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Ph.D Zancong Shen
Ph.D Zhang Qiang
摘要 進入九十年代后期，隨著新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，胰島素非注射給藥系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速，不少制劑現(xiàn)已進入了臨床試驗階段，有希望在最近一兩年內(nèi)上市，從而將給長期蒙受注射痛苦的糖尿病人帶來福音。本文重點綜述了胰島素口服、肺部和口腔等非注射給藥系統(tǒng)的研究進展。
關(guān)鍵詞 胰島素；非注射給藥途徑；糖尿病治療
糖尿病是位于心血管疾病和癌癥之后威脅人類健康的一大疾病。據(jù)1998美國糖尿病協(xié)會年度報告中指出，目前世界范圍內(nèi)糖尿病患者約為1.35億人，到2025年，估計糖尿病患者將上升到3億人，其中發(fā)達國家由5100萬增加到7200萬，增加42%；而發(fā)展中國家由8400萬躍進到2.28億人，增幅達170%。在發(fā)達國家中，美國糖尿病患者接近1600萬，約占美國總?cè)丝诘?.9%，為此美國每年在預(yù)防和治療糖尿病上約花費1000億美元左右。我國的糖尿病患病狀況也不容樂觀。1998年的統(tǒng)計表明，我國有2000多萬糖尿病患者，25歲至64歲的人群中發(fā)病率為2.5%。隨著我國人口的日益老齡化以及現(xiàn)代人生活方式的改變，預(yù)防和治療糖尿病已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。
胰島素是I型和中重度II型糖尿病患者日常治療中不可缺少的藥物。目前市售胰島素制劑多數(shù)為注射劑，長期的注射會給病人帶來軀體痛苦和耐受性，這已經(jīng)是臨床上治療糖尿病被長期困擾的問題。胰島素非注射給藥劑型的開發(fā)近二十年來一直在不斷地研制探索中，九十年代后期，隨著新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，不少胰島素非注射給藥制劑進入了臨床試驗階段，從而使該類制劑的開發(fā)進入了一個嶄新時期。
1 口服給藥
口服給藥是所有給藥途徑中最為方便的一種，其病人依從性最好。但由于胰島素作為一種蛋白質(zhì)，在胃腸道內(nèi)的吸收難以克服酸催化分解、蛋白酶降解以及粘膜穿透性差等屏障，具有生物利用度低下的缺點，因而提高該藥物的生物利用度是藥劑學(xué)家多年來一直在研究克服的難題。目前胰島素口服制劑的研究主要著重于如下幾方面：
1.1 微球及毫微球制劑
Ramdas等制備了含有海藻酸的殼聚糖微球[1]，包裹胰島素進行腸道給藥，利用海藻酸和殼聚糖的粘附能力增加藥物在吸收部位的滯留時間。Nagareya等[2]利用w/o/w方法制備出50μm左右的羥丙基甲基纖維素-醋酸琥珀酸酯(AS-HG)微球，含4%月桂酸和9%胰島素(包封率達90%)，胰島素在pH 1.2溶液中不釋放， 而在pH 6.8溶液中快速釋放。大鼠腸道給藥50 u/kg，0.5 小時后即出現(xiàn)明顯的降血糖作用。Purdue大學(xué)的Lowman等[3]將pH敏感性的聚甲基丙烯酸-g-乙二醇的親水凝膠制成微球，內(nèi)含胰島素，在胃酸環(huán)境中凝膠并不膨脹，當(dāng)?shù)竭_中性或偏堿性環(huán)境的小腸后，凝膠微球開始膨脹，胰島素被釋放出來產(chǎn)生降血糖效果。在正常及糖尿病大鼠身上降血糖作用能持續(xù)8小時。
1997年Nature雜志發(fā)表了Mathlowitz等[4]制備的胰島素生物溶蝕性毫微球，平均粒徑96.7 nm，載體材料為富馬酸-乙交酯-丙交酯的共聚物。該毫微球在腸道中具有較強的粘附力，能進入小腸吸收細胞，同時也能被Peyer結(jié)攝取而進入淋巴循環(huán)。毫微球能保護胰島素不受酶的降解，同時增加其在吸收部位的滯留時間。大鼠體內(nèi)的口服糖耐量實驗表明，該制劑(20 u給藥量)有效地抑制了口服高血糖的形成。
1988年法國學(xué)者Damge和Couvreur等人[5]首先將聚氰基丙烯酸烷基酯為材料制備胰島素毫微囊并獲得成功。給予大鼠口服12.5 u/kg或50 u/kg胰島素毫微囊，可分別降低血糖水平至50-60%達6-20天，在健康及糖尿病狗身上藥效上長達6-8天。關(guān)于該制劑長時間的藥效作用機理，最近清華大學(xué)的鄭昌學(xué)等 [6]通過抗體捕捉實驗，認為胰島素是借助于共價鍵的作用被牢牢吸附于毫微囊表面，因而產(chǎn)生極慢的釋放作用。但是后來Couveur等人[7]卻認為在制備毫微囊的過程中，胰島素其實并沒有與氰基丙烯酸異丁酯產(chǎn)生相互作用，也沒有被共價結(jié)合到毫微囊的表面，而是被包裹在內(nèi)核的油相。張強等[8]改進了毫微囊的制備方法，通過乳液聚合法制備出胰島素的氰基丙烯酸正丁基酯毫微球，藥物包封率達到75%左右。該胰島素毫微球降糖效果維持12小時，比毫微囊的作用要迅速得多，可見毫微囊和毫微球?qū)σ葝u素的釋放控制有很大差異。
1.2 胰島素脂質(zhì)體
通過改變脂質(zhì)體的成份來提高胰島素的生物利用度或作用時間是近年來的研究熱點。Muramatsu等[9]將二棕櫚酰磷酯酰膽堿(DPPC)和豆甾醇取代膽固醇制得脂質(zhì)體，胰島素的包封率最高達到33%。以80 u/kg的劑量口服給予正常大鼠，結(jié)果報道給藥21小時后以DPPC：豆甾醇(7：4)的組分制備的脂質(zhì)體的降血糖作用最明顯，生物利用度可高達31.6%。Iwanaga等[10]將脂質(zhì)體表面包裹PEG-2000或粘液素(mucin)。與未經(jīng)表面處理的脂質(zhì)體相比，PEG-2000包裹的胰島素脂質(zhì)體在小腸內(nèi)的駐留時間明顯延長，而經(jīng)粘液素處理的脂質(zhì)體在胃內(nèi)駐留時間延長，在腸道內(nèi)駐留時間沒有改變。
沈陽藥科大學(xué)最近研制了胰島素微粒劑。他們將胰島素與明膠形成復(fù)合物后，通過高速勻漿分散法制備成脂質(zhì)體，經(jīng)過冷凍干燥和過篩等處理得到微粒劑。糖尿病小鼠，大鼠，高血糖家兔的降糖實驗表明，小鼠灌胃8 u/kg，降糖百分率為33%，4 u/kg降糖百分率為21%；13 u/kg的劑量使腎上腺素注射后家兔的一過性高血糖趨于正常水平。在正常狗身上，2.7 u/kg的胰島素微粒劑即引起明顯的血糖下降(>20%)。此制劑不含蛋白酶抑制劑，輔料無毒，有較大的臨床應(yīng)用前景。
1.3 胰島素微乳及油制劑 微乳作為口服胰島素載體具有粒徑細小和滲透能力強的特點，可保護胰島素在胃腸道中不受酸和酶的破壞，同時可模擬食物中乳糜微粒的成分被吸收進入淋巴系統(tǒng)，最終進入血液循環(huán)。Cortecs公司開發(fā)的胰島素微乳制劑在水相中含胰島素和蛋白酶抑制劑，油相中含膽固醇、磷酯和游離脂肪酸。口服后藥物可被上皮細胞吸收，按1 u/kg劑量對3例IDDM病人給藥，血糖均見明顯下降。
1997年，Cortecs公司進一步開發(fā)了胰島素的油制劑。該方法[11]通過一種特殊工技術(shù)即通過兩親性表面活性劑的作用將親水性藥物如胰島素或降鈣素等增溶到弱極性的油中而形成了澄清透明的溶液，稱為Macrosol TM，胰島素在此系統(tǒng)中具有很高的物理穩(wěn)定性。6個健康志愿者在灌胃口服該制劑后體內(nèi)的葡萄糖水平比空白降低34%，胰島素水平升高31%，C-肽水平下降38%。大動物的降糖實驗結(jié)果與人體實驗相似。Cortecs公司在1997年宣布已經(jīng)完成了該制劑的II期臨床試驗。
與Cortecs公司相似，國內(nèi)也正在開發(fā)類似的胰島素油制劑，在糖尿病小鼠和大鼠身上已經(jīng)顯示出穩(wěn)定的降血糖效應(yīng)，目前該項工作正在進一步研究中。
2肺部給藥
相對于蛋白多肽藥物的胃腸道吸收而言，肺部具有較多的優(yōu)點，如巨大的肺泡表面積；極薄的肺泡細胞膜；豐富的毛細血管網(wǎng)；狹小的氣血通路；低酶活性；肺深處較慢的清除速率等。這些良好的生理環(huán)境為蛋白多肽的吸收提供了有利條件。
胰島素的毫微球及微球制劑的肺部給藥最近已經(jīng)有人開始進行研究。Kawashima 等[12]制備出粒徑約400 nm的聚乳酸毫微球，藥物的包封率約為47%，通過超聲霧化器將此毫微球?qū)腚嗍髿夤軆?nèi)，3.9 u/kg的胰島素劑量下可使降血糖作用維持48小時。此外，沈贊聰?shù)萚13]制備并研究了胰島素氰基丙烯酸正丁酯毫微球在大鼠體內(nèi)的降血糖效應(yīng)。胰島素微球的研究很是矚目，1997年底Edwards等[14]在Science上報道了胰島素多孔微球的成功制備和長時間的降血糖作用。他們利用雙乳化溶劑揮發(fā)法制備出密度僅為0.1 g/cm3，粒度大于5 μm的聚乳酸微球。這種微球具有疏松的孔狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)輕，很容易被吸入。實驗表明該多孔微球的肺部可呼吸率為50%，而非多孔微球的可呼吸率不足21%。經(jīng)正常大鼠肺部吸入后其體內(nèi)的降血糖作用能持續(xù)達96小時。相對皮下注射途徑，經(jīng)吸入給藥的胰島素多孔微球的生物利用度達87.5%，而同樣條件下的非多孔微球的生物利用度僅為12%。該制劑在25℃ RH33%條件下3個月內(nèi)很穩(wěn)定。
早在1987年上就有對糖尿病患兒進行胰島素吸入治療的臨床研究。1993年Laube 等人[15]考察6例糖尿病人通過霧化吸入器吸入1u/kg的胰島素注射液的降血糖情況。6個病人中，平均最低血糖下降值為55%，最低能下降71%，表現(xiàn)出顯著的降血糖效果。1998年他們又在7名糖尿病患者[16]中考察了霧化吸入1u/kg的胰島素注射液相對皮下注射0.1 u/kg后的藥物生物利用度，同時用同位素標(biāo)記法求出胰島素在肺內(nèi)的沉積分數(shù)。實驗表明胰島素的生物利用度為14.7%，如果考慮胰島素的沉積分數(shù)，生物利用度則為18.9%。同年他們又考察了7名糖尿病人[17]霧化吸入1.5 u/kg胰島素注射液對餐后高血糖的調(diào)節(jié)作用。
Chakraborti [18]將吸入給藥劑量降低至10-20 u/人。7名NIDDM病人被分為兩組，第一組5名病人早餐后4小時霧化吸入10 u人胰島素注射液 (Actrapid)，15 min后體內(nèi)血糖開始下降，45 min達最低。第二組2名病人則在午餐后2小時吸入10 u 人胰島素注射液，30 min 內(nèi)未見血糖下降，此時再吸入10 u 人胰島素注射液后，病人血糖開始下降，情況與第一組5名病人相似。作者認為第一次給藥則是阻止了餐后的高血糖形成。
Aradigm公司開發(fā)了具有精確控制及監(jiān)測給藥量等功能的霧化吸入裝置AERxTM。他們在7例健康志愿者和20例IDDM病人的試驗都肯定了與皮下相似的降血糖作用和較高的的可重復(fù)性。病人在使用時可通過裝置上的液晶顯示來調(diào)節(jié)正確的噴霧速率和呼吸深度。除了胰島素以外，此裝置還在嗎啡和芬太尼等鎮(zhèn)痛藥的吸入給藥上進行研究。
與Aradigm公司開發(fā)胰島素霧化吸入裝置的同時，Dura 和Inhale公司開發(fā)了胰島素粉末吸入制劑。該制劑在16例NIDDM病人上考察給藥后餐后高血糖的抑制作用及在51例NIDDM病人3個月的長期給藥觀察，都獲得滿意的結(jié)果。邁阿密大學(xué)的Skyler博士等在70名IDDM病人身上比較Inhale公司的粉末吸入劑與皮下注射治療效果。他們將病人分為2組，半數(shù)病人仍維持常規(guī)的胰島素注射給藥治療，另外半數(shù)病人在每次餐前吸入1-2次胰島素粉末，晚上睡前注射1次長效胰島素注射劑。經(jīng)2個月治療后，兩組病人的血糖水平幾乎相同，粉末吸入組沒有出現(xiàn)肺損害的情況。
胰島素肺部給藥制劑目前很引人注目，估計1-2年內(nèi)有上市的可能，這對糖尿病人來說將是一個很大的福音。
3 口腔給藥
在San Francisco 舉行的2000年Drug Delivery System會議上，加拿大Generex公司報道的胰島素口腔噴霧劑引起了廣泛的關(guān)注。該制劑經(jīng)口腔噴霧后，通過口腔頰側(cè)的粘膜吸收，10 min內(nèi)胰島素開始起效。目前該制劑正在美國和加拿大進行臨床試驗，下一步的臨床試驗擬于今年底在英國和意大利進行。該制劑雖尚未得到FDA的批準， 但據(jù)稱已經(jīng)收到FDA較有利的答復(fù)。Generex公司申報的商品名在美國將為Oralgen，在加拿大則為 Oralin。
4 其它給藥途徑
胰島素經(jīng)鼻粘膜吸收被認為是效果確切的，其鼻腔給藥制劑包括鼻用氣霧劑，噴霧劑，滴鼻劑等均有報道。但由于鼻粘膜較為脆弱，長期給藥后易引起局部刺激和充血損傷。Kupila等[19]認為制劑中的吸收促進劑會大大降低病人的依從性，而不加促進劑條件下則無降血糖效果，因而胰島素經(jīng)鼻吸收并不是最理想的途徑。
除此這外，胰島素的眼用制劑、栓劑以及透皮吸收貼劑等都在研究中，但研究較為局限，未能成為胰島素非注射給藥的熱點。
最近在Science 2000年二月份雜志上Rivera等[20]報道了一種新型基因技術(shù)，該技術(shù)先將病人免疫上一種無害病毒，該病毒可將胰島素通過基因轉(zhuǎn)染到細胞內(nèi)，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成聚集體。另外再合成一種小分子藥物，口服該藥物在體內(nèi)可引起細胞內(nèi)胰島素的解聚，從而出現(xiàn)胰島素的快速脈沖釋放。治療時病人在餐前僅需口服一粒含有該小分子藥物的藥片，就可以引起體內(nèi)胰島素的脈沖釋放，引起血糖下降。體內(nèi)胰島素釋放量取決于口服小分子藥物的劑量。這種基因治療法在蛋白多肽給藥中的新應(yīng)用，目前已經(jīng)在糖尿病小鼠身上得到非常滿意的預(yù)期效果。
5 結(jié)語
隨著新技術(shù)新方法的不斷發(fā)展，胰島素給藥系統(tǒng)將日臻完善，將來肯定會有最適于臨床應(yīng)用的非注射胰島素給藥系統(tǒng)上市，長期罹于注射痛苦的問題將得到最終解決。
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