糖尿病是一種以長(zhǎng)期高血糖為特征的代謝紊亂疾病，是全球最常見(jiàn)的慢性病之一。國(guó)際糖尿病聯(lián)盟2019年發(fā)布的全球糖尿病數(shù)據(jù)顯示[1]，全球共計(jì)有約7億成人糖尿病患者（20-79歲），每11個(gè)成人就有1人患有糖尿?。?.63億），成人糖尿病患者最多的國(guó)家依次是中國(guó)、印度和美國(guó)，其中中國(guó)成人糖尿病人數(shù)高達(dá)1.16億。
2019年，首個(gè)口服GLP-1受體激動(dòng)劑（GLP-1 receptor agonist, GLP-1RA）——諾和諾德的口服索馬魯肽（Semaglutide）被FDA批準(zhǔn)上市，口服的給藥方式可減少糖尿病人給藥的創(chuàng)傷，大大提高用藥依從性和便利性，有望改變糖尿病藥物市場(chǎng)格局。本文概述了重要靶點(diǎn)GLP-1受體的發(fā)現(xiàn)，索馬魯肽皮下注射制劑和口服制劑的開(kāi)發(fā)和相應(yīng)的藥代動(dòng)力學(xué)特征。
一、GLP-1受體及GLP-1受體激動(dòng)劑
胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-like Peptide 1，GLP-1），是由三十個(gè)氨基酸組成，由人胰高血糖素基因編碼，腸道L細(xì)胞分泌的一種肽類激素。當(dāng)GLP-1與胰島β細(xì)胞表面的GLP-1受體結(jié)合后，β細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣離子濃度升高，增強(qiáng)胞內(nèi)胰島素貯藏顆粒的胞吐作用，促進(jìn)胰島素釋放。GLP-1還可以刺激胰島β細(xì)胞的增殖和分化，抑制β細(xì)胞凋亡。然而，不是生物體內(nèi)所有形式的GLP-1都具有降糖作用，體內(nèi)有生物活性的GLP-1有兩種形式，即圖2中的GLP1 7-37和7-36。GLP-1會(huì)迅速被細(xì)胞表面的DPP-4蛋白酶水解，從而失去降糖活性，因而不具備穩(wěn)定性。因此，針對(duì)GLP-1受體的降糖藥物不僅需要與GLP-1具有相同或者類似的生物活性，且應(yīng)不易被DPP-4蛋白酶水解，即GLP-1受體激動(dòng)劑（GLP-1 receptor agonist, GLP-1RA）。
圖1: GLP-1的不同結(jié)構(gòu)形式[2]
二、索馬魯膚皮下注射制劑的開(kāi)發(fā)
索馬魯肽（Semaglutide）由諾和諾德研發(fā)，最初被設(shè)計(jì)為一種強(qiáng)有力的、持久的皮下注射類抗糖尿病藥物，其用藥頻率為每周一次，以提高便利性。索馬魯肽于2017年12月獲FDA批準(zhǔn)上市，是繼艾塞那肽、利拉魯肽、阿必魯肽、度拉糖肽、利司那肽、貝那魯肽之后，全球第七個(gè)獲批的GLP-1RA。
作為諾和諾德的第二款GLP-1RA藥物，索馬魯肽的研發(fā)策略借鑒了公司第一款GLP-1RA藥物利拉魯肽，在內(nèi)源GLP-1的序列結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變，并通過(guò)在肽鏈骨架上修飾脂肪酸側(cè)鏈與人白蛋白結(jié)合來(lái)延長(zhǎng)血漿半衰期[3]。
具體來(lái)講，首先索馬魯肽以內(nèi)源GLP-1的序列和結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，以降低免疫原性風(fēng)險(xiǎn)。隨后，通過(guò)丙氨酸掃描突變技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，將內(nèi)源GLP-1第8位丙氨酸替換為α-氨基異丁酸（一種非天然氨基酸），不僅能夠保持藥物與GLP-1受體結(jié)合親和力，同時(shí)還可以保護(hù)多肽在N端不被DPP-4降解。然而，進(jìn)行脂肪酸修飾的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，GLP-1RA與白蛋白之間的強(qiáng)親和力會(huì)影響GLP-1RA與GLP受體的結(jié)合，因此如何平衡半衰期與藥效之間的關(guān)系是非常關(guān)鍵的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)連接子和脂肪酸進(jìn)行大量的篩選和對(duì)比，最后確定在26號(hào)賴氨酸使用γGlu-2xOEG連接子和C18二元脂肪酸側(cè)鏈進(jìn)行修飾，能夠同時(shí)保證白蛋白的高親和性和對(duì)GLP-1受體的高效力。另外，研究人員還用精氨酸替換第34位的賴氨酸，以防止脂肪酸側(cè)鏈連接到錯(cuò)誤的位置。索馬魯肽的分子示意圖見(jiàn)圖3 [4]，其對(duì)GLP-1受體的親和力為0.38± 0.06 nM，比利拉魯肽減弱三倍，但對(duì)白蛋白的親和性是利拉魯肽的6倍，在人體的半衰期長(zhǎng)達(dá)165小時(shí)[5]。
圖2：索馬魯肽藥物分子結(jié)構(gòu)示意圖（皮下給藥制劑）[4]
2019年9月，全球首個(gè)非注射型GLP-1RA藥物口服索馬魯肽片獲FDA批準(zhǔn)上市，每日早餐前半小時(shí)空腹服用一次，用于結(jié)合飲食控制和運(yùn)動(dòng)，以改善Ⅱ型糖尿病成人患者的血糖控制。索馬魯肽口服制劑的出現(xiàn)改變了GLP-1RA藥物的給藥方式，它減少糖尿病人給藥的創(chuàng)傷，提高了用藥依從性和便利性。
索馬魯肽從皮下注射制劑到口服制劑，遠(yuǎn)比想象中困難。胃腸道中豐富的蛋白酶，會(huì)迅速水解多肽，且多肽藥物分子量大，滲透性低，吸收困難，因此口服給藥難度極大，此前已上市的GLP-1RA藥物用藥方式多數(shù)為皮下注射。但是從方便病人服藥的角度來(lái)說(shuō)，口服給藥是一種相當(dāng)理想的遞送方法。通?？诜幬餅樾》肿?，需要具有一定的疏水性。對(duì)于GLP-1RA來(lái)說(shuō)，一種方法是開(kāi)發(fā)激活GLP-1受體的小分子激動(dòng)劑，但小分子激動(dòng)劑的效力不足、與GLP-1R結(jié)合缺乏特異性以及半衰期不理想。另一種策略是使用吸收增強(qiáng)劑。由Emisphere公司開(kāi)發(fā)的N-[8-（2-羥基苯甲?；┌被鵠辛酸鹽（SNAC）是一種公認(rèn)安全的小分子吸收促進(jìn)劑（圖4），可以協(xié)助口服遞送藥物。SNAC在藥學(xué)領(lǐng)域并不活躍，主要用做食品補(bǔ)充劑、維生素和膳食成分。SNAC已經(jīng)之前也用于和肝素、伊班膦酸鹽和維生素B12共同配制以增加藥物的吸收[6-8]。
圖3：N-[8-(2-羥基苯甲?；?氨基]辛酸鹽的結(jié)構(gòu)式
索馬魯肽作的口服制劑就是和SNAC一起構(gòu)成的配方。肽類藥物主要在腸道中被吸收而口服索馬魯肽改變了肽的吸收部位，使其在胃部被吸收，而不是在腸道中。在吸收的過(guò)程中，SNAC在胃部的溶解能夠局部升高胃的pH值，進(jìn)而提高索馬魯肽的溶解度，且將胃中酸性環(huán)境改變?yōu)橹行原h(huán)境，使肽酶失活，避免索馬魯肽被胃中的肽酶降解。實(shí)驗(yàn)表明，SNAC的親脂性使其能夠嵌入到細(xì)胞膜上，幫助索馬魯肽被細(xì)胞快速吸收。索馬魯肽在胃中的溶解如圖5所示[9]。
圖4：索馬魯肽在胃中溶解示意圖
通過(guò)比較正常犬和幽門(mén)結(jié)扎犬口服索馬魯肽片劑后藥時(shí)曲線如圖6，幽門(mén)結(jié)扎后對(duì)索馬魯肽的吸收并沒(méi)有顯著的影響[9]。為了進(jìn)一步證實(shí)索馬魯肽在胃部吸收，研究人員將犬脾靜脈底端和右側(cè)胃網(wǎng)膜靜脈結(jié)扎，此時(shí)脾靜脈血全部來(lái)自于胃部，而門(mén)靜脈血主要來(lái)自于小腸?？诜黢R魯肽后分別采集脾靜脈血和肝門(mén)靜脈血。結(jié)果所示，脾靜脈中索馬魯肽的濃度遠(yuǎn)高于肝門(mén)靜脈，說(shuō)明索馬魯肽最初的攝取是發(fā)生在胃部，而不是小腸。
圖5：正常犬和幽門(mén)結(jié)扎犬口服索馬魯肽片劑后的濃度曲線
四、索馬魯腦的藥代動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)
藥代動(dòng)力學(xué)方面，圖7總結(jié)了口服索馬魯肽與皮下注射索馬魯肽的藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)[6]?？诜黢R魯肽采用連續(xù)用藥的方式（前5天5毫克/日，后5天10毫克/日，共10天），而后持續(xù)取樣21天，Cmax為15 nM，Tmax為1 h，半衰期為1周；皮下注射索馬魯肽單次用藥0.5毫克，Cmax為10 nM，Tmax為24 h，半衰期為1周。歸功于良好的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，皮下注射索馬魯肽每周用藥一次即可，為糖尿病人提供了極大的便利。而口服索馬魯肽是目前唯一可以口服的GLP-1RA藥物，每日餐前半小時(shí)空腹服用一次即可，這無(wú)疑為糖尿病患者提供了更多的選擇。
索馬魯肽主要通過(guò)DPP-4蛋白及中性肽鏈內(nèi)切酶的水解和脂肪酸二酸側(cè)鏈的氧化進(jìn)行代謝，代謝產(chǎn)物通常通過(guò)糞便及尿液排出[10]。鑒于糖尿病病人常常需要聯(lián)合用藥，臨床上也考察了索馬魯肽對(duì)包括華法林和二甲雙胍等在內(nèi)的多種常用藥暴露量的影響，并未觀察到索馬魯肽與之產(chǎn)生藥物-藥物相互作用[11,12]。
圖6：口服索馬魯肽與皮下注射索馬魯肽的藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)
索馬魯肽的各項(xiàng)指標(biāo)基本都優(yōu)于或持平于其他GLP-1RA藥物，但其最亮眼的優(yōu)勢(shì)還是在于給藥方式除了皮下注射以外還可以口服。值得一提的是，除了二型糖尿病，多項(xiàng)研究表明，索馬魯肽在減肥、降低Ⅱ型糖尿病患者重大心血管事件（Major Adverse Cardiovascular Events, MACE）風(fēng)險(xiǎn)、治療非酒精性脂肪性肝炎（Nonalcoholic Fatty Liver Disease, NASH）以及腎功能受益等方面也有積極影響。
五、口服索馬魯腦研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)小結(jié)
在索馬魯肽及其口服制劑的研發(fā)過(guò)程中，主要關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，一是如何提高藥物半衰期，二是如何實(shí)現(xiàn)口服。首先，為了解決多肽半衰期短的弊端，替換酶作用位點(diǎn)的氨基酸，以抵抗酶的水解；鏈接脂肪酸側(cè)鏈，以增強(qiáng)與白蛋白的結(jié)合，從而延緩系統(tǒng)清除，以達(dá)到長(zhǎng)效的目的。為了實(shí)現(xiàn)口服用藥，使用一種小分子吸收增強(qiáng)劑，成功使口服索馬魯肽達(dá)到了足夠的生物利用度。SNAC可以局部提高胃內(nèi)pH值，防止索馬魯肽被胃中的肽酶降解，同時(shí)促進(jìn)索馬魯肽的吸收，突破了多肽口服不能吸收的限制。
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