胰岛素非注射给药途径研究的新进展
Ph.D Zancong Shen
Ph.D Zhang Qiang
摘要 进入九十年代后期，随着新技术和新工艺的发展，胰岛素非注射给药系统的研究发展迅速，不少制剂现已进入了临床试验阶段，有希望在最近一两年内上市，从而将给长期蒙受注射痛苦的糖尿病人带来福音。本文重点综述了胰岛素口服、肺部和口腔等非注射给药系统的研究进展。
关键词 胰岛素；非注射给药途径；糖尿病治疗
糖尿病是位于心血管疾病和癌症之后威胁人类健康的一大疾病。据1998美国糖尿病协会年度报告中指出，目前世界范围内糖尿病患者约为1.35亿人，到2025年，估计糖尿病患者将上升到3亿人，其中发达国家由5100万增加到7200万，增加42%；而发展中国家由8400万跃进到2.28亿人，增幅达170%。在发达国家中，美国糖尿病患者接近1600万，约占美国总人口的5.9%，为此美国每年在预防和治疗糖尿病上约花费1000亿美元左右。我国的糖尿病患病状况也不容乐观。1998年的统计表明，我国有2000多万糖尿病患者，25岁至64岁的人群中发病率为2.5%。随着我国人口的日益老龄化以及现代人生活方式的改变，预防和治疗糖尿病已经引起了广泛的关注。
胰岛素是I型和中重度II型糖尿病患者日常治疗中不可缺少的药物。目前市售胰岛素制剂多数为注射剂，长期的注射会给病人带来躯体痛苦和耐受性，这已经是临床上治疗糖尿病被长期困扰的问题。胰岛素非注射给药剂型的开发近二十年来一直在不断地研制探索中，九十年代后期，随着新技术和新工艺的发展，不少胰岛素非注射给药制剂进入了临床试验阶段，从而使该类制剂的开发进入了一个崭新时期。
1 口服给药
口服给药是所有给药途径中最为方便的一种，其病人依从性最好。但由于胰岛素作为一种蛋白质，在胃肠道内的吸收难以克服酸催化分解、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点，因而提高该药物的生物利用度是药剂学家多年来一直在研究克服的难题。目前胰岛素口服制剂的研究主要着重于如下几方面：
1.1 微球及毫微球制剂
Ramdas等制备了含有海藻酸的壳聚糖微球[1]，包裹胰岛素进行肠道给药，利用海藻酸和壳聚糖的粘附能力增加药物在吸收部位的滞留时间。Nagareya等[2]利用w/o/w方法制备出50μm左右的羟丙基甲基纤维素-醋酸琥珀酸酯(AS-HG)微球，含4%月桂酸和9%胰岛素(包封率达90%)，胰岛素在pH 1.2溶液中不释放， 而在pH 6.8溶液中快速释放。大鼠肠道给药50 u/kg，0.5 小时后即出现明显的降血糖作用。Purdue大学的Lowman等[3]将pH敏感性的聚甲基丙烯酸-g-乙二醇的亲水凝胶制成微球，内含胰岛素，在胃酸环境中凝胶并不膨胀，当到达中性或偏碱性环境的小肠后，凝胶微球开始膨胀，胰岛素被释放出来产生降血糖效果。在正常及糖尿病大鼠身上降血糖作用能持续8小时。
1997年Nature杂志发表了Mathlowitz等[4]制备的胰岛素生物溶蚀性毫微球，平均粒径96.7 nm，载体材料为富马酸-乙交酯-丙交酯的共聚物。该毫微球在肠道中具有较强的粘附力，能进入小肠吸收细胞，同时也能被Peyer结摄取而进入淋巴循环。毫微球能保护胰岛素不受酶的降解，同时增加其在吸收部位的滞留时间。大鼠体内的口服糖耐量实验表明，该制剂(20 u给药量)有效地抑制了口服高血糖的形成。
1988年法国学者Damge和Couvreur等人[5]首先将聚氰基丙烯酸烷基酯为材料制备胰岛素毫微囊并获得成功。给予大鼠口服12.5 u/kg或50 u/kg胰岛素毫微囊，可分别降低血糖水平至50-60%达6-20天，在健康及糖尿病狗身上药效上长达6-8天。关于该制剂长时间的药效作用机理，最近清华大学的郑昌学等 [6]通过抗体捕捉实验，认为胰岛素是借助于共价键的作用被牢牢吸附于毫微囊表面，因而产生极慢的释放作用。但是后来Couveur等人[7]却认为在制备毫微囊的过程中，胰岛素其实并没有与氰基丙烯酸异丁酯产生相互作用，也没有被共价结合到毫微囊的表面，而是被包裹在内核的油相。张强等[8]改进了毫微囊的制备方法，通过乳液聚合法制备出胰岛素的氰基丙烯酸正丁基酯毫微球，药物包封率达到75%左右。该胰岛素毫微球降糖效果维持12小时，比毫微囊的作用要迅速得多，可见毫微囊和毫微球对胰岛素的释放控制有很大差异。
1.2 胰岛素脂质体
通过改变脂质体的成份来提高胰岛素的生物利用度或作用时间是近年来的研究热点。Muramatsu等[9]将二棕榈酰磷酯酰胆碱(DPPC)和豆甾醇取代胆固醇制得脂质体，胰岛素的包封率最高达到33%。以80 u/kg的剂量口服给予正常大鼠，结果报道给药21小时后以DPPC：豆甾醇(7：4)的组分制备的脂质体的降血糖作用最明显，生物利用度可高达31.6%。Iwanaga等[10]将脂质体表面包裹PEG-2000或粘液素(mucin)。与未经表面处理的脂质体相比，PEG-2000包裹的胰岛素脂质体在小肠内的驻留时间明显延长，而经粘液素处理的脂质体在胃内驻留时间延长，在肠道内驻留时间没有改变。
沈阳药科大学最近研制了胰岛素微粒剂。他们将胰岛素与明胶形成复合物后，通过高速匀浆分散法制备成脂质体，经过冷冻干燥和过筛等处理得到微粒剂。糖尿病小鼠，大鼠，高血糖家兔的降糖实验表明，小鼠灌胃8 u/kg，降糖百分率为33%，4 u/kg降糖百分率为21%；13 u/kg的剂量使肾上腺素注射后家兔的一过性高血糖趋于正常水平。在正常狗身上，2.7 u/kg的胰岛素微粒剂即引起明显的血糖下降(>20%)。此制剂不含蛋白酶抑制剂，辅料无毒，有较大的临床应用前景。
1.3 胰岛素微乳及油制剂 微乳作为口服胰岛素载体具有粒径细小和渗透能力强的特点，可保护胰岛素在胃肠道中不受酸和酶的破坏，同时可模拟食物中乳糜微粒的成分被吸收进入淋巴系统，最终进入血液循环。Cortecs公司开发的胰岛素微乳制剂在水相中含胰岛素和蛋白酶抑制剂，油相中含胆固醇、磷酯和游离脂肪酸。口服后药物可被上皮细胞吸收，按1 u/kg剂量对3例IDDM病人给药，血糖均见明显下降。
1997年，Cortecs公司进一步开发了胰岛素的油制剂。该方法[11]通过一种特殊工技术即通过两亲性表面活性剂的作用将亲水性药物如胰岛素或降钙素等增溶到弱极性的油中而形成了澄清透明的溶液，称为Macrosol TM，胰岛素在此系统中具有很高的物理稳定性。6个健康志愿者在灌胃口服该制剂后体内的葡萄糖水平比空白降低34%，胰岛素水平升高31%，C-肽水平下降38%。大动物的降糖实验结果与人体实验相似。Cortecs公司在1997年宣布已经完成了该制剂的II期临床试验。
与Cortecs公司相似，国内也正在开发类似的胰岛素油制剂，在糖尿病小鼠和大鼠身上已经显示出稳定的降血糖效应，目前该项工作正在进一步研究中。
2肺部给药
相对于蛋白多肽药物的胃肠道吸收而言，肺部具有较多的优点，如巨大的肺泡表面积；极薄的肺泡细胞膜；丰富的毛细血管网；狭小的气血通路；低酶活性；肺深处较慢的清除速率等。这些良好的生理环境为蛋白多肽的吸收提供了有利条件。
胰岛素的毫微球及微球制剂的肺部给药最近已经有人开始进行研究。Kawashima 等[12]制备出粒径约400 nm的聚乳酸毫微球，药物的包封率约为47%，通过超声雾化器将此毫微球导入豚鼠气管内，3.9 u/kg的胰岛素剂量下可使降血糖作用维持48小时。此外，沈赞聪等[13]制备并研究了胰岛素氰基丙烯酸正丁酯毫微球在大鼠体内的降血糖效应。胰岛素微球的研究很是瞩目，1997年底Edwards等[14]在Science上报道了胰岛素多孔微球的成功制备和长时间的降血糖作用。他们利用双乳化溶剂挥发法制备出密度仅为0.1 g/cm3，粒度大于5 μm的聚乳酸微球。这种微球具有疏松的孔状结构，质轻，很容易被吸入。实验表明该多孔微球的肺部可呼吸率为50%，而非多孔微球的可呼吸率不足21%。经正常大鼠肺部吸入后其体内的降血糖作用能持续达96小时。相对皮下注射途径，经吸入给药的胰岛素多孔微球的生物利用度达87.5%，而同样条件下的非多孔微球的生物利用度仅为12%。该制剂在25℃ RH33%条件下3个月内很稳定。
早在1987年上就有对糖尿病患儿进行胰岛素吸入治疗的临床研究。1993年Laube 等人[15]考察6例糖尿病人通过雾化吸入器吸入1u/kg的胰岛素注射液的降血糖情况。6个病人中，平均最低血糖下降值为55%，最低能下降71%，表现出显著的降血糖效果。1998年他们又在7名糖尿病患者[16]中考察了雾化吸入1u/kg的胰岛素注射液相对皮下注射0.1 u/kg后的药物生物利用度，同时用同位素标记法求出胰岛素在肺内的沉积分数。实验表明胰岛素的生物利用度为14.7%，如果考虑胰岛素的沉积分数，生物利用度则为18.9%。同年他们又考察了7名糖尿病人[17]雾化吸入1.5 u/kg胰岛素注射液对餐后高血糖的调节作用。
Chakraborti [18]将吸入给药剂量降低至10-20 u/人。7名NIDDM病人被分为两组，第一组5名病人早餐后4小时雾化吸入10 u人胰岛素注射液 (Actrapid)，15 min后体内血糖开始下降，45 min达最低。第二组2名病人则在午餐后2小时吸入10 u 人胰岛素注射液，30 min 内未见血糖下降，此时再吸入10 u 人胰岛素注射液后，病人血糖开始下降，情况与第一组5名病人相似。作者认为第一次给药则是阻止了餐后的高血糖形成。
Aradigm公司开发了具有精确控制及监测给药量等功能的雾化吸入装置AERxTM。他们在7例健康志愿者和20例IDDM病人的试验都肯定了与皮下相似的降血糖作用和较高的的可重复性。病人在使用时可通过装置上的液晶显示来调节正确的喷雾速率和呼吸深度。除了胰岛素以外，此装置还在吗啡和芬太尼等镇痛药的吸入给药上进行研究。
与Aradigm公司开发胰岛素雾化吸入装置的同时，Dura 和Inhale公司开发了胰岛素粉末吸入制剂。该制剂在16例NIDDM病人上考察给药后餐后高血糖的抑制作用及在51例NIDDM病人3个月的长期给药观察，都获得满意的结果。迈阿密大学的Skyler博士等在70名IDDM病人身上比较Inhale公司的粉末吸入剂与皮下注射治疗效果。他们将病人分为2组，半数病人仍维持常规的胰岛素注射给药治疗，另外半数病人在每次餐前吸入1-2次胰岛素粉末，晚上睡前注射1次长效胰岛素注射剂。经2个月治疗后，两组病人的血糖水平几乎相同，粉末吸入组没有出现肺损害的情况。
胰岛素肺部给药制剂目前很引人注目，估计1-2年内有上市的可能，这对糖尿病人来说将是一个很大的福音。
3 口腔给药
在San Francisco 举行的2000年Drug Delivery System会议上，加拿大Generex公司报道的胰岛素口腔喷雾剂引起了广泛的关注。该制剂经口腔喷雾后，通过口腔颊侧的粘膜吸收，10 min内胰岛素开始起效。目前该制剂正在美国和加拿大进行临床试验，下一步的临床试验拟于今年底在英国和意大利进行。该制剂虽尚未得到FDA的批准， 但据称已经收到FDA较有利的答复。Generex公司申报的商品名在美国将为Oralgen，在加拿大则为 Oralin。
4 其它给药途径
胰岛素经鼻粘膜吸收被认为是效果确切的，其鼻腔给药制剂包括鼻用气雾剂，喷雾剂，滴鼻剂等均有报道。但由于鼻粘膜较为脆弱，长期给药后易引起局部刺激和充血损伤。Kupila等[19]认为制剂中的吸收促进剂会大大降低病人的依从性，而不加促进剂条件下则无降血糖效果，因而胰岛素经鼻吸收并不是最理想的途径。
除此这外，胰岛素的眼用制剂、栓剂以及透皮吸收贴剂等都在研究中，但研究较为局限，未能成为胰岛素非注射给药的热点。
最近在Science 2000年二月份杂志上Rivera等[20]报道了一种新型基因技术，该技术先将病人免疫上一种无害病毒，该病毒可将胰岛素通过基因转染到细胞内，并在内质网中形成聚集体。另外再合成一种小分子药物，口服该药物在体内可引起细胞内胰岛素的解聚，从而出现胰岛素的快速脉冲释放。治疗时病人在餐前仅需口服一粒含有该小分子药物的药片，就可以引起体内胰岛素的脉冲释放，引起血糖下降。体内胰岛素释放量取决于口服小分子药物的剂量。这种基因治疗法在蛋白多肽给药中的新应用，目前已经在糖尿病小鼠身上得到非常满意的预期效果。
5 结语
随着新技术新方法的不断发展，胰岛素给药系统将日臻完善，将来肯定会有最适于临床应用的非注射胰岛素给药系统上市，长期罹于注射痛苦的问题将得到最终解决。
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