口服多肽，曙光初现

*仅供医学专业人士阅读参考

口服多肽的未来在哪里？

自1901年诺贝尔化学奖获得者Emil Fischer教授首次发现肽物质，并于次年正式使用Peptide（肽）这一专属名词以来，多肽分子一直活跃在生命科学领域。多肽不仅可调控多种生理功能，在生命活动中不可或缺，而且在疾病治疗中也展现出其巨大的潜力。目前，多肽类药物已经深入各个治疗领域，临床使用的多肽药物更是多达100多种，催产素、胸腺肽、胰岛素、胰高糖素样肽-1（GLP-1）……尽管多肽药物发展突飞猛进，但绝大多数药物都需要注射给药，大大增加了用药难度，降低了患者的依从性。科学家们一直在探索如何对注射制剂进行改良，延长注射周期；或者对注射装置进行改良，减缓注射疼痛，然而肽类药物从注射到口服的研发一直道阻且长。把注射“肽”针变成口服“肽”药片这个过程真的这么难吗？为什么这么难？我们如何克服困难？口服多肽的未来在哪里？

“多肽”类药物

为什么鲜有口服制剂？

何谓“多肽”？简单来说就是由多个氨基酸通过肽键连接而形成的一类化合物，通常由10-50个氨基酸分子组成，是一种介于氨基酸和蛋白质之间的物质。多肽类药物的分子量一般低于10kDa，但与普通口服化学合成药物分子量 （0.05-1kDa） 相比，还是高出许多。

消化系统是我们人体营养素和能量加工的重要场所，消化的过程又分为物理消化和化学消化。多肽药物也可相当于食物，首先多肽药物进入口腔咀嚼、研磨进行物理消化，之后需要经胃肠道被各种消化酶降解发生化学消化，绝大多数基于多肽的药物都无法完成穿越胃肠道的双重消化旅程。

天生“娇气”的多肽药物在消化系统的物理和化学的双重强大攻势下，如果不给自己裹上一些防护装备，就如同遭遇灭顶之灾。具体来说，口服多肽必须克服胃肠道的4重主要障碍[1]才能进入血液循环开始发挥作用 （图1） 。

• 胃肠道酶降解：消化系统很多酶生来就是降解蛋白质和多肽的，如口腔中的淀粉酶、脂肪酶，胃中的胃蛋白酶、组织蛋白酶，肠道中的胰蛋白酶、糜蛋白酶、蛋白水解酶等。我们吃的食物 （鸡蛋、牛肉等） 被降解是为了更好地被吸收，为机体所用，而多肽类药物一旦被消化酶降解，则会功效尽失。一项研究探索了17种不同的肽类药物在模拟人的胃液、小肠液环境中的药物稳定性，结果显示：在人胃液中，降钙素、胰岛素等大分子肽降解较快，而小分子肽表现出良好稳定性；在人小肠液中，除了环孢素等环肽外，大分子与小分子多肽均可被快速降解[2]。因此，“环状”多肽曾一度是口服多肽药物研发的希望。

• 胃肠道黏液层捕获：胃肠道粘液既是营养物质吸收的润滑剂，也是捕获大分子蛋白及病原微生物的理化屏障。这些粘液内分子结构、所带电荷、共价分子数量均可直接影响多肽药物的扩散。

• 跨细胞或细胞旁转运中的分子屏障：胃肠道上皮细胞及细胞间紧密连接环绕上皮细胞并维持上皮结构和完整性，允许水、离子和溶质的必要流动，而选择性地排除毒素、大分子和微生物，对大部分多肽药物来说是不可逾越的生理屏障。

• 个体间变异性也会影响药物在胃肠道吸收：肽类物质在胃肠道内吸收过程受进餐和饮水量、胃肠道消化液、胃肠道粘膜表面积、食物通过时间及肠道菌群等多种个体化因素的影响，此外还与患者的合并疾病相关。有研究显示糖代谢异常的患者胃肠道排空速度较糖代谢正常的受试者明显减慢[3]。

图1.口服肽类经胃肠道吸收的4重主要障碍[1]

如何打破口服多肽的技术壁垒？

针对胃肠道的重重屏障，目前已经有多种创新技术被开发，以帮助多肽药物克服口服途径的壁垒。如图2所示，目前的技术创新主要分为两类，即分子本身的化学修饰和制剂设计的修饰，而其中有些修饰在实现口服用药途径时并非使用单一修饰，而是多种修饰技术联合[3]。

图2.克服口服壁垒的技术创新概览[4]

分子本身的化学修饰

为什么要进行分子本身的化学修饰呢？1997年资深药物化学家Christopher Lipinski等人提出的著名的“Rule of 5” （分子量小于500 Da、氢键供体少于5个、氢键受体少于10个、可旋转键少于10个、脂水分配系数对数值在-2至5之间） 是药物分子设计和药物筛选常用的规则之一，而符合该规则的药物更有可能成为口服药物[4]。由于多肽分子普遍具有较高的极性、较大的极性表面积、分子量大、脂溶性低、清除率高、易降解等诸多特点，完全不可能满足“Rule of 5”的所有要求，也因此难以成为口服制剂。但生命科学家们并未因此停止探索的步伐，对于分子的化学修饰，如聚乙二醇化、糖基化、使用小分子连接、脂化和环化等，增加多肽类药物的稳定性、抵抗胃肠道酶的降解、提高脂溶性、甚至通过连接配体促进胃肠道的转运，从而使得多肽类的口服成为可能。

聚乙二醇（PEG）与治疗药物的耦联被证明可以提高药物的半衰期。一项研究显示口服磷酸钙-PEG-胰岛素-酪蛋白颗粒在糖尿病小鼠模型中具有显著降糖作用[5]。糖基化修饰可以通过碳水化合物的引入，优化肽类药物的药代动力学。有研究报道，使用糖基化修饰奥曲肽，可使其生物利用度增加10倍[6]。多肽与脂肪酸/胆汁酸的结合是一种用于增加多肽的脂溶性的方法。可逆水脂化技术用于口服鲑鱼降钙素，使其生物利用度提高了19倍[7]。此外，肽链的环化有助于内化分子中的氢键、极性分子、以及酶切位点，可以有效降低分子极性、减少极性表面积、增加脂溶性与分子刚性，在增加稳定性的同时有助于增加多肽分子对细胞膜的渗透性[8]。目前多种对于多肽的化学修饰方法仍处于研发过程中，其工业可行性和高成本仍具挑战 （图2） 。

制剂设计的修饰

除了多肽类药物本身化学修饰，对制剂设计的修饰也是另一条重要途径，主要包括渗透促进剂、酶抑制剂、黏附增强剂和多种载药系统等。由于多肽药物的电荷、分子大小和亲水性使药物极难渗透，有人建议使用渗透促进剂 （如胆盐、阳离子和阴离子聚合物、脂肪酸及其衍生物和酰基肉碱等） ，帮助其透过生物膜。有报道称，中链脂肪酸 （如癸酸钠、十一烯酸钠或月桂酸钠） 与脂质赋形剂Labrasol联合使用可增强低渗透性成分经上皮细胞的通量[9]。而在另一项研究中，蛋白酶抑制剂葛根素提高了壳聚糖修饰的纳米颗粒中鲑鱼降钙素的口服生物利用度[10]。该聚合物可与胃粘膜上皮结合，可增加多肽在吸收部位的生物利用度和保留时间。还有一种肠包被胶囊（载药系统）的口服给药方式，该胶囊含有肠溶衣 （由Eudragit1 EPO、果胶和羧甲基纤维素钠的混合物制备） 和二甲基棕榈酰氨丙烷磺酸作为渗透增强剂。经过这样包装，胶囊可以完全释放负载的胰岛素，显著降低血糖，从而为口服胰岛素配方提供了空间[11]。固体脂质纳米颗粒 （SLN） 已被证明可以增加胰岛素、环孢素A和降钙素等蛋白的生物利用度[12] （图2） 。

口服司美格鲁肽，未来已来

之前已经列举了各种创新技术用于克服口服的障碍，同时有些研究也证实了少量多肽口服的可行性。GLP-1受体激动剂 （GLP-1RA） 更是发展迅猛，制成了全球第一个真正意义上的口服多肽类药物，即口服司美格鲁肽。PIONEER系列3期临床试验充分验证了口服司美格鲁肽的有效性和安全性，2019年9月20日美国食品药品监督管理局 （FDA） 正式批准口服司美格鲁肽上市，用于治疗2型糖尿病。

司美格鲁肽是如何做到可以口服的呢？作为GLP-1的长效类似物，司美格鲁肽分子是一种传统线性肽，分子本身完全不具备任何口服生物利用度。但是科研工作者对制剂进行了改良，使用渗透促进剂N-（8-[2-羟基苯甲酰基]-氨基）辛酸钠（Salcaprozate Sodium,SNAC）与司美格鲁肽进行完美契合，使得不可能成为可能。那么SNAC究竟是何种物质？如何与司美格鲁肽相互作用？二者共同制备成的口服司美格鲁肽有什么优势？请关注后续讲解——《SNAC——司美格鲁肽从注射到口服的神助攻》和《突破创新，口服GLP-1先行者——司美格鲁肽片剂》。

总结：

“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，药物的研发本就是人类征服疾病的一场旷日持久的战役，很多公司及研发团队在这个过程中成长并壮大，很多药物因此成为经典。 口服多肽的研发过程亦实属不易，但可喜的是口服司美格鲁肽已经用它的有效性、安全性证实了自己的生而不凡。 值此利拉鲁肽国内上市10周年，司美格鲁肽国内上市之际，我们也期待口服司美格鲁肽能够尽早服务于中国糖尿病患者。

参考文献：

[1]Drucker DJ.Nat Rev Drug Discov.2020;19(4):277-289.

[2]Wang J.Mol Pharm.2015 Mar 2;12(3):966-73.

[3]2021 Mar 5;S1359-6446(21)00137-9.

[4]Adv Drug Deliv Rev.2016 Jun 1;101:34-41.

[5]Pharm.277(1–2),91–97.

[6]Life Sci.53(6),517–525.

[7]Control.Release 88(3),369–380.

[8]Chem Rev.2017 Jun 28;117(12):8094-8128.

[9]J.Pharm.Sci.107(6),1648–1655.

[10]Int.J.Pharm.557,170–177.

[11]Transl.Med.1(3),338–346.

[12]Int.J.Pharm.447(1–2),75–93.

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