多肽类分子的口服药物研发进展及挑战

合肥国肽生物

近年来多肽类药物越来越多地进入临床研究，但受限其注射的给药方式，一直在患者用药方面存在负面影响，不利于患者用药选择。众所周知，在可选择的给药途径中，最方便简单也最受患者关注的是口服途径。然而，多肽类药物的口服途径易受到体内生物大分子分解，不易抵达靶标且代谢较快。随着对多肽类药物体内递送机制研究的不断深入，国际各大新药研发机构发展了多种方法，用于保护多肽类药物通过口服给药后达到靶标的药效。在此，我们介绍目前多肽类分子口服给药的解决方案和所面临的挑战。

    口服途径的多肽药物在递送中要经历多种组织器官和分子环境，其中多种因素都会阻碍多肽类药物到达其作用靶标。首先，来自胃部、胰腺等处的蛋白降解酶会将多肽分解，这个过程中分子量较小的多肽会相对稳定，但大分子量多肽降解较快；其次，胃肠道存在黏液层，该层结构分泌一些黏液蛋白，通过分子间相互作用和二硫键阻碍多肽类药物向细胞的扩散。另外，口服来源的多肽类药物还需要通过细胞旁路或者穿过细胞进入血液，前者会被胞间连接阻碍，后者则面临胞内降解和难以穿膜的问题。最后，肠道酶分布和肌层的个体差异也造成了多肽药物递送吸收和起效的不确定性。

    针对以上的困难，提升多肽成药性的努力主要集中在促进吸收，改进药代动力学和提升生物活性方面，大致可分为以下9个手段：

1.使用促穿透的增强剂

    使用促进穿透性的增强剂(PermeationEnhancers)在跨细胞通路和细胞旁路中都有应用，前者直接促进不被降解的多肽穿过细胞，后者阻止胞间连接对多肽药物的干扰。理想中具有穿透性的增强剂需要能暂时破坏肠道上皮以促进多肽的吸收，又不能有太强的毒性。目前有两种常见的化学渗透增强剂，分别癸酸钠（C10，又称癸酸）和钠N- [8-（2-羟基苯甲酰基）氨基辛酸酯（SNAC，又称沙卡普罗酸钠）。当然，在副作用上，这种增强剂可能也促进了有害物质（细菌，真菌，病毒和毒素）的吸收，引发免疫反应或肠道微生物组变化。但目前这种副作用尚不明显。

2.调节pH降低酶活性

    胃蛋白酶在酸性的胃环境中可以解离多种肽。多肽类药物可以通过包被酸稳定的肠溶衣以防止它们在胃中的解离。随着药物离开胃部，到达肠道上段，环境pH的升高会造成肠溶衣溶解以促进药物释放。例如，使用这种策略的降钙素口服制剂已在临床试验中测试。另外要注意的是肠和胰酶也能降解肽。这些酶的最佳pH是碱性或者中性的环境，而药物制剂中的柠檬酸会导致局部pH值短暂下降，导致酶抑制，降低对多肽药物的降解，这在降钙素药物制剂中也有应用。

3.联用降解酶的抑制剂

    可以直接使用酶抑制剂(Direct Enzyme Inhibition)阻止多肽的降解，例如，抑肽酶，大豆胰蛋白酶抑制剂和亮肽素已经与肽类药物共同使用来防止其降解了。临床上，最新的Oramed开发的口服胰岛素制剂ORMD-0801的配方就包括大豆胰蛋白酶抑制剂以及清除钙的螯合剂，因为钙是许多蛋白酶的辅助因子。然而，酶抑制的可用性和安全性还需要进一步确定。

4.多肽环化提高生物利用度

    环化(Peptide cyclization)可以去除暴露的N端和C端，以防止酶切。环结构是许多自然小肽的特征，其中两个已成功开发为口服药：Cyclosporine(免疫调节药物)和抗血管加压素。环化对药物吸收的促进尚不明确。但与之相反的是，最近报道了125个口服环肽的理化性质和吸收特性，发现其中大多数肽的口服生物利用度有限，因此环肽的大小也许与其生物利用度存在的并不是线性关系。

5.使用配伍剂穿过黏液屏障

    这种策略主要使用黏液溶解剂或黏液穿透剂(Mucus-penetratingagents)来提高多肽穿过黏液屏障的通过率。目前在临床前研究阶段的包括亲水聚乙二醇（PEG）等聚合物链和在胰岛素中使用的纳米颗粒2-羟丙基亲水涂料甲基丙烯酰胺共聚物（pHPMA）衍生物。此外，自纳米乳化药传送系统（SNEDDS）也正在临床前测试。这类溶解剂往往是含有油，表面活性剂和助表面活性剂的混合物，其安全性和辅助机制仍有待更多研究确认。

6.多肽共价耦合穿膜肽

    穿膜肽(Cell-Penetrating Peptide, CPP)是一类可携带分子或蛋白进行透膜的短肽，主要来自于病毒衍生的肽序列，非病毒蛋白质或较小的分子。CPP可能会与膜糖胺聚糖相互作用，穿越内吞途径，最终通过胞吐作用使蛋白进入细胞。另外，CPP还可促进细胞进入膜脂质双层，该过程不消耗能量。目前，CPP已广泛用于抗癌多肽药物，抗菌治疗和成像剂的探索，如抗结肠癌转移拟肽类新药候选MAIT-203(见“张健课题组设计发现新一代阻断结肠癌恶性转移抑制剂”)。

7.使用肠黏膜黏附剂定位促排放

    肠黏膜黏附剂(Intestinal Patches)可以通过物理黏附的形式长时间停留肠道表面促进多肽药物释放。例如，含有卡波姆，果胶，羧甲基纤维素钠和降钙素的药片能够粘附在猪和大鼠的小肠粘膜上，并释放降钙素和降低血钙。最近，有一种粘膜黏附剂利用离子电渗方法破坏肠道紧密连接并促进细胞旁路运输，通过该方法可以将胰岛素输送到全身，且不损害肠粘膜结构。尽管目前有所进展，但大规模的黏附剂临床应用还有距离。

8.使用水凝胶增强吸收

    近年来已有多种水凝胶配方可以增强肠道吸收小分子多肽的能力。水凝胶主要由水，交联聚合物和蛋白质药物组成，部分还含有粘膜粘附性聚合物，以促进肠道内停留时间，同时抵抗酶降解。到目前为止，用于治疗性肽递送的水凝胶尚未取得有意义的临床实验证据。

9.微针技术和肠溶胶囊

    微针设备和肠溶胶囊(Microneedle Devices and Milliposts)是近年来多肽口服给药中的一种新技术。Rani Therapeutics开发了小型肠溶胶囊生物疗法，胶囊受pH依赖在小肠中溶解，产生二氧化碳膨胀使得微针将药物注射进上皮。临床前研究证明胶囊可以递送最多3,000μg的药物。另外一种报道的口服定量微针输送装置称为指定腔内展开微针进样器(Luminal Unfolding Microneedle Injector, LUMI)，它包含多个载药微胶囊（甲基丙烯酸-共乙基丙烯酸酯）和PEG涂层，可在小肠溶解，已在哺乳动物肠内实验成功。

人体中应用的口服多肽案例

1.加压素(Vasopressin)

    分子量1069。这是首个用于口服的激素肽，也被称为抗利尿激素，由下丘脑分泌，从垂体后叶释放，调节肾脏吸水从而减少尿量。可用加压素控制尿崩症和遗尿。对加压素进行去氨修饰后，它具有更好的抗利尿作用，同时抗酶降解，但几乎没有血管收缩活性。口服去氨加压素目前用于治疗尿崩症和原发性夜间遗尿。

    Desmopressin是Vasopressin的1和8位氨基酸替换的类似物，目前用于口服片剂治疗尿崩症，其效果优于Vasopressin。

2.胰岛素(Insulin)

    分子量5808。它是最广泛使用的注射肽治疗剂，目前有长效和速效的给药途径。口服胰岛素可以造福数以百万计的糖尿病患者，将他们从每日注射中解放出来。然而，速效口服胰岛素的配方开发极具挑战性，因为个体间和个体本身的胃排空率、食物摄取的时间、药效差异的不同，口服胰岛素可能会增加低血糖的风险。此外，一些肥胖和/或糖尿病患者肠紧密连接蛋白受损，肠道屏障缺陷，个体间肠通透性的差异也可能影响口服肽的递送。因此，口服长效胰岛素可能更可行。在临床研究中，碳酸氢钠已经被广泛应用，但是片剂的生物利用度有限。

    Biocon设计了tregopil胰岛素，这是一种人胰岛素类似物，采用了癸酸钠等吸收促进剂，但研究结果尚未报道。tregopil胰岛素的生物利用度为估计在0.82％至0.85％的范围内。ORMD-0801是天然配方的胰岛素增强剂，它综合了大豆胰蛋白酶抑制剂和一种螯合剂，已在临床研究中证明有降血糖的效果。Diasome包括口服和皮下制剂，前者由胰岛素和带肝细胞靶向分子的磷脂双层组成，防止胰岛素降解，但降血糖效果不如皮下制剂。近期研究进展如下所述，含胰岛素纳米粒子可以提升天然胰岛素的吸收效果，以及促进其穿过细胞膜；由二亚乙基三胺五乙酸酸(DTPA)二酐和钠碳酸氢盐形成的自组装泡沫结构可将胰岛素掺入水膜，气泡中的十二烷基硫酸盐(SDS)载体增强胰岛素的分散，稳定载体并同时充当蛋白酶抑制剂和渗透促进剂；胆碱和香叶酸盐可以增加细胞旁路运输的胰岛素含量，同时减少酶促胰岛素降解和肠黏液层的厚度，以增强胰岛素作用；胰岛素与脱氧胆酸和壳聚糖共涂层的纳米脂质体能够抵抗降解，并通过靶向胆汁酸转运体增强通过粘膜的吸收。另外，结肠由于pH值更中性，更低降解酶活性和对渗透促进剂的敏感性成为新的胰岛素重要靶点。最近，胰岛素与纳米粒子，与两亲性壳聚糖衍生物和一系列CPP，以促进粘膜穿刺通过跨细胞途径的结肠给药方法也获得了报道。总体而言，尽管口服胰岛素很有前景，但开发的复杂和递送途径的高技术含量阻碍了这一过程，尤其开发低成本的胰岛素口服递送剂更加困难，I338研究的中断也证明了这一点。

3.糖原状多肽(Glucagon-Like Peptide 1, GLP1)

    GLP1是一种肠肽，最初被描述为肠降血糖素，可以在食物刺激后增加的胰岛素释放。GLP1能够抑制食欲，促进减肥，减少胃排空并减弱胰高血糖素分泌。天然GLP1在N端会被切割。因此必须采取药物策略规避GLP1的失活。艾塞那肽（也称为exendin-4）是第一个GLP1受体激动剂，在2005年被批准用于治疗T2D。许多短效和长效GLP1受体激动剂已被批准用于治疗T2D，包括利西拉来利拉鲁肽和塞马鲁肽等。与胰岛素不同，葡萄糖依赖性的GLP1作用的机制控制了低血糖的风险。许多策略都有追求口腔的发展可用的GLP1受体激动剂，口服方面的研究经常使用艾塞那肽（例如refs96-100）和塞马鲁肽。其中后者的研究更多，目前结合SNAC使用的塞马鲁肽已经在临床实验中获得了良好的效果，2019年9月，FDA批准了塞马鲁肽的临床应用。

4.降钙素(Calcitonin)

    该肽有32个氨基酸，主要在甲状腺的C细胞中分泌，可以抑制破骨细胞吸收骨质，降低血钙，但是内源性降钙素的控制效果不稳定。在急性高钙血症和骨质疏松症中都有降钙素的应用。鲑鱼降钙素共有50％的氨基酸与人降钙素的一致，且对人体更具生物学效力，因此在1985年被批准为肠胃外注射的骨质疏松症治疗手段，后来在1995年作为喷鼻剂应用。几种口服鲑鱼降钙素制剂已在临床试验，相对喷鼻剂，口服制剂更加安全，且在老年期妇女的骨质疏松症治疗中有效，然而整体上，骨质疏松症的多种治疗方法减少了口服降钙素制剂的开发。

5.甲状旁腺激素(Parathyroid Hormone, PTH)

    PTH控制骨吸收和骨形成。全长PTH分子已上市作为治疗甲状旁腺功能低下的药剂，每日注射一次。而短形式的PTH分子可用于骨质疏松症的治疗。口服药物方面，EnteraBio开发了口服药物PTH的配方，在一期临床中有效，然而生物利用度还有待提高。

6.胃泌素(Somatostatin)

    奥曲肽(Octreotide)是胃泌素类似物，对生长抑素受体2(Somatostatin 2 receptor, SSTR2)具有高亲和力，并对SSTR5有中等亲和力，已经用于肢端肥大症和内分泌肿瘤的治疗。Chiasma已经开发了口服的奥曲肽，它具有中链游离奥曲肽酸和辛酸钠，它们可以通过破坏紧密连接来穿过细胞旁路途径，已在三期临床实验中证明有效。

总结和前瞻

    口服多肽药物递送是活跃而充满希望的领域，同时也有着艰巨的挑战。目前， Desmopressin和GLP-1在临床上正广泛使用，口服胰岛素也进行了广泛的研究，更多多肽类药物已在临床三期试验。另一方面，以胰岛素为例，临床上有意义的口服胰岛素技术发展缓慢，且大多数口服胰岛素作用来源于文献报道非临床数据，临床试用数据的生物利用度并不好，这对于高性价比的口服胰岛素是一个挑战。从技术角度看，口服肽递送技术也面临一系列独特的安全挑战。一些新型输送装置可能与肠阻塞，感染或穿孔相关。胃肠道转运速度和药代动力学的差异使得药物安全性有些堪忧，对微生物组的影响同样需要考虑，同时，免疫反应也值得作为关注的对象。迄今为止，肠道递送的口服药物进展都很缓慢，大多数新颖的技术还没进入临床实验。但是，蛋白质科学，化学，配方和药物传递技术的迅速发展有可能加速口服多肽的发展，越来越多的生物制剂和治疗性肽也都需要肠胃外的给药途径。

xqliu

学习了，谢谢提供分享。