胰岛素非注射给药途径研究与进展

韩羽楠 潘崎

1中国医科大学95期；2中国医科大学94期

胰岛素非注射给药途径研究与进展

韩羽楠1潘崎2

1中国医科大学95期；2中国医科大学94期

胰岛素（INS）是目前治疗胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）的主要药物，长期以来一直以注射给药为主，给患者带来不便和痛苦，为此，国内外学者一直致力于INS非注射给药途径的研究，如口服给药、肺部给药、黏膜给药、经皮给药等，并已取得一定进展。本文将近年来INS非注射给药的研究动态做一综述。

胰岛素（INS）；非注射给药；糖尿病治疗

胰岛素（insulin ,INS）是目前治疗胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）的首选和必备药物，自1921年Banting和Bast发现并首次在临床中应用INS以来，一直以皮下注射途径给药。几十年来，为提高INS的疗效，不断改进INS的剂型，不断更新INS的注射装置，但终究离不开注射途径。长期的注射给病人带来了诸多的不便和痛苦，为提高患者的依从性和避免注射给药带来的许多不良反应，国内外研究者一直致力于INS非注射给药途径的研究，如口服给药、肺部给药、黏膜给药以及经皮给药等。本文就INS非注射给药途径的研究进展做一综述。

1 口服给药

口服给药传统、方便，易被患者接受，可明显改善INS患者的生活质量。但INS为蛋白质多肽类药物，若不经处理直接口服使用，其生物利用度仅为0.5%。影响其生物利用度的主要原因有：① INS在胃酸和消化道蛋白酶的作用下易降解失活；② INS分子量较大（M≈5700），脂溶性差，分子间具有很强的聚合趋势因而多以聚合体形式存在，难以通过肠道吸收屏障；③ 制备过程中的胰岛素构象稳定性问题[1]。因此，提高INS口服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INS口服制剂的研究主要着重于如下几个方面：

1.1 固体的纳米微囊、纳米微球或微粒制剂

在人和动物小肠的某些区域，存在着与免疫有关的特定组织区，称Peyer区，该区域占整个肠道黏膜的25%左右，其特点是允许淋巴因子和一些颗粒进入循环系统。研究表明，微粒制剂如纳米粒口服后，可以经过Peter’s patch(集合淋巴结)到达肝、脾等组织，从而改变INS在体内的组织分布，提高INS口服生物利用度。

国内于2009年做了一项实验，在硫酸镁和三聚磷酸钠存在的条件下通过搅拌阴离子聚-γ谷氨酸溶液和阳离子壳聚糖溶液制备对pH敏感的载有INS的纳米粒，考察其在兔子体内的有效性。实验显示其在给药至少10h内有明显的降糖效果，与皮下注射INS相比其相对生物利用度达到了（15.1±0.9）%，以100mg·kg-1的剂量在小鼠上进行安全性考察，耐受性良好[2]。

固体的纳米颗粒制剂利用肠道的Peyer区将载药的纳米颗粒转运入体内发挥作用，在制剂的稳定性和缓释作用方面有明显优势。

1.2 脂质体

脂质体作为载体可以达到保护药物生物活性，提高稳定性，增强靶向性，延缓释放，提高疗效等作用。随着研究的进展，人们发现用脂质体作为载体不够稳定，易于聚集融合，使被包裹药物的吸收变得困难。通过改变脂质体的成分来提高INS的生物利用度或作用时间是近年来的研究热点。

吴正红等[3]以壳聚糖和壳聚糖-EDTA接合物（CEC）双层包裹INS脂质体用于大鼠降血糖实验，发现其相对生物利用度可达8.91 %。修志龙等[4]将INS包封脂质体内，体外实验证实INS与脂质体结合或混合后均能抗胃蛋白酶、胰蛋白酶和α-糜蛋白酶，小鼠口服用卵磷脂或磷脂酰肌醇包制的直径为20～100nm的INS脂质体后呈现的生物有效性约为皮下注射的一半。实验表明卵磷脂-胆固醇（7:2）配比包封INS降糖效果较好。

美国Diasome公司研发的肝靶向胰岛素胶囊（oral hepatic-directed vesicles insulin, Oral HDV-I）现在正处于Ⅲ期临床研究中。Oral HDV-I颗粒直径＜150nm，脂质体内部包封了1%的INS，而脂质双分子层中则是特殊的肝靶向分子。肝靶向分子能将INS分子送达到肝细胞中，从而模拟正常的生理代谢。动物及临床试验显示，HDV-I较之传统的INS注射制剂降血糖效果更显著，且能更好的控制餐后血糖的波动，大大降低了低血糖的发生率。研究者推测其增强的降血糖作用可能与刺激肝脏的活性，增加肝脏葡萄糖的摄取有关[5,6,7]。

1.3 油相制剂

油相制剂的概念是英国Cortecs公司的New于1997年最先提出，这种将亲水性物质溶解在疏水性溶剂中的技术被称为Macrosol technique。此种技术可以成功地将小分子水溶性药物、蛋白多肽药物甚至是金属颗粒溶解在油相中。Cortecs公司应用该技术制备的口服INS制剂（Macrulin）和口服降钙素制剂（Macritonin）均已达到临床试验阶段[8]。

清华大学与福仕生物工程有限公司结合油相制剂制备技术和自乳化给药系统，联合研制了一种新型口服INS制剂。体外实验表明该制剂是通过细胞间隙透过小肠上皮细胞进入血液循环的。Ⅰ期临床的人体葡萄糖钳夹试验结果表明，该药物的相对有效性达24%。在Ⅱ期临床试验中，经12周的治疗观察，结果显示该制剂能显著降低主要疗效指标HbA1c，说明采用该药12周的治疗有可靠的降糖效果，并有重要的临床意义[9]。

2 肺部给药

由于肺泡吸收面积大（50～140m2），通透性高且无肝脏首过效应，因此肺部吸入是INS给药的一种有效途径。肺吸入释药具有下述特点：剂量均匀性和可重复性；可携带性和使用方便；可灵活地调节剂量；药物在室温下储存稳定；初始接触肺部体液的药剂溶解迅速[10]。为使吸入的INS能有效沉积于肺部，研究发现直径为1～3μm的气溶胶颗粒在肺泡的沉积效果最好。目前,吸入性INS有干粉状制剂和液态气雾剂两种剂型。研究发现吸入性INS制剂相对于皮下INS注射的生物利用度在8%～15%[11]。

目前吸入INS只有Exubera，其于2006年1月26日被美国FDA批准用于治疗成人Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病，成为首个被批准的非注射途径给药的INS制剂。Exubera的活性成分为重组人INS，以干粉形式储存在衬箔的水泡眼的独立包装内，可被迅速吸收，但其作用时间短，只能替代糖尿病患者日间的餐前INS注射，糖尿病患者仍需要继续注射长效INS。上市一年后，由于患者的耐受性较差，产品被召回。此外，美国辉瑞（Pfizer）及Nektar公司实验室研究发现，使用吸入性Exubera糖尿病患者肺癌的发生例数增加[12]。

多组临床试验表明，在Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病病人中，吸入INS和皮下注射INS相比具有同样的安全性和有效性，且病人对吸入INS更易接受[13,14,15]。INS肺部给药制剂目前很引人注目，这对糖尿病人来说将是一个很大的福音。

3 黏膜给药

近年来的研究表明，黏膜给药有利于药物直接吸收进入血液循环，避免肝脏首过效应，提高生物利用度，达到全身治疗的效果。同时，黏膜给药方法简单，易于患者接受。INS黏膜给药的主要途径有口腔、鼻腔、眼睛等，不同给药点的黏膜组织生理结构不同，淋巴毛细血管分布不一，因而不同黏膜的给药制剂和给药效果有很大差异。

3.1 口腔黏膜给药

口腔黏膜面积大（100～200cm2），毛细血管丰富，药物吸收后可经颈静脉、上腔静脉直接进入全身血液循环，避免胃肠道消化酶和肝脏首过代谢的影响，因此口腔黏膜给药是肽类药物较适合的给药途径，其剂型主要有舌下含片、颊部贴片或贴膜、舌下及颊部喷雾剂等。

Oral-lyn 是由加拿大Generex公司开发的INS口腔喷雾剂，是一种添加了卵磷脂、低分子量醇类等吸收促进剂的药物，通过特殊装置Rapid MistTM[16]实现口腔喷雾给药。该药于2005年5月13日在厄瓜多尔上市，用于Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病的治疗，2007年9月1日在印度上市。另外，国内湖北华工生化工程有限公司研制的舒临INS口腔喷雾剂早已完成其Ⅲ期临床实验，但至今未见其产品上市。研究显示，INS口腔喷雾剂起效时间约在给药后1h，作用时间达4h以上，治疗糖尿病安全有效，但餐后1～2h血糖下降程度略低于皮下注射INS[17,18]。

3.2 鼻黏膜给药

鼻黏膜给药方便，吸收表面积约为150cm2，毛细血管和淋巴管十分丰富，有利于药物吸收并可避免肝脏首过效应。但鼻黏膜的纤毛运动使得药物分子在鼻腔滞留时间短，此外还存在蛋白酶的水解作用等都影响药物的吸收利用。目前提高INS鼻黏膜给药的生物利用度的方法主要有：使用基于生物黏附性的黏膜吸附性制剂以延长药物的驻留时间，添加吸收促进剂及酶抑制剂等。

迄今为止，有限的临床经验证明，经鼻黏膜途径的INS需要大剂量并且反复使用才能达到控制血糖的效果。同时多达25%的糖尿病患者会出现鼻炎等不良反应，此类药物潜在的损害鼻黏膜和鼻纤毛功能的危险[19]也令人担忧，因此经鼻腔黏膜途径的INS药物要想成为临床及商业上可行的、能替代皮下注射INS的新型药物，仍然有许多障碍需要克服。

3.3 其他黏膜途径

早期曾有经眼黏膜和直肠黏膜给药制剂的研究报道，但即使添加了各种吸收促进剂，黏膜黏附剂等，这些给药途径的生物利用度也不高，同时还存在着发生严重不良反应的可能性，因此这些途径目前还不是一条理想的INS注射给药的替代途径。近年来这些途径给药制剂少有研究报道。

4 经皮给药

INS经皮给药是一种安全且方便的给药方法，皮肤中的水解酶活性很低，可以避免INS的失活，但INS相对分子质量较大，并且容易形成聚集体，皮肤表面的致密角质层结构使其难以渗入。为了突破角质层的屏障作用，需增加药物在皮肤中的渗透性。目前，一些化学方法和物理学技术已用于经皮给药的研究，并且显示出对药物良好的促渗作用。

4.1 化学促渗剂

借助于皮下使用的化学促渗剂可以促进INS的吸收，如胰蛋白酶改善皮肤对INS的通透性。日本一项实验利用胰蛋白酶来增强INS的透皮吸收，实验证明在pH=3.0的溶液中胰蛋白酶能明显增强INS的透皮吸收，其作用是胰蛋白酶能使角质层的蛋白由α构型转为β构型，并降低皮肤的电阻抗，从而使皮肤对INS的通透性提高[20]。

胆固醇和磷脂组成的INS脂质体或INS囊已被开发利用，但由于INS是大分子物质，通过皮下毛孔比较困难，为了解决这个问题，采用了与脂质体结构相似的INS微囊，使INS可以通过皮下不同的细胞层。INS透皮吸收制剂可以达到50%的INS生物效应[21]。

4.2 物理促渗技术

微针、离子导入、电穿孔技术、超声波法等物理促渗技术通过改变皮肤角质层的物理状态或增加药物分子的能量来增加药物的透皮量，在经皮给药领域已显示出良好的应用前景。电致孔形成的传输通道直径可达几十微米，这使得INS可以通过；低频超声波的空化作用可以干扰角质层的结构，实现INS的持续稳定的透皮吸收；利用直径小于1μ m，长约150 μm的微针，其可排列成阵簇，刺穿角质层而不伤害真皮组织[22]。

P a s s P o r t透皮释药系统是A l t e a Therapeutics公司开发的一种新型的可透过皮肤释放肽类、蛋白质类、小分子药物、基因和疫苗的先进技术。该系统采用温和的脉冲能量来促进药物透皮释放，具有可增加药物疗效、安全性和病人顺应性，可控制剂量准确释药，无痛，使用方便等一系列特点，从而能够消除使用注射器引起的疼痛或吸入药物所可能带来的不良反应。PassPort system目前正在美国进行释放胰岛素的Ⅰ期临床研究。研究结果显示：皮肤经能量脉冲形成微孔后可采用被动和主动转运释放胰岛素进入体内产生作用[23]。

5 小结与展望

INS非注射制剂作为一类全球瞩目的新剂型，由于其具有方便、无痛苦等明显优势，必将引起越来越多糖尿病患者的关注和科研工作者的兴趣，而且INS非注射剂型的研究是其他蛋白质药物非注射剂型的最好模型。

笔者认为，相对于其他几种非注射给药途径，口服给药途径的患者顺应性最好，给药最为方便，比较容易控制剂量，且成本较低。肺部给药虽有一定优点，但肺部吸入型INS还是会引起小量、早期、非进行性的肺功能的变化和轻度至中度的干咳[24]，因此不推荐哮喘、支气管炎、肺气肿患者使用。吸入性INS所引起的肺功能减退、INS抗体水平升高等问题是否对人体存在远期影响尚缺乏临床证据，其远期安全性仍然为人们所关注，还需要进行更多长期的临床安全性研究。黏膜给药途径为增加其生物利用度，制剂中通常添加有酶抑制剂，吸收促进剂等，但是这些辅助剂对黏膜的刺激或者其特有的苦味使患者难以接受并长期使用[25]。经皮给药途径使INS可以被迅速吸收进入血液循环，但促渗方法的安全性和患者的耐受性需要进一步考察。因此，我们有理由认为，在所有INS给药途径中，口服INS是最适合糖尿病患者的给药途径，最具研究价值。INS口服给药不仅能减少糖尿病患者使用INS时的不便，减轻患者痛苦，而且一旦研制成功，将会带来巨大的经济效益，同时也会为INS强化治疗的推广起到一定的促进作用，具有十分广泛的应用前景。

同时，随着近年来肺吸入给药Exubera和口腔黏膜喷雾剂Oral-lyn的上市及越来越多的INS非注射给药制剂的研发，有理由相信在不远的将来，INS非注给药的各种途径的研究必将取得累累硕果，并将大大推动其他蛋白质药物的非注射剂型的研发，造福全人类。

[1]薛伟明，刘袖洞，雄鹰，等.胰岛素口服给药[J].科技通报.2002,47（14）：1044

[2] Sonaje K, Lin YH, et al. In vivo evaluation of safety and efficacy of self-assembled nanoparticles for oral insulin-delivery [J]. Biomaterials 2009,30(12):2329-2339

[3]吴正红，平其能，宋斌梅，等. 壳聚糖和壳聚糖-EDTA接合物双层包覆胰岛素口服纳米脂质体的研究[J].药学学报.2004, 3 9（1 1）：9 3 3-9 3 8

[4]修志龙，齐东健，苏志国.中国生化药物杂志.1996,17（4）：172

[5] Geho B, Lau J, Rosenberg L .Hepaticdirected vesicles-insulin: evaluation of a novel oral and subcutaneous insulin delivery system in animal models of diabetes[EB/OL].Http:www. diasome.com,2009,04,08

[6] Schwartz S, Geho B, Lau J, et al. A two-week randomized active comparator study of two HDV-insulin routes (sc and oral) and sc human insulin in patients with type 1 diabetes mellitus [EB/OL] .Http:www.diasome.com, 2009, 04, 08

[7] Schwartz S, Geho B, Rosenberg L, et al. Single-blind, placebo-controlled, dose-ranging trial of oral HDV-insulin in patients with type 2 diabetes mellitus[EB/OL] .Http:www.diasome.com, 2009,04,08

[8] 龚楸，段明星，郑昌学.China J Diabetes.June 2007, Vol 15, No 6

[9] Ma EL，Ma H，Liu Z，et al. In vitro and in vivo evaluation of a novel oral insulin formulation [J].Aca Pharmacological Sinica, 2006, 27(10):1382-1388

[10] 黄胜炎.胰岛素新制剂研究进展[J].上海医药，2 0 0 5,2 6（4）：1 6 9-1 7 0

[11] Heinemann L,Heise T.Current status of the development of inhaled insulin[J].British Journal of Diabetes and Vascular Disease,2004,4(2):295-301.

[12] Kapiza C,Heisse T,Fishman RS,et al.Impact of particle size and aerosolization time on the metabolic effect of an inhaled insulin aerosol. Diabetes Technol Ther,2004,6(2):119-127

[13] Brain JD.Unlocking the opportunity of tight glycaemic control inhaled insulin:Safety[J].Diabetes Obes Metab,2005,7(Suppl 1):14-18

[14] Gonzalez C,Kanevsky D, DeMarco R,et al. Non-invasive routes for insulin administration: Current state and perpectives[J].Expert Opin Drug Deliv,2006,3(6):763-770

[15] Cafalu WT.Concept stratetgies and feasibility of noninivasive insulin delivery[J]. Diabetes Care,2004,27(1):239-246

[16] Modi P,Mihic M,Lewin A.The evolving role of oral insulin in the treantment of diabetes using a Rapid MistTM system.Diabetes Metab Res Rev,2002,18：s38-s42.

[1 7]赵维纲，王妲，李玉秀，等.胰岛素口腔喷雾剂在正常人口腔黏膜的吸收和生物学效应[J].中华内分泌代谢杂志.2003,1(4): 275-278

[1 8] 赵维纲，王妲，李玉秀，等.胰岛素口腔喷雾剂治疗糖尿病有效性和安全性的初步临床观察[J]. 中华内分泌代谢杂志. 2003,19（5）：354-357

[19] Owens DR,Zinman B,Bolli G.Alternative routes of insulin delivery[J].Diabet Med,2003,20 (11):886-898

[20] Tokumoto S,Naruhuto H,Sugibayashi K.Effect of electroporation and pH on the iontophoretic transdermal delivery of human insulin [J]. International Journal of Pharmaceutics,2006,326 (1-2):13-19

[21] 杨秋萍，宫芸.胰岛素非注射用药途径的研究与进展[J/CD].中华临床医师杂志：电子版.2 0 1 1,5（3）：8 1 4-8 1 7

[22] 丁力，孙素珍.胰岛素非注射给药的现状综述.药学与临床研究.2007年第15卷第4期

[23] 周辰，冯岚.中国医药导刊.2006年第8卷第5期

[24] Skyler JS, Hollander PA, Jovanovic L, et al.Safety and efficacy of inhaled human insulin (Exubera) during discontinuation and readminstration of therapy in adults with type 1 diabetes: a 3-year randomized controlled trial[J]. Diabetes research and clinical practice,2008,82 (2):238-246

[25] Khafagy ES, Morishita M, Yosbinori O, et al. Currentchallenges in non-invasive insulin delivery systems: a comparative review[J]. advanced Drug Delivery Reviews,2007,59(15): 1521-1546

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.108