纳米技术在口服GLP-1类药物开发中的应用

作者：向飞

根据笔者前不久对新型GLP-1受体激动剂类药物司美鲁肽（semaglutide）专利布局的分析，口服固体制剂专利的申请是司美鲁肽专利布局的大亮点。根据CN201180060463.1等相关专利披露的信息，司美鲁肽的口服制剂采用了N-（8-（2-羟基苯甲酰）氨基）辛酸盐（SNAC）而实现了司美鲁肽的口服给药。文献检索发现，期刊论文中披露的口服GLP-1受体激动剂的口服给药大多通过纳米技术而实现。因此，本文即对与口服给药的GLP-1纳米给药系统的相关文献进行了整理与简单的总结。

1、Zhang L. The use of low molecular weight protamine to enhance oral absorption of exenatide. Int J Pharm. 2018 Aug 25;547(1-2):265-273.

烟台大学的Zhang L等人制备了锌离子与艾塞那肽复合物功能化纳米粒，以实现艾塞那肽的口服给药。具体的，采用PEG-PLGA作为载体以避免胃肠道内的酶解作用，并采用低分子量精蛋白（LMWP）作为官能团，以增加纳米粒对小肠上皮的穿透力。该纳米粒具有良好的理化特征，细胞摄取与跨膜转运试验也证实了该纳米对小肠上皮的良好的穿透力。动物试验显示，该纳米粒具有显著的降血糖效果，而其口服后艾塞那肽的相对生物利用度为7.44%，是艾塞那肽-锌离子溶液的29倍。

2、Zhang L et al. Tf ligand-receptor-mediated exenatide-Zn2+ complex oral-delivery system for penetration enhancement of exenatide. J Drug Target. 2018 Apr 16:1-10. doi: 10.1080/1061186X.2018.1455839. [Epub ahead of print]

烟台等人的Zhang L等人以PEG-PLGA作为载体，并以运铁蛋白（Tf）作为靶向基团，制备了包裹有艾塞那肽-锌离子复合物的纳米粒，该纳米粒具有均匀的粒径。细胞摄取试验与跨膜转运试验结果显示，运铁蛋白能增强纳米粒的转运效果，而该纳米粒口服给药后与艾塞那肽皮下注射相比的相对生物利用度为6.45%。

3、Menzel C et al. In vivo evaluation of an oral self-emulsifying drug delivery system (SEDDS) for exenatide. J Control Release. 2018 May 10;277:165-172. doi: 10.1016/j.jconrel.2018.03.018. Epub 2018 Mar 21.

奥地利因斯布鲁克大学的Menzel C等人其制备的艾塞那肽-脱氧胆酸钠脂化疏水离子对复合物整合进由35% Cremophor EL、25% Labrafil 1944、30% Capmul-PG 8 与10% 丙二醇构成的自乳化释药系统（SEDDS），得到了可以口服给药纳米乳。其中，当疏水离子对中的艾塞那肽与脱氧胆酸的摩尔比为1:4时，可将艾塞那肽的有效logP从-1.1升高至2.1。该SEDDS的平均液滴粒径为45.87±2.9nm。渗透结果显示，该艾塞那肽-脱氧胆酸/SEDDS可将艾塞那肽的黏液扩散性能提高2.7倍。动物试验显示，该SEDDS口服给药后艾塞那肽的生物利用度为14.62% ± 3.07%（与皮下注射相比），并可使血糖水平的AUC值显著降低20.6%。

4、Shi Y et al. Fc-modified exenatide-loaded nanoparticles for oral delivery to improve hypoglycemic effects in mice. Sci Rep. 2018 Jan 15;8(1):726. doi: 10.1038/s41598-018-19170-y.

Fc受体是表达于多种细胞表面的Ig Fc段的特异性受体，该受体在人类小肠及结肠整个区段的上皮细胞的根尖区亦有表达，Fc也是口服药物开发中所使用的一种靶点配体。滨州医学院的Shi Y等人采用Fc对以PEG-PLGA为载体的艾塞那肽纳米粒进行修飾，得到了可口服给药的纳米粒。该纳米粒的平均粒径约比未修飾的纳米粒大30nm，而且分子量分布范围较窄（PDI<0.3），其最大包封率高达80%。Fc修飾的纳米穿透Caco-2细胞的速度与程度均高于未修飾的纳米粒，而且口服降糖试验结果显示，Fc修飾的纳米粒口服后的降糖效果优于艾塞那肽溶液皮下注射的降效果。此外，Fc-修飾的纳米粒在消化道内的停留时间亦长于未修飾的纳米粒。

5、Soudry-Kochavi L et al. Improved oral absorption of exenatide using an original nanoencapsulation and microencapsulation approach. J Control Release. 2015 Nov 10;217:202-10.

以色列希伯来大学的Soudry-Kochavi L等人将白蛋白与右旋糖苷纳米粒的混合物与三偏磷酸钠（STMP）交联后用用于肽类药物的口服给药，并采用由适当比例的Eudragit® L100-55 (Eudragit L)与羟丙甲基纤维素 (HPMC)构成的胃稳定性微粒构建了第二道防线，使得如前所述的纳米粒能在肠道内被吸收。试验结果显示，由于该纳米粒的包衣壁内存在的右旋糖酐能促进肠上皮细胞对纳米粒的淋巴吸收作用，因此采用这一纳米粒体系可显著提高艾塞那肽的口服生物利用度（是皮下注射的77%）。

6、Li X et al. The glucose-lowering potential of exenatide delivered orally via goblet cell-targeting nanoparticles. Pharm Res. 2015 Mar;32(3):1017-27.

吉林大学的Li X等人采用杯状细胞靶向的CSKSSDYQC (CSK)肽对壳聚糖进行修饰，并以修饰产物为载体，制备得到了艾塞那肽纳米粒。该纳米粒可显著降低壳聚糖的毒性，并可增强药物对Caco-2/HT-29共培育细胞单层的渗透力。动物试验结果显示，CSK修饰的壳聚糖-艾塞那肽纳米粒口服给药后，纳米粒先从食道散布，而后进入胃与小肠，随后吸收进入肝脏，最后由膀胱排泄，而且修饰后纳米粒中艾塞那肽的口服生物度比未修饰的纳米粒中艾塞那肽生物利用度高1.7倍，此外前者的降血糖作用亦有所提高。

7、Zhang B et al. Oral delivery of exenatide via microspheres prepared by cross-linking of alginate and hyaluronate. PLoS One. 2014 Jan 21;9(1):e86064.

中国药科大学的Zhang B等人以pH敏感性的藻酸盐与玻璃酸盐的交联产物为载体，制了装载有艾塞那肽的微球。该微球具有球状结构，载药性能良好（载药率高达72.9%），且在模拟的消化道环境中显示出优良的释放性能。糖尿病小鼠单次口服给药试验结果显示，艾塞那肽的血药浓度在纳米粒口服给药后4小时达其峰值，而小鼠血糖水平在给药后2小时内降低至正常值，且可维持4小时。此外，该纳米口服给药后与皮下注射给药相比的相对生物利用度为10.2%。

8、Araújo F et al. The impact of nanoparticles on the mucosal translocation and transport of GLP-1 across the intestinal epithelium. Biomaterials. 2014, 35(33):9199–9207

赫尔辛基大学Araújo F等人分别采用PLGA、Witepsol E85 脂质体与多也二氧化硅作为载体制备了装载有GLP-1的纳米粒，并评价了各自的体外渗透力。所述纳米粒的粒径均约为200nm，而且若以壳聚糖作为包衣，则可提高所有纳米粒与黏液的相互作用。各种纳米系统均观察到了较高的包封率，但其中，多孔二氧化硅纳米系统的包封率最高。此外，只有PLGA与多孔二氧化硅纳米系统在用壳聚糖包衣后能使GLP-1的生物流体环境中实现缓释的效果，而且当上述纳米系统与肠Caco-2细胞及HT29-MTX细胞接触时，观察到了相似的结果。

9、Chuang EY et al. Combination therapy via oral co-administration of insulin- and exendin-4-loaded nanoparticles to treat type 2 diabetic rats undergoing OGTT. Biomaterials. 2013 Oct;34(32):7994-8001.

台湾国立清华大学的Chuang EY等人采用由壳聚糖与聚（γ-谷氨酸）构成的载体制备了同时装载有艾塞那肽与胰岛素的纳米粒。体外试验结果显示，该纳米粒可增强肠旁细胞渗透作用，进而能将口服的胰岛素与艾塞那肽送至肝脏与胰脏，并使其发挥各自降糖作用。而且同时包裹有胰岛素与艾塞那肽的纳米粒的降糖效果显著优于只包裹胰岛素的纳米。

10、Qu W et al. A silica-based pH-sensitive nanomatrix system improves the oral absorption and efficacy of incretin hormone glucagon-like peptide-1. Int J Nanomed. 2012, 7:4983–4994.

北京大学的Qu W等人制备了由GLP-1、二氧化硅与pH-敏感性Eudragit构成的纳米粒，该纳米粒对肠黏膜的渗透力是单独GLP-1的5倍，而其蛋白水解稳定性亦显著高于后者。动物试验显示，该纳米粒口服给药4分钟后约70%的药物仍然保持原样，而GLP-1单独口服给药4分钟后仅不足20%的药物仍然保持原样，此外，纳米粒的相对口服生物利用度为35.67%（与腹腔内注射相比）。降糖试验结果显示，纳米粒口服给药后的降糖效果比腹腔内注射的GLP-1高77%。该纳米粒动物试验与消化道组织的组织化学分析亦未见显著的毒性反应。

11、Nguyen HN et al. The glucose-lowering potential of exendin-4 orally delivered via a pH-sensitive nanoparticle vehicle and effects on subsequent insulin secretion in vivo. Biomaterials. 2011 Apr;32(10):2673-82.

台湾国立清华大学的Nguyen HN等人以壳聚糖与聚（γ-谷氨酸）的混合物为载体，制备得到了包裹有艾塞那肽的PH-敏感性纳米粒，并考察了铜（Ⅱ）、锌（Ⅱ）与铁（Ⅱ、Ⅲ）等金属离子对纳米粒性能的影响。结果发现，铁（Ⅲ）离子能显著升高纳米粒的载药率（60.9±2.0%）。动物试验结果显示，该纳米粒口服给药后可经过食道、胃与小肠，而后吸收入血，并在代谢后经由膀胱排泄。艾塞那肽的血药浓度在纳米粒口服给药后5小时达其峰值，而其口服给药后与皮下注射给药相比的相对生物利用度为14.0 ± 1.8%。

12、Joseph J et al. Oral delivery of glucagon-like peptide-1 in a modified polymer preparation normalizes basal glycaemia in diabetic db/db mice. Diabetologia. 2000, 43(10):1319–1328

多伦多大学的Joseph J等人采用PLGA作为载体，并以橄榄油作为填充剂，制备得到了包裹有D-α₂-GLP-1的微球。正常的CD1小鼠与糖尿病性db/db小鼠采用上述微球口服给药后，4小时口服葡萄糖挑战试验结果显示其血糖水平分别降低了41±12%与27±5%，而8小时口服葡萄糖挑战试验的血糖水平分别降低了19±11%与28±4%。糖尿病性小鼠口服微球4小时后的基础血糖水平从13±1 mmol/l 降低至10±1 mmol/l，而口服微球8小时后的基础水平则从12±1 mmol/l降低至8±1 mmol/l。相比之下，D-α₂-GLP-1单独口服给药则对小鼠的血糖水平无显著作用。

总结

本文的文献检索与整理发现，目前纳米技术在口服GLP-1开发中的应用主要集中于原生态的GLP-1与第一个上市的GLP-1受体激动剂艾塞那肽，这与Moonschi FH等人在其Advances in micro- and nanotechnologies for the GLP-1-based therapy and imaging of pancreatic beta-cells.一文中所披露的情况相一致，相比之下，本文收录的口服GLP-1相关文献数量比Moonschi FH等人的文章多了7篇。

当然，由于笔者时间与能力的限制，本文仅在Pubmed中对相关文献进行了检索与整理，肯定会有所遗漏。而且专利文献也是新技术的重要来源之一，笔者将会在以后的文章中对专利文献中披露的口服GLP-1技术进行整理，敬请期待。

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