從基礎(chǔ)胰島素研發(fā)探討血糖管理的優(yōu)化

曾龍?bào)A

中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院，廣東 廣州 510630

胰島素治療在2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）高血糖管理中占有重要地位［1］。但臨床實(shí)踐中，中國(guó)T2DM 患者起始基礎(chǔ)胰島素治療時(shí)機(jī)較晚，起始劑量偏低且在起始治療后劑量調(diào)整不足，是導(dǎo)致胰島素治療后血糖控制不滿(mǎn)意的重要原因［2］。為更好地接近生理性胰島素分泌，人們不斷研發(fā)出藥效曲線(xiàn)更平穩(wěn)，作用時(shí)間更長(zhǎng)的胰島素，其中長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物在模擬生理性胰島素分泌和減少低血糖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)方面優(yōu)于人胰島素。那么，不同的長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物之間，療效與安全性方面是否存在差異？本研究通過(guò)循證證據(jù)，著重詳細(xì)比較了甘精胰島素U100、甘精胰島素U300 以及德谷胰島素，以期為優(yōu)化臨床血糖管理方案提供參考。

1 基礎(chǔ)胰島素在降糖管理中仍占有重要地位

我國(guó)糖尿病患病率呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，2015-2017年在全國(guó)31 省開(kāi)展的糖尿病流行病學(xué)調(diào)查顯示，我國(guó)18 歲以上人群糖尿病患病率為11.2%，較2013年增長(zhǎng)0.8%［3］，血糖管理成為亟待解決的社會(huì)問(wèn)題。雖然新型降糖藥物層出不窮，但胰島素仍是有效的降糖藥物之一，當(dāng)口服降糖藥效果不佳或存在口服降糖藥使用禁忌時(shí)，仍需使用胰島素，以控制高血糖，并減少糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。尤其是病程較長(zhǎng)時(shí)，胰島素治療可能是最主要的、甚至是必需的控制血糖措施［4］?；A(chǔ)胰島素通過(guò)調(diào)控肝糖元分解和糖異生作用以及外周組織對(duì)葡萄糖的利用，維持血糖穩(wěn)態(tài)，在胰島素降糖治療中有著舉足輕重的位置［5］?！吨袊?guó)2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》建議，若T2DM 患者在生活方式和口服降糖藥聯(lián)合治療的基礎(chǔ)上，血糖仍未達(dá)標(biāo)，建議盡早（3 個(gè)月）開(kāi)始胰島素治療，通常建議選擇基礎(chǔ)胰島素［3］。

1921 年加拿大醫(yī)生Banting 和Best 首次在狗的胰腺中成功提取并純化出胰島素［6］，這一劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)為糖尿病的管理帶來(lái)了曙光，至今，胰島素的發(fā)展已走過(guò)了百年歷史。為滿(mǎn)足模擬生理性胰島素分泌的臨床需求，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效、平穩(wěn)降糖的同時(shí)降低低血糖風(fēng)險(xiǎn)，基礎(chǔ)胰島素的研發(fā)從未停滯。1946 年，中性魚(yú)精蛋白鋅胰島素（neutral protamine hagedorn，NPH）研制成功。20 世紀(jì)80 年代起，人胰島素進(jìn)入臨床使用。20 世紀(jì)90 年代起，胰島素類(lèi)似物相繼問(wèn)世，從NPH 到傳統(tǒng)基礎(chǔ)胰島素類(lèi)似物甘精胰島素及地特胰島素，再到新一代基礎(chǔ)胰島素類(lèi)似物德谷胰島素、甘精胰島素U300，基礎(chǔ)胰島素在分子結(jié)構(gòu)、延長(zhǎng)機(jī)制、作用時(shí)間等方面均不斷創(chuàng)新、優(yōu)化，以發(fā)揮長(zhǎng)效降糖作用。

2 基礎(chǔ)胰島素制劑研發(fā)不斷創(chuàng)新以滿(mǎn)足臨床需求

正常的生理性胰島素分泌包括持續(xù)低水平的基礎(chǔ)胰島素分泌和進(jìn)餐相關(guān)的餐后高分泌。基礎(chǔ)胰島素通過(guò)抑制肝糖原的分解和糖異生維持兩餐之間和夜間的血糖水平恒定，是胰島素替代治療的重要組成部分。如何延長(zhǎng)胰島素的作用時(shí)間便成為最初胰島素研發(fā)的主要方向。內(nèi)源性胰島素在人體胰腺β細(xì)胞中合成，在鋅離子的存在下，三個(gè)二聚體形成更穩(wěn)定的六聚體［7］。外源性胰島素在制劑中，多以六聚體形態(tài)存在，進(jìn)入皮下組織后，分解成二聚體、單體，才能夠被毛細(xì)血管吸收，進(jìn)入靶組織發(fā)揮生理作用。因此，基礎(chǔ)胰島素研發(fā)的關(guān)鍵是通過(guò)采用不同的延長(zhǎng)機(jī)制，延緩胰島素從皮下組織吸收進(jìn)入血液循環(huán)［8］。

2.1 中效胰島素

1936 年，將鋅加入魚(yú)精蛋白胰島素（protamine zinc insulin，PZI），延長(zhǎng)胰島素的作用時(shí)間。1939年，開(kāi)發(fā)出作用時(shí)間短于PZI 的球蛋白胰島素。1946 年，NPH 問(wèn)世。1950 年，通過(guò)控制魚(yú)精蛋白的含量制備N(xiāo)PH［9］。NPH 最初來(lái)源于動(dòng)物，但由于動(dòng)物胰島素的分子結(jié)構(gòu)與人胰島素存在差異，免疫原性高，易誘發(fā)胰島素抗體從而導(dǎo)致大部分患者的注射部位出現(xiàn)脂肪萎縮，降糖個(gè)體差異大、穩(wěn)定性差而逐漸退出市場(chǎng)［10］。隨著基因重組工程的發(fā)展，研究者們將攜帶人胰島素基因的質(zhì)粒導(dǎo)入酵母菌表達(dá)從而生產(chǎn)出了與人氨基酸序列一致的胰島素［11］，同時(shí)具有完好的三維空間結(jié)構(gòu)，之后通過(guò)離子交換層析和高壓液相層析等分離純化技術(shù)清除雜質(zhì)，使得胰島素在療效和安全性等方面體現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)［10］。今天臨床應(yīng)用的NPH胰島素則由人胰島素制成。

2.2 長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物

NPH 胰島素起效時(shí)間為2.5～3.0 h，作用高峰在5～7 h，其吸收變異性較大，作用曲線(xiàn)具有明顯的峰值，作用時(shí)間相對(duì)較短，持續(xù)時(shí)間13～16 h，不能覆蓋24 h 血糖［3］，低血糖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高［4］。此外，NPH 為混懸液，使用前需充分混勻，否則也會(huì)顯著增加變異性［12］。

20 世紀(jì)90 年代起，科學(xué)家通過(guò)改變胰島素的氨基酸序列和結(jié)構(gòu)，研制出作用時(shí)間更持久、作用更穩(wěn)定、更好模擬生理基礎(chǔ)胰島素分泌的基礎(chǔ)胰島素類(lèi)似物。甘精胰島素U100 是通過(guò)氨基酸地改變使胰島素的等電點(diǎn)發(fā)生改變，從原來(lái)的5.4 變?yōu)?.7。在中性pH 液中溶解度低，皮下注射后形成細(xì)微沉淀，胰島素單體在皮下持續(xù)緩慢釋放［8］。而地特胰島素則是改變了氨基酸的側(cè)鏈，并連接了1 個(gè)14 碳游離脂肪酸鏈。皮下注射后，地特胰島素自我聚合形成雙六聚體，并與白蛋白可逆性結(jié)合，從而延長(zhǎng)作用時(shí)間。地特胰島素與甘精胰島素U100 的藥代動(dòng)力學(xué)、藥效學(xué)特征相似，作用時(shí)間均可持續(xù)24 h［13］。甘精胰島素U100 和地特胰島素作為第一代具有獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)和延長(zhǎng)作用機(jī)制的長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物，彌補(bǔ)了中性魚(yú)精蛋白鋅胰島素作用時(shí)間短、有峰值、變異性大、低血糖風(fēng)險(xiǎn)高的不足，更加接近內(nèi)源性基礎(chǔ)胰島素分泌的特點(diǎn)［14-15］。

繼甘精胰島素U100 和地特胰島素后，人們?nèi)晕赐Ｖ箤?duì)基礎(chǔ)胰島素的探索，甘精胰島素U300 和德谷胰島素進(jìn)入臨床。2015 年，長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物甘精胰島素U300 獲美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）、歐盟藥品管理局（Europen Medicines Agency，EMA）、加拿大、日本等批準(zhǔn)，并開(kāi)始推向全球市場(chǎng)。甘精胰島素U300 是甘精胰島素U100 的濃縮劑型，其氨基酸序列與U100 完全相同，與相同劑量的甘精胰島素U100 相比，U300 液體體積減小2/3，形成的皮下微沉淀較甘精胰島素U100 更緊湊，導(dǎo)致皮下儲(chǔ)庫(kù)表面積減少，從而延長(zhǎng)吸收時(shí)間［14］。甘精胰島素U300 的半衰期為19 h，沒(méi)有明顯峰值，作用時(shí)間可持續(xù)36 h［16］。同年，長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物——德谷胰島素在FDA 獲批，作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)42 h。德谷胰島素去掉了人胰島素B30 位的蘇氨酸，在B29位的賴(lài)氨酸上通過(guò)1 個(gè)L-γ-谷氨酸與16 碳的脂肪二酸側(cè)鏈相連。在含有苯酚和鋅離子的制劑中，德谷胰島素以雙六聚體形式存在，為透明、澄清的液體。注射到皮下組織后，苯酚快速?gòu)浬?，德谷胰島素構(gòu)象改變，雙六聚體末端開(kāi)放，進(jìn)一步形成可溶穩(wěn)定的多六聚體長(zhǎng)鏈。隨著鋅離子緩慢彌散，多六聚體長(zhǎng)鏈的末端解離出德谷胰島素單體，單體吸收入血后發(fā)揮平穩(wěn)地降糖作用，在血液循環(huán)中德谷胰島素單體與白蛋白可逆性結(jié)合，可起到緩沖作用，進(jìn)一步延緩德谷胰島素到達(dá)靶組織的時(shí)間，以發(fā)揮其長(zhǎng)效降糖作用［17］。

3 新型長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物可更好滿(mǎn)足臨床需求

基礎(chǔ)胰島素通過(guò)不同的研發(fā)策略來(lái)延長(zhǎng)作用時(shí)間，并期望能不斷滿(mǎn)足理想基礎(chǔ)胰島素的需求，作用時(shí)間持久、顯著改善血糖控制、變異性小及低血糖風(fēng)險(xiǎn)低。下面我們將著重比較甘精胰島素U100、甘精胰島素U300 以及德谷胰島素的療效與安全性。

3.1 德谷胰島素vs 甘精胰島素U100

藥物代謝動(dòng)力學(xué)（pharmacokinetic，PK）與藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)（pharmacodynamics，PD）研究顯示，相較于甘精胰島素U100，德谷胰島素降糖效果分布更為平均［18］，降糖療效的日內(nèi)變異性降低40%［19］，降糖療效的日間變異性是甘精胰島素U100的1/4［20］。BEGIN Once Long 研究［21］結(jié)果顯示，與甘精胰島素U100 相比，未使用過(guò)胰島素的T2DM 患者長(zhǎng)期使用德谷胰島素可顯著降低空腹血糖，治療104 周后，兩組的治療差異為-0.38 mmol/L，P=0.019，且德谷胰島素組夜間確認(rèn)低血糖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較甘精胰島素U100 組顯著降低43%（P=0.002）。在BEGIN研究的中國(guó)亞組BEGIN ONCE 研究［22］中，對(duì)于未使用過(guò)胰島素的中國(guó)T2DM 患者（n=560），德谷胰島素組的安全達(dá)標(biāo)率［糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin A1c，HbA1c）＜7%且無(wú)確證的低血糖］較甘精胰島素U100 更高（53.1%vs43.1%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。真實(shí)世界研究EUTREAT 研究結(jié)果顯示，由其他基礎(chǔ)胰島素（31%的T2DM 患者既往使用甘精胰島素U100）轉(zhuǎn)換為德谷胰島素的T2DM 患者，治療12 個(gè)月后，HbA1c較基線(xiàn)顯著降低0.52%，空腹血糖較基線(xiàn)降低1.47 mmol/L（P＜0.001）［23］。

3.2 甘精胰島素U100 vs 甘精胰島素U300

PK/PD 研究顯示，甘精胰島素U300 較U100 半衰期延長(zhǎng)，生物利用度更低，未達(dá)到生物等效性，降糖療效降低27%［24］。3 期臨床研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘精胰島素U300 與U100 的空腹血糖水平改善相似，但胰島素劑量增加達(dá)18%［25-29］。

3.3 德谷胰島素vs 甘精胰島素U300

PK/PD 研究顯示，甘精胰島素U300 較德谷胰島素降糖效能降低30%，且德谷胰島素降糖療效的日內(nèi)變異性較甘精胰島素U300 低37%，日內(nèi)變異性為甘精胰島素U300 的1/4［30］。在未使用過(guò)胰島素的T2DM 患者中比較德谷胰島素與甘精胰島素U300 的療效和安全性的臨床研究發(fā)現(xiàn)，德谷胰島素組患者的空腹血糖改善更優(yōu)（-3.95 mmol/Lvs-3.53 mmol/L）、德谷胰島素與甘精胰島素U300 低血糖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相似（18.4vs14.7，P=0.123），且日劑量減少20%［0.43 IU·kg-1·d-1vs0.54 IU·kg-1·d-1］［31］。真實(shí)世界研究也得出了相似的結(jié)果。Tibaldi 研究發(fā)現(xiàn)，治療6 個(gè)月后，與甘精胰島素U300 相比，德谷胰島素組HbA1c 水平改善更優(yōu)（-1.5%vs-1.22%，P=0.029），低血糖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較甘精胰島素U300 降低30%；且胰島素劑量減少了10%（P=0.038）［32］。

4 結(jié)語(yǔ)

胰島素的臨床使用從動(dòng)物胰島素、人胰島素、進(jìn)展到胰島素類(lèi)似物，研究者一直在致力于尋找一種滿(mǎn)足理想基礎(chǔ)胰島素的需求，實(shí)現(xiàn)作用時(shí)間平穩(wěn)持久，顯著改善血糖，且低血糖風(fēng)險(xiǎn)小的目標(biāo)，基礎(chǔ)胰島素類(lèi)似物在這方面有了很大的改進(jìn)。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)胰島素類(lèi)似物循證證據(jù)的互相比較及反復(fù)驗(yàn)證，與甘精胰島素U100/U300 相比，德谷胰島素顯示出作用持久，平穩(wěn)，改善血糖更優(yōu)且降糖療效變異性小，低血糖風(fēng)險(xiǎn)更低等優(yōu)勢(shì)，更能滿(mǎn)足理想基礎(chǔ)胰島素的需求。