点击上方的 行舟Drug ▲ 添加关注多肽药物口服递送技术研究进展来源《中国新药杂志》2022 年第31 卷第14 期作者黄侃,孙敏捷中国药科大学药剂教研室摘要多肽高效低毒,作为治疗药物具有巨大的潜力,但患者常因无法忍受长期注射给药而不得不放弃治疗,严重影响生存质量。相比之下,口服给药具有高顺应性、自助给药、低成本的优势,但也受到胃肠道生化环境、黏液、上皮渗透和肝脏消除的限制,因此开发多肽口服递送系统面临巨大挑战。本文介绍克服多肽口服给药障碍所采用的技术,包括结构修饰与环化、促渗透技术、纳米技术和药械组合技术,并重点介绍已上市产品和具有巨大临床突破的技术。关键词多肽药物; 口服递送; 渗透促进剂; 药械组合; 纳米技术_正文_多肽药物与小分子药物相比具有高效、低毒和特异性强的特点,美国FDA 已批准超过80 种多肽药物上市。根据市场研究公司Verified Market Research的数据显示,2019 年全球治疗性多肽市场价值达269.8 亿美元,预估2027 年该值将超过512.4亿美元[1-4]。多肽是具有良好亲水性的大分子,渗透性极差,此外胃肠道富含降解多肽的蛋白酶,故上市的多肽类药物多为注射剂。多肽还易被血浆、肝脏和肾脏的肽酶降解,半衰期短。注射给药顺应性差,尤其是代谢性疾病,如糖尿病,约60%的患者因无法忍受长期重复的注射给药而不能实现稳定的血糖控制。此外,对于胰岛素,口服途径与正常生理胰岛素的产生途径相似,可以降低高胰岛素血症、体重增加和低血糖风险[5]。因此,多肽药物的口服递送一直是制剂领域的研究热点,但大多数技术都在临床转化中失败。本文主要综述多肽药物口服面临的困难和相应的制剂策略,并着重介绍各个策略中已成功产业化和有望实现临床转化的技术。1多肽药物的口服吸收障碍胃肠道的作用是将碳水化合物、蛋白质和其他营养物质消化成氨基酸和单糖,同时可以保护机体防止病原体入侵,胃肠道也是多肽药物口服的主要障碍,详见图1。空腹情况下胃液pH 值为1 ~ 2,强酸性环境可以诱导多肽发生水解、去氨基和氧化等反应而钝化失去活性。此外,整个胃肠道分布有可以裂解多肽的酶,包括胃腺分泌的胃蛋白酶,胰腺分泌的胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶和弹性蛋白酶以及肠细胞分泌的氨基肽酶、内肽酶和β-谷氨酰转肽酶等[6]。Guo 等[7]运用杆菌肽和亮抑酶肽作为蛋白酶抑制剂提高了血管紧张素I 转换酶抑制肽的口服吸收。除了pH 和酶的生化屏障,胃和肠道上皮细胞表面还分布有黏液层。黏液层主要由高度糖基化的黏蛋白组成,黏蛋白之间通过二硫键结合,并倾向于形成凝胶状结构,此外黏液层还含有水、脂质、电解质、免疫球蛋白、抗菌肽、蛋白酶抑制剂和各种其他活性蛋白。黏液的厚度、孔径、电荷和再生,以及分子间的相互作用决定了多肽在黏液层的扩散效率[9]。Efiana 等[10]通过木瓜蛋白酶-棕榈酸酯修饰的自乳化系统改善肠黏液渗透性,实现肽类抗生素的口服吸收。多肽药物口服吸收面临的最大障碍是紧密的上皮细胞层,药物跨膜转运的途径主要为细胞旁路途径和跨细胞途径[5]。细胞间隙具有紧密连接,仅允许水和离子等必须的小分子通过。多肽为亲水性大分子,渗透性差难以通过被动扩散跨膜。此外,肠上皮细胞表面缺乏肽受体和载体,多肽也难以通过内吞或者主动转运方式跨膜[8]。Tyagi 等[11]通过微丸包衣制备含有多肽和渗透促进剂的多颗粒系统,在比格犬内生物利用度达2.5%。最后,多肽药物由肝门静脉转运至肝脏,还要经历肝脏中的首过代谢,导致进入全身体循环的总量进一步降低。由此可见,多肽药物的口服吸收面临着巨大的困难,尽管口服索马鲁肽( RybelsusⓇ) 和奥曲肽( MycapssaⓇ) 成功上市,但生物利用度也仅分别为0.4%~1%和0.5%,胃肠转运、上皮环境等的个体差异以及制剂的批间和批内差异也势必会给多肽的口服吸收带来更多的不确定性[12]。内容由凡默谷小编查阅文献选取,排版与编辑为原创。如转载,请尊重劳动成果,注明来源于凡默谷公众号。2多肽药物的口服递送系统理想的多肽药物口服递送系统应该能够在抵达吸收部位之前保持多肽分子完整,并在目标吸收部位释放药物,递送系统与释放部位最好存在某种相互作用,此外该系统应能够停留在多肽释放部位,为多肽药物的跨膜转运提供充足的时间和浓度梯度。目前已有多种起全身作用的口服多肽药物上市,见表1。常用的多肽药物口服递送技术包括多肽的结构修饰与环化、促渗透技术、纳米技术和药械组合,表2 汇总了目前处于Ⅱ期和Ⅲ期临床试验的处方。2.1 结构修饰与环化多肽在体内易被多种酶降解,但通过环化或共价键将多肽聚乙二醇化、脂化、糖基化可以提高多肽的酶稳定性,包括在全身系统内的稳定性,延长半衰期。Wang 等[13]总结了多肽特征对其稳定性、肠道转运和体外生物利用度的影响,其中环肽具有良好的稳定性。结构修饰可以通过降低肾小球滤过率、提高蛋白结合率和防止体内蛋白水解等方式提高多肽的体内稳定性。索马鲁肽通过在26 位氨基酸处进行脂肪酸酰化修饰,提高效能的同时也增强了抗酶降解能力,并提高了血浆稳定性,显著延长半衰期( 约1 周) [14]。环孢素( cyclosporine A,CsA) 是环状亲脂性的11 肽,其胶囊剂( SandimmuneⓇ) 于1990 年被美国FDA 批准上市,口服生物利用度高达25% ~ 30%。CsA 的反式异构体类似物voclosporin( LupkynisⓇ) 于2021 年1 月获批上市用于治疗狼疮性肾炎,口服生物利用度约8%[15]。醋酸去氨加压素( DdavpⓇ) 是具有一定亲水性的9 肽,是天然精氨加压素类似物,通过第1 个氨基酸去氨基和第8 位用D-精氨酸取代L-精氨酸而得。虽然其口服生物利用度仅0. 08%~0. 16%,但其合成成本低且效价高,故可以口服[16]。理想的口服候选肽应具有低分子量、高效能、适当的酶或化学稳定性、高治疗指数和相对较低的合成成本的特点。通过化学途径即环化或结构修饰是多肽口服开发中的常见策略,可以大大削减制剂开发时间和成本。如印度Biocon 生物公司开发的聚乙二醇化的胰岛素类似物Tregopil 胰岛素( IN-105)已完成Ⅲ期临床研究[17],美国Ocera 医疗公司开发的生长素释放肽受体激动剂TZP-102[18]和美国Scynexis 公司开发的用于治疗丙型肝炎感染的SCY-635 均已完成Ⅱ期临床研究[19]。虽然环化可以提高稳定性,但是大量酰胺键构成的大的极性表面也同时限制了环肽的口服吸收,Nielsen 等[20]检测了125 个环肽的理化参数和口服吸收,大部分生物利用度都很差,如何提高环肽口服生物利用度有待深入研究。2.2 促渗透技术肠道渗透促进剂( permeation enhancers,PEs) 可以短暂提高上皮细胞通透性,是目前临床上运用最广泛的改善多肽口服吸收的递送策略之一。PEs 可以通过打开上皮细胞紧密连接促进细胞旁路途径,或者通过增加细胞膜的通透性促进跨细胞途径,又或者通过两者结合的方式起到渗透促进作用。PEs 的结构决定其促渗透作用,一般脂肪酸酯类主要增强细胞旁路途径,而两性离子和阳离子表面活性剂主要增强跨细胞途径,目前PEs 的长期应用的安全性仍是人们关注的重点[21]。RybelsusⓇ是第1 个上市的口服胰高血糖素样肽-1( glucagon-like peptide-1,GLP-1) 类似物,通过运用Emisphere 公司开发EligenⓇ技术实现口服吸收,该技术运用一系列中链脂肪酸为基础的渗透促进剂,包括N-2 羟基苯甲酰基-己辛酸钠( SNAC) 、8-[N-( 2-羟基-5-氯苯甲酰基) 氨基]辛酸钠( 5-CNAC)和N-( 4-水杨酰氯) -4-氨基丁酸酯( 4-CNAB) 等,其中SNAC 运用最为广泛,被美国FDA 批准作为食品添加剂。Buckley 等[22]通过胃内成像、食物对吸收的影响、幽门结扎和索马鲁肽在给药后30 min 内脾静脉和门静脉中的分布确定了口服索马鲁肽是在胃内被吸收。SNAC( pKa1 = 4.5, pKa2 = 8.6) 在胃内有较强缓冲作用,可通过调节pH 提高索马鲁肽的酶稳定性,同时还能通过促进索马鲁肽解聚成单体和与脂质膜相互作用促进索马鲁肽渗透[22]。口服奥曲肽是通过Chiasma 公司开发的TPETM技术实现的口服递送,是唯一的口服生长抑素类似物,用于治疗肢端肥大症。TPETM技术是将多肽、中链脂肪酸盐和聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 外加疏水介质形成混悬液,并用肠溶胶囊递送[23]。MycapssaⓇ中运用的辛酸钠可以短暂和可逆地打开细胞旁路紧密连接,其Ⅲ期临床研究结果表现出良好的有效性和安全性,血药水平与奥曲肽注射剂相当[12]。虽然PEs 对多肽口服吸收的促进作用已得到充分证实,但是多肽与PEs 的时空效应往往被忽视。口服索马鲁肽后,仅能在片剂正下方或表面区域观察到高浓度的索马鲁肽和SNAC,且索马鲁肽的吸收也仅在片剂所在的局部区域[22]。诺和诺德公司公布的专利WO2013189988A1 中SNAC 释放比索马鲁肽快的处方拥有更高的生物利用度,可能是因为SNAC 先溶解形成缓冲环境并增强细胞膜通透性,减少索马鲁肽不必要的损失。因此,胃肠蠕动对多肽和PEs 共递送的影响也会影响多肽的口服吸收,空腹胃的运动呈现周期性的移行性复合运动特征,十二指肠和近端空肠的蠕动能力要显著高于回肠。Sladek 等[24]利用胰岛素相关的阴离子聚电解质纳米粒子复合物包载PEs,并利用肠溶技术实现共递送。此外,对于细胞间途径的PEs,可能需要适当增加制剂扩散范围来打开更多的紧密连接。除了已上市的技术外,Merrion 公司开发的GIPETⓇ技术利用癸酸钠作为PE,在递送长效口服基础胰岛素“I338”的Ⅱ期临床研究中显示了良好的血糖控制能力,低血糖风险低[25]。Enteris 公司开发的PeptelligenceⓇ技术利用柠檬酸作pH 调节剂、酰基肉碱作渗透促进剂,肠溶递送多肽,运用该技术开发的产品多达数十种,包括Ovarest,Tobrate, TbriaTM等[26]。理想的PEs 应结构简单、易于生产且安全,此外PEs 应能够快速起效,并能够和多肽实现局部共递送。此外,PEs 多为疏水性物质, 大剂量的PEs会影响生产可行性,添加辅料又会影响PEs 的渗透促进效率,这是临床转化所必须考虑的问题。2.3 纳米技术纳米粒( nanoparticles, NPs) 是粒径为1~ 100 nm 的固体颗粒,不仅可以保护多肽防止被胃肠道的酶降解,还能增加肠道上皮的跨膜吸收,并可以通过配体修饰来实现靶向治疗效果[27]。NPs的载体作用可以分为以下3 种情况: ① 载体与多肽一起完整地被摄取进入体循环。② 载体与上皮细胞膜融合,帮助药物跨膜转运。③ 载体在抵达上皮细胞前释放多肽。目前NPs 的研究重点仍是如何通过黏液层将多肽安全的递送至上皮细胞,通过载体或其他辅料促进跨膜转运。载体材料性质以及NPs 的粒径、形态、电荷和表面修饰等均会影响NPs的递送效率[27]。Oshadi Icp 是由Oshadi 公司开发的用于递送胰岛素、胰岛素原和C 肽胰岛素的组合物的NPs 递送系统,该系统用药理学惰性的疏水二氧化硅纳米粒作为载体,并可以和多肽和多糖产生紧密的非共价结合[28]。该纳米粒可以保护多肽免受胃肠道和刷状缘肽酶的影响,并促进多肽吸收。已经公布的Ⅱ期临床研究结果显示,Oshadi Icp 在1 型糖尿病患者中具有良好的安全性、耐受性和降糖作用。Diasome 公司开发的肝定向胰岛素囊泡( hepaticdirected vesicle insulin,HDV-I) 经过表面修饰可以直接将胰岛素递送至肝脏,粒径<150 nm。HDV-I 口服后在肠道内被摄取通过肝门静脉,可以实现正常的胰岛素生理反应,在已完成的Ⅱ期临床研究结果显示,HDV-I 在口服葡萄糖耐量试验和糖尿病餐中均有显著的降糖作用。Diasome 公司也获得了3 000万美元的投资,Ⅲ期临床研究正在筹备中[29]。随着纳米结构的物化表征技术和成像技术不断进步,利用NPs 口服递送多肽的处方设计也越来越具临床价值。Cao 等[27]总结NPs 递送多肽的优势、困难以及最新进展。但是,NPs 的生物相容性、重现性和可放大生产性仍是目前研究的难点,有待核心技术更新。2.4 药械组合药械组合是口服递送多肽的新方向,可适用于多种不同的肽的递送,对多肽分子大小、稳定性、疏水性等的要求较低。药械组合包括微针、肠贴片、微容器等,微针是其中最有前景的技术。肠道内无疼痛感受器,可实现无痛给药。药械组合一方面可以保护多肽不被胃肠内的酶降解,另一方面可实现多肽和PEs 时间和空间上的单向共递送。由麻省理工学院和诺和诺德公司共同开发的自定向微米涂布器( self-orienting millimeter-scale applicator, SOMA) 是根据豹龟翻身设计的可自动复位并黏附于胃黏膜的给药系统,内部的弹簧可将胰岛素针插入至胃壁,但不会刺破胃壁外层[30]。该团队以胰岛素为模型药物在大鼠和猪中开展了SOMA 的体内研究,其血药水平与皮下注射相当。Rani Therapeutics 公司开发的机器人药丸( RaniPill)由填充柠檬酸和碳酸氢钠的隔室组成,当进入肠道,隔室屏障被侵蚀,混合后产生CO2 膨胀推动可溶解的糖基微针穿过胶囊外层以穿过上皮。RaniPill 可递送10 余种抗体、多肽和蛋白类药物,在大型动物实验中,口服3 mg 胰岛素相当于皮下注射80 个单位,生物利用度超过50%[31]。在已完成的递送安慰剂的Ⅰ期临床研究中表现出良好的安全性,该公司拟用奥曲肽作为模型药物开展临床研究,已募集超过1.42 亿美元资金。腔内展开微针注射器( luminal unfolding microneedleinjector,LUMI) 是由SOMA 开发团队开发的另一款口服微针,该系统由肠溶胶囊、弹簧和3 个可降解的展开臂组成[32]。当pH≥5.5,胶囊表面涂层溶解,压缩弹簧将LUMI 推出胶囊并展开,可确保微针始终与肠壁贴合。通过优化展开力,该系统在人和猪的离体肠中无穿孔风险,猪的口服生物利用度相对皮下注射超过10%。LUMI 还可以递送疫苗、单克隆抗体、激素和RNA 等其他存在口服障碍的大分子药物。药械组合的递送系统可以完全克服多肽在体内的吸收屏障,与常规的结构修饰、PEs 和纳米技术相比可以显著提高生物利用度。但是,药械组合受患者的生理和病理因素的影响更为严重,如胃排空时间、肠道黏液厚度、黏液再生、肠道蠕动等。此外,侵入性器械在长期运用情况下穿孔风险也是人们关注的重点。目前,大部分药械组合还处于研发前期,需要有更多的临床试验来验证。2.5 其他技术除了上述介绍的递送技术外,还有自乳化系统( self-emulsifying drug delivery systems, SEDDS) 、酶抑制剂、pH 调节剂、水凝胶等,但这些技术往往联合使用或还未显示出显著的临床优势,故未单独列举,常用技术的优缺点见表3。NeoralⓇ是SandimmuneⓇ改良后的制剂,通过中等链长的甘油二酯和中等链长的聚氧乙烯蓖麻油衍生物组成的SEDDS 进一步优化形成的液滴大小,控制粒径为10~100 nm,优化后增加了肠道渗透并降低了个体差异。Oramed 公司开发的ORMD 技术联合PE 和蛋白酶抑制剂,口服递送胰岛素胶囊( ORMD-0801) 在Ⅱ期临床试验中显示出良好的耐受性和降糖能力,该公司正在筹备Ⅲ期临床试验。Zhou 等[33]通过两性离子水凝胶层修饰的纳米粒联合pH 调节剂GLP-1 激动剂,大鼠内有良好的降糖作用。3结语随着口服多肽技术的深入研究,多肽口服递送的可能性也越来越大,主要基于以下几个方面的原因: ① 随着多肽合成和重组成本降低,口服递送成本也显著下降。② 展示技术在多肽中得以推广,更多稳定的多肽得以被挖掘。③ 新的表征技术使得临床前研究更为深入细致,提高了临床试验的成功率。口服索马鲁肽和奥曲肽是多肽性质与渗透促进剂的性质和用量的完美结合,但生物利用度仍均不足1%,故传统的PEs 技术很大程度上取决于多肽自身的结构特点,药物化学途径即多肽结构修饰与环化仍是多肽开发的核心。此外,新的技术如纳米技术和药械组合是比较有前景的方向,可以规避多肽口服吸收障碍,大大提高递送效率,但这些技术仍有待基础技术的进步和监管的完善。参考文献详见《中国新药杂志》 2022 年第31 卷第14 期文章信息源于公众号凡默谷,登载该文章目的为更广泛的传递行业信息,不代表赞同其观点或对其真实性负责。文章版权归原作者及原出处所有,文章内容仅供参考。本网拥有对此声明的最终解释权,若无意侵犯版权,请联系小编删除。学如逆水行舟,不进则退;心似平原走马,易放难收。行舟Drug每日更新 欢迎订阅+医药大数据|行业动态|政策解读