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合肥肽庫生物新蟲 (著名寫手)
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肽類藥物的口服遞送研究進展
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作者:李 琪, 陳宏達, 周天華, 劉祥瑞,藥學學報 Sinica 2022, 57(7): 2012 −2023 摘要: 肽類藥物因其高特異性、高效性及低毒性的特點, 對多種疾病的治療具有顯著優(yōu)勢。目前已有80余種肽類藥物進入市場, 2019年全球銷售額超500億美元。然而, 肽類藥物通常分子質(zhì)量較大、親水性較強, 消化道穩(wěn)定性差, 加之諸多生理屏障, 導致其口服生物利用度極低, 大多只能通過注射給藥。但相較于患者依從性強的口服制劑,注射劑使用不便, 注射后易出現(xiàn)不良反應, 故而近年大量研究集中于提高肽類藥物的口服生物利用度, 部分遞送技術如Eligen™、Axcess™等已成功應用于治療性肽的口服制劑, 并推動相關口服制劑實現(xiàn)上市及臨床使用。本綜述圍繞肽類藥物的口服遞送, 總結歸納近年來最新研究進展以及相關專利技術應用, 促進口服肽類制劑的研發(fā)和臨床轉(zhuǎn)化。 肽對現(xiàn)代制藥業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。自1922 年美國 FDA (Food and Drug Administration) 批準胰島素用于糖尿病治療以來, 已有80多種肽類藥物陸續(xù)進入市場, 用于治療多種疾病, 包括糖尿病、癌癥、骨質(zhì)疏松癥、肢端肥大癥等。伴隨著肽療法相關研究的穩(wěn)步推進, 有 150 多種肽處于臨床開發(fā)階段, 另有 400~600種肽正在進行臨床前研究[1]。2019年, 肽類藥物占全球醫(yī)藥市場的 5%, 銷售規(guī)模達到 500 億美元, 并呈現(xiàn)持續(xù)增長的勢頭[2]。肽類藥物的出現(xiàn)填補了過去小分子藥物 (通常分子質(zhì)量 < 500 Da) 和生物制劑 (通常分子質(zhì)量 > 5 000 Da) 之間的空白[3]。作為大多數(shù)內(nèi)分泌信號通路的天然信使, 肽在體內(nèi)往往能發(fā)揮高度特異性的調(diào)節(jié)作用, 相較小分子藥物靶向性更強、效力更高。同時, 作為內(nèi)源性物質(zhì), 肽類藥物對正常生物功能的干擾及造成不良反應的幾率也更低[4]。與蛋白質(zhì)藥物相比, 肽類藥物尺寸更小, 可能具備更高的口服生物利用度, 且部分肽可通過化學方法合成, 生產(chǎn)便利成本低。 盡管肽類藥物具備諸多優(yōu)點, 但受其低生物利用度的限制, 肽類藥物通常采取注射給藥。這一給藥途徑具有高生物利用度的優(yōu)點卻也伴隨一定的不良反應。首先, 注射給藥容易引起注射部位反應 (injectionsite reactions, ISR), 包括注射部位周圍的腫脹、紅斑、瘙癢和疼痛[5]。其次, 注射用藥患者的依從性較差, 尤其對于需要長期監(jiān)測和重復給藥的慢性疾病患者, 這一缺點被進一步放大[6]。此外, 經(jīng)專業(yè)人員注射給藥會耗費更多時間、金錢及精力, 但若自行注射易招致他人誤解。例如在工作場所或者旅行中注射胰島素, 患者易產(chǎn)生負面情緒從而影響治療積極性[7]。因此, 盡管注射給藥可顯著提高生物利用度, 絕大多數(shù)患者更傾向于口服給藥[6]。目前口服給藥往往應用于小分子藥物, 對于肽類藥物, 口服遞送過程中受其分子質(zhì)量大小、穩(wěn)定性、胃腸道生理障礙以及理化性質(zhì)的限制, 導致肽類藥物難以被吸收入血并發(fā)揮藥效。本綜述主要介紹口服遞送肽類藥物涉及的關鍵屏障, 總結近年來提高肽類藥物口服生物利用度的相關技術手段, 重點關注已上市或處于臨床試驗階段的口服肽類藥物制劑, 以此為口服肽類制劑的研發(fā)和臨床轉(zhuǎn)化提供新思路。 1 口服生物屏障 1.1 生化屏障 肽一般是由2~50個氨基酸組成的具有特定空間結構的化合物, 超過50個氨基酸構成的肽被稱為蛋白質(zhì)[8]。肽類藥物通過口服途徑進入人體消化道, 其生物活性會受到諸多因素抑制, 其中最關鍵的兩個生化因素分別為 pH 值和消化水解酶。肽類藥物口服進入消化道后會經(jīng)歷從胃 (pH 1.0~2.0) 到十二指腸 (pH 4.5~5.0)、空腸 (pH 5.5~7.0) 和回腸 (pH 7.0~7.5), 然后轉(zhuǎn)移到結腸和直腸 (pH 7.0~7.5) 的過程[9]。多變的 pH 梯度會改變肽在正常情況下的空間折疊狀態(tài), 易造成藥物變性直至失去活性。另一方面, 胃腸道內(nèi)存在的蛋白酶及相關水解酶通過識別肽鏈上的特定位點, 對其進行降解, 使之生物活性降低甚至完全失活。并且, 各類消化水解酶均處于活性最佳的pH環(huán)境條件下, 對肽類藥物的降解效果最強。在胃 (pH 1.0~2.0) 內(nèi), 胃蛋白酶的活性最佳。作為一種內(nèi)肽酶, 它可水解苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸等芳香族殘基之間的肽鍵[10], 從而使肽水解失活。當肽類藥物到達小腸, 由胰腺分泌的消化酶進一步發(fā)揮作用, 包括絲氨酸蛋白酶 (胰蛋白酶、糜蛋白酶和彈性蛋白酶) 和羧肽酶。胰蛋白酶在堿性氨基酸殘基位點水解肽; 糜蛋白酶水解含有芳香族氨基酸殘基的相關肽; 彈性蛋白酶在不帶電荷的小氨基酸 (如丙氨酸、甘氨酸和絲氨酸) 殘基處發(fā)揮作用[11]。羧肽酶 A 識別肽鏈 C 末端芳香族、中性或酸性氨基酸殘基發(fā)揮作用, 而羧肽酶 B 則在堿性氨基酸殘基處發(fā)揮作用[12]。對于口服肽類藥物在生理環(huán)境下的降解, 通常使用酶抑制劑直接降低酶活性, 或借助pH調(diào)節(jié)劑如檸檬酸等改變局部pH來間接降低酶活性以抑制水解。 1.2 黏液屏障 黏液是一種覆蓋在胃腸道上皮細胞層的凝膠狀物質(zhì), 主要由杯狀細胞分泌的黏蛋白組成。在胃腸道中主要的分泌型黏蛋白 (mucin, MUC)包括 MUC2、MUC5AC 和 MUC6[13]。上述黏蛋白單體通過二硫鍵連接形成大分子, 并借助可逆的疏水作用等交聯(lián)纏結形成聚合物網(wǎng)絡, 進一步形成動態(tài)彈性凝膠[14,15]。胃腸道表面附著的黏液可細分為兩層, 分別為松散黏附層和牢固黏附層。松散黏附層的黏蛋白不斷分泌和脫落, 導致黏液層不斷更新, 在有效清除潛在有害物質(zhì)的同時, 也大幅減少了肽類藥物的攝取; 牢固黏附層緊鄰上皮內(nèi)層, 包含與細胞結合的黏蛋白、糖脂和糖蛋白, 這一系列物質(zhì)同時起到屏障和傳遞信號的作用[16]。黏液本身會產(chǎn)生類似網(wǎng)篩的結構, 可在空間上阻擋無法穿透黏液網(wǎng)眼孔徑的顆粒 (10~200 nm),起到保護作用[17]。藥物進入松散黏附層后, 會被黏蛋白完全附著并被特異性剪切, 最終被黏液中的酶水解[18]。因此, 為提高藥物生物利用度, 肽類藥物應快速穿過松散黏附層。另一方面, 牢固黏附層黏液清除速度較慢, 有助于提高藥物的吸收效率[19]。故而可通過增強牢固黏附層黏附 (包括借助靜電相互作用、疏水相互作用、范德華相互作用等) 來延長肽類藥物在胃腸道中的停留時間來增強吸收。 1.3 上皮屏障 胃腸道上皮由單層上皮細胞組成, 包括腸上皮細胞、上皮內(nèi)淋巴細胞、杯狀細胞、M 細胞(microfold cell) 和樹突細胞。作為將管腔與組織分隔的保護屏障, 胃腸道上皮在抵御多種病原體以及維持胃腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。藥物分子穿過黏液層后, 進入上皮細胞主要有 2 種途徑: 細胞轉(zhuǎn)運 (跨細胞途徑) 和通過上皮細胞之間的空間擴散 (細胞旁途徑)。對于跨細胞途徑, 多數(shù)肽類藥物由于分子質(zhì)量較大、親水性較強, 難以直接通過細胞膜, 往往需借助特定細胞進行內(nèi)吞攝取。例如 M 細胞可介導管腔抗原內(nèi)吞并將其呈遞給黏膜免疫系統(tǒng), 故肽類藥物可通過M細胞胞吞作用內(nèi)化, 但其會因主動轉(zhuǎn)運機制被排回管腔[20]。P-糖蛋白、乳腺癌耐藥蛋白和多藥耐藥相關蛋白 2 作為表達在腸細胞頂膜上的 3 種外排泵, 可有效降低藥物的入胞效率, 從而降低藥物的生物利用度[21]。對于細胞旁途徑, 各類上皮細胞會通過緊密連接、黏附連接和橋粒相互連接形成致密結構, 使得肽類藥物難以通過[22]。 1.4 其他 除上述屏障外, 沿胃腸道的滲透應力、胃腸道肌肉的蠕動以及腔內(nèi)胃液流速引起的剪切應力,會對藥物進行機械降解而降低藥物效率[18]。流動的胃液也可能減少藥物分子與上皮細胞之間的接觸時間,從而阻礙其入胞吸收[23]?诜锲琳蠀R總如圖 1所示。 圖片 2 促進口服吸收技術研究 鑒于肽類藥物胃腸道吸收屏障多而復雜, 口服生物利用度低等問題, 現(xiàn)有研究已嘗試研發(fā)各類技術方法以針對不同吸收屏障進行抗干擾、促進肽類藥物吸收 (圖2)。 2.1 滲透增強劑 滲透增強劑有助于減少上皮屏障對肽類藥物吸收的阻礙, 主要通過打開細胞間緊密連接, 促進肽類藥物的細胞旁轉(zhuǎn)運, 或借助膜擾動來增強藥物的跨細胞轉(zhuǎn)運, 通過增加腸上皮細胞的瞬時通透性而促進肽類藥物的吸收[24]。Whitehead 等[25]借助腸上皮 Caco-2 細胞模型發(fā)現(xiàn)脂肪酸酯主要促進細胞間緊密連接打開, 而兩性離子和陽離子表面活性劑主要增強細胞通透性。Stuettgen 等[26]發(fā)現(xiàn)在結腸黏膜中, 苯基哌嗪類物質(zhì)如 1-苯基哌嗪等會激活 5-羥色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT) 受體、肌球蛋白輕鏈激酶 (myosin light-chain kinase, MLCK) 和基底外側Na+-K+-2Cl−協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白, 從而打開細胞間緊密連接。相較于使用任意單一滲透增強劑, 包括表面活性劑、膽汁鹽等滲透增強劑所構成的復合輔料具備協(xié)同優(yōu)勢[27]。然而, 滲透增強劑提高肽類藥物吸收是非特異性的, 可能增加將毒素或過敏原輸入的風險, 從而導致不良反應[28]。因此, 雖有許多滲透增強劑用于臨床前研究, 但只有少數(shù)滲透增強劑展現(xiàn)出足夠的安全性和有效性可進入臨床試驗, 滲透增強劑匯總如表1[26,29-35]。 圖片 2.2 酶抑制劑 酶抑制劑通過抑制與肽類藥物失活密切相關的水解酶活性來提高肽類藥物穩(wěn)定性, 下調(diào)生化屏障對肽的吸收阻礙。常用的酶抑制劑包括抑肽酶、胰蛋白酶抑制劑、桿菌肽、嘌呤霉素和膽汁鹽等[36]。Del Curto等[37]將酶抑制劑甲磺酸卡莫司他應用于胰島素的結腸給藥系統(tǒng), 有效提高胰島素口服生物利用度。除此之外, 由于蛋白酶的最佳活性受所處環(huán)境pH值影響, 故可通過改變生理環(huán)境的 pH 來抑制蛋白酶的活性。例如胰島素的主要蛋白水解酶為糜蛋白酶, 其最適 pH 值為 6.5。Welling 等[38]使用檸檬酸降低局部 pH值來抑制糜蛋白酶活性, 發(fā)現(xiàn)胰島素的降解速率明顯降低。但酶抑制劑在抑制藥物降解的同時也抑制了其他蛋白質(zhì)的正常降解, 會改變胃腸道內(nèi)的正常生理代謝情況并伴隨一定不良反應, 影響患者的用藥體驗。 2.3 細 胞 穿 透 肽 (cell penetrating peptides, CPP) CPP是一種少于40個氨基酸組成的短肽, 可作為有效的細胞遞送載體裝載藥物, 通過多種機制進入細胞, 并可進一步借助細胞胞吐作用將藥物輸送到體循環(huán)[39],故其主要針對上皮屏障, 促進藥物吸收入胞。CPP 通過靜電相互作用附著到細胞膜上, 在結合位點進入細胞。CPP 的入胞途徑具體可被分為 3 種類型: 在 CPP濃度較高的情況下, 可直接滲透入胞; 在 CPP 濃度較低時, 通過內(nèi)吞途徑包括胞飲、吞噬和受體介導的內(nèi)吞作用進行運輸; 在CPP濃度適宜時, CPP與細胞膜的相互作用會導致膜的脂雙層被破壞, 形成倒置膠束, 借助膠束的不穩(wěn)定性形成過渡結構而易位入胞[40]。CPP的來源包括肝素結合蛋白、DNA結合蛋白、信號肽、抗菌肽等各種天然蛋白質(zhì), 可細分為帶正電荷的CPP、兩親性CPP和疏水性CPP。首先發(fā)現(xiàn)的CPP是人類免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus, HIV) 的轉(zhuǎn)錄激活因子 (transcription activator, Tat), 其可實現(xiàn)細胞滲透以及HIV病毒顆粒的細胞內(nèi)遞送。通過結構域定位發(fā)現(xiàn)Tat蛋白起作用的是11個氨基酸構成的陽離子結構域 (YGRKKRRQRRR), 主要依靠正電荷與細胞表面的蛋白聚糖相互作用[41]。Wender等[42]發(fā)現(xiàn)在堿性氨基酸中, 精氨酸具有最大的細胞滲透潛力。富含精氨酸的CPP包括反式激活因子肽、寡精氨酸、穿透素、低分子質(zhì)量魚精蛋白 (low molecular weight protamine, LMWP)。He 等[43]將 LMWP 作 為 CPP, 借 助 聚 乙 二 醇 (poly‐ethylene glycol, PEG) 與胰島素偶聯(lián), 通過 Caco-2細胞模型發(fā)現(xiàn)胰島素-PEG-LMWP結合物的滲透率比胰島素對照組高 4、5 倍。在家兔體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn), 相較于口服胰島素溶液生物利用度為 3.15%, 胰島素-PEGLMWP結合物的生物利用度為21.34%, 與注射胰島素溶液相比, 其相對生物利用度達到 26.86%[44]。而兩親性 CPP 是將 CPP 的疏水結構域通過共價鍵連接到核定位信號上而生成的嵌合肽[45]。Oehlke等[46]合成模型兩 親 性 肽 (model amphipathic peptide, MAP), 發(fā) 現(xiàn)MAP 中高度兩親性的 α-螺旋結構有助于細胞攝取。而疏水性CPP由于其疏水性強, 更有利于促進膜擾動,增加滲透性[47]。另一方面, 對于 CPP 在肽類藥物遞送中的應用, 需考慮其細胞毒性和穩(wěn)定性, 可對天然蛋白質(zhì)來源的 CPP進行適當編輯, 如借助在疏水性氨基酸與磷脂雙分子層相互作用或進行化學修飾借助二硫鍵等增加相互作用。 2.4 黏膜黏附 通過反向利用黏膜屏障的特性增強黏膜黏附可延長肽類藥物在黏膜停留的時間促進吸收, 提高藥物的生物利用度。增強黏膜黏附的材料通常由天然聚合物和合成聚合物組成, 由于其表面張力小、易潤濕從而鋪展于黏液層, 并可通過化學鍵如共價鍵、離子鍵結合或通過聚合物鏈與黏蛋白纏繞增強吸附[48], 有助于減緩黏膜對活性藥物分子的清除速率。同時, 黏膜黏附聚合物可抑制胃腸道中存在的蛋白水解酶, 其通常與酶系統(tǒng)中必需的酶輔因子鈣和鋅結合,導致酶的構象變化和酶失活。目前常用的黏膜黏附聚合物包括殼聚糖及其硫醇化衍生物、果膠、聚丙烯酸、海藻酸鹽、聚乙烯醇和纖維素衍生物如羧甲基纖維素鈉、羥丙基甲基纖維素[49]。M Ways等[50]借助離體豬膀胱進行黏膜黏附研究, 用熒光強度來表征藥物吸收, 發(fā)現(xiàn)相比于使用聚乙二醇等傳統(tǒng)材料, 用殼聚糖包裹藥物的熒光強度最大, 表明其具有優(yōu)異的黏膜黏附特性。 2.5 自組裝氣泡載體 由于口服藥物包衣的腸溶聚合物在小腸中不會立刻完全溶解, 故包封的肽類藥物可能部分滯留在膠囊內(nèi)。同時, 肽類分子大量釋放后可能會聚集, 限制其吸收入血, 降低口服生物利用度[51]。自組裝氣泡載體可改善上述問題, 可通過局部環(huán)境pH的改變突破生化屏障對藥物的抑制水解作用,同時通過影響上皮屏障實現(xiàn)藥物的快速輸送。首先,該載體系統(tǒng)借助二乙基三胺五乙酸 (DTPA) 形成酸性環(huán)境, 并通過發(fā)泡劑碳酸氫鈉分解產(chǎn)生 CO2氣體。同時該系統(tǒng)通過表面活性劑十二烷基硫酸鈉 (SDS) 的親水頭部連接水相, 疏水尾部與氣體相連接, 從而使包含肽類藥物的氣泡載體在雙層 SDS 之間實現(xiàn)自組裝。隨著 CO2氣泡不斷膨脹直至撞到腸壁破裂, 氣泡載體系統(tǒng)可實現(xiàn)瞬時改變上皮細胞膜形態(tài)并瞬時打開細胞膜頂端連接復合物, 從而促進肽類藥物例如胰島素分子穿過上皮細胞并使其最終吸收入體循環(huán)[52]。 2.6 納米顆粒載體 納米顆粒載體包括膠束、脂質(zhì)體、納米膠囊、納米球等[53]。與其他固體劑型相比, 納米顆粒載體可促進藥物在腸上皮的分布[54]。納米顆粒載體通過載體包裹實現(xiàn)對藥物的保護, 降低了水解酶等生化屏障對藥物的抑制。同時借助表面修飾等方式突破上皮屏障, 促進藥物吸收。脂質(zhì)作為可生物降解的賦形劑, 不易在組織中積聚, 故基于脂質(zhì)的納米載體成為一項研究熱點。脂質(zhì)納米載體可通過暫時破壞細胞磷脂雙分子層, 增加跨細胞轉(zhuǎn)運效率, 也可通過改變細胞間緊密連接, 增加通過細胞旁途徑入胞的藥物濃度[55]。Xu等[56]發(fā)現(xiàn)用二硬脂;字R掖及-聚乙二醇 (DSPE-PEG 2000) 進行表面修飾的脂質(zhì)納米載體裝載藥物, 可顯著增強納米載體的生物學效應。艾塞那肽通過直接靶向腸道 L 細胞增加胰高血糖素樣肽-1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1) 的分泌,實現(xiàn)降血糖。利用未修飾的納米載體遞送艾塞那肽可使正常小鼠的內(nèi)源性 GLP-1 水平提高 4 倍, 而采用 DSPE-PEG2000 修飾的納米粒遞送該藥物可將相同的小鼠內(nèi)源性 GLP-1水平提升至 8倍。同時, Xu等[56]利用口服葡萄糖耐量實驗發(fā)現(xiàn), 僅 DSPE-PEG 2000修飾的納米載體可有效實現(xiàn)艾塞那肽的口服治療。另一方面, 肽類藥物的親水特性致使其包封效率較差, 故可通過添加硫醇官能團進行共價脂化或通過與離子表面活性劑絡合進行非共價脂化來增加它們的親脂性。Millotti等[57]使用硫醇化殼聚糖的納米粒, 與未修飾的殼聚糖納米粒相比, 胰島素的藥-時曲線下面積提高了 4 倍。近年來, 將細胞內(nèi)膜的小囊泡外泌體作為納米粒藥物遞送系統(tǒng)來遞送相關生物分子引起較多的關注。由于外泌體固有的小尺寸以及內(nèi)源性, 其作為載體可避免巨噬細胞的吞噬和溶酶體降解, 實現(xiàn)體內(nèi)長時間循環(huán),還可將藥物直接輸送到細胞質(zhì)中[58], 具備口服遞送肽類藥物的潛力。 2.7 自乳化給藥系統(tǒng) (self-emulsifying drug deliverysystems, SEDDS) SEDDS 由油、表面活性劑和助表面活性劑/助溶劑混合物組成, 口服后會迅速分散在胃腸液中, 生成包裹藥物的微乳劑或納米乳劑。SEDDS系統(tǒng)主要針對于難溶性或親脂性藥物, 提高藥物的溶出度, 構建的微/納米乳化藥物憑借其小尺寸可通過淋巴途徑被吸收, 繞過肝臟首過效應從而提高生物利用度[59]。同時, SEDDS 可保護肽類藥物免受酶促降解,降低生化屏障對其的影響。Hetényi等[60]以亮丙瑞林、胰島素作為模式藥物時發(fā)現(xiàn), 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶由于親水性強而無法進入 SEDDS 的油相中, 故而這些蛋白酶在 SEDDS 中不顯示任何酶活性。然而, 對于親水性較強的肽類藥物, 可通過離子絡合與表面活性劑、磷脂、脂肪酸等結合, 以使其有效摻入 SEDDS[61]。借助非共價相互作用可使肽類部分未折疊構象的暫時穩(wěn)定, 從而暴露其疏水側鏈以改變穩(wěn)定構象的脂溶性, 并選擇最合適的疏水性反離子, 肽類藥物的有效載荷比可由 1% 升到 10% 以上[62]。然而SEDDS儲存穩(wěn)定性差。為克服該缺點, 研究者開發(fā)了固體SEDDS, 通過添加吸附劑或多孔載體如交聯(lián)的多孔二氧化硅、微孔硅酸鈣將液體SEDDS預濃縮物轉(zhuǎn)移到固體中制備成固體自乳化粉末。此方法既提供固體劑型的優(yōu)點, 同時保留液體 SEDDS 的大部分特性, 并提高藥物的溶出度[63]。 2.8 微針給藥系統(tǒng) 微針給藥直接避開常規(guī)口服制劑所面臨的生化屏障、黏液屏障及細胞屏障等挑戰(zhàn), 通過微針插入胃腸道借助本身微米級傳輸通路而直接讓肽類藥物入胞, 增加滲透性[64]。微針分為用于皮膚預處理的實心微針、具有水溶性藥物制劑的涂層微針、無殘留碎片的溶解微針和用于液體制劑的空心微針[65]。為減少胃腸道殘留, 用于口服肽類制劑的微針多為溶解性微針。Abramson等[66]開發(fā)了一種自定位毫米級釋藥裝置 (self-orienting millimeter-scale applicator, SOMA),可自定位于胃黏膜并自主觸發(fā)驅(qū)動載藥針穿入胃黏膜, 從而輸送肽類藥物如胰島素。而后, Abramson等[67]又開發(fā)了一種在管腔中展開的微針注射器裝置(luminal unfolding microneedle injector, LUMI), 其靶向小腸, 借助聚甲基丙烯酸酯涂層會在 pH ≥ 5的環(huán)境下溶解這一特性解封壓縮彈簧, 從而將LUMI推出, 可溶解的載藥微針會快速推進腸道組織。該裝置利用小腸的管狀幾何形狀, 設計有3個方向的展開臂, 使之與組織產(chǎn)生多個接觸點保證用藥量, 以此裝置釋放的胰島素其全身生物利用度與皮下注射相比高出 10%。RaniTherapeutics 公司推出了 RaniPill™ 腸溶微針膠囊, 其甲羥丙基甲基纖維素膠囊殼在pH > 6.5的腸道環(huán)境下溶解, 膠囊內(nèi)的枸櫞酸和碳酸氫鈉反應產(chǎn)生氣體, 使氣囊膨脹, 從而推出可溶解的蔗糖基微針, 刺穿腸壁并將藥物輸送到血流中[68]。 2.9 離子液體 離子液體是在 100 ℃下呈液態(tài)的熔融鹽, 由離散的無機/有機陰離子和有機陽離子組成[69]。通過改變其陽離子和陰離子的種類以及所連接的取代基, 可以調(diào)整相應組合的性質(zhì), 如黏度、疏水性、密度和生物降解性。雖然離子液體可提高所裝載活性物質(zhì)的溶解性, 但仍需考慮其細胞毒性, Gouveia 等[70]通過 HeLa 細胞系、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌的生物檢查比較各種離子液體毒性, 發(fā)現(xiàn)咪唑鎓和吡啶鎓離子液體比膽堿-氨基酸的離子液體毒性高10倍。故目前生物離子液體主要是膽堿陽離子和氨基酸陰離子(天冬氨酸、谷氨酸和組氨酸) 的組合, 具有高生態(tài)安全性和生物相容性。離子液體可增加肽類藥物的溶解度, 提高肽類穩(wěn)定性。面對上皮屏障, 離子液體可分別借助親水基團或親脂基團促進藥物的細胞旁轉(zhuǎn)運及改善上皮細胞的通透性, 促進藥物的跨細胞轉(zhuǎn)運[71]。 3 口服肽類藥物專利技術及其應用 盡管當前涌現(xiàn)了許多新型技術可嘗試用于實現(xiàn)肽類藥物的高效口服遞送, 但多數(shù)僅局限于克服口服遞送的某一類主要屏障, 距離口服肽類藥物的臨床轉(zhuǎn)化仍有較大距離。系統(tǒng)性地說明已實現(xiàn)商業(yè)化的口服肽類藥物專利技術對促進口服肽類藥物臨床轉(zhuǎn)化具有重要意義, 表2整合了其中關鍵技術的使用策略。 3.1 POD™ POD™由以色列 Oramed 公司研究開發(fā),主要用于胰島素口服制劑。該制劑由肽類藥物、酶抑制劑 (如胃酶抑素、抑肽酶、大豆胰蛋白酶抑制劑等)和omega-3脂肪酸吸收增強劑 (如EDTA或膽鹽) 和腸溶膠囊組成[72]?紤]到部分酶抑制劑、膽鹽等其他因素對正常生理功能的影響, Oramed的口服胰島素膠囊ORMD-0801 選擇大豆胰蛋白酶抑制劑以及 EDTA 作為最終處方。大豆胰蛋白酶抑制劑抑制胰蛋白酶對胰島素的蛋白水解作用, EDTA 作為螯合劑和 Ca2+結合從而促進 Ca2+依賴性細胞黏附蛋白 E-鈣黏蛋白裂解,破壞黏附連接。而黏附連接中的肌動蛋白絲結合蛋白afadin 和 α -catenin 會 和 緊 密 連 接 的 封 閉 小 帶 蛋 白(zonula occludens-1, ZO-1) 相互作用, 故當黏附連接被破壞后細胞間緊密連接被打開, 突破上皮屏障從而促進胰島素的腸道吸收[73]。此外, POD™技術分別將胰島素、酶抑制劑、吸收促進劑微球化。將各個成分的微球注入腸溶膠囊, 形成雙重保護。該技術通過調(diào)整冷凍干燥速率、擱板溫度等調(diào)節(jié)微球的厚度、孔隙率等物理性質(zhì), 從而實現(xiàn)每種成分在胃腸道中特定位點的快速釋放, 達到胰島素的最佳釋放吸收。包埋微粒的腸溶聚合物被設計在十二指腸中的最佳位點 (pH 6.3~6.5) 釋放活性成分。該位置 pH 值高于胰島素蛋白質(zhì)等電點 (pI = 5.6), 可確保胰島素釋放后保持高溶解度。為實現(xiàn)這一目標, 腸溶聚合物選用甲基丙烯酸-丙烯酸乙酯共聚物 [Eudragit L30 D55 (Degussa, RohmAmerica)], 會在高于5.5的pH值下溶解。 應用 POD™技術的 ORMD-0801 口服胰島素膠囊,借助蛋白酶抑制劑和滲透增強劑突破生化屏障和上皮屏障, 從而提高了胰島素的口服生物利用度。目前已進行了 4項小型 II期研究 [2項用于 1型糖尿病 (type 1diabetes mellitus, T1DM)患 者 , 2 項 用 于 2 型 糖 尿 病(T2DM) 患者], 研究結果顯示ORMD-0801耐受性良好,可降低血漿葡萄糖水平。連續(xù)10天用口服胰島素膠囊治療發(fā)現(xiàn)T1DM患者血糖水平總體降低[74]。而在2021年進行的II期安慰劑對照研究中, 研究者發(fā)現(xiàn)睡前服用ORMD-0801的T2DM患者相較安慰劑組, 其夜間血糖、24 h 血糖和糖化血紅蛋白 (glycated haemoglobin A1c,HbA1c) 表達受抑制, 且不良反應事件和低血糖發(fā)生率與安慰劑組類似, 證明其治療的安全性和有效性[75]。目前 ORMD-0801 口服胰島素膠囊對 T2DM 患者的療效和安全性相關III期研究正在進行中, 預計2023年完成, 已獲得我國國家藥品監(jiān)督管理局批準, 即將開展中國地區(qū)臨床試驗。 3.2 Peptelligence™ Peptelligence™技術由美國EnterisBiopharma公司開發(fā), 相關制劑由凍干肽、有機酸顆粒(多選擇檸檬酸)、滲透增強劑;鈮A、抗氧化劑丙酮酸鈉等組成[76]。其中, 檸檬酸作為酸調(diào)節(jié)劑通過降低腸道pH抑制酶的降解作用, 抑制生化屏障對肽類藥物的不良影響。;鈮A選用月桂酰-L-肉堿, 該組分作為滲透增強劑, 可暫時性地打開緊密的連接復合物, 促使相鄰胃腸道上皮細胞之間的緊密連接被破壞從而促進細胞旁轉(zhuǎn)運, 增強肽類藥物的吸收[35]。丙酮酸鈉作為抗氧化劑可防止甲硫氨酸和色氨酸氧化。該技術的關鍵在于涂覆性的檸檬酸顆粒, 檸檬酸顆粒的表面涂層將酸與活性肽分離, 避免了酸對肽的不良作用。另一方面, 該涂層有助于保護腸溶衣免受酸對外衣快速均勻溶解所造成的不良影響。將上述成分壓制成片劑, 再將片劑芯分別涂上一層水溶性聚合物基底漆和一層酸穩(wěn)定腸溶涂層, 保證其到達十二指腸后, 在pH > 5.5的環(huán)境下才會溶解釋放其內(nèi)容物。而用水溶性底膜封閉片劑核心的內(nèi)容物可防止酸對保護性載體的不良影響。當涂層溶解, 片劑的內(nèi)容物在崩解劑的幫助下迅速釋放到十二指腸。釋放的檸檬酸顆粒在局部微環(huán)境中迅速溶解并降低腸道pH值, 從而阻止肽類藥物被腸道蛋白酶和羧肽酶降解。在保護藥物的同時釋放酰基肉堿, 增強肽吸收[77]。當管腔pH值低于;鈮A親水部分中最強酸的 pKa時, ;鈮A帶正電荷,可作為陽離子表面活性劑引起更廣泛的黏膜擾動以促進吸收[73]。采用該技術的口服鮭魚降鈣素制劑被應用于治療絕經(jīng)后婦女的骨質(zhì)疏松癥, 目前已進入 III 期臨床試驗。該試驗比較了口服降鈣素和經(jīng)批準的鼻降鈣素噴霧劑治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥效果, 共565名年齡在46~86 歲的女性被隨機分為 3 組, 分別是口服重組鮭魚降鈣素 (recombinant salmon calcitonin, rsCT) 片劑組 (每天0.2 mg)、合成鮭魚降鈣素 (synthetic salmon calcitonin,ssCT) 鼻腔噴霧劑組 (每天 200 IU) 和安慰劑組, 療程為 48 周。研究發(fā)現(xiàn)與 ssCT 鼻腔噴霧劑相比, 口服rsCT 治療更有效地提高了股骨粗隆和股骨近端的骨密度。同時口服 rsCT出現(xiàn)不良反應概率與 ssCT鼻腔噴霧劑或安慰劑類似, 說明其具備良好的安全性與耐受性。但是口服降鈣素的生物利用度約為1%, 仍處于較低水平[78]。 3.3 GIPET™ GIPET™由愛爾蘭 Merrion Pharmaceu‐ticals公司開發(fā), 主要應用中鏈脂肪酸作為滲透增強劑以促進肽類口服吸收[79]。GIPET™由 3 種形式的腸溶包衣組成: ① GIPET I由粉末形式的中鏈脂肪酸與相應重量比的藥物組成; ② GIPET II 由在腸溶凝膠膠囊中的油、表面活性劑與藥物的微乳液預濃縮物組成; ③ GIPET III由腸溶凝膠膠囊中的脂肪酸衍生物混合物組成[80]。相關制劑主要使用癸酸鈉 (sodium caprate,C10) 促進胃腸道滲透性增強, 研究表明 C10可能通過磷脂酶 C 依賴性肌醇三磷酸/二;视屯緩接绊懮掀B透性[81]。C10 借助磷脂酶 C 細胞內(nèi) Ca2+的激活和上調(diào), 使附著在細胞緊密連接結構域的肌動蛋白-肌球蛋白絲依賴性鈣調(diào)素收縮, 緊密連接打開, 從而促進肽類藥物的細胞旁途徑轉(zhuǎn)運[82]。同時, 藥物可形成混合膠束結構, 且在較高濃度下會形成多層膠束結構。只要藥物與滲透增強劑在目標吸收區(qū)域共同釋放, 在設定的時間段內(nèi)始終保持混合膠束濃度高于臨界膠束濃度 (critical micelle concentration, CMC) 的狀態(tài), 可進一步促進藥物滲透。故而使用腸溶衣在腸內(nèi)快速分解, 確保滲透增強劑和有效載荷在適當濃度下共同釋放, 以改變腸道上皮細胞膜的滲透性。 對人體 GIPET™的研究集中在各種不同類型的生物藥劑學分類系統(tǒng) (Biopharmaceutics ClassificationSystem, BCS) III 類化合物上, 如肝素鈉、唑來膦酸等。其中唑來膦酸口服制劑 Orazol用于治療前列腺癌, 已進入 II 期臨床試驗。根據(jù)生物標志物尿 I 型原膠原C-末端肽交聯(lián) (NTX)、血清 β 膠原降解產(chǎn)物 (β-CTx)、血清骨特異性堿性磷酸酶和血清鈣的變化情況, 比較Orazol 與唑來膦酸注射劑 Zometa 對前列腺癌患者的藥效, 發(fā)現(xiàn)口服制劑 Orazol相較于靜脈注射劑 Zometa表現(xiàn)出更顯著的治療效果[83]。目前嚴格意義上應用GIPET™的肽類藥物仍處于上市前階段, 還需進一步檢測升級。 3.4 TPE™ TPE™由美國 Chiasma Pharmaceuticals公司研究開發(fā)。該技術應用于制備藥物懸浮液, 由制成凍干顆粒的親水藥物部分和疏水的油性懸浮液組成。由于肽水解酶在油中不表現(xiàn)出酶活性, 故配成油性懸浮液可提供一定保護, 其中包含多種賦形劑, 這些賦形劑可通過打開腸上皮緊密連接瞬時改變上皮屏障的完整性, 增強滲透。首先將辛酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮PVP-12和親水藥物如醋酸奧曲肽, 溶解制成水溶液將其凍干; 疏水部分則混合聚山梨醇酯 80、單辛酸甘油酯、三辛酸甘油酯和蓖麻油[84]。再將親水部分緩慢加入到疏水介質(zhì)中制備成相應懸浮液, 最后填充入硬明膠膠囊, 用pH依賴性甲基丙烯酸共聚物Acryl-EZE®進行腸溶衣包裹[84]。C8 即辛酸鈉作為主要的滲透增強劑, 比長鏈羧酸鹽具有更高的CMC, 因此更易溶解, 其會作用于封閉小帶ZO-1和緊密連接蛋白claudin-3, 導致緊密連接蛋白暫時重新分布, 瞬時增強滲透[85]。與此同時, 使用高濃度的賦形劑包括PVP、甘油單辛酸酯和聚山梨醇酯 80 作為兩親性物質(zhì)同樣具有與生物膜相互作用的能力, 可引起額外的增強滲透效應。一項大鼠研究表明, 聚山梨醇酯80會改變腸黏液蛋白的表達和上皮屏障的完整性[86]。Tuvia 等[85]發(fā)現(xiàn)相比于油性懸浮液和藥物的同時釋放體系, 如果藥物比油性懸浮液晚 10 min 釋放, 則吸收率會下降, 說明 TPE 相關制劑對滲透性的影響不僅是暫時性的, 而且需在上皮細胞中和藥物高濃度共同呈遞時才能發(fā)揮最佳功效。 目 前 已 利 用 該 技 術 開 發(fā) 口 服 奧 曲 肽 制 劑MYCAPSSA 用于治療肢端肥大癥。與每月 1 次的長效注射相比, 許多肢端肥大癥患者更傾向于每天服用2次奧曲肽口服制劑[87]。III期臨床試驗評估了口服奧曲肽膠囊對已注射生長激素抑制素受體配體的肢端肥大癥患者的療效和安全性, 證明口服奧曲肽膠囊可用于相應患者的有效維持治療[88]。目前, 相應緩釋奧曲肽膠囊已上市。雖然口服奧曲肽制劑 MYCAPSSA 對端肥大癥患者有一定治療效果, 但其口服生物利用度較低, 約為0.25%[85]。 3.5 Eligen™ Eligen™技術由美國 Emisphere 公司研究開發(fā), 其技術核心在于使用N-8-(2-羥基苯甲酰胺基)辛酸鈉 (SNAC)、N-(5-氯水楊酸;)8-氨基丙酸等作為吸收增強劑。這些輔料可與藥物通過非共價鍵相互作用, 增加藥物親脂性, 并借助細胞旁途徑促進藥物吸收。研究表明在 Caco-2 細胞模型中, SNAC 使胰島素滲透性增加了大約10倍, 且不會對細胞膜造成不可逆損傷[89]。相較于 C10 等滲透促進劑, SNAC 促進滲透能力更強[90], 可促進索馬魯肽單體化, 抑制GLP-1類似物形成低聚體, 從而減少制劑本身對口服吸收的影響。同時, SNAC可改善細胞膜流動性, 并通過弱分子間作用結合與胃上皮結合促進吸收[91]。在促進吸收的同時, SNAC 可通過瞬時中和酸性環(huán)境局部調(diào)節(jié)胃腸道pH值, 抑制胃蛋白酶活性, 減少蛋白水解作用。 臨床III期試驗結果表明, 在T2DM患者的26周治療過程中, 口服索馬魯肽相較于安慰劑可更好地控制血糖水平, 且患者的 HbA1c水平隨著口服索馬魯肽的使用而降低。同時, 口服索馬魯肽組中發(fā)生的不良反應數(shù)要少于注射索馬魯肽組。另一方面, 口服索馬魯肽和皮下注射劑表現(xiàn)出減肥功效, 這是安慰劑所不具備的特性[92]。同時索馬魯肽相較于其他降血糖藥物借助葡萄糖濃度依賴性機制降低血糖, 故患者低血糖的風險降低。但是 Rybelsus 的口服生物利用度為 0.5%~1%, 處于較低水平[93]。3.6 Axcess™ Axcess™技術由美國的 Diabetology 公司研究開發(fā), 其核心在于使用膽堿和香葉酸鹽口服離子液體 (choline and geranate, CAGE)。離子液體可作為生物相容性溶劑, 具有增強皮膚通透性的出色能力[94]。相關制劑中, 將香葉酸與碳酸氫膽堿混合制成香葉酸鹽 (膽堿與香葉酸酯摩爾比為 1∶2 的混合物滲透效率顯著增加[95]), 與胰島素混合后用溶解在異丙醇中的 Eudragit® L-100 進行 3 次腸溶包衣, 以保護膠囊在胃的酸性環(huán)境中免受降解, 實現(xiàn)藥物在小腸部位的特異性遞送[96]。CAGE 可保護胰島素免受酶促降解,并顯著增強胰島素的細胞旁轉(zhuǎn)運。此外, Nurunnabi等[97]發(fā)現(xiàn)CAGE可與脂肪分子相互作用以防止其通過腸道組織吸收, 進一步達到控制體重的效果。Diabetology 公司應用該技術開發(fā)了口服胰島素膠囊 Capsulin, 其優(yōu)勢在于通過離子液體的包裹顯著提高胰島素的穩(wěn)定性, 在室溫下長時間放置依然保持穩(wěn)定, 其口服生物利用度相較其他同類藥物未見明顯提高。目前, Capsulin口服胰島素膠囊處于臨床 IIb階段。該階段主要考察二甲雙胍 (不使用其他伴隨藥物) 與 Capsulin 口服胰島素膠囊聯(lián)用對 T2DM 患者的治療效果, 并比較 3 種不同劑量 Capsulin 口服胰島素(75、150 和 300 IU) 的治療結果。該研究結果顯示, 二甲雙胍與 Capsulin 聯(lián)用后, 主要評價指標 HbA1c 下降 ≥ 0.5。同時, 空腹血糖、餐后葡萄糖、甘油三酯和膽固醇均有一定程度下降, 其中 150 IU 劑量組療效最佳[98]。 4 總結與展望 口服肽類藥物具有注射劑無法比擬的高便利性和高依從性, 如口服索馬魯肽, 為非侵入性長期使用提供無可爭議的治療優(yōu)勢。但開發(fā)口服制劑替代注射劑,其對應的低口服生物利用度仍是最大限制因素。已上市或處于臨床試驗的口服肽類藥物生物利用度均較低, 如口服奧曲肽制劑 MYCAPSSA 的口服生物利用度約為0.25%[85], 口服索馬魯肽Rybelsus其生物利用度為0.5%~1%[93], 口服降鈣素的生物利用度約為1%[78]。同時, 口服肽類遞送技術也帶來了安全性挑戰(zhàn)。例如滲透增強劑缺乏特異性, 在促進藥物吸收的同時可能會損害黏液層, 促進管腔細菌擴散到腸上皮并最終干擾患者體內(nèi)正常微生物群。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)批準的賦形劑聚山梨醇酯 80 和羧甲基纖維素會擾亂微生物群組成并誘發(fā)小鼠肥胖[99]。另一方面, 通過誘發(fā)膜擾動改善膜流動性的滲透增強劑可能會引起胃腸道不良反應包括嘔吐腹瀉等, 從而給患者造成困擾。此外, 一些新型輸送裝置例如微針等可能會導致部分腸梗阻、感染或穿孔[24]。為了解決肽類藥物口服生物利用度低以及存在不良反應等問題, 可調(diào)整相應輔料的類型和劑量, 如選擇合適的特異性酶抑制劑, 在保護肽類藥物活性的同時避免或減少對機體正常代謝的干擾。通過對滲透增強劑等輔料劑量的調(diào)節(jié), 在肽類藥物口服遞送的有效性和安全性之間尋求平衡, 找到最適輔料劑量。其次, 可對肽類藥物及其載體進行化學改造, 例如在肽類藥物上添加碳鏈增加空間穩(wěn)定性或掩蔽或阻斷極性酰胺鍵和末端氨基和羧基, 隱藏活性肽的酶切位點等。針對載體改造, 可添加疏水基團增加其親脂性或應用內(nèi)源性生物材料例如外泌體等通過內(nèi)源性減少對藥物的識別代謝從而促進藥物的吸收。此外, 可借助SEDDS、微針給藥等手段改變肽類藥物吸收入血的途徑, 從而避免酶類水解、黏液清除等屏障或減少肝首過效應等開發(fā)高效安全的口服肽類藥物遞送技術。但是另一方面, 針對納米載體、微針給藥等方式, 需考慮治療的實際意義。當體外研究由動物過渡到人體或當提供效力較低的藥物時, 相關材料用量就會增加, 需確定患者可合理攝入的材料量的上限及其他安全性問題。納米載體如脂質(zhì)體保質(zhì)期差、穩(wěn)定性差、封裝效率低且清除快。對于SEDDS, 其體外-體內(nèi)相關性較差, 缺乏合適方法確定體外SEDDS的藥物釋放, 故對其效果難以評估。 盡管目前有多種口服肽類遞送技術在文獻中報道, 但大多處于臨床前研究, 其長期安全性和臨床有效性仍有待深入探究。因不同肽類藥物分子質(zhì)量、穩(wěn)定性、吸收部位等因素差異較大, 往往需根據(jù)特定藥物開發(fā)具有針對性的口服給藥系統(tǒng)。隨著更多肽類藥物的出現(xiàn)及新型功能輔料的獲得, 能夠克服人體生理屏障的肽類遞送技術將不斷涌現(xiàn), 促進肽類藥物更廣泛的臨床應用。 |

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