胰島素緩控釋制劑的研究進(jìn)展

李寒梅, 王 瑤， 謝 娜， 董倩倩， 胥茹君， 劉 迪， 陳雪玲(成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

0 引 言

目前，糖尿病患者數(shù)目呈逐年增加的趨勢，這種趨勢在我國表現(xiàn)得尤其突出.糖尿病的死亡率僅次于心血管病和腫瘤，位列第三名.糖尿病分為I型和II型糖尿病，但不論是I型還是II型糖尿病，利用胰島素治療都是一種非常重要的手段.眾所周知，口服給藥是患者順應(yīng)性最好的一種給藥方式，但是由于胰島素為多肽蛋白質(zhì)類藥物，經(jīng)口服給藥易被胃液與腸液降解，另外，即使未被降解，胰島素分子也很難透過小腸上皮細(xì)胞而被吸收入血液循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮療效.因此，胰島素口服給藥仍處于研究階段，而皮下注射給藥仍是目前最主要的給藥途徑.但胰島素的皮下注射劑也存在一些問題，例如，作用時間短、需頻繁給藥、注射部位易出現(xiàn)紅腫、發(fā)癢及皮下脂肪萎縮等.而原位緩控釋制劑可在極大程度上解決這些問題，與普通制劑相比，原位緩控釋制劑具有作用時間長、使用方便、釋藥平緩和毒副作用小等優(yōu)點(diǎn)[1].目前，胰島素的緩控釋制劑主要有脂質(zhì)體、微球、納米粒和凝膠等，這些制劑可長時間維持穩(wěn)定的血藥濃度，大大減少給藥次數(shù)，提高患者的依從性，減少藥物不良反應(yīng).對此，本綜述擬總結(jié)胰島素的原位緩釋給藥系統(tǒng)，為相關(guān)的研究提供相應(yīng)參考.

1 微粒給藥系統(tǒng)

微粒給藥系統(tǒng)將藥物分散或者包埋微粒中，利用微粒在體內(nèi)分布的特殊性，從而改善藥物的治療效果.相關(guān)研究表明，微粒給藥系統(tǒng)在體內(nèi)的分布取決于微粒的粒徑：粒徑較大者通過機(jī)械性栓塞作用分布于體內(nèi)特定部位；粒徑較小者則主要聚集在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)所在部位；粒徑更小的微粒則可逃開吞噬細(xì)胞的攝取.該系統(tǒng)可增加難溶性藥物的溶解度、生物利用度及增強(qiáng)穩(wěn)定性，緩釋作用非常明顯[2].近年來該系統(tǒng)成為科研人員的研究熱點(diǎn)，發(fā)展迅猛，在藥劑學(xué)領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景，將該系統(tǒng)應(yīng)用于胰島素的新劑型包括脂質(zhì)體、微球、納米粒等.

1.1 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是一種雙分子層囊泡，其結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜類似，能將藥物包裹在類脂雙分子層中.由于藥物的親油、親水性不同，使其可以以不同的方式與脂質(zhì)體連接，脂質(zhì)體再將其運(yùn)送至靶部位產(chǎn)生藥效[3].研究表明，脂質(zhì)體的作用包括：①能夠提高藥物的溶解度.胰島素在溶液中的溶解度有限，將其做成脂質(zhì)體制劑能夠適當(dāng)增加藥物濃度，使得給予小體積的劑量則能保持相對較長的治療時間.②延長藥物作用時間.一些普通胰島素制劑的作用時間較短，將胰島素做成脂質(zhì)體能夠較長時間使患者的血糖維持在正常水平.③增加藥物的穩(wěn)定性.胰島素在光照或常溫條件下容易降解，做成脂質(zhì)體恰好克服了胰島素的該項(xiàng)缺點(diǎn)[4].例如， 張煊等[5]將胰島素溶液、胰島素脂質(zhì)體及聚乙二醇修飾的胰島素脂質(zhì)體以靜脈注射的方式給予大鼠， 結(jié)果顯示聚乙二醇修飾的胰島素脂質(zhì)體能緩慢釋放胰島素， 其降血糖作用十分明顯.

1.2 納米粒

納米粒是一類以天然或合成高分子材料為載體制成的粒徑為10～100 nm的固態(tài)膠體微粒.納米?？煞譃楣羌芄腆w型納米球和膜殼藥庫型納米囊，將藥物溶解、包裹或吸附于納米囊或納米球中則成為載藥納米粒.研究證實(shí)，胰島素可以通過與載體材料鍵合或者被高分子材料包埋的方式進(jìn)入到納米粒子的內(nèi)部，也可以利用某種吸附作用附著于納米粒子的表面而形成固態(tài)膠體粒子.這可保護(hù)胰島素免受胃酸和相關(guān)酶的作用，使藥物半衰期延長，以維持血藥濃度，增長作用時間，有效減少給藥次數(shù)，降低因藥劑過量引發(fā)低血糖的風(fēng)險(xiǎn)，從而增加胰島素穩(wěn)定性，改善藥物溶解度[6].同時，納米藥物載體經(jīng)特定基團(tuán)修飾后可達(dá)到主動靶向遞藥的目的，增強(qiáng)藥物對病灶的靶向特異性[7-9].由于納米粒表面具有多個結(jié)合位點(diǎn)，可結(jié)合不同性質(zhì)的物質(zhì)或基團(tuán)，因而納米粒在胰島素遞藥系統(tǒng)方面的應(yīng)用比較廣泛.例如，Zhang等[10]利用膽酸分子修飾殼聚糖納米粒載胰島素，不僅具有肝靶向作用，而且能有效地增強(qiáng)胰島素的降血糖作用.

此外，3-羥基丁酸-3-羥基乙酸聚合物(PHBHHx)為可生物降解的納米載體材料，具有較強(qiáng)的親脂性，而胰島素有一定的親水性，為提高胰島素在PHBHHx納米粒中的包封率，Peng等[11-13]將胰島素與磷脂混合制備成胰島素-磷脂復(fù)合物(INS-PLC)，在INS-PLC形成后，胰島素的親脂性增強(qiáng)，在PHBHHx中的載藥量和包封率大大提高.胰島素-磷脂復(fù)合物PHBHHx納米粒(INS-PLC-NPs)大多呈球形且尺寸均勻.在皮下注射INS-PLC-NPs(4 IU/kg)后0.5 h，血糖水平下降至70%，在2 h為最低血糖水平16.66%，顯著低于皮下注射胰島素溶液組.INS-PLC-NPs組血糖水平在注射后83.5 h才升高至70%，這明顯長于胰島素溶液.該研究表明，INS-PLC-NPs屬于較理想的胰島素緩釋制劑.吳蕾等[14]利用pH敏感聚乙二醇—聚己內(nèi)酯—聚甲基丙烯酸-N,N-二乙氨基乙酯(mPEG-PCL-PDEAEMA)制備載胰島素緩釋納米粒，并考察其在體內(nèi)外的緩控釋及降血糖效果，同時，分別以mPEG5k-PCL13k-PDEAEMA10k和mPEG5k-PCL10k-PDEAEMA10k 2種材料制備了載胰島素納米粒.體外釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，mPEG5k-PCL13k-PDEAEMA10k納米粒在前8 h的突釋量較低，在120 h的累積釋放藥量更低，緩釋時間更長；體內(nèi)降糖效果考察結(jié)果顯示，mPEG5k-PCL13k-PDEAEMA10k的降血糖作用可持續(xù)48 h，約為mPEG5k-PCL10k-PDEAEMA10k降血糖作用持續(xù)時間的4倍.該研究表明，此種pH敏感三嵌段聚合物mPEG-PCL-PDEAEMA是胰島素緩釋制劑較為理想的載體.

1.3 微 球

微球是指藥物分散或被吸附在高分子聚合物基質(zhì)中而形成的微小球狀實(shí)體，其粒徑一般在1～250 μm之間[15].微球是常用的具有長效緩釋或靶向作用的制劑，將微球作為胰島素的載體，能夠緩慢釋放胰島素這類蛋白多肽類藥物，延長作用時間，從而大大提升患者用藥的依從性，可在一定程度上減輕糖尿病患者的痛苦.目前，微球制劑在臨床上已突顯優(yōu)勢，是一種極具潛力的劑型.此外，微球制劑產(chǎn)品附加值較大，市場前景廣闊，已成為藥物研發(fā)的熱點(diǎn).

近年來，關(guān)于胰島素緩控釋微球有很多的研究報(bào)道，然而由于蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性，胰島素緩控釋微球在體內(nèi)的釋放效果不是很理想，主要問題是初始的高突釋行為，突釋效應(yīng)常常發(fā)生在釋藥初期，在短時間內(nèi)藥物大量釋放[16].影響微球釋藥的因素有很多，例如，藥物的種類、聚合物的種類和微球的制備方法等.為了減少胰島素微球制劑的突釋效應(yīng)，Kenneth等[17]將胰島素聚乙二醇化，聚乙二醇化胰島素可與聚乳酸—羥基乙酸共聚物(PLGA)共溶于二氯甲烷，然后通過單一水包油乳液法制備微球.結(jié)果顯示，經(jīng)過聚乙二醇化的胰島素仍保留生物活性，通過此法所制備的胰島素微球沒有明顯的突釋現(xiàn)象，對后期胰島素緩釋有極大的益處.楊辰辰等[18]制備了泊洛沙姆水凝膠和胰島素固體植入劑，其研究發(fā)現(xiàn)，溫敏型水凝膠胰島素微球擁有長達(dá)72 h的持續(xù)降血糖作用，水凝膠胰島素微球的固體植入劑的降血糖持續(xù)時間還可以在此基礎(chǔ)上延長24 h，大大減少用藥頻率，從而提高了糖尿病的臨床治療效果.

2 原位凝膠

原位凝膠，是指一種以液態(tài)給藥后，在用藥部位發(fā)生相變化，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或者半固體藥物儲庫的新型緩控釋給藥載體[19].合理地利用原位凝膠的緩控釋性能，用原位凝膠作為載體給藥，可大大降低給藥頻率.研究發(fā)現(xiàn)，原位凝膠的相態(tài)可隨溫度、離子強(qiáng)度、pH值的改變而改變，從而使溶液在用藥部位轉(zhuǎn)變成半固體制劑[20].按照原位凝膠相態(tài)改變的條件，可將原位凝膠分為溫度敏感型凝膠、離子敏感型凝膠以及pH敏感型凝膠等[21].目前，泊洛沙姆是常見的用于制備溫度敏感型凝膠的材料，它是由聚氧乙烯和聚氧丙烯聚成的嵌段共聚物，其具有毒性小、體內(nèi)可降解、可增加難溶物的溶解度等優(yōu)點(diǎn)[22].比如，質(zhì)量濃度為20%～30%的泊洛沙姆407(P407)水溶液在低溫下為液態(tài)，而當(dāng)溫度達(dá)到體溫即轉(zhuǎn)變成凝膠狀態(tài)，具有特殊的反向熱膠凝性質(zhì).因此，P407作為緩釋系統(tǒng)的載體具有優(yōu)越性[23].印娜等[24]研究發(fā)現(xiàn)，以P407作為藥物載體，注射入體內(nèi)后變?yōu)槟z，可以延長藥物在給藥部位滯留時間.Ur-Rehman等[25]考察了殼聚糖原位凝膠中殼聚糖對P407凝膠載藥量和截留性能的影響，結(jié)果顯示泊洛沙姆凝膠在生理?xiàng)l件下溶解相對較快，極大地限制了它在緩控釋制劑方面的應(yīng)用.為了解決這個問題，研究人員通過改變其結(jié)構(gòu)或摻入黏膜黏附聚合物如海藻酸鈉、聚卡波非、角叉菜膠或殼聚糖來改善泊洛沙姆系統(tǒng)的強(qiáng)度、黏膜黏附性和停留時間.例如，陽離子殼聚糖(CT)與陰離子三聚磷酸鈉(TPP)混合后，可形成離子型凝膠，通過雙注射器法制備含CT和TPP的P407原位凝膠制劑，大大增加了P407凝膠的藥物負(fù)載和控釋能力.且該體系不僅具有相當(dāng)好的注射性，而且大大減慢了在生理?xiàng)l件下的溶解.Barichello等[26]將P407用于制備胰島素緩控釋制劑，發(fā)現(xiàn)P407的濃度和pH值會影響藥物緩釋的效果，質(zhì)量濃度為30%、pH值為7.0的P407緩釋效果最好.

此外，Kang等[27]開發(fā)了基于原位凝膠的單劑量胰島素遞送系統(tǒng)，即將聚乳糖(PLA)溶解在疏水性(苯甲酸芐酯)和親水性(苯甲醇)溶劑混合物中制得原位形成凝膠制劑.其研究發(fā)現(xiàn)，通過控制溶劑系統(tǒng)的組成比例和聚合物濃度，可以容易地調(diào)節(jié)來自原位形成凝膠的胰島素釋放.而來自注射部位的組織樣品的組織學(xué)研究顯示，其初始輕度組織刺激反應(yīng)，并且炎癥反應(yīng)隨著植入時間而減少.基于空白和胰島素加載系統(tǒng)之間的類似組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，胰島素本身不會從原位形成凝膠系統(tǒng)誘導(dǎo)額外的炎癥反應(yīng)，即具有一定的生物相容性.

研究表明，人體內(nèi)胰島素儲存在鋅基六聚體中，而鋅基六聚體一旦分泌到血液中，就會分解成二聚體，最后分解成單體，即為胰島素的活性形式.若在凝膠庫中加入鋅，則可以延長胰島素的釋放周期，并能保護(hù)其不折疊或誤折疊，從而提高胰島素的穩(wěn)定性.比如，殼聚糖—鋅—胰島素復(fù)合物在熱敏性三嵌段共聚物聚乳酸—聚乙二醇—聚乳酸(PLA-PEG-PLA)給藥體系中，能維持胰島素結(jié)構(gòu)完整性、長期控制胰島素釋放.Oak等[28]通過生物相容性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，皮下注射殼聚糖—鋅—胰島素復(fù)合物組在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，沒有觀察到慢性炎癥或壞死的跡象.體內(nèi)釋放研究結(jié)果顯示，殼聚糖—鋅—胰島素(45 IU/kg)復(fù)合物給藥組血清胰島素水平維持在40 μU/mL以上，70 d后才逐漸恢復(fù)到基線水平，與單獨(dú)使用胰島素相比有明顯的緩釋作用.高婷婷[29]對殼聚糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，使其在堿性條件下與1,2-環(huán)氧丁烷反應(yīng)，從而生成羥丁基殼聚糖.然后以羥丁基殼聚糖制備溫敏型載胰島素水凝膠.羥丁基殼聚糖的細(xì)胞相容性和血液相容性均較好.體外釋放顯示，該水凝膠在48 h后，仍還有約一半的胰島素未釋放，具有良好的緩釋作用.因此，該水凝膠具有良好的生物相容性，對胰島素等蛋白多肽類藥物有一定的緩釋效果.

3 葡萄糖響應(yīng)胰島素遞送系統(tǒng)

研究表明，葡萄糖響應(yīng)胰島素遞送系統(tǒng)可以在血糖水平變化時自我調(diào)節(jié)胰島素的釋放，該系統(tǒng)通常由葡萄糖氧化酶和對酸堿度敏感的聚合凝膠組成.在此系統(tǒng)下，藥物的釋放原理是載體發(fā)生形變或被降解，破壞了體系的結(jié)構(gòu)從而使包載的胰島素釋放，并且胰島素載體的不同種類可使該系統(tǒng)具有不同的性能特點(diǎn)，適用范圍更廣[30].自組裝短肽原位凝膠可用作蛋白藥物載體，以自組裝短肽RAD16-I為代表，在接觸到磷酸鹽緩沖溶液后能夠迅速形成水凝膠，蛋白容易從中釋放并表現(xiàn)出一定的控釋作用，蛋白質(zhì)類藥物的結(jié)構(gòu)完整性和活性得到了很好的保持[31].研究發(fā)現(xiàn)，由于紅細(xì)胞生物相容性高、壽命長、內(nèi)部容量大，對酸堿度敏感的自組裝肽水凝膠可以響應(yīng)環(huán)境酸堿度和高含水量的機(jī)械力進(jìn)行可逆的自組裝.基于紅細(xì)胞的胰島素遞送系統(tǒng)的生物相容性好、對人體幾乎無刺激、具有超快的葡萄糖響應(yīng)性、高負(fù)載量等特點(diǎn)[32].基于葡萄糖感應(yīng)元件的胰島素遞送系統(tǒng),其感應(yīng)元件包括葡萄糖氧化酶(GO)、凝集素蛋白(Con A)和苯基硼酸(PBA)衍生物.基于蛋白質(zhì)的GO和Con A的臨床應(yīng)用經(jīng)常受到其不穩(wěn)定性、細(xì)胞毒性和免疫原性的阻礙.合成的PBA衍生物在水性環(huán)境中的葡萄糖響應(yīng)性、耐久性和穩(wěn)定性以及成本方面明顯優(yōu)于基于蛋白質(zhì)的組分，使其成為葡萄糖調(diào)節(jié)的胰島素遞送系統(tǒng)的理想候選.特別是，基于PBA的聚合物水凝膠結(jié)合了PBA的理想特征和水凝膠的顯著特征，這不僅可以智能地介導(dǎo)響應(yīng)環(huán)境葡萄糖水平的胰島素釋放行為，而且能夠通過使用微創(chuàng)方法來提供藥物貯庫以實(shí)現(xiàn)持久性治療效果.目前，該技術(shù)已廣泛用作葡萄糖調(diào)節(jié)胰島素輸送平臺.

Xia等[33]以小鼠紅細(xì)胞制備了基于紅細(xì)胞的胰島素遞送系統(tǒng)，并考察了其體內(nèi)外穩(wěn)定性.先將紅細(xì)胞從血樣中離心出來，再用低滲透析法將胰島素包封于紅細(xì)胞中，不同的初始胰島素濃度會影響在紅細(xì)胞中的包封率.體外穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，9 h后仍有80%左右的胰島素未被釋放，說明該系統(tǒng)有一定的緩釋作用.Zhao等[34]開發(fā)了一種鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)修飾的HA水凝膠，該水凝膠以PBA功能化的聚乳酸—羥基乙酸共聚物(PLGA)微粒(表示為MP-凝膠)作為葡萄糖響應(yīng)，且可注射和可生物降解的胰島素遞送系統(tǒng).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MP-凝膠系統(tǒng)能夠提供葡萄糖調(diào)節(jié)的胰島素釋放，具有高血糖反應(yīng)率和正常血糖狀態(tài)下的低滲漏.在單次皮下注射到STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中后，裝載胰島素的MP-凝膠可以在正常范圍內(nèi)達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)血糖水平約2周.Li等[35]開發(fā)了一種新型的生物相容性葡萄糖響應(yīng)胰島素遞送系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一種對酸堿度敏感的肽水凝膠作為負(fù)載葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和胰島素的載體.該肽在生理?xiàng)l件下可以自組裝成水凝膠，當(dāng)遇到低血糖時，鄰近的堿性氨基酸側(cè)鏈由于葡萄糖向葡萄糖酸的酶促轉(zhuǎn)化降低了局部酸堿度而被顯著排斥.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能在體外調(diào)節(jié)血糖水平，而且能在STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型中調(diào)節(jié)血糖水平.此外，一些學(xué)者通過對納米粒材料的性質(zhì)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)了一些獨(dú)特的胰島素輸送系統(tǒng)，例如，Sun等[36]基于糖和苯基硼酸之間的硼酸酯鍵對pH條件敏感的性質(zhì)設(shè)計(jì)了一種pH值控葡萄糖響應(yīng)仿生胰島素輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)的胰島素輸送從而控制胰島素劑量，避免過量導(dǎo)致嚴(yán)重的低血糖.

4 結(jié)論與展望

與傳統(tǒng)的胰島素皮下注射劑相比，胰島素緩控釋制劑具有作用時間長、無需頻繁給藥、不良反應(yīng)少和患者依從性高等優(yōu)點(diǎn).近年來，大量的研究致力于開發(fā)緩釋時間更長的胰島素微粒給藥載體，其中脂質(zhì)體、納米粒和微球受到了科研人員的高度關(guān)注，并取得了一系列的進(jìn)展.同時，原位凝膠作為一種新型的蛋白類藥物緩釋載體不斷受到科研人員的關(guān)注.原位凝膠能在低溫溶解，體溫下則凝膠化，使胰島素在皮下注射部位緩慢釋放，由于其制備方便、工藝簡單、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為胰島素制劑的一個研究熱點(diǎn).此外，部分科研人員致力于基于葡萄糖響應(yīng)的胰島素遞送系統(tǒng)的研究，現(xiàn)已初見成效.但目前的胰島素緩控釋制劑仍面臨穩(wěn)定性低、胰島素易降解和突釋較大等問題.面對這些問題，需要對胰島素的載體進(jìn)行科學(xué)的篩選和設(shè)計(jì)，提高載體對胰島素的保護(hù)作用，保證其穩(wěn)定.更重要的是，必須深入研究胰島素的突釋機(jī)理，確保在用藥整個過程中血糖維持在一個穩(wěn)定的水平，從而減少藥物的不良反應(yīng).