278_胰岛素口服给药途径的研究进展

278_胰岛素口服给药途径的研究进展 胰岛素口服给药途径的研究进展 刘利 高崇凯 徐文进 (广东药学院药剂教研室，广东 广州 510006) 摘要:目的:综述国内外胰岛素口服给药途径的研究现状及发展状况。 方法:针对目前存在的问题，阅读国内外相关文献资料，进行分析整理和归纳。 结果:目前胰岛素口服制剂的研究重点集中在对吸收促进剂、酶抑制剂、生物粘附制剂、微粒给药系统、脂质体、乳剂的研究等方面。 结论:胰岛素口服制剂的开发研究前景广阔，但仍存在不少难以克服的问题，目前还没有上市产品。 关键词:胰岛素; 口服剂型;糖尿病; 近年来，糖尿病发病率一直呈上升，低年龄化趋势，成为继心血管病，癌症之后威胁人类生命的第三大疾病。胰岛素(insulin) 是胰腺β细胞分泌的一种多肽类激素，具有降血糖作用。自1923年开始用于治疗糖尿病，至今已有80多年的历史。胰岛素给药方式一直以注射为主，这给病人长期用药带来诸多不便与痛苦，且常伴有大量副作用发生。胰岛素的非注射给药途径研究一直是一个研究热点。国内外学者在这方面做了大量研究，并取得了很大的进展。 目前，胰岛素的非注射给药途径主要有肺部吸入给药，鼻腔给药，口腔给药，眼部给药和口服给药。其中肺部吸入给药能避免肝脏首过效应，生物利用度高，吸收迅速，是胰岛素非注射给药最有希望的给药途径之一, 但仍然存在一些问题,如药物吸收的稳定性, 长期 [1]耐受性,吸入器小型化,成本高及对肺功能的影响等。目前已有此类药品上市，如Exubera [2]胰岛素释药系统。鼻腔给药，口腔给药，眼部给药，都属粘膜给药系统，药物吸收可避免首过效应，提高生物利用度，但需要用到吸收促进剂，可能对粘膜造成损伤，至今仍未找到 [3]一种理想的吸收促进剂。 口服给药是胰岛素最理想的给药方式，其主要的优点在于:(1)容易模拟人体胰腺自然分泌胰岛素的生理模式;(2)经正常肝代谢路径代谢，可以减低糖尿病并发症的发生;(3)服用方便，患者顺应性好。但普通的胰岛素口服制剂生物利用度只有0.1%—0.2%，无临床意义。其主要原因有以下几点:(1)胰岛素易被胃肠道内的消化酶降解;(2)胰岛素分子量大，且分子间有很强的聚合趋势，难以透过吸收屏障; (3)存在肝脏首过效应; (4)制 [4]备过程中的胰岛素构象问题。针对这些问题，目前国内外学者主要从以下方面进行了研究。 1. 吸收促进剂、酶抑制剂 与生物粘附制剂 吸收促进剂可以增加肠粘膜的通透性，疏松上皮细胞间的紧密联结，促进肠粘膜对大分子的吸收。许多研究明，将吸收促进剂混入胰岛素中经口服给药，可显著增加药物的降血糖作用。目前使用的促进剂主要有以下几种类型:(1)螯合物类,如EDTA、柠檬酸、水杨酸盐、烯胺(;2)合成表面活性剂类, 如月桂醇硫酸钠(;3)天然或半合成表面活性剂类, 如胆酸盐、梭链孢酸衍生物; (4)脂肪酸及其衍生物类, 如辛酸钠(C8)、癸酸钠(C10)、甘油一油酸脂等。 酶抑制剂能抑制胃肠道酶的活性，减缓胃肠道消化酶对胰岛素的降解，延长胰岛素在吸收部位的停留时间，增加胰岛素被吸收的可能性。常见的酶抑制剂有抑肽酶，胰蛋白酶抑 [5]制剂，凝乳蛋白抑制剂，Bow-man-Birk 酶抑制剂。MorishitaM 研究表明抑肽酶Bow-man-Birk降糖作用相对于对照组增加了50%以上。 吸收促进剂与酶抑制一般与其它制剂方法结合使用，如作为附加物加到到包衣，微囊， 1 脂质体等剂型的处方中，以提高胰岛素生物利用度。 但吸收促进剂与酶抑制剂还存在一些问题需要解决。吸收促进剂可能会对肠粘膜造成不可逆性损伤，大部分促吸收剂的分子量较低，导致促吸收剂可能先于大分子药物进入胃肠 [6]上皮细胞。 对于酶抑制剂，由于胃肠道内不同降解酶对胰岛素的稳定性的影响不同，确 [7]定合适的酶抑制剂种类及其用量的方法还值得进一步研究。 生物粘附材料能与肠道粘膜上的粘蛋白接触后，由于机械嵌合，化学键，或范德华力的作用相互吸引，表现出生物粘附性，黏附在肠粘膜上，使胰岛素与肠道内膜贴近，延长胰岛素停留时间，使局部胰岛素浓度更高，因而有利于胰岛素的吸收。常用的生物粘附材料有壳聚糖及其衍生物，丙烯酸聚合物类如卡波姆等。研究表明，这些生物粘附材料既有吸收促 [8]进作用又有酶抑制作用。如丙烯酸类聚合物能通过松弛粘膜上皮细胞的紧密连接，增加上 [9]皮细胞间微孔传递，还能通过竞争性的结合钙离子而抑制钙离子依赖性酶如胰蛋白酶。 [10]Kathryn Whitehead研究了肠粘附片应用胰岛素口服给药，将卡波姆934，果胶，羧甲基纤维素纳以1:1:2混合作为基质，与胰岛素均匀混合，制成厚度为400μm，直径为1-4 mm的生物粘附薄片，其中一面普通包衣，一面以水不溶性乙基纤维素包衣，将生物粘附片装入胶囊中，得到生物粘附胶囊。在小肠内，胶囊溶解，生物粘附片被释放，然后粘附在小肠壁上，乙基纤维素包衣面暴露于肠道中，既阻止胰岛素向外扩散，不被肠内容物稀释，保持较高浓度，又保护胰岛素不被蛋白酶降解。体外灌流试验表明，黏附片与肠粘膜黏附4小时后， 2黏附力可达到1.0-2.7N/CM，胰岛素从粘附片中单向释放，可以持续4小时。加入吸收促进剂肝胆酸钠，可以促进吸收，但作用不明显。大鼠体内试验证明，服用剂量为腹腔注射的2-10倍即(1-10 IU/kg)时，可达到与腹腔注射相同的降糖效果(50%)，据报道，即使最有希 [11]望的口服剂型，要达到同样效果给药剂量需75-100 IU/kg。安全性试验还表明，大鼠粘膜正常，生物粘附片对胃肠道无副作用。 可以看出，肠黏片应用于口服胰岛素给药很有发展前景。因为:(1)肠黏片因为其特殊结构，使胰岛素在肠道中局部浓度增高，酶降解作用降低，渗透性增加，相对于其他制剂吸收的更多，因而生物利用度大大提高。(2)由于肠黏片的这种特性是由其特殊的物理结构而不是化学组成决定的，还可以通过优化生物粘附基质的组成材料和比例调节其释药速度和量。(3)所用的生物粘附材料都是稳定， 无毒，辅料不存在很大的安全性问题。 肠黏片有可能作成以下几种制剂:(1) 释放迅速的短效制剂;(2)缓慢释放的长效制剂;(3)将速释片与缓释片合理搭配装胶囊，模拟体内胰岛素自然释放模式。 2. 微粒给药系统 微粒载药制剂包括微囊，微球，纳米粒，纳米囊，都是直径在10nm-1000nm 的微粒。在人和动物小肠内含有丰富的淋巴组织，有些部位组成分散的集合体，称peyer 结，约占整 [12]个肠道粘膜的25%左右，能让淋巴因子和一些颗粒进入循环系统。在小肠peyer 结的囊泡中有一种M-细胞，溶酶体相对较少，有利于完整大分子和颗粒的穿膜运输，很少降解。微粒制剂可能是通过M-细胞的胞间紧密连接部位，以被动扩散形式被小肠吸收。将胰岛素包裹入微粒制剂中可以保护胰岛素不被胃酸破坏，抑制蛋白酶的降解，增加吸收。将胰岛素包裹进微粒制剂中能显著提高胰岛素的生物利用度。 [13]于晓玲，陈志坚 用乳化聚合法用甲基丙烯酸树脂?作包封材料，加入胰岛素与吸收促进剂制得胰岛素肠溶微球，大鼠实验显示，血糖在0.5小时开始下降，7 小时内维持低血 [14]糖水平，胰岛素水溶液和空白微球则无降糖作用。他们还对口服胰岛素肠溶微球与灌肠对糖尿病大鼠的降糖作用进行了对比研究，结果显示，灌肠比口服起效快，但作用时间短，3-5小时血糖维持较低水平，7小时血糖恢复正常值，且回肠对胰岛素吸收最好。 [15]T. Morcol等人将胰岛素加入到硫酸钙，PEG3350中，合成复合物，再用酪蛋白包衣， 2 制得硫酸钙-PEG-胰岛素-酪蛋白复合物微球(CAPIC)，小鼠体内实验表明，胰岛素在微粒中保持了生物活性，由于酪蛋白的保护作用，胰岛素胰岛素释放具有pH敏感性在胃中不被胃酸破坏，到达小肠才开始释放，并具有缓释效果，生物利用度较不加酪蛋白微球高。CAPIC微球可以用作多种大分子口服给药的载体。 [16]吴琼珠 平其能研究胰岛素硬脂酸纳米粒在小肠部位的吸收，回肠中的吸收明显高于其他肠段，其降血糖作用因给药部位的不同而不同(回肠60.34%，空肠48.38%，十二指肠 [17]46.75%)，回肠为最佳吸收部位。吴琼珠 平其能对胰岛素硬脂酸纳米粒的结构与抗消化酶的特点进行了研究，胰岛素硬脂酸纳米粒为球型，平均粒径为55.3nm，多分散性指数为0.643。胰岛素硬脂酸纳米粒中胰岛素具有生物活性，可抵抗消化酶降解，而空白硬脂酸纳米粒与胰 [18]岛素混合物不能抗消化酶降解，胰岛素被包裹进纳米粒中并得到有效保护。他们进一步研究胰岛素硬脂酸纳米粒的包封率及对大鼠降血糖作用。其平均包封率为(40.12?2.85)%,含量为5.16?0.36IU/ml。给糖尿病大鼠分别口服10IUkg和20IUkg的纳米粒,与口服胰岛素溶液(20 IU/kg)相比,其降血糖效果均有特别显著性差异(P<0.01),与皮下注射胰岛素注射液(1 IUkg)相比,其相对生物利用度分别为34.50%和44.69%,说明硬脂酸可试用为蛋白质、多肽类药物口服给药的有效载体。 [19]Pan等将胰岛素、壳聚糖和三聚磷酸盐离子混合,通过后两者的离子凝胶反应得到带正电荷稳定的壳聚糖纳米粒子,直径为250~400nm,包裹率为80%。体外释放实验发现,胰岛素释放具有pH敏感性。将21IU/kg纳米粒口饲糖尿病大鼠后,大鼠体内低血糖持续15h以上,平均药理生物利用率与注射对照达到14.9%,效果远远优于壳聚糖-胰岛素溶液。 这些研究表明，将胰岛素包裹于微粒制剂中，能有效地加强吸收，与其它方式协同使用，如加入吸收促进剂，酶抑制剂，生物粘附材料，包肠溶衣，使胰岛素少受胃酸，蛋白酶降解，可明显的提高其生物利用度。微球，纳米粒等在回肠部位吸收最好，可能是由于回肠具有丰富的peyer 节，微粒可选择性的趋向于peyer 节表面，通过M细胞转运吸收，但其具体的转 [16]运机制还有待研究。 3. 脂质体 脂质体具有同生物膜性质类似的磷脂双分子层结构，用脂质体作为药物载体用于口服给药，具有许多优点:本身对人体毒性小，且对人体无免疫抑制作用;在体内使药物具有定向靶向性特征，使药物主要在肝，脾，肺等组织器官中积蓄，可以提高药物的治疗指数;保护双分子层内的药物不受胃酸破坏，消化酶降解;通过胞饮和胞吞作用促进胃肠道对药物的吸收;可以脂质体处方组成，使脂质体具有不同的表面性质，按治疗目的设计出多种药物释放模型。采用口服胰岛素脂质体是胰岛素口服给药制剂中非常有前途的一种。 [20]吴正红等采用逆相蒸发法制备聚维酮-胰岛素脂质体,发现聚维酮分子量增加,胃蛋白酶对胰岛素的降解作用随之减弱。此后还采用逆相蒸发法制得胰岛素脂质体,用壳聚糖进行包覆,优化壳聚糖包覆胰岛素脂质体,优化后的制品经口服后,血糖值下降至最低时分别为实 [21]验前的39.13%和16.94%。吴正红等还采用逆向蒸发法制备胰岛素脂质体，并用壳聚糖和EDTA轭合物双层包覆，用正交实验设计优化处方，经优化后得到的双层包覆胰岛素脂质体经糖尿病模型大鼠口服后，其相对药理生物利用度可达14.78%。由于壳聚糖具有良好的吸收促进和生物粘附作用，EDTA轭合物有酶抑制作用，两者对胰岛素脂质体进行双层包覆，可以促进胰岛素的吸收，延长脂质体在肠道中的滞留时间，减少胰岛素的降解，从而有利于提高其口服生物利用度，具有较好的降血糖效果。 [22]Kazunori Iwanaga等用粘蛋白或PEG 对脂质体进行包衣，试验结果显示，不含胰岛素的脂质体无降糖作用，未包衣脂质体使血糖水平下降很快，但作用时间很短，小于3小时，而用粘蛋白或PEG包衣脂质体降糖作用缓慢，持续时间远远长于未包衣脂质体。未包衣脂质 3 体在胃肠道内极不稳定，易被胆酸消化，经粘蛋白或PEG包衣，可以保护脂质体不被胆酸消化，增加其在肠道内的稳定性，还能增加药物与胃肠道粘膜的接触时间和几率，因而能提高 [23]生物利用度。Kazunori Iwanaga还研究脂质体在胃肠道的吸收部位，得出在回肠段效果最 [24]佳，其应该与peyer节有关。脂质体更能维持动物体内低血糖。Kisel研究了二棕榈酰卵磷脂和二棕榈酰磷脂酰基乙醇混合物的向温性、对胰腺磷脂酶A2的抗水解性,并制备了3种不同组成的胰岛素脂质体,口饲糖尿病大鼠发现3种混合物均具有不同程度的降血糖性。 尽管脂质体有利于提高胰岛素口服给药的生物利用度和病人的顺应性, 但这种途径仍存在很大的局限性:?在制备过程中, 胰岛素浓度被稀释, 因此需要增加胰岛素剂量, 才能满足治疗需要; ?包封率较低; ?进入体内后,稳定性差。而且，影响脂质体中胰岛素被机体吸收的因素还有很多，有些因素还未被了解，口服脂质体的研究还有待进一步发展。 4 乳剂 复乳具有两层或多层液体乳膜的结构，既可以控制药物的扩散速度，对药物进行缓释和控释，又可使包覆在内水相中的药物不被胃肠道消化酶破坏。很适合作为蛋白多肽类药物口服给药的载体。 [25-26]目前胰岛素乳剂研究主要是W/O/W型复乳。Silvar Cunha等报道了采用W/O/W型复乳制备了口服胰岛素药物,系统地研究了配方,包封率,体外抗酶解作用,稳定性等,并通过正常和糖尿病鼠的口服实验表明该制剂有明显的降血糖作用, 研究显示胰岛素从复乳中释放是通过溶胀—爆破机理。复乳中加入吸收促进剂或酶抑制对吸收无明显促进作用，影响胰岛素吸收的主要因素是胰岛素本身的聚合状态，当胰岛素是二聚体是吸收较好。但是这种多次口服这种复乳后，由于处方中油浓度太高，会引起腹泻，脂肪变性等副作用。复乳中水相中的胰岛素具有表面活性，可被吸附在水油相界面上形成蛋白质复集层，另外胰岛素具有较 [27]高的表面张力，这些又有可能影响复乳的结构和稳定性。Fabienne Cournarie 等研究了脂肪浓度低时胰岛素复乳的稳定性问题和胰岛素对复乳的结构和稳定性的影响。在复乳中加入两种表面活性剂，可以使复乳处方中脂肪浓度降低20%，所得胰岛素复乳可以稳定放置两年。胰岛素对复乳结构和稳定性都有影响，但可以用HLB值低的表面活性剂进行控制，效果很好。 最近有人用自微乳化释药系统用于胰岛素的口服给药，可以保护胰岛素并增加其生物利用度。自微乳化释药系统是指，由油相，非离子表面活性剂，助乳化剂形成的均一透明的包含药物的溶液，在环境温度和轻微搅动下，由于高含量，高HLB的表面活性剂和助乳化剂 [28 ]的存在，自发乳化形成粒径,100nm的乳剂。当药物加入自微乳化系统中用于口服后，在肠道中，自发形成微乳。药物被包裹在表面活性剂形成的界面膜内，可增加其在肠道的稳定性;亲水性的药物在表面活性剂-油组成的胶体溶液中分散成微乳，增加了脂溶性，从而 [29 ]增加药物通过肠道内的M细胞，或淋巴细胞的吸收;金方在他的博士论文中研究了胰岛素的自微乳化给药系统，用TWeen 80, 聚氧乙烯氢化蓖麻油(2:1)葵酸甘油脂，盐酸，壳聚糖为处方，用冷冻干燥法制的冻干粉末，口服到体内后，自微乳化形成微乳，发挥药效。体内外试验表明，此系统有较好的降血糖作用，处方中的壳聚糖可以提高微乳的物理稳定性和胰岛素酶降解稳定性，促进吸收。处方中所用到的辅料及微乳的形成对肠粘膜无毒性，具有良好的安全性。 5 其他 5.1 结肠定位片 结肠中蛋白消化酶类少而浓度小，酶活性低，结肠壁对大分子物质的屏障作用比小肠壁小，而且，药物在结肠中停留时间长，基本上能避免肝脏首过效应，因此非常适合蛋白质多 [30]肽类药物的吸收。胰岛素口服结肠定位给药引起了许多研究者的关注。Masataka Katsuma等以能被肠道细菌降解的乳果糖为载体，加入柠檬酸为增溶剂，甲葡胺为PH调节剂，并加 4 入肝胆酸钠为吸收促进剂制成结肠定位片，给狗服用后测定其血糖浓度和胰岛素水平，肝胆 酸钠结肠定位片的最大血糖浓度与参比制剂有显著性差别，显示出较好的降血糖效果。吸收 促进剂肝胆酸钠可以防止胰岛素聚集，对胰岛素结肠定位片有吸收促进作用，能增加其降血 糖作用。 5.2 肠溶包衣 将胰岛素制剂用肠溶材料进行包衣，可以避免胰岛素被胃酸降解，是提高胰岛素生物 利用度的另一种方法。一般与其他制剂方法共同使用，如将脂质体包衣，微丸(微囊)，纳 [31]米粒包衣等等。刘敏等采用相分离法以丙烯酸树脂为载体材料研制了口服胰岛素肠溶微 球。体外实验得知微球中有约14%的胰岛素在人工胃液中释放,这些损失的胰岛素可能与微 球表面吸附的药物有关,而在人工肠液中,胰岛素的释放度可达96%以上,且微球全部溶解。 综上所述, 口服胰岛素是一项具有挑战性的课题，这不仅因为世界范围内糖尿病发病率 的升高, 还表现在尽管有关口服胰岛素的研究很多, 但仍未有较有效的胰岛素口服制剂应用 于临床, 口服给药存在的主要问题仍在于:(1)在胰岛素口服制剂的制备，储存和使用过程 中如何保持胰岛素的生理活性, 稳定胰岛素构型; (2)如何减少胰岛素分子多聚体形成, 促 进胰岛素小肠的吸收;(3)如何进一步减轻消化道酶对胰岛素的降解作用。能否很好地解决 以上问题是胰岛素口服制剂研究成败的关键,也是今后研究的努力方向。 参考文献 [1] 王军红等 胰岛素肺部吸入制剂的研究进展 [J] 国外医学药学分册，2005， 32(3): 206-209 [2] Barnett AH. 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