张传志 于敏 王蓓华
正大天晴药业集团股份有限公司 江苏连云港 222000
摘要：胰岛素作为治疗糖尿病的常用药物，按照其作用时效分为超短效胰岛素，短效胰岛素，中效胰岛素和长效胰岛素，最受欢迎的产品为作用时效长，注射次数少的长效胰岛素，代表产品为甘精胰岛素，地特胰岛素和德谷胰岛素，本文将对胰岛素类似物长效性的研究策略进行分析，总结常用胰岛素类似物长效化的策略，为胰岛素类似物乃至其他重组蛋白药物的长效性研究提供一定的参考。
关键词：胰岛素；糖尿病；长效化；重组蛋白药物
引言：
根据最新报告，2019年全球糖尿病患者约4.63亿，数量最多的国家前三位分别为中国、印度和美国，糖尿病患者(20-79岁)数量分别为1.164亿、7700万和3100万（11个人中有1个为糖尿病患者）。预计到2030年，糖尿病患者会达到5.784亿，前三位排名保持不变，到2045年，糖尿病患者会达到7.002亿。
糖尿病患者如果得不到及时的治疗会产生严重的并发症，因此安全，快速，有效的降糖是糖尿病治疗的关键。糖尿病按照类型分类可分为1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）、2型糖尿病（type2 diabetes mellitus，T2DM）以及其他特殊类型糖尿病（如妊娠糖尿病等）且糖尿病患者中超过90%为T2DM，我国近95%为T2DM，因此药物研发方面以T2DM药物研发为主。相关医疗费用支出方面：艾美仕（IMSHealth）数据，2016年全球（主要指8个发达国家和6个新兴国家）糖尿病领域药品治疗支出达662亿美元，仅次于肿瘤领域，位居第二，而2017年数据显示中国糖尿病患者（20-79岁）的医疗支出超过500亿美元仅次于美国位居第二，且未来5年内我国的糖尿病医疗费用支出有望突破千亿美元。由此可见糖尿病患者数量以及费用支出方面在我国乃至全球范围的形式是非常严峻的。
糖尿病治疗药物主要为胰岛素和GLP-1类似物，其中胰岛素药物具有降糖效果最佳，不良反应最少的药物，且中长效胰岛素因其具有注射次数少，作用时效长等优势被广泛关注，成为研究热点，而如何实现胰岛素类似物的长效性，目前针对胰岛素类似物的长效性策略主要分4类：（1）氨基酸序列突变：如在人胰岛素序列基础上进行改变删除氨基酸，突变氨基酸等；（2）化学修饰：使用脂肪酸侧链进行修饰延长半衰期；（3）融合蛋白修饰：在胰岛素类似物的基础上进行融合表达不同的融合蛋白标签如抗体Fc蛋白融合；（4）制剂手段：通过对制剂剂量进行改变从而实现长效的特性，具体方法如下：
1.氨基酸突变方式实现胰岛素类似物长效
胰岛素均具有A，B肽链，通过二硫键的方式形成AB肽链的稳定结构，在胰岛素类似物甘精胰岛素的研发过程中通过在人胰岛素序列A肽链末端的Asn突变成Gly，同时在序列B肽链末端添加两个Arg，改变了甘精胰岛素的等电点接近中性，在注射到人体内由于等电点与人体pH相近在皮下积聚，随着被不断的利用从而实现缓慢释放达到长效的目的，此方法同样可以被应用于其他重组蛋白药物长效化研发中。
2.化学修饰实现胰岛素类似物长效
长效蛋白多肽的化学修饰主要有PEG修饰，内源性大分子修饰，透明质酸修饰，聚氨基酸修饰等方式[1,2]，在胰岛素类似物长效化研究中应用的化学修饰主要有脂肪酸修饰，如地特胰岛素研发过程中将人胰岛素B肽链30位的Thr残基去除，同时在29位的Lys残基上修饰14碳肉豆蔻酰基得到，促进其注射后在注射部位的自组装成双六聚体，并且有助于和白蛋白的可逆性结合使其长效化，研究表明其夜间低血糖次数较甘精胰岛素明显减少[3]。
3.融合蛋白修饰实现胰岛素类似物长效
融合蛋白修饰技术主要是依靠分子伴侣的长效机制，同时通过增加蛋白多肽类药物的相对分子质量降低肾清除率，从而延长半衰期，主要有Fc融合蛋白，HAS融合蛋白，类弹性蛋白多肽融合。在胰岛素长效化研究中应用的较少，Hanmi Pharmceutical公司研发Insulin115通过免疫球蛋白G（IgG）Fc片段为载体，借助PEG作为连接臂以减小空间位阻与胰岛素相连，增加了体内循环，延长半衰期可持续7天[3]。
4.通过制剂手段实现胰岛素类似物长效
剂型的选择是蛋白多肽药物二次开发的重要手段[1]。通过改变药物制剂的剂量可以使得药物的药代动力学和药效学作用特征改变，与正常浓度相比，高浓度胰岛素起效时间相似，而其具有缓慢释放的时间拉长，因此降糖效果比正常浓度时间长。研究表明人普通胰岛素U500较U100的降血糖效果由18h延长至21h。在甘精胰岛素制剂中研究表明U300较U100半衰期由13.5h延长至19.0h，且药代动力学作用曲线更加平坦，然而生物效能较U100低27%[3]。
5. 多方式联用实现胰岛素类似物长效
在德谷胰岛素的研发中同地特胰岛素类对B肽链30位的Thr，在B29位Lys上进行连接16碳脂肪二酸连接，制剂包含锌离子、苯酚和间甲酚等物质，使其制剂中具有稳定性的可溶性和双六聚体的结构，注射后伴随苯酚的扩散，德谷胰岛素在注射部位形成六聚体结构的储存库，随着锌离子扩散，使胰岛素单体与白蛋白结合，德谷胰岛素在靶器官中与胰岛素受体的亲和力更强从而激活胰岛素受体达到长效的目的[5]。
结束语
长效胰岛素具有极大的临床优势，是胰岛素乃至蛋白药物开发的一大重要方向，通过一系列手段能够实现胰岛素的长效化，但依然存在一些问题比如低血糖，胰岛素抵抗，皮下脂肪萎缩等，随着新技术的不断产生，临床应用的降糖药物种类不断增加，长效性，不良反应少，针对新靶点的新型糖尿病药物将是未来研究的重点[4]。胰岛素的长效化方法的有效应用同时也能对其他长效化蛋白药物的研发提供助力作用，推动研发进步。
参考资料
1.杜昭明, 徐寒梅, 王轶博, 黄瑞晶,李剑. 长效蛋白多肽类药物技术研究进展[J]. 药物生物技术, 024(1):63-67.
2.魏莹, 张哲文, 陆亚敏,程艳菊.长效重组蛋白药物发展动态 [J]. 生物工程学报, 034(3):360-368.
3.李承业, 黄文龙, 钱海. 胰岛素和GLP-1类似物长效化策略研究的最新进展[J]. 中国药科大学学报, 49(06):30-40.
4.赵承奇, 尚军, 邢鲁艳. 糖尿病治疗药物研究进展[J]. 人民军医, 2019(8):768-773.
5.张星艳, 李亚卓, 曾勇,李俊, 伊秀林. 三种长效基础胰岛素类似物的研究进展[J]. 药物评价研究, 2017(11):153-158.