從基礎胰島素研發探討血糖管理的優化

曾龍驛

中山大學附屬第三醫院，廣東 廣州 510630

胰島素治療在2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）高血糖管理中占有重要地位［1］。但臨床實踐中，中國T2DM 患者起始基礎胰島素治療時機較晚，起始劑量偏低且在起始治療后劑量調整不足，是導致胰島素治療后血糖控制不滿意的重要原因［2］。為更好地接近生理性胰島素分泌，人們不斷研發出藥效曲線更平穩，作用時間更長的胰島素，其中長效胰島素類似物在模擬生理性胰島素分泌和減少低血糖發生風險方面優于人胰島素。那么，不同的長效胰島素類似物之間，療效與安全性方面是否存在差異？本研究通過循證證據，著重詳細比較了甘精胰島素U100、甘精胰島素U300 以及德谷胰島素，以期為優化臨床血糖管理方案提供參考。

1 基礎胰島素在降糖管理中仍占有重要地位

我國糖尿病患病率呈顯著增長趨勢，2015-2017年在全國31 省開展的糖尿病流行病學調查顯示，我國18 歲以上人群糖尿病患病率為11.2%，較2013年增長0.8%［3］，血糖管理成為亟待解決的社會問題。雖然新型降糖藥物層出不窮，但胰島素仍是有效的降糖藥物之一，當口服降糖藥效果不佳或存在口服降糖藥使用禁忌時，仍需使用胰島素，以控制高血糖，并減少糖尿病并發癥的發生風險。尤其是病程較長時，胰島素治療可能是最主要的、甚至是必需的控制血糖措施［4］。基礎胰島素通過調控肝糖元分解和糖異生作用以及外周組織對葡萄糖的利用，維持血糖穩態，在胰島素降糖治療中有著舉足輕重的位置［5］。《中國2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》建議，若T2DM 患者在生活方式和口服降糖藥聯合治療的基礎上，血糖仍未達標，建議盡早（3 個月）開始胰島素治療，通常建議選擇基礎胰島素［3］。

1921 年加拿大醫生Banting 和Best 首次在狗的胰腺中成功提取并純化出胰島素［6］，這一劃時代的發現為糖尿病的管理帶來了曙光，至今，胰島素的發展已走過了百年歷史。為滿足模擬生理性胰島素分泌的臨床需求，以實現長效、平穩降糖的同時降低低血糖風險，基礎胰島素的研發從未停滯。1946 年，中性魚精蛋白鋅胰島素（neutral protamine hagedorn，NPH）研制成功。20 世紀80 年代起，人胰島素進入臨床使用。20 世紀90 年代起，胰島素類似物相繼問世，從NPH 到傳統基礎胰島素類似物甘精胰島素及地特胰島素，再到新一代基礎胰島素類似物德谷胰島素、甘精胰島素U300，基礎胰島素在分子結構、延長機制、作用時間等方面均不斷創新、優化，以發揮長效降糖作用。

2 基礎胰島素制劑研發不斷創新以滿足臨床需求

正常的生理性胰島素分泌包括持續低水平的基礎胰島素分泌和進餐相關的餐后高分泌。基礎胰島素通過抑制肝糖原的分解和糖異生維持兩餐之間和夜間的血糖水平恒定，是胰島素替代治療的重要組成部分。如何延長胰島素的作用時間便成為最初胰島素研發的主要方向。內源性胰島素在人體胰腺β細胞中合成，在鋅離子的存在下，三個二聚體形成更穩定的六聚體［7］。外源性胰島素在制劑中，多以六聚體形態存在，進入皮下組織后，分解成二聚體、單體，才能夠被毛細血管吸收，進入靶組織發揮生理作用。因此，基礎胰島素研發的關鍵是通過采用不同的延長機制，延緩胰島素從皮下組織吸收進入血液循環［8］。

2.1 中效胰島素

1936 年，將鋅加入魚精蛋白胰島素（protamine zinc insulin，PZI），延長胰島素的作用時間。1939年，開發出作用時間短于PZI 的球蛋白胰島素。1946 年，NPH 問世。1950 年，通過控制魚精蛋白的含量制備NPH［9］。NPH 最初來源于動物，但由于動物胰島素的分子結構與人胰島素存在差異，免疫原性高，易誘發胰島素抗體從而導致大部分患者的注射部位出現脂肪萎縮，降糖個體差異大、穩定性差而逐漸退出市場［10］。隨著基因重組工程的發展，研究者們將攜帶人胰島素基因的質粒導入酵母菌表達從而生產出了與人氨基酸序列一致的胰島素［11］，同時具有完好的三維空間結構，之后通過離子交換層析和高壓液相層析等分離純化技術清除雜質，使得胰島素在療效和安全性等方面體現出了明顯優勢［10］。今天臨床應用的NPH胰島素則由人胰島素制成。

2.2 長效胰島素類似物

NPH 胰島素起效時間為2.5～3.0 h，作用高峰在5～7 h，其吸收變異性較大，作用曲線具有明顯的峰值，作用時間相對較短，持續時間13～16 h，不能覆蓋24 h 血糖［3］，低血糖發生風險較高［4］。此外，NPH 為混懸液，使用前需充分混勻，否則也會顯著增加變異性［12］。

20 世紀90 年代起，科學家通過改變胰島素的氨基酸序列和結構，研制出作用時間更持久、作用更穩定、更好模擬生理基礎胰島素分泌的基礎胰島素類似物。甘精胰島素U100 是通過氨基酸地改變使胰島素的等電點發生改變，從原來的5.4 變為6.7。在中性pH 液中溶解度低，皮下注射后形成細微沉淀，胰島素單體在皮下持續緩慢釋放［8］。而地特胰島素則是改變了氨基酸的側鏈，并連接了1 個14 碳游離脂肪酸鏈。皮下注射后，地特胰島素自我聚合形成雙六聚體，并與白蛋白可逆性結合，從而延長作用時間。地特胰島素與甘精胰島素U100 的藥代動力學、藥效學特征相似，作用時間均可持續24 h［13］。甘精胰島素U100 和地特胰島素作為第一代具有獨特分子結構和延長作用機制的長效胰島素類似物，彌補了中性魚精蛋白鋅胰島素作用時間短、有峰值、變異性大、低血糖風險高的不足，更加接近內源性基礎胰島素分泌的特點［14-15］。

繼甘精胰島素U100 和地特胰島素后，人們仍未停止對基礎胰島素的探索，甘精胰島素U300 和德谷胰島素進入臨床。2015 年，長效胰島素類似物甘精胰島素U300 獲美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）、歐盟藥品管理局（Europen Medicines Agency，EMA）、加拿大、日本等批準，并開始推向全球市場。甘精胰島素U300 是甘精胰島素U100 的濃縮劑型，其氨基酸序列與U100 完全相同，與相同劑量的甘精胰島素U100 相比，U300 液體體積減小2/3，形成的皮下微沉淀較甘精胰島素U100 更緊湊，導致皮下儲庫表面積減少，從而延長吸收時間［14］。甘精胰島素U300 的半衰期為19 h，沒有明顯峰值，作用時間可持續36 h［16］。同年，長效胰島素類似物——德谷胰島素在FDA 獲批，作用時間長達42 h。德谷胰島素去掉了人胰島素B30 位的蘇氨酸，在B29位的賴氨酸上通過1 個L-γ-谷氨酸與16 碳的脂肪二酸側鏈相連。在含有苯酚和鋅離子的制劑中，德谷胰島素以雙六聚體形式存在，為透明、澄清的液體。注射到皮下組織后，苯酚快速彌散，德谷胰島素構象改變，雙六聚體末端開放，進一步形成可溶穩定的多六聚體長鏈。隨著鋅離子緩慢彌散，多六聚體長鏈的末端解離出德谷胰島素單體，單體吸收入血后發揮平穩地降糖作用，在血液循環中德谷胰島素單體與白蛋白可逆性結合，可起到緩沖作用，進一步延緩德谷胰島素到達靶組織的時間，以發揮其長效降糖作用［17］。

3 新型長效胰島素類似物可更好滿足臨床需求

基礎胰島素通過不同的研發策略來延長作用時間，并期望能不斷滿足理想基礎胰島素的需求，作用時間持久、顯著改善血糖控制、變異性小及低血糖風險低。下面我們將著重比較甘精胰島素U100、甘精胰島素U300 以及德谷胰島素的療效與安全性。

3.1 德谷胰島素vs 甘精胰島素U100

藥物代謝動力學（pharmacokinetic，PK）與藥物效應動力學（pharmacodynamics，PD）研究顯示，相較于甘精胰島素U100，德谷胰島素降糖效果分布更為平均［18］，降糖療效的日內變異性降低40%［19］，降糖療效的日間變異性是甘精胰島素U100的1/4［20］。BEGIN Once Long 研究［21］結果顯示，與甘精胰島素U100 相比，未使用過胰島素的T2DM 患者長期使用德谷胰島素可顯著降低空腹血糖，治療104 周后，兩組的治療差異為-0.38 mmol/L，P=0.019，且德谷胰島素組夜間確認低血糖的發生風險較甘精胰島素U100 組顯著降低43%（P=0.002）。在BEGIN研究的中國亞組BEGIN ONCE 研究［22］中，對于未使用過胰島素的中國T2DM 患者（n=560），德谷胰島素組的安全達標率［糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin A1c，HbA1c）＜7%且無確證的低血糖］較甘精胰島素U100 更高（53.1%vs43.1%），差異有統計學意義（P＜0.05）。真實世界研究EUTREAT 研究結果顯示，由其他基礎胰島素（31%的T2DM 患者既往使用甘精胰島素U100）轉換為德谷胰島素的T2DM 患者，治療12 個月后，HbA1c較基線顯著降低0.52%，空腹血糖較基線降低1.47 mmol/L（P＜0.001）［23］。

3.2 甘精胰島素U100 vs 甘精胰島素U300

PK/PD 研究顯示，甘精胰島素U300 較U100 半衰期延長，生物利用度更低，未達到生物等效性，降糖療效降低27%［24］。3 期臨床研究結果發現，甘精胰島素U300 與U100 的空腹血糖水平改善相似，但胰島素劑量增加達18%［25-29］。

3.3 德谷胰島素vs 甘精胰島素U300

PK/PD 研究顯示，甘精胰島素U300 較德谷胰島素降糖效能降低30%，且德谷胰島素降糖療效的日內變異性較甘精胰島素U300 低37%，日內變異性為甘精胰島素U300 的1/4［30］。在未使用過胰島素的T2DM 患者中比較德谷胰島素與甘精胰島素U300 的療效和安全性的臨床研究發現，德谷胰島素組患者的空腹血糖改善更優（-3.95 mmol/Lvs-3.53 mmol/L）、德谷胰島素與甘精胰島素U300 低血糖發生風險相似（18.4vs14.7，P=0.123），且日劑量減少20%［0.43 IU·kg-1·d-1vs0.54 IU·kg-1·d-1］［31］。真實世界研究也得出了相似的結果。Tibaldi 研究發現，治療6 個月后，與甘精胰島素U300 相比，德谷胰島素組HbA1c 水平改善更優（-1.5%vs-1.22%，P=0.029），低血糖發生風險較甘精胰島素U300 降低30%；且胰島素劑量減少了10%（P=0.038）［32］。

4 結語

胰島素的臨床使用從動物胰島素、人胰島素、進展到胰島素類似物，研究者一直在致力于尋找一種滿足理想基礎胰島素的需求，實現作用時間平穩持久，顯著改善血糖，且低血糖風險小的目標，基礎胰島素類似物在這方面有了很大的改進。通過對基礎胰島素類似物循證證據的互相比較及反復驗證，與甘精胰島素U100/U300 相比，德谷胰島素顯示出作用持久，平穩，改善血糖更優且降糖療效變異性小，低血糖風險更低等優勢，更能滿足理想基礎胰島素的需求。