈以及注射用利拉魯肽進(jìn)行的頭對頭研究。研究結(jié)果顯示，口服索馬魯肽在安全性和耐受性方面與其他GLP-1受體激動(dòng)劑一致，且在降低糖化血紅蛋白和減輕體質(zhì)量方面優(yōu)于以上3種藥物，2019年9月20日美國FDA批準(zhǔn)該藥物上市，用于治療2型糖尿病[42-43]。Tuvia等[44]使用其開發(fā)的瞬間透水性改 性 劑（transient permeability enhancer，TPE?）研制的緩釋奧曲肽膠囊，能夠防止奧曲肽受到消化酶的降解，并打開緊密連接促進(jìn)其在結(jié)腸的吸收。在猴和人藥代動(dòng)力學(xué)研究中，口服20 mg奧曲肽與皮下注射0.1 mg奧曲肽的藥代動(dòng)力學(xué)曲線無顯著差異[45]，隨后的Ⅲ期臨床試驗(yàn)結(jié)果表明接受口服奧曲肽治療的患者在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的平均胰島素樣生長因子水平在正常范圍內(nèi)[46]，該藥于2020年6月26日由美國FDA批準(zhǔn)上市，用于治療肢端肥大癥。目前口服多肽和蛋白質(zhì)藥物正在開展的臨床試驗(yàn)如表5所示。

表5 口服多肽和蛋白質(zhì)藥物臨床試驗(yàn)相關(guān)進(jìn)展Table 5 Progress of clinical trials of oral peptides and protein drugs

5 結(jié)語與展望

目前多肽和蛋白質(zhì)藥物口服給藥系統(tǒng)仍是研究熱點(diǎn)，多種促進(jìn)吸收的方法也已被開發(fā)，其中GLP-1受體激動(dòng)劑與吸收促進(jìn)劑SNAC共制劑為口服索馬魯肽并成功上市，無疑是口服多肽和蛋白質(zhì)藥物取得的重大成果，但大多方法距離臨床應(yīng)用仍有較大的差距。

除自身還有進(jìn)步空間外，這些方法只改善了藥物的吸收問題，而被腸道吸收之后這些不再受保護(hù)的多肽和蛋白質(zhì)藥物分子還需要隨著血液循環(huán)才能到達(dá)作用部位，在這個(gè)過程中不僅會(huì)受到血漿中內(nèi)肽酶和外肽酶的降解，還要經(jīng)歷肝臟的首過代謝，這些因素均有可能導(dǎo)致這些藥物在到達(dá)作用部位之前失活。此外，目前任何一種制劑技術(shù)制備的口服多肽和蛋白質(zhì)藥物的生物利用度遠(yuǎn)低于注射劑，需要大量合成，這大大提高了生產(chǎn)成本。這些方法用于多肽和蛋白質(zhì)藥物口服給藥系統(tǒng)臨床研究需要蛋白質(zhì)化學(xué)以及制劑技術(shù)的共同發(fā)展。