胰岛素非注射用药途径的研究与进展

　　作者：杨秋萍　宫芸 作者单位：650032　昆明医学院第一附属医院糖尿病科(杨秋萍);昆明医学院第二附属医院内分泌科 (宫芸)

　　【关键词】 胰岛素非注射 用药途径 研究与进展

　　胰岛素是控制血糖最有效的药物，在糖尿病的治疗中有重要的作用。目前胰岛素的使用基本上用注射的方法。几十年来，为了提高胰岛素的疗效，人们不断地改进胰岛素剂型，如中效、长效、超长效、速效、不同比例的预混胰岛素，并不断更新胰岛素注射装置如改良注射针头、笔式注射器、无针头注射器等。但终究离不开注射途径，由此给患者带来疼痛和不便，增加了心理负担，影响患者的自信心和生活质量。因此，胰岛素的给药方式一直是医药学界所关注的问题，尤其是胰岛素非注射给药的研究更是一个热门课题。为了提高糖尿病患者的生活及治疗质量，采用有效、无创的胰岛素给药方法已进行了深入广泛的研究。本文对胰岛素非注射给药途径的研究与进展做一综述。

　　一、直肠给药

　　直肠对胰岛素的吸收不受肠道的动力、胃肠排空及进餐的影响。此外，消化酶的活性从小肠到直肠明显减少，对胰岛素的破坏减少，且环境pH接近中性，胰岛素在直肠内可以较稳定地存在。但是胰岛素是大分子肽类物质，吸收较为困难。人们使用一些化学促渗剂如胰岛素与胆盐、环状糊精、表面活性剂及螯合剂结合等促进直肠对胰岛素的吸收。化学促渗剂的使用改变了直肠黏膜的通透性，导致了严重的局部反应，给患者带来了痛苦。且胰岛素直肠给药其生物效应低，吸收不稳定[1]，目前胰岛素直肠给药已基本不用。

　　二、经皮给药

　　皮肤既是人体对环境的一个有效天然屏障，又是很多药物(雌二醇、 硝化甘油、 芬太尼等)的主要给药途径。经皮给药可减少药物肝脏的降解;血浆浓度稳定;不会被消化道降解。胰岛素经皮给药是一种安全且方便的给药方法。皮肤中水解酶活性很低，可以避免胰岛素的失活。但胰岛素相对分子质量较大，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。胰岛素在经过皮肤渗透的过程中，由于皮肤环境的诱导会发生结构的变化在皮肤中滞留。目前正在进行许多的研究，通过不同方法促进皮肤胰岛素的吸收。药物经皮渗透的最大阻力来自于皮肤角质层。为了突破角质层的屏障功能，需增加药物在皮肤中的渗透性。目前，纳米载药系统、一些物理学技术和化学方法已用于经皮给药的研究，并且显示出对药物良好的促渗效果。

　　1. 化学促渗剂：借助于皮下使用的化学促渗剂促进胰岛素的吸收，如胰蛋白酶改善皮肤对胰岛素的通透性[2]。胆固醇和磷脂组成的胰岛素脂质体或胰岛素囊已被开发利用，　　但由于是大分子物质，通过皮下毛孔比较困难[3]。为了解决这个问题，采用了与脂质体结构相似的胰岛素微囊，使胰岛素可以通过皮下不同的细胞层[4]。胰岛素透皮吸收制剂(transfersulin)可以达到50%的胰岛素生物效应[4]。目前胰岛素透皮吸收制剂已进入临床前的2期研究[5]。

　　2. 物理方法增加皮下组织对胰岛素的通透性：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。还有采用超声促渗(sonophoresis)的方法促进胰岛素的吸收[6]，使用离子载体(ionophores)，将胰岛素药膏涂在电极片上通电促进胰岛素吸收的方法[7]。

　　大分子药物，尤其是多肽类药物的经皮给药是全世界尚未攻克的难题。胰岛素的皮肤给药有许多不利因素如大分子的理化性质，高剂量的药效特点，使胰岛素皮肤给药极其困难。

　　三、口腔给药

　　口腔黏膜面积大(100～200 cm2)，血管丰富，蛋白水解酶的活性低，有利于蛋白质的吸收。口腔黏膜替代胰岛素注射有研究的价值。但口腔黏膜复层上皮及唾液阻碍胰岛素的吸收，个体及个体间胰岛素吸收不稳定[8]。口腔黏膜吸收的胰岛素，进入外周血循环中可直接被稀释。因此，利用促吸收剂让胰岛素与表面活性物质、胆盐、螯合剂及脂肪酸结合，促进其吸收，但效果不佳[9]。磷脂胰岛素微囊能有效促进胰岛素吸收[10]。已开发的主要剂型有舌下含片、颊部贴片或贴膜、喷雾剂等。目前较有影响的口腔黏膜给药制剂是口腔用胰岛素喷雾剂、口腔胰岛素雾化剂，代替餐时的胰岛素注射治疗1型及2型糖尿病[11-12]。胰岛素的口腔喷雾剂经口腔喷雾后，起效快，生物利用度较高，也未发现对口腔黏膜的刺激与损伤。人胰岛素气雾剂(Spray buccal Oral-Lyn)已于2005年5月13日在厄瓜多尔上市，2007年9月1日在印度上市，美国的上市正在申请中。

　　四、鼻腔给药

　　鼻腔黏膜表面有大量的绒毛，药物有效吸附面积大;鼻腔黏膜中的毛细血管和淋巴管十分丰富，有利于药物吸收，并可避免肝脏的首过效应。但鼻腔黏膜局部蛋白水解酶活性强，且敏感性高，阻碍了胰岛素的鼻腔给药。通过添加剂如表面活性物质、环状糊精、聚合的黏膜黏着剂(polymere mucoadhesive)及胰岛素微粒[13]，可促进鼻腔对胰岛素的吸收入。与皮下注射胰岛素相比，人鼻腔胰岛素的吸收快，但利用度低(仅10%～20%)，且个体间的吸收差异较大[14]。而且鼻腔的局部耐受性极差。由于胰岛素鼻腔给药生物利用度及吸收率低，局部副作用常见及长期对黏膜纤毛的刺激，胰岛素的鼻腔给药的应用前景不佳[15]。

　　五、肺部给药

　　胰岛素肺部给药有许多优势。肺泡有利于胰岛素的吸收，因为肺泡灌注面积广泛(130 m2)、灌注量大(5 L/min)而且均匀。肺部上皮薄(0.1～0.2 μm)，上皮细胞与血液循环间距短。在肺泡黏膜胰岛素的解聚快，由于蛋白酶及肽酶含量低，胰岛素在肺泡的局部降解受到抑制。药物代谢动力学的研究提示，吸入胰岛素后几乎是同时胰岛素就被快速的吸收[15-18]，但吸入的胰岛素生物利用度仅10%左右[18]。而且受伴随病变及外部因素的影响，如吸烟者胰岛素的吸收增加，哮喘患者胰岛素的吸收减少[16-17]。雾化吸入胰岛素微粒的大小影响胰岛素到达部位的深度及胰岛素在口腔及上呼吸道的存留。微粒大在黏膜的存留多，被黏膜细胞吞噬。微粒小易于胰岛素向深部扩散。研究提示最理想的微粒大小是在2～5 μm。

　　目前吸入胰岛素只有Exubera，其于2006年9月在美国上市。Exubera作用时间短，只能替代糖尿病患者日间的餐前胰岛素注射，糖尿病患者仍需要继续注射长效胰岛素。上市1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胰岛素患者肺癌的发生例数增加。其他如AERx iDMS 在即将上市阶段，被终止了研究[16]。

　　六、口服胰岛素

　　口服途径传统、方便、易于被患者接受，可以明显的改善糖尿病患者的生活质量。口服药物生产的成本较低，不需要很高的无菌条件。给药方式在药物代谢动力学上模仿生理性胰岛素的分泌，有可能成为注射剂的替代剂型。胰岛素口服给药最符合生理状态，肝脏首过效应维持了血糖的内环境的稳定。国外学者的研究提示门静脉灌注胰岛素，可导致外周胰岛素呈线性增加，而同样的剂量通过血循环输注外周胰岛素呈指数的增加。这提示胰岛素通过肝脏后，在外周组织的释放减少。因而，可以避免与高胰岛素血症有关的一些并发症如神经及视网膜病变。通过肝脏向外周组织释放胰岛素似乎是血糖调控最基本的方法。只有口服给药能够模拟这个过程。肠道的吸收面积大(200 m2)，血流量占心输出量的10%，进食时可增加4倍。然而，有许多的限制因素使胰岛素的口服给药难以实施：胰岛素是肽类物质，在消化道可以被胃酸及消化道的酶降解;胰岛素是亲水分子，肠道黏膜不易吸收。

　　目前，临床上采用酶抑制剂或适宜载体形成脂质体、纳米粒、乳剂、油相溶液及其他剂型来改进胰岛素的口服给药，提高其生物利用度，避免胃肠道对胰岛素的破坏。

　　1. 肠溶包衣技术：pH敏感材料如丙烯酸树脂类在低pH时不溶，而在pH较高的肠段溶解释放药物，从而避免药物受低pH和酶的破坏。Touitou等将胰岛素与月桂酸钠、十六醇混合装入明胶软胶囊，用不同比例的聚丙烯酸聚合物包衣。

　　2. 乳化技术：乳剂制备工艺简单，其作为胰岛素载体具有渗透力强的特点，并可根据分散相的量及环境温度的改变而转相(药物从微乳中释放)，从而达到治疗糖尿病的目的。

　　3. 微型包囊与微型成球技术：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域，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Peyer′s patch(集合淋巴结)到达肝、脾等各组织，从而改变胰岛素在体内的组织分布，提高其口服生物利用度。纳米粒是一种直径小于1 μm的粒子，作为药物载体，由于粒径小，很容易通过人体最小的毛细血管(约4 μm)，而达到药物缓释或在特定组织或靶位释药的目的。纳米粒常见的材料为聚酯类和聚合物酸酐类，方法多为界面缩聚法、乳化聚合法等。

　　4. 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。提高载药脂质体稳定性，一个简单易行的方法是制备聚合膜脂质体。聚乙二醇(PEG)形成表面膜的聚合膜胰岛素脂质体，可改善胰岛素的吸收，提高其生物利用度。

　　5. 油相制剂：将亲水性的物质溶解在疏水性的溶剂中，这种技术被称为Macrosol technique。此种方法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。动物实验表明这种油相制剂确实可以使胰岛素以外源药物的形式通过口服进入体内，降低血糖、提高体内胰岛素的水平。

　　现在，口服胰岛素进入临床试验的研究有五个：美国的Oral HDV-I(hepatic directed vesicle-insuline)[19]，运用胰岛素纳米微粒技术，现已进入Ⅲ期临床试验，但尚未公布其近期的研究结果。进入Ⅱ期临床研究的有3个：(1)以色列的ORMD-0801，运用胰岛素微粒技术。最大药物浓度在给药后4 h，作用时间24 h。用药后3 h可降低血糖7%～37%，没有发现严重的副作用[20]。(2)美国Eligen insuline，络合胰岛素技术。最大药物浓度在给药后30～50 min，主要控制餐后血糖，没有发现严重的副作用[21-22]。(3)美国与印度联合的HIM2(hexyl insuline monoconjugate 2)，胰岛素与低聚体结合。最大药物浓度在给药后10 min，作用呈剂量依赖性，耐受性好[22]。这个研究2004年进入临床Ⅱ期，但一直没有信息交流，提示这个研究可能已经停止。进入Ⅰ期的临床研究Oraldel使用纳米技术，胰岛素与糖基聚合，目前的毒理试验研究，对人体没有毒性作用。表1比较了常见不同胰岛素非注射给药方法的特点。由此可见，口服胰岛素是糖尿病患者补充外源胰岛素的好方法，可以改善糖尿病患者的治疗方法，提高糖尿病患者的生活质量。表1　胰岛素非注射途径用药方法的特点比较

　　总之，胰岛素非注射给药都有一些难以克服的问题，如吸收缓慢、药物峰值浓度低、生物利用度低等，均不能达到注射剂的效果，目前尚无法适合糖尿病临床治疗的需要。要实现胰岛素非注射给药的临床上大规模的应用，还需要材料学、 药剂学和临床医学等多学科领域的科技工作者的进一步努力。尽管这方面的研究和开发充满挑战，但由于该项技术前景广阔、具有很重要的社会意义和显著的经济价值，因此目前仍受到国际上的广泛关注和重视。随着现代医学技术的发展，胰岛素的研究会越来越深入，使用方法将越来越先进、越来越方便。今后胰岛素的新剂型、新方法还将陆续出现，为糖尿病治疗带来更大的方便。

　　【参考文献】

　　[1]　Khafagy el-S，Morishita M，Onuki Y，et al.Current challenges in non-invasive insulin delivery systems：a comparative review.Adv Drug Deliv Rev,2007,59(15)：1521-1546.17881081

　　[2]　Li YZ，Quan YS，Zang L，et al.Transdermal delivery of insulin using trysin as a biochemical enhancer.Biol Pharm Bull,2008,31(8)：1574-1579.18670091

　　[3]　Barry BW. Novel mechanisms and devices to enable successful transdermal drug delivery.Eur J Pharm Sci,2001,14(2)：101-114.11500256

　　[4]　Cevc G.Transdermal drug delivery of insulin with ultradeformable carriers.Clin Pharmacokinet,2003,42(5)：461-474.12739984

　　[5]　Prausnitz MR，Langer R.Transdermal drug delivery.Nat Biotechnol，2008,26(11)：1261-1268.18997767

　　[6]　Ogura M， Paliwal S，Mitragotri S.Low-frequency sonophoresis：current status and future prospects.Adv Drug Deliv Rev,2008,60(10)：1218-1223.18450318

　　[7]　Pillai O， Kumar N，Dey CS，et al.Transdermal iontophoretic of insulin：III.Influence of electronic parameters.Methods Find Exp Clin Pharmacol,2004,26(6)：399-408. 15349135

　　[8]　Veuillez F， Kalia YN，Jacques Y，et al.Factor and strategies for improving buccal absorption of peptides.Eur J Pharm Biopharm,2001,51(2)：93-109.11226816

　　[9]　Aungst BJ， Rogers NJ. Site dependence of absorption-promoting actions of laureth-9，Na salicylate，Na2EDTA，and aprotinin on rectal，nasal，and buccal insulin delivery.Pharm Res,1988,5(5)：305-308.2469079

　　[10]　Yang TZ， Wang XT， Yan XY，et al.Phospholipid deformable vesicles for buccal delivery of insulin.Chem Pharm Bull(Tokyo),2002,50(6)：749-753.12045327

　　[11]　Cernea S， Kidron M， Wohlgelemter J， et al. Dose-response relationship of an oral spray in six patients with type 1 diabetes：a single center，randomized，single-blind,5-way crossover study.Clin Ther,2005,27(10)：1562-1570. 16330292

　　[12]　Guevara-Aguirre J， Guevara M， Saavedra J，et al.Oral spray insulin in treatment of type 2 diabetes：a comparison of efficacity of the oral spray insulin(Oralin) with subcutaneous(SC) insulin injection，a proof of concept study.Diabetes Metab Res Rev,2004,20(6)：472-478.15386822

　　[13]　Khafagy el-S， Morishita M， Isowa K， et al.Effect of cell-penetrating peptides on the nasal sbsorption of insuln.J Control Release,2009,133(2)：103-108. 18930084

　　[14]　Cernea S，Raz I.Noninjectable methods of insulin administration.Drugs Today(Barc),2006,42(6)：405-424.16845444

　　[15]　Sickmeier R，Scheuch G.Inhaled insulin-does it become reality? J Physiol Pharmacol,2008,59 Suppl 6：81-113.19218634

　　[16]　Rave K，de la Pea A，Tibaldi FS，et al.AIR inhaled insulin in subjects with chronic obstructive pulmonary disease：pharmacokinetics，glucodynamics，safety，and tolerability.Diabets Care,2007,30(7)：1777-1782. 17456839

　　[17]　Rave K，Bott S，Heinemann L，et al.Time-action profile of inhaled insulin in comparison with subcutaneously injected insulin lispro and regular human insulin.Diabtes Care,2005,28(5)：1077-1082.15855570

　　[18]　Kapitza C，Heise 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)：119-127.15117578

　　[19]　Hoffman A，Qadri B.Eligen insulin-a system for the oral delivery of insulin for diabetes.IDrugs,2008,11(6)：433-441.18509785

　　[20]　Malkov D，Angelo R，Wang HZ，et al.Oral delivery of insulin with the eligen technology：mechanistic studies.Curr Drug Deliv,2005,2(2)：191-197.16305420

　　[21]　Wajcberg E，Miyazaki Y，Triplitt C，et al.Dose-response effect of a single administration of oral hexyl-insulin monoconjugate 2 in healthy nondiabetic subjects.Diabetes Care,2004,27(12)：2868-2873. 15562199

　　[22]　Kipnes M，Dandona P，Tripathy D，et al.Control of postprandial plasma glucose by an oral insulin product(HIM2) in patients with type 2 diabetes.Diabetes Care,2003,26(2)：421-426.12547873