基于模型薈萃分析5 個SGLT2 抑制劑在單用和聯(lián)合用藥治療2 型糖尿病的臨床療效

曾 茗，盛蘭蘭，夏 宇，李梓晴，畢福林，楊 勁*

1 中國藥科大學(xué)藥學(xué)院，南京 211198;2 中國藥科大學(xué)國際醫(yī)藥商學(xué)院，南京211198

糖尿病是常見的慢性疾病之一，其中患病率最高的是2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）[1]?？诜堤撬庘c-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2 抑制劑（sodium-glucose co-transporter-2 inhibitors，SGLT2i）通過選擇性地抑制腎近曲小管中的SGLT2 受體，阻止葡萄糖的重吸收，增加葡萄糖在尿液中的排泄，從而改善人體血糖水平[2]。目前已批準(zhǔn)上市SGLT2i 包括卡格列凈[3]、達(dá)格列凈[4]、恩格列凈[5]、埃格列凈[6]、依格列凈[7]、魯格列凈[8]、托格列凈[9]共7 種。

由于臨床試驗間存在異質(zhì)性而產(chǎn)生偏差，不同試驗結(jié)果受到試驗樣本量、受試人群、隨訪期、治療劑量等因素的影響，而傳統(tǒng)薈萃分析（meta-analysis）對數(shù)據(jù)的同質(zhì)性要求較高。本研究基于模型的薈萃分析（model-based meta-analysis，MBMA）[10]，選擇糖化血紅蛋白（hemoglobin A1c，HbA1c）相對基線變化值作為藥效學(xué)指標(biāo)，建立SGLT2i 以時間、劑量描繪的藥物效應(yīng)模型，定量分析不同SGLT2i 單用或SGLT2i 聯(lián)合二甲雙胍、聯(lián)合二肽基肽酶-4 抑制劑（dipeptidyl peptidase-4 inhibitors，DPP4i）、聯(lián)合DPP4i 和二甲雙胍，探究四種治療方式對于T2DM 的臨床治療效果，為制定臨床用藥方案、藥物開發(fā)策略提供科學(xué)合理的證據(jù)。

1 資料方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

在ClinicalTrials.gov（http://clinicaltrial.gov/）和Web of Science（MEDLINE）進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，檢索時間截止至2021 年5 月。檢索條件設(shè)置為英文發(fā)表的文獻(xiàn)，檢索表達(dá)式為（“targeted drugs”）AND（“diabetes”O(jiān)R“diabetic”），其中“targeted drugs”包括已上市SGLT2i（卡格列凈、達(dá)格列凈、恩格列凈、埃格列凈、依格列凈、魯格列凈、托格列凈）的商品名、通用名和化合物代號，具體名稱見表1。Clinical-Trials.gov 檢索條件設(shè)置為已完成的、干預(yù)性臨床Ⅱ期和Ⅲ期研究。此外，通過查閱美國食品藥品監(jiān)督管理局的藥物審評報告、相關(guān)綜述等，查驗是否有缺漏文獻(xiàn)。

表1 SGLT2 抑制劑的通用名、商品名和化合物代號

1.2 納排標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)的納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）隨機(jī)雙盲臨床試驗；（2）研究人群為T2DM 患者；（3）由于運(yùn)動飲食、服用降糖藥或其他治療方法而血糖控制不足，采用SGLT2i單用或SGLT2i 聯(lián)用二甲雙胍、聯(lián)用DPP4i、聯(lián)合DPP4i 和二甲雙胍四種治療方式；（4）以HbA1c 為臨床終點指標(biāo)；（5）可找到全文的英文文獻(xiàn)。

文獻(xiàn)的排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）針對特殊人群的研究，包括青少年、腎功能衰竭患者；（2）伴隨使用胰島素以及胰島素類似物、GLP-1RA、TZD、SU；（3）開放性研究、擴(kuò)展階段的觀察性研究和臨床Ⅳ期研究；（4）二次分析、匯總分析、重復(fù)發(fā)表等不相關(guān)的文章。

1.3 數(shù)據(jù)提取

從篩選得到的文獻(xiàn)中提取以下信息：（1）各文獻(xiàn)的基本信息，包括作者、發(fā)表時間；（2）給藥方案，包括藥物名稱、劑量、給藥方式、治療維持時間和聯(lián)合用藥情況；（3）受試人群的樣本量、人口統(tǒng)計學(xué)信息（年齡、性別和種族）、基線HbA1c 值、身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）以及T2DM 患病持續(xù)時間；（4）主要療效指標(biāo)，即各時間點相對基線變化的HbA1c 平均值。使用GetDataGraph Digitizer（Version 2.2.5）將圖中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)值。

不同研究對試驗中缺失數(shù)據(jù)的處理方法不同，選擇采用末次觀測值結(jié)轉(zhuǎn)法（last observation carried forward，LOCF）處理療效缺失值的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)。

1.4 模型建立

選擇相對基線HbA1c 的變化值作為藥效學(xué)指標(biāo)，基礎(chǔ)模型由安慰劑效應(yīng)和藥物效應(yīng)兩部分組成，見式（1）：

其中EFFHbA1c表示隨時間變化HbA1c 相對基線的變化值，EFFplacebo和EFFdrug分別表示臨床試驗的安慰劑效應(yīng)和藥物效應(yīng)。

由于安慰劑效應(yīng)會隨著治療維持時間的變化而發(fā)生變化，考慮使用以下模型描繪安慰劑效應(yīng)的變化情況，見式（2）：

其中Pmax為最大安慰劑效應(yīng)，kplacebo為指數(shù)模型的速率常數(shù)。

考慮使用以下模型描繪藥物效應(yīng)的變化情況，見式（3）：

其中Emax為最大藥物效應(yīng)，ET50為達(dá)到50%最大藥物效應(yīng)（Emax）所需的時間，Dose 為藥物的劑量，ED50為達(dá)到50%最大藥物效應(yīng)（Emax）所需的劑量。

隨機(jī)效應(yīng)包括研究間的變異和殘差變異。其中研究間的變異通常考慮指數(shù)型模型（式4）、加和型模型（式5）：

其中θi為個體i 的參數(shù)估計值，為參數(shù)的群體典型值為個體i 的參數(shù)θ 的研究間變異，具有個體的特異性，并且服從分布η～N（0，ω2）。

殘差變異模型采用由樣本量的平方根加權(quán)的加和模型，見式（6）：

建立基礎(chǔ)模型后進(jìn)行協(xié)變量篩選，選擇年齡、性別、種族、BMI、基線HbA1c 和T2DM 患病持續(xù)時間作為候選協(xié)變量，考察是否對基礎(chǔ)模型參數(shù)產(chǎn)生影響。協(xié)變量模型考慮線性（式7）、指數(shù)型（式8）和冪型模型（式9）：

其中P為基礎(chǔ)模型中的參數(shù)，TVP 為該參數(shù)的群體典型值，θcov為該參數(shù)與協(xié)變量的關(guān)系系數(shù)，Cov 為協(xié)變量，Covmedian為協(xié)變量的中位數(shù)。協(xié)變量的納入依據(jù)臨床合理性和引入?yún)f(xié)變量后目標(biāo)函數(shù)值（objective function value，OFV）的變化值。采用向前納入法和向后排除法，顯著性差異分別設(shè)定為0.01 和0.001。

使用NONMEM（Version7.5.0）建立模型，采用含個體間變異和殘差變異交互作用的一階條件估算法（first-order conditional estimation method with η-ε interaction，F(xiàn)OCE-I）進(jìn)行參數(shù)估算,配合使用Perl-speaks-NONMEM（Version5.0.0）、工作平臺Pirana（Version 3.0.0），以及使用R（Version 4.0.2）進(jìn)行作圖。

1.5 模型評價

最終模型采用擬合優(yōu)度圖（goodness of fit plots，GOF plots）進(jìn)行綜合評價，包括個體估計值（individual predictions，IPRED）-觀察值圖、群體估計值（population predictions，PRED）-觀察值圖、群體估計值-條件加權(quán)殘差（conditional weighted residuals versus time，CWRES）圖、時間-條件加權(quán)殘差圖，觀察散點圖是否分布均勻及是否呈現(xiàn)一定的趨勢性。

采用可視化預(yù)測檢驗（visual predictive check，VPC），利用最終擬合的參數(shù)在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行1000 次模擬，得到的95%置信區(qū)間與觀察值作圖，考察是否存在數(shù)據(jù)偏差。采用非參數(shù)自舉法（bootstrap）進(jìn)行1000 次自舉擬合，模型估算參數(shù)成功率至少為80%，比較參數(shù)的擬合值和計算值。

1.6 模型模擬

基于最終模型結(jié)果，進(jìn)行1000 次模擬，比較不同SGLT2i 在單用、或SGLT2i 聯(lián)用二甲雙胍、聯(lián)用DPP4i、聯(lián)合DPP4i 和二甲雙胍四種治療方式的降糖效果。

模擬SGLT2i 在推薦劑量下72 周隨時間變化的效應(yīng)變化曲線、第52 周各藥的劑量效應(yīng)曲線，以及基于各藥ED50進(jìn)行劑量校正后的量效關(guān)系曲線。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)特征

共檢索得到652 篇文獻(xiàn)，文獻(xiàn)經(jīng)篩選，最后納入文獻(xiàn)54 篇，其中卡格列凈11 篇，達(dá)格列凈17 篇，恩格列凈12 篇，埃格列凈7 篇，依格列凈7 篇。魯格列凈和托格列凈由于文獻(xiàn)數(shù)量較少，未納入后續(xù)的分析。在納入文獻(xiàn)中，與SGLT2i 聯(lián)用的DPP4i 包括西格列汀、利格列汀、沙格列汀、替格列汀。綜合所有的文獻(xiàn)共涵蓋167 組研究的24802 名受試者，其中57%為白種人，35%為亞洲人，黑種人和其他人種占8%。納入文獻(xiàn)的人群基線特征：平均年齡為56.36 歲（49.9 歲～64.3 歲），男性在人群的平均占比為58.1%（39.8%～83.1%），平均基線HbA1c值為8.03%（7.16%～9.03%），平均基線BMI 為29.34 kg·m-2（24.7 kg·m-2～33.6 kg·m-2），平均T2DM 患病持續(xù)時間為6.37 年（0.25 年～12.6 年）。

2.2 建立模型

匯總5 個SGLT2i 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一建立形成分析數(shù)據(jù)集，標(biāo)識出不同藥物，按照不同治療方式分為5組：①因運(yùn)動飲食血糖控制不足，采用SGLT2i 單藥治療組（簡稱SGLT2i 組）；②因使用二甲雙胍血糖控制不足，采用SGLT2i 聯(lián)合二甲雙胍治療組（簡稱SGLT2i+MET 組）；③因單用SGLT2i 或DPP-4i 血糖控制不足，采用SGLT2i 聯(lián)合DPP4i 治療組（簡稱SGLT2i+DPP4i 組）；④因使用二甲雙胍和DPP4i 血糖控制不足，采用SGLT2i 聯(lián)合DPP4i 和二甲雙胍治療組（簡稱SGLT2i+DPP4i+MET（DPP4i+MET）組）；⑤因使用二甲雙胍血糖控制不足，采用SGLT2i聯(lián)合DPP4i、二甲雙胍治療組（簡稱SGLT2i+DPP4i+MET（MET）組）。由此得以在不同治療方式下對不同SGLT2i 分別擬合各自的模型參數(shù)。安慰劑模型描述不同治療組的安慰劑效應(yīng)隨時間的變化情況，藥效學(xué)模型描述不同藥物隨時間、劑量的變化情況，分別擬合SGLT2i 各藥的模型參數(shù)。綜合模型OFV 值、診斷圖和參數(shù)擬合情況，研究間的變異采用加和型模型，最終模型見式（10）：

其中Pmax，group為不同治療組對應(yīng)的最大安慰劑效應(yīng)，Emax，drug、ET50，drug、ED50，drug為不同SGLT2i藥物對應(yīng)的最大藥物效應(yīng)、達(dá)到50%最大藥物效應(yīng)所需的時間、50%最大藥物效應(yīng)所需的劑量。

建立基礎(chǔ)模型后考察潛在協(xié)變量對模型的影響，經(jīng)向前納入法和向后排除法依次篩選，未找到對模型參數(shù)產(chǎn)生顯著性影響的協(xié)變量。最終得到一個以時間、劑量描繪的HbA1c 模型，模型參數(shù)結(jié)果見表2 所示，其中Emax，canagliflozin、Emax，empagliflozin、Emax，ipragliflozin的研究間變異值被固定為0，是因為出現(xiàn)收斂問題[11]，使得估計值接近于0。

表2 最終模型參數(shù)估計值

2.3 評價模型

最終模型的GOF 診斷圖如圖1 所示，DVPRED 圖和DV-IPRED 圖的數(shù)據(jù)趨勢線與對角線呈現(xiàn)出高度重合，表明模型能很好地描述數(shù)據(jù)的集中情況；Time-CWRES 圖和PRED-CWRES 圖各點均勻分布在X 軸兩側(cè)，且大部分處于±2 范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)趨勢性的偏倚。VPC 結(jié)果如圖2 所示，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點落在95%置信區(qū)間內(nèi)，說明模型具有良好的預(yù)測能力。結(jié)果如表2 所示，Bootstrap 重抽樣1000 次，滿足模型最小化成功率大于80%，所有參數(shù)的中位值均包含在95%的置信區(qū)間內(nèi)，且與最終模型的參數(shù)估算值相近。

圖1 最終模型的擬合優(yōu)度圖

圖2 最終模型的可視化檢驗圖

2.4 模擬結(jié)果

采用最終模型的參數(shù)結(jié)果，模擬安慰劑和治療組72 周隨時間變化的相對基線HbA1c 中位值變化，給藥方案設(shè)為推薦劑量（即100 mg/300 mg 卡格列凈，5 mg/10 mg 達(dá)格列凈，10 mg/25 mg 恩格列凈，5 mg/15 mg 埃格列凈，50 mg/100 mg 依格列凈）治療72 周，每天給藥一次。單用、二聯(lián)、三聯(lián)的模擬結(jié)果如表3 所示，72 周高劑量組卡格列凈、達(dá)格列凈、恩格列凈、埃格列凈、依格列凈在SGLT2i 組的相對基線HbA1c 中位值分別為-0.84%、-0.63%、-0.67%、-0.78%、-0.95%，與之相比，SGLT2i+MET 組再降0.13%，SGLT2i +DPP4i 組再降 0.09%，SGLT2i +DPP4i+MET（DPP4i+MET）組再降0.02%，SGLT2i+DPP4i+MET（MET）組再降0.75%。模擬曲線如圖3所示，綜合考慮所有治療方式，結(jié)果表明72 周內(nèi)SGLT2i 各藥按療效由高到低排序為依格列凈＞卡格列凈＞埃格列凈＞恩格列凈＞達(dá)格列凈。

圖3 SGLT2 抑制劑72 周相對基線HbA1c中位值隨時間變化

表3 SGLT2 抑制劑第72 周在不同組的相對基線HbA1c 變化值

圖4 為SGLT2i 在第52 周隨劑量變化的經(jīng)安慰劑校正的相對基線HbA1c 中位值變化。根據(jù)該量效關(guān)系曲線，目前所用的藥物推薦劑量幾乎已達(dá)到最大降糖效果。結(jié)果顯示SGLT2i 存在劑量飽和現(xiàn)象，這提示繼續(xù)加大劑量可能不會出現(xiàn)明顯的降幅。

圖4 SGLT2 抑制劑52 周經(jīng)安慰劑校正的HbA1c 中位值隨劑量變化

選擇卡格列凈作為參照藥物，將各藥推薦劑量通過ED50進(jìn)行校正，在治療第52 周隨劑量變化的經(jīng)安慰劑校正的相對基線HbA1c 中位值變化。結(jié)果如圖5 所示，經(jīng)劑量校正后SGLT2i 表現(xiàn)出一致的劑量HbA1c 效應(yīng)關(guān)系，相比之下卡格列凈和依格列凈幾乎已達(dá)到SGLT2i 的最大HbA1c 變化值。

圖5 SGLT2 抑制劑52 周經(jīng)安慰劑校正的HbA1c 變化值隨用ED50 校正后劑量變化

3 討論

基于模型的薈萃分析是在綜合廣泛數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過建立藥效學(xué)模型，精確描述藥物的劑量效應(yīng)關(guān)系、時間效應(yīng)關(guān)系，同時可考察多種因素（基線、人口學(xué)特征、試驗特征等）對有效性或安全性的影響[12]。目前MBMA 已廣泛應(yīng)用于比較新化合物與新的或現(xiàn)有的治療方案[13]；將短期生物標(biāo)志物反應(yīng)與長期臨床療效、安全性終點聯(lián)系[14]；優(yōu)化劑量選擇和臨床試驗設(shè)計[15]；綜合評價上市后藥物的有效性和安全性[16]。Gross JL 等[17]和Gibbs JP 等[18]用MBMA比較不同DPP4i 間的療效差異，Inoue H 等[11]比較在二甲雙胍基礎(chǔ)上聯(lián)用DPP4i、GLP-1RA、SGLT2i的療效差異，Maloney A 等[19]比較6 類24 種治療T2DM 藥物在3 個T2DM 指標(biāo)的差異。本研究針對SGLT2i 不同的治療方式，建立時間、劑量與藥物效應(yīng)的關(guān)系，對SGLT2i 單藥、二聯(lián)、三聯(lián)治療方式在不同給藥劑量和治療時期作準(zhǔn)確、定量分析。

本研究定量分析不同SGLT2i 單用、二聯(lián)、三聯(lián)治療方式對T2DM 降糖效果的差異，得到SGLT2i按療效排序依次為依格列凈、卡格列凈、埃格列凈、恩格列凈、達(dá)格列凈，此結(jié)果與先前已發(fā)表研究[11，19]的結(jié)果相一致。SGLT2i+MET 組與SGLT2i+DPP4i 組72 周差異很小，但提示聯(lián)合二甲雙胍仍處于優(yōu)勢治療地位。值得注意的是，三聯(lián)用藥組不同人群的HbA1c 基線差異大，對于已使用DPP4i+MET 而控制不足的患者，三聯(lián)72 周降糖效果接近于SGLT2i+MET；但對于二甲雙胍而控制不足人群，三聯(lián)用藥相比SGLT2i+MET、SGLT2i+DPP4i 兩種二聯(lián)用藥仍有約0.6%的降幅。以上兩個亞組，前者可能與聯(lián)合用藥的SGLT2i 固有降糖效果有關(guān)，后者則可能通過改善胰島素抵抗情況以有效降低血糖水平[20]。本研究綜合探究SGLT2i 安慰劑效應(yīng)、藥物效應(yīng)以及變異性等因素對臨床療效終點的影響，有利于優(yōu)化臨床研究設(shè)計。由圖3 時間效應(yīng)曲線可知，SGLT2i在約36 周達(dá)到臨床最大效應(yīng)，這提示SGLT2i 臨床研究的揭盲時間應(yīng)至少為36 周以觀察到最大臨床獲益。圖4 劑量效應(yīng)曲線表明，SGLT2i 目前的推薦劑量可接近最大臨床療效，這提示科學(xué)合理的劑量探索有利于成功開發(fā)SGLT2i 新品種。圖5 則顯示出卡格列凈和依格列凈幾乎已達(dá)到該類藥的最大HbA1c 變化值，這提示未來同類藥物的開發(fā)可以以兩者作為對照藥物，衡量新化合物開發(fā)是否具有良好的臨床優(yōu)勢性。

本研究也存在一定的局限性：一是T2DM 是一個動態(tài)發(fā)展的疾病過程，患者狀態(tài)可能會伴隨著β細(xì)胞功能障礙和胰島素抵抗發(fā)生變化，每年HbA1c大約會升高0.2%，使得安慰劑效應(yīng)會發(fā)生變化[18]。而現(xiàn)有的模型尚未考察這一影響因素，預(yù)測長期療效可能出現(xiàn)一定的偏頗。二是由于僅能從已發(fā)表文獻(xiàn)中的圖表提取數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)為群體均值，難以獲得各研究每個受試者的原始個體數(shù)據(jù)。雖然本研究經(jīng)篩選未發(fā)現(xiàn)協(xié)變量顯著影響，但使用患者水平的數(shù)據(jù)對于理解協(xié)變量的影響將更具有參考價值[17]，未來也需要通過大型的臨床研究進(jìn)一步確證。

綜上所述，本研究采用MBMA 方法量化SGLT2i 在單用、二聯(lián)、三聯(lián)不同治療方式的降糖作用，按藥物療效高低排序依次為依格列凈、卡格列凈、埃格列凈、恩格列凈、達(dá)格列凈。未來同類藥物的開發(fā)可以以卡格列凈和依格列凈作為對照藥物，衡量新化合物開發(fā)是否具有良好的臨床優(yōu)勢性。