1. 胰岛素类
1.1. 糖尿病和胰岛素作用
胰岛素治疗糖尿病是现代医学最大成就之一。胰岛素是正常人体分泌的内分泌激素,1921年被发现后,使当时被认为是绝症的糖尿病(1型糖尿病)得到了正确治疗。胰岛素发现者Banting和Best因此而获得诺贝尔奖。糖尿病主要包括1型和2型糖尿病,是威胁人类生命最重要疾病之一。糖尿病是胰岛素分泌和/或胰岛素作用缺陷的代谢疾病。糖尿病急性并发症常可危及生命,慢性并发症包括眼、肾、外周神经病变、心血管和脑血管疾病。1型糖尿病儿童或青春期发病占糖尿病5~10%,因胰岛β细胞丧失生成胰岛素能力,依赖胰岛素治疗维持生命。2型糖尿病成年发病约占糖尿病90%,是胰岛素分泌、胰岛素抵抗、肝葡萄糖输出和脂质疾患所致。虽然2型糖尿病不需要胰岛素维持生命,但20~30%病人需胰岛素优化葡萄糖控制。
1.2. 发展史
1922年首次使用注射胰岛素。1925年Macleod和Campbell发现胰岛素和建立门诊,并提出理想治疗是胰岛素替代和模拟天然胰岛素分泌;40年代发现中效低鱼精蛋白胰岛素悬液;50年代发现长效锌-胰岛素悬液;60年代出现纯化和人工合成胰岛素;制备速效和长效胰岛素混合制剂;80年代基因重组人胰岛素替代动物胰岛素和发明方便使用的注射笔型的注射装置;80至90年代经过对天然胰岛素蛋白结构修饰获得了生物学特性更好的人胰岛素类似物。90年代一系列大型临床研究:如糖尿病控制和并发症临床试验(DCCT)和英国糖尿病前瞻性研究(UKPDS)证实严格将血糖控制在接近正常范围可以预防和/或延缓糖尿病各种慢性并发症。
1.3. 胰岛素治疗原则
长期治疗的经验形成了完整和行之有效的胰岛素治疗原则:
1.3.1 生理治疗:
胰岛素治疗是模拟生理分泌和满足生理需求的治疗。健康个体内源性胰岛素分泌模式是相对恒定的基线分泌和餐后分泌高峰。公认的糖尿病治疗金标准仍是模拟替代健康人体胰腺胰岛素分泌模式,使全天血糖稳定和饭后血糖偏离最小。广为接受的基础-注射结合治疗模式就是给一定基础胰岛素医满足恒定基础胰岛素需求和几次进餐-相关的快速作用胰岛素以满足进餐时分泌的需求。
1.3.2 个体化的综合治疗:
糖尿病的治疗,必须兼顾需求和消耗,采用饮食控制、运动和精神应急及药物治疗等(胰岛素,口服降糖药或其它)的综合治疗。胰岛素治疗是在综合治疗基础上的个体化治疗,每个个体对胰岛素的需求,及对各种胰岛素制剂反应的差异,使治疗必须个体化,而必须常规监测血或尿糖,了解需求量和治疗反应,逐步调整治疗,以求获得最佳血糖控制。这种动态平衡还必须考虑包括伴发病,合并用药和应急等内外因素变化的影响。
1.3.3 医生护士和病人相配合的治疗:
长期个体化胰岛素治疗、饮食、运动和监测血糖和尿糖变化等综合治疗,必须病人积极参与和自己完成;而复杂长期变化的糖尿病病程、发生各种情况变化、并发症和不良反应等变化,必须依赖医生精心治疗,及时调整治疗和对病人提出建议及调整剂量等。为了满足各种病人注射的要求发展了各种注射装置。
1.4. 糖尿病医学处理标准指导原则[1]:2004年美国Diabetes Care杂志修订的指导原则可供参考。 1. 控制血糖:包括糖化血红蛋白A1C[HbA1c]检验和教育病人自我监测血糖 2. 医学营养治疗:咨询营养师 3. 体力活动计划 4. 处理并发症:心血管疾病 5. 控制血压:包括生活方式和行为治疗;药物治疗包括血钙紧张素-转化酶(ACE)抑制剂,β阻断剂,利尿药,血钙紧张素受体阻断剂 (ARBs)和监测肾功能的实验室检验和血清钾水平 6. 生活方式改善处理脂质(如膳食,运动,停止吸烟)和药物治疗 (如他汀类,贝特类, niacin) 7. 阿司匹林治疗 8. 停止吸烟 9. 运动应急检验,应急ECG和/或应急心超声图和/或灌流影像 10. 咨询心脏病学家 11. 肾病变:包括检验微白蛋白尿;ACE抑制剂, ARBs, 二氢吡啶钙拮抗剂 (DCCBs), 非-DCCBs, β阻断剂,利尿药和限制蛋白 12. 糖尿病视网膜病变:包括扩大和精细眼科检查;激光治疗 13. 足部护理:包括:检查,包括Semmes-Weinstein单丝,tuning fork,触诊和目测检查;指导病人;用膝-肢指数[ankle-brachial index]评价外周动脉疾病;咨询专家 14. 预防性护理:包括妇女的预想护理;免疫接种,包括流感和肺炎球菌疫苗
1.5. 各种制剂和分类
为了适应治疗的复杂情况发展了各种胰岛素制剂和便于病人用药的注射装置。
1.5.1 按来源、结构和工艺分类:
⑴ 动物胰岛素:动物胰岛素的优点是价格便宜。包括牛胰岛素和猪胰岛素,从牛胰腺提取的牛胰岛素:分子结构有三个氨基酸与人胰岛素不同,即A链A8位分别为Ala(牛)和Thr(人)及A10位分别为Val(牛)和Ile(人),而B链第30位分别为Ala(牛)和Thr(人)。牛胰岛素疗效稍差,容易发生过敏或胰岛素抵抗。自猪胰腺提取的猪胰岛素:分子中仅有B链30位的一个氨基酸(Ala)与人胰岛素(Thr)不同,因此疗效比牛胰岛素好,副作用也比牛胰岛素少。目前国产胰岛素许多属猪胰岛素。其中江苏万邦生化医药股份有限公司的各种胰岛素都是猪或牛胰岛素。有普通正规胰岛素,中性胰岛素注射液,低精蛋白锌胰岛素注射液和精蛋白锌胰岛素注射液四种制剂。 下面是其一级氨基酸序列的比较:
A链 牛 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn 猪 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn 人 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
B链 牛 PheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGluArgGlyPhePheTyrThrProLysAla 猪 PheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGluArgGlyPhePheTyrThrProLysAla 人 PheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGluArgGlyPhePheTyrThrProLysThr
⑵ 半合成人胰岛素:是用酶转换的方式从猪胰岛素生产的,目前已被重组人胰岛素替代。 ⑶ 重组人胰岛素:所用的菌株和工艺不同:美国礼来是大肠杆菌株细菌(Escherichia coli)合成重组人胰岛素,丹麦诺和诺德是酵母Saccharomyces cerevisiae制造的重组人胰岛素,而德国Hoechat Marion Roussel[HMR]是大肠杆菌K 12细菌以融合蛋白形式的嵌合体产品,和下游工艺种用化学及酶修饰。我国东宝药业股份有限公司的胰岛素和科兴生物工程股份有限公司研制的也都是rDNA技术大肠杆菌表达的重组人胰岛素。 ⑷ 重组人胰岛素类似物:是最新发展的结构修饰rDNA重组胰岛素类似物。 ① 1996年6月14日美国FDA;1996年4月39日欧洲EMEA批准礼来公司的胰岛素优泌乐(Insulin Lispro或商品名Humalog?,简称Lispro)是第一个临床使用的速效胰岛素类似物,结构是胰岛素[LysB28,ProB29]修饰的产品,能改善血糖控制又不增加低血糖。速效作用原因是在溶液中胰岛素单体聚合成六聚体能力很弱,皮下注射后以单体吸收快、起效快和作用时间短。 ② 1999年5月欧洲共同体,EMEA和2000年6月美国FDA授权丹麦诺和诺德公司的门冬胰岛素(Insulin Aspart,简称Aspart)上市治疗糖尿病,随后2002年8月在中国注册上市,在各国的商品名分别为NovoRapid,NovoLog和诺和锐:门冬胰岛素[AspB28]是另一个速效类似物。在无锌条件下分子互相排斥,减少相互结合,其药代动力学特征吸收快,药代动力学特征起效早,低血糖不良事件减少。广泛临床前和临床试验肯定仍旧保留胰岛素理化和生物学性质、疗效及与胰岛素受体和胰岛素样生长因子受体的结合特征。这些药物将进一步发展更个体化治疗的战略,从而达到改进血糖控制。 ③ 2000年4月美国FDA;2000年7月欧洲EMEA批准Aventis公司的甘精胰岛素(Insulin glargine,简称glargine) [胰岛素的GlyA21,ArgB31,ArgB32修饰]是第一个真正长效胰岛素类似物,其恒定药代动力学和药效学时间至少持续24小时,已证实甘精胰岛素增加晶体密度,增加6-聚体间相互作用和改变与酚的结合。皮下注射后,在注射部位pH 7.4条件下,甘精胰岛素(Insulin glargine)发生微沉淀作用。从沉淀缓慢地溶出其六聚体,导致延缓吸收图形。人代谢研究表明在皮下注射部位处,甘精胰岛素在B链的羧基端部分代谢,形成两个活性代谢物:M1(21A-Gly-胰岛素)和M2(21A-Gly-des-30B-Thr-胰岛素),其体外活性与胰岛素相似。 ④ 2004年6月1日欧洲EMEA,2005年6月16日美国FDA先后批准Novo Nordisk Inc公司重组胰岛素类似物Detemir(Insulin detemir [rDNA origin] injection),商品名Levemir ?,是另一个长效基础胰岛素。当患者需要基础(长效作用)胰岛素控制高血糖时,皮下注射Levemir,每天1次或每天2次,可治疗成年和儿童1型糖尿病或成人的2型糖尿病患者。胰岛素Detemir与人胰岛素序列不同处是缺失胰岛素B链30B的苏氨酸及在29B位氨基酸上附着一条14个碳的脂肪酸链。
1.5.2 按药效学及药代动力学时间分类:
为满足上述持续基础胰岛素需求和进餐-相关胰岛素的分泌需求,发展各种作用类型胰岛素制剂:
美国FDA在2002年1-2月曾对在美国上市的胰岛素制剂进行总结如下: 作用类型 商品名 公司 起效时间 作用峰值 作用时间 速效 Humalog (lispro) Eli Lilly 15分钟 30-90分钟 3-5小时 NovoLog (aspart) Novo Nordisk 15分钟 40-50分钟 3-5小时 短效(常规) Humulin R Eli Lilly 30-60分钟 50-120分钟 5-8小时 Novolin R Novo Nordisk 30-60分钟 50-120分钟 5-8小时 中效(NPH) Humulin N Eli Lilly 1-3小时 8小时 20小时 Novolin N Novo Nordisk 1-3小时 8小时 20小时 Humulin L Eli Lilly 1-2.5小时 7-15小时 18-24小时 Novolin L Novo Nordisk 1-2.5小时 7-15小时 18-24小时 中短效混合 Humulin 50/50 Eli Lilly 这些混合物的起效、峰和作用时间反映中效和短效或速效组分的组成与1个作用峰 Humulin 70/30 Humalog Mix 75/25 Humalog Mix 50/50 Novolin 70/30 Novo Nordisk Novolog Mix 70/30 长效 Ultralente Eli Lilly 4~8小时 8~12小时 36小时 Lantus (glargine) Aventis 1小时 无 24小时 ① 速效作用胰岛素:作用时间特点是:15分钟起效,作用峰值30~90分钟和40~50分钟,作用时间3-5小时,如礼来的胰岛素类似物lispro和诺和诺德的胰岛素类似物aspart(NovoLog?)。可在餐前后15分钟内使用。 ② 短效正规胰岛素:作用时间特点是:30~60分钟起效,峰作用50~120分钟,作用时间5~8小时,即正规人重组胰岛素:如礼来中国的优泌林[Humulin R]诺和诺德的诺和灵R[ovolin R]或Actrapid德国Hoechat Marion Roussel的Insuman Rapid。我国东宝的甘舒霖 R和科兴生物的苏泌啉R及万邦的胰岛素注射液均属类似产品。一般在餐前30分钟内皮下注射。 为皮下输注装置用的胰岛素也是短效正规胰岛素。 ③ 中作用胰岛素(NPH):作用时间特点是:1~3小时起效,8小时达峰和作用时间24小时的鱼精蛋白锌胰岛素,如Humulin N和诺和灵N或Protaphane和HMR的Insuman Basal。国产的甘舒霖N、苏泌啉恩和万苏林都是相似产品。 ④ 长作用胰岛素Lente(L):作用时间特点是:1~2.5小时起效,7~15小时达峰和作用时间18~24小时的Humulin L和Insulatard?或Monotard?[Novolin L]。 ⑤ 预混合胰岛素:是指可溶性快速-作用人胰岛素和鱼精蛋白锌长效胰岛素各种比例预先混合的制剂,都是根据个体化要求起效时间,峰和作用时间而设计的制剂。混合物的起效、峰和作用时间取决于混合的比例。在我国批准上市的甘舒霖30、诺和灵30 R[Novolin 70/30和Novolog Mix 70/30],其它还有Humulin 50/50、Humulin 70/30及Humalog Mix 50/50和Humalog Mix 75/25,而诺和诺德的Actraphane 10:10%可溶性和90%鱼精蛋白锌,Actraphane 20:20%可溶性和80%鱼精蛋白锌,Actraphane 30:30%可溶性和70%鱼精蛋白锌,Actraphane 40:40%可溶性和60%鱼精蛋白锌,Actraphane 50:50%可溶性和50%鱼精蛋白锌。Hoechat Marion Roussel的InsumanComb 50,Comb 25和Comb 15均属于相似产品。 ⑥ 长作用或超长效时间的基础胰岛素:如诺和诺德的中性pH结晶(rhombohedral)胰岛素的悬液Ultratard于注射后5.3小时起效,峰作用平均15.2小时和平均作用时间32.5小时,而Insulatard是人胰岛素鱼精蛋白和胰岛素中性pH形成无形沉淀天然悬浮液长作用时间制剂。1.5小时起效和峰效应3~12小时和作用时间在24小时或更长。礼来的Ultralente起效4~8小时,达峰8~12小时和作用时间36小时。万邦的单峰纯猪胰岛素的中性鱼精蛋白锌灭菌混悬液,在4-6小时开始生效,12~24小时达高峰,持续时间36小时,也是长效胰岛素制剂。胰岛素类似物glargine也属于超长效药物。
1.5.3 适用病人自身使用的各种胰岛素注射装置:
为了便于病人自身注射发展了各种方便的装置,我国上市的东宝笔(自动)为英国OWEN MUMFORD 制造,通化东宝药业股份有限公司分装以及东宝笔(电子)由瑞士Disetronic制造;礼来的优伴[HumaPen]和诺和诺德的预装型胰岛素注射笔等。诺和诺德还有以下产品,Actrapid 100 IU/mL,3 mL Penfill:设计成插入永久装置的笔芯;Actrapid 100 IU/mL,3 mL InnoLet:是为老年人设计的多次给药注射笔,每次给药最大输送50单位,增量1单位;Actrapid 100 IU/mL,3 mL NovoLet:是多次给药注射笔,每次给药输送2~78单位,增量2单位而Actrapid 100 IU/mL,3 mL FlexPen是多次给药注射笔,每次给药输送1~60单位,增量1单位,为改进型自动回零。其它装置及示意图图见下文各自的说明书。
1.5.4 吸入人胰岛素和给药装置:
2006年1月美国FDA和欧洲EMEA批准Pfizer公司的人胰岛素吸入粉,商品名Exubera,治疗成年糖尿病。这是被批准的第一个非注射胰岛素。 Exubera的适应证是EXUBERA适用于成年糖尿病患者为控制高血糖症的治疗。EXUBERA的起效作用与快速胰岛素类似物相似,而降血糖的作用时间和皮下注射正规人胰岛素相当。在患1型糖尿病的患者中,应在一种包括长效作用胰岛素方案中使用EXUBERA。在2型糖尿病患者中,EXUBERA可以用作单药治疗或与口服降糖药或较长效胰岛素联用治疗。 肺部给药的优点包括提供巨大吸收表面积和经肺泡表皮迅速吸收。事实上,从二十世纪二十年代开始就企图通过气溶胶吸入胰岛素,但直至九十年代因对有效给药气溶胶动力学的了解取得巨大进展才使之实现。现已清楚了解:影响吸入量和处置部位、气溶胶胰岛素颗粒大小、表面形态、电荷、溶解度和吸潮性等各种因素。有效的肺部给药,除开发适宜肺部给药制剂外,关键是要为患者提供容易、可靠操作、和持续有效的给药装置。
1.6. 注意事项
各公司产品来源不同和独特的生产工艺对胰岛素使用有很大影响。所以在使用胰岛素说明书对此都有专门警告。强调对胰岛素的任何改变都要特别小心,而且只有在医生监督下进行。强度、制造商、类型(如正规、NPH、Lente?)、种属(牛、猪、牛-猪、人),或制造方法(rDNA与动物来源胰岛素)的任何改变都可能造成需求剂量变化。某些病人在用人胰岛素,rDNA来源时,可能需要改变动物-来源胰岛素所用剂量。如果需要调整,可能调整首次剂量,或前几周或几月的剂量。
1.7. 胰岛素的安全性
从1988年第一个遗传工程人胰岛素上市后,已收集广泛上市后经验(年用药患者超过31百万)。从1993年3月至2000年6月底有两个定期更新报告(PSURs)。定期安全性更新报告中最常见反应是高-和低-血糖症,注射部位反应和疼痛,治疗反应减低,过敏反应和皮疹或瘙痒症。 曾报道严重和非预期的视神经萎缩,新生婴儿的肢体畸形(生产时无肢体和有心脏问题,随后死亡)和血小板增多。公司综述了在日本报道22例肝功能受损(11被分类为重度)。其它国家未收到如此报告。按照某些研究证据,肝酶增加很可能与糖尿病有关的非胰岛素-依赖/用口服降糖药治疗有关,而不是胰岛素的作用。此外,特异性反应的假说被抛弃,因未观察到其它超敏性体征和活检未发现嗜酸性粒细胞。 为安全性理由:更详细描述低-和高-血糖症的症状,和更详细描述普遍性过敏反应的可能性。
1.8. 胰岛素临床试验
1.8.1 正常健康受试者中的药效学和药代动力学性质的I期临床研究:
多采用阳性对照、随机、交叉设计,用输注葡萄糖钳夹于空腹正常血糖水平。阳性对照药根据研究新药而定。同时观察一定时间内(根据胰岛素的作用时间)葡萄糖输注率(glucose. infusion rate , GIR)-时间曲线和血清胰岛素浓度-时间曲线的参数决定新产品的起效时间(Tmax-GIR和Tmax-Ins)、峰浓度(Cmax-GIR和Cmax-Ins)、曲线下面积(AUC0-tGIR和AUC0-t-Ins)和驻留时间(MRTGIR和MRTIns)和作用时间即输注率或胰岛素浓度恢复基线的时间。同时还要观察个体间的变异。这是胰岛素药代动力学和有效性结合临床I期研究常用的科学有效方法。
1.8.2 有效性临床试验: 阳性对照,随机,双盲,多中心试验,必须包括1型糖尿病和2型糖尿病病人,在1型糖尿病中需要考虑包括儿童和青春期。选择病人时排除在低血糖发作期间和对药物或其赋形剂敏感的病人。最常选用的有效性终点时糖化血红蛋白(HBA1c),8点血糖包括口服血糖和餐后血糖水平。而主要安全性终点是高-和低-血糖症,注射部位反应和疼痛,治疗反应减低,过敏反应和皮疹或搔痒症。
2. 其它治疗糖尿病和胰岛素并发症的生物技术药物
2.1注射用重组胰高血糖素Glucagon(诺和生GlucaGen?,Novo Nordisk):
2.1.1 适应证:为治疗低血糖,GlucaGen?⑴适用于糖尿病患者,尤其是儿童和青少年患者用胰岛素治疗时可能发生的严重低血糖反应。因为可消耗糖原储备,病人会苏醒、吞咽因而尽早补充碳水化合物。建议对发生严重低血糖的患者进行医学评价。⑵用作辅助诊断:在放射检查时,GlucaGen?适用于短暂抑制胃肠道运动。胰高血糖素如同抗胆碱能药物一样对放射检查有效。但如加用胆碱能药物,可能会造成副作用增加。因为消耗糖原储备,在完成操作后患者应马上口服碳水化合物。
2.1.2 临床药理学:肌肉注射后平均峰浓度为1686 pg/mL(±43%),达峰中位时间为12.5分钟。肌注后平均表观半衰期为45分钟,或许是反映吸收部位的缓慢吸收。胰高血糖素在肝、肾和血浆降解。抗低血糖作用:胰高血糖素诱导肝糖原裂解,从肝释放葡萄糖。血糖浓度在注射后10分钟内上升,约在注射后约0.5小时达到最高浓度。为产生抗低血糖效应,需要肝储备糖原。
2.1.3 注意事项和不良反应:对怀疑患嗜铬细胞瘤或胰岛素瘤的患者,给予GlucaGen?时应谨慎,可能会发生继发性低血糖。在胰高血糖素治疗后,应服用适量碳水化合物对抗。胰高血糖素可能从嗜铬细胞瘤释放儿茶酚胺类,因而这类病人禁忌用胰高血糖素。可能发生过敏反应,包括全身性皮疹,罕见有呼吸困难和低血压的过敏性休克。过敏反应常发生在用内窥镜检查时,当病人长接受其它制剂,包括对比剂和局部麻醉剂时,应给患者标准抗过敏反应的治疗,如注射GlucaGen?后发生呼吸困难可注射肾上腺素。
2.2肠降血糖素类似物Exenatide,BYETTA (Amylin Pharmaceuticals): 2005年4月28日美国FDA批准Amylin Pharmaceuticals Inc公司的肠降血糖素类似物Exenatide,商品名BYETTA治疗服用二甲双胍、1种磺脲酰酰类,或二甲双胍和1种磺脲酰酰类联用时未达到血糖充分控制的2型糖尿病患者的辅助治疗,以改善对血糖的控制。BYETTA是第一个为2型糖尿病治疗的肠降血糖素类似物,最初从美国西南部产的大毒蜥唾液提取。Exenatide是39个氨基酸多肽酰胺。
2.3合成人胰淀素类似物注射液Pramlintide acetate, Injection SYMLIN?(Amylin Pharmaceuticals, Inc.公司): 2005年3月16日美国FDA批准Amylin Pharmaceuticals Inc公司的人胰淀素(amylin)合成类似物,Pramlintide acetate, Injection SYMLIN?。Pramlintide为合成37-氨基酸多肽醋酸盐,氨基酸序列与人胰淀素不同,25位(丙氨酸),28位(丝氨酸)和29位(丝氨酸)均被脯氨酸取代。
胰淀素与胰岛素共同位于胰腺的分泌颗粒内并且与胰岛素对摄取食物的反应而被胰岛β细胞共同分泌。在健康个体中胰淀素和胰岛素显示相似的空腹和餐后的图形。SYMLIN,通过模拟胰淀素药物作用,有以下的作用:1)调节胃排空;2)阻止餐后血浆胰高血糖素升高;和3) 饱感导致热量摄取减少和潜在的体重减轻。其治疗适应证为:进餐时给SYMLIN适用于:1型糖尿病,对用进餐胰岛素和尽管用最佳胰岛素治疗仍不能有效控制血糖患者用作的辅助治疗。2型糖尿病,对用进餐胰岛素治疗,和尽管有或无同时磺酰脲类和/或二甲双胍的最佳胰岛素治疗仍不能有效控制血糖患者用作辅助治疗。 SYMLIN与胰岛素一起使用,特别是1型糖尿病患者,曾伴胰岛素诱发严重低血糖危险增加。
【参考文献】
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