胰岛素新型给药系统的研究进展

刘慧敏，朱雪松，陈富超，李春雷，黄麟杰，李 鹏

糖尿病是由于胰岛素分泌不足或敏感性降低而导致的一组脂肪、碳水化合物和蛋白质代谢紊乱的疾病。迄今为止，应用于临床达90年之久的胰岛素(Insulin)仍是糖尿病治疗中控制血糖最重要的手段。临床上以反复注射为主要途径，疼痛感强，易产生皮下脂肪萎缩、皮下组织增生等局部反应，还可能会由于释药不稳定导致低血糖反应。鉴于传统给药方式使用不便、顺应性差的问题，研究者们致力于研究新型给药系统，如口服、肺部、鼻腔、经皮给药等，现将相关文献研究进行综述。

1 口服给药

口服给药方便经济、完全无痛，患者依从性好。但作为分子量大、半衰期短、脂溶性差的蛋白多肽类药物，胰岛素直接口服存在以下问题:胃肠道稳定性差;不易透过肠粘膜，吸收差;具有首过效应。因此，研究中常利用促吸收剂、酶抑制剂和微粒载体包载等方式保护胰岛素，增强吸收。

1.1 促吸收剂 促吸收剂主要有胆盐类、螯合剂类、表面活性剂类、脂肪酸类等。促进胰岛素粘膜吸收的机制包括:增加细胞膜的流动性，使药物易于透过;与细胞膜上钙离子螯合产生水性通道;防止胰岛素聚集，增强稳定性等［1］。有研究比较了桉叶醇、癸酸钠、脱氧胆酸钠和薄荷醇4种促吸剂对胰岛素溶液降糖效果的影响，发现桉叶醇的促吸收降糖效果最明显，相对于皮下注射的生物利用度较无促吸剂的胰岛素增加了 14.24%［1］。Katsuma等［2］设计了一种胰岛素口服结肠定位给药系统，联用甘胆酸钠能够增强降糖作用，相对生物利用度为3.2%，可能是由于甘胆酸钠能够阻止胰岛素的聚集和降解。刘辉等［3］发现，1%Na2EDTA的促渗作用最强，它能够与肠壁细胞膜间紧密连接周围的某些离子发生螯合作用，不但能改变细胞的通透性，还能促进细胞旁途径的吸收，且对粘膜的损害作用不可逆，使胰岛素在较长时间内持续吸收。由于很多促吸收剂都会对肠粘膜产生刺激，甚至造成不可逆的损害，因此，促吸收剂的安全性必须引起重视。

1.2 酶抑制剂 胃肠道的酶屏障是实现胰岛素口服的另一障碍，因此，酶抑制剂加入能增强胰岛素口服作用。胃肠道中能降解胰岛素的水解酶主要是类氨肽酶和类胰蛋白酶。于绍涛等［4］通过大鼠在体原位肠袢给药试验发现，含有酶抑制剂牛磺甘氨胆酸钠(STGC)、杆菌肽(BTC)的胰岛素溶液具有降糖作用，单用胰岛素无作用，这是由于STGC和BTC能抑制氨肽酶活性，减少胰岛素降解。虽然文献证实了酶抑制剂的保护作用，但应用过多是否会造成肠道系统功能紊乱有待研究。

1.3 微粒给药系统 在人和动物小肠的某些区域，存在与免疫有关的特定组织区域(Peyer结)，该区域占整个肠道粘膜的25%，其特点是让淋巴因子和一些颗粒进入循环系统［5］。纳米制剂能够被Peyer结上的M细胞吞噬，或者通过细胞间通道吸收。因此，如果用纳米制剂包载胰岛素，使胰岛素与纳米载体以整体形式吸收，可以增强其在消化道内的稳定性［6］。还有一些微粒给药系统，可通过对胰岛素的保护作用和对肠道的黏附等作用增加吸收。文献中报道较多的有微乳、微球、脂质体、纳米粒等。

1.3.1 微乳 胰岛素的亲水性影响了肠道吸收，若能将胰岛素制成油性制剂，便可使其更易通过正常的消化途径被吸收。孟博宇等［7］设计了2种胰岛素W/O型微乳:一种在消化道内转化成反向微乳，另一种则形成复乳。两种微乳均能显著促进胰岛素的吸收，但两者的主要吸收部位不同:前者在回肠和结肠段，后者在十二指肠和结肠段;而低剂量的促吸收剂N-［8-(2-羟基苯甲酰基)氨基］辛酸钠(SNAC)的加入，能协同易转相的微乳进一步增加吸收，延长作用时间。

1.3.2 微球 微球包载胰岛素能够保护其在胃肠中不被破坏，还具有缓释作用。Jose等［8］采用乳化交联法制备了载胰岛素的壳聚糖微球，粒径29.5 μm，包封率71.6%，大鼠在体试验中表现出明显的降糖作用，与皮下注射相比，作用时间延长了7 h，相对生物利用度为15.80%。这与壳聚糖具有良好的生物相容性、粘附性以及能够打开肠道上皮细胞间紧密连接的促吸收作用密切相关。黄红谦等［9］以生物黏附性更强的壳聚糖巯基醋酸偶合物为辅料，制备胰岛素微球，回肠给药后4 h能明显降低高血糖大鼠的血糖，相对生物利用度为29.9%。黄岚等［10］设计载有阳离子β-环糊精聚合物/胰岛素复合物的海藻酸钠/壳聚糖口服微球，其中β-环糊精聚合物的支链能够辅助胰岛素的复合，毒性低于单体，具有阳离子的特性可使其与带负电荷的胰岛素通过静电引力达到更好的结合，提高微球的包封率，减少在模拟胃液中的损失。

1.3.3 脂质体 脂质体将胰岛素包入内水相，可抵抗水解酶的作用;外部亲脂结构与细胞膜的成分类似，能增强跨膜转运;磷脂双分子层还可控制胰岛素的释放。吴正红等［11］以壳聚糖及其衍生物包覆胰岛素脂质体，通过离体肠黏膜法和Caco-2细胞模型法发现脂质体能增加胰岛素的跨膜转运，壳聚糖及其衍生物能进一步提高经细胞旁路的转运能力。Wu等［12］使用甘胆酸钠、牛磺胆酸钠、去氧胆酸钠分别制备胰岛素脂质体，发现其均有降糖作用，可能由于胆盐不仅具有酶抑制作用，还能在脂质体与肠上皮细胞接触时增强细胞的内摄作用。口服甘胆酸钠胰岛素脂质体的相对生物利用度最高，在非糖尿病和糖尿病大鼠中分别为8.5%和11.0%。另外，胆盐脂质体的降糖效果与粒径也密切相关，150 nm或400 nm的粒径最佳。张娜等［13-14］利用凝集素能够特异性识别肠细胞表面抗原决定簇的特性，增强肠细胞对胰岛素的内吞作用或胞间转运，制备了麦胚凝集素或荆豆凝集素修饰胰岛素脂质体，降糖作用优于普通脂质体，且作用时间超过20 h。

1.3.4 纳米粒 用纳米粒包裹胰岛素口服给药，除具有保护作用外，还能以整体形式通过肠黏膜上的淋巴系统吸收。陶安进等［15］以乳酸-羟基乳酸共聚物(PLGA)和具有肠溶性的羟丙甲基纤维素邻苯二甲酸酯为辅料，制备了粒径169 nm的胰岛素肠溶纳米粒，相对于皮下注射的生物利用度(8.72%)高于普通纳米粒(5.46%)。Bayat等［16］采用壳聚糖及衍生物三乙基壳聚糖(TEC)、二甲基乙基壳聚糖(DMEC)制备口服结肠定位给药胰岛素纳米粒，衍生物纳米粒的结肠透过性和降糖效果优于胰岛素溶液和壳聚糖纳米粒，可能与衍生物比壳聚糖在中性环境下溶解性更好有关。Zhang等［17］用壳聚糖包覆可生物降解的PLGA胰岛素纳米粒，除增加粘附作用外，还使表面电荷由负转为正，与带负电荷的肠道表面更易接触，吸收增强，此猜想用活体荧光成像技术得以印证。

尽管微粒给药系统对于胰岛素的口服给药有很大优势，但距离临床应用仍有差距:微粒给药系统对于水溶性大分子药物胰岛素包载有限;辅料的安全性有待考察，特别是新型合成高分子材料;制备工艺的复杂性对胰岛素稳定性有影响。

2 鼻腔给药

鼻粘膜具有丰富的毛细血管和较大的上皮细胞表面积(约为150 cm2)，给药后吸收迅速、无首过效应，提高了患者接受度，是一种有潜力的蛋白类药物非侵入给药系统［18］。Amnon 等［18］制备了赖脯人胰岛素W/O型微乳喷鼻剂，相对生物利用度达21.5%，使用该鼻喷剂(1 IU/kg)90 min内降糖效果相当于皮下注射0.5 IU/kg的胰岛素;荧光标记胰岛素后，可观察到微乳通过猪的鼻粘膜细胞，透过率远高于胰岛素溶液。Chung等［19］以壳聚糖(CS)和温敏相变材料泊洛沙姆(P)作为凝胶基质，戊二醛(GA)为交联剂，以甘氨酸(Gly)终止交联反应，制备了P-CS/GA/Gly胰岛素热敏凝胶。该凝胶以液体形态滴入鼻腔后变为半固体状，释放时间长于P凝胶6倍多;降糖时间大大延长，相对生物利用度达18.0%。Zhang等［20］将环糊精(CD)接枝于聚合甘油(HPG)上，合成辅料HPG-g-CD，即增加CD的溶解度，又可利用CD的促渗及防止药物聚集、降解的特性，制备粒径198～340 nm的胰岛素鼻用纳米粒，通过激光共聚焦显微镜也观察到纳米粒穿过鼻粘膜上皮细胞。

鼻腔给药具有非侵入性的显著优势，若进一步开发还需考虑鼻腔的粘膜纤毛清除的功能对药物滞留的影响;另外，虽然鼻腔的酶活性低于消化道，但仍可能造成胰岛素降解;很多促渗剂会对鼻粘膜产生损伤，不适合长期使用。

3 肺部给药

肺部吸收面积(75 m2)大、血流丰富，且肺泡上皮细胞很薄(0.1～0.5 μm)，给药更易吸收，无首过效应。2006年1月，美国批准了第一个吸入胰岛素Exubera的上市，1年后却因价格昂贵、增加了戒烟者患支气管癌的风险而退市［21］。然而，关于胰岛素肺部给药的研究并未停止。Depreter等［21］用磷脂与胆固醇的混合物包覆胰岛素，制成干粉吸入剂，有效降低胰岛素中的水分，保证制备和储存过程中不被水解。该粉末粒径小于5 μm，具有良好的空气动力学特性，能沉积在肺部，是一种稳定的肺部给药剂型。Hamishehkar等［22］以冻干和喷雾干燥的甘露醇或山梨醇为载体，均匀混合PLGA胰岛素微囊后吸入给药，发现微囊的重量、表面形态、与载体的比例、在载体中的分散性以及载体的种类、干燥形式、结晶程度等均会影响吸入效果。

Exubera退市事件和相关文献研究中值得思考的是:胰岛素吸入剂对肺部的长期影响;肺部给药影响因素众多，剂量的准确性以及吸入效果的重现性需要保证。

4 经皮给药

皮肤中酶活性低，有利于胰岛素稳定，也无首过效应。但角质层是渗透吸收的最大屏障，因此，经皮给药的研究集中在促渗问题上，常使用促渗剂或其他手段。Zhou等［23］用3种长度(250、500和1 000 μm)的胰岛素微针滚轮经皮给药，发现微针对皮肤的损害面积小，8 h内就可修复，而传统注射的损伤24 h后仍存在。微针给药后糖尿病大鼠血糖1 h就可降至60%以下，降糖作用会随着皮肤的修复减弱，500 μm及以下长度的微针对于胰岛素的经皮传递既有效又安全。Liu等［24］设计长800 μm的胰岛素透明质酸微针，刺入角质层1 h后完全溶解，不会导致严重的损害;降血糖效应与同剂量的皮下注射类似。滕海峰等［25］利用电致孔高压脉冲使角质层形成可渗透性孔道的原理，结合离子导入，利用电场力作用有效推动胰岛素的被动扩散，提高经皮渗透量。电致孔-离子导入并用对胰岛素的经皮渗透速率是单独使用电致孔的10倍、单独使用离子导入的2倍、经皮被动扩散速率的17.5倍。

经皮传递胰岛素存在的问题:经皮促渗剂长期使用是否安全;促渗辅助设备，如微针、电致孔、超声致孔、离子导入等的使用增加患者经济负担。

5 眼部给药

经眼给药后，约99%以上的药物经结膜和鼻泪管粘膜吸收进入体循环［26］，也无首过效应。王军［27］以温敏性凝胶基质泊洛沙姆407和188制备胰岛素原位凝胶，缓释效果明显，克服了胰岛素溶液滴眼作用时间短、损失量大的缺点。

然而，胰岛素眼部给药需考虑的是眼内容量小，眼部制剂能否达到有效浓度;药液随泪液流失导致剂量的不准确以及制剂对眼部的刺激作用。

6 其他

6.1 颊部给药 颊部给药同其他粘膜给药(鼻腔、肺部给药等)具有类似的特点，吸收面积大、酶活性低、通透性好。Giovino等［28］将胰岛素纳米粒均匀分散在壳聚糖膜中，既发挥纳米粒的保护、增强细胞摄取的作用，又能够增加颊部滞留，避免被吞咽或被唾液不断稀释。该纳米粒粒径约300 nm，膜也具有较好的机械特性;纳米粒膜缓释特性良好，体外释放超过5周。

6.2 直肠给药 直肠内pH值近中性，对胰岛素的破坏较少。何文等［29］制备了胰岛素液体栓剂(即温敏原位凝胶)，合适的生物黏附性使其不易从肛门脱出，也不会移动到直肠深部，避免首过效应;并以质子化的壳聚糖(N'-三甲基壳聚糖，TMC)作为促吸收剂，促吸收作用随TMC季铵化程度的增加而增强。

7 结语

随着人们逐渐意识到胰岛素传统给药方式的缺点后，关于胰岛素的新型给药系统的研究层出不穷。这些研究具有使用方便、非侵入性的优点，能够提高患者的接受度，降低疼痛感和皮肤损伤，还有缓释作用，对于糖尿病的治疗有重大意义。不可忽视的是，它们普遍存在的问题有:(1)促吸收剂对粘膜的损害;(2)微粒给药系统对于胰岛素的载药量和稳定性研究不够;(3)载药量小的制剂在非口服给药的新途径能否达有效剂量，另外，剂量的准确性和重现性需要保证;(4)生物利用度低，文献中的新制剂相对于皮下注射的生物利用度几乎不超过30%。因此，胰岛素新型给药系统如能从安全性、生物利用度、载药量、剂量准确性和重现性等方面取得进一步突破，将会为广大糖尿病患者的生活质量的提高产生巨大影响。

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