多肽及蛋白质类药物传输系统研究进展

多肽及蛋白质类药物传输系统研究进展 2004-2-8中国药科大学（南京200019）平其能 郭建新一、多肽与蛋白质药物的发展随着生物工程技术的迅速发展，生物技术活性物质不断面世，已有不少生物技术药物应用于临床，国内外已批准上市的约40多种，1995年开发数为234种，目前正在研究的则成倍增加，在这些品种中，大量的均为多肽与蛋白质类药物。由于多肽与蛋白质药物的体内外不稳定性，临床主要剂型是溶液型注射剂和冻干粉针。为解决长期用药的问题，克服注射剂的不便和缺点，发展适宜给药途径的非注射传输系统是药剂学面对的挑战。二、发展多肽与蛋白质药物传输系统的关键问题1、蛋白质药物的结构特征蛋白质分子的化学结构决定其活性，影响活性的结构因素主要为氨基酸及其排序、末端基团，肽链和二硫键位置等。除外，药物的空间结构即二维、三维结构也同样影响生物活性。另外，多肽及蛋白质的分子量常为数千至几十万，颗粒大小在l100nm之间，不能透过半透膜。2、蛋白质药物体内外不稳定性蛋白质药物在体内外环境可能经受多种复杂的化学降解和物理变化而失活，如凝聚、沉淀、消旋化、水解、脱酰氨基等。提高稳定性的方法包括（1）温和的生产条件如对温度、机械搅拌强度和有机溶剂的选择，对无菌条件的控制，容器的吸附效应，水分控制，低温冷藏等。（2）设计正确的处方如PH、缓冲对、电解质；加入适宜稳定剂、冻干保护剂、阻聚剂如非离子表面活性剂、糖、甘露醇、山梨醇、PEG、人血清白蛋白等以及制备包合物等。3、蛋白质药物的吸收特征蛋白质药物半衰期短、清除率高、分子量大透股能力差、易受体内酶和细菌以及体液的破坏、非注射给药生物利用度低，一般都仅为百分之几，如狗口服亮丙瑞林醋酸酯的生物利用度低于3。提高蛋白质药物吸收的方法一般有化学修饰或制备成前体药物，使用酶抑制剂，吸收促进剂，选择适宜剂型保护等。三、注射给药系统1、前体药物注射液为延长药物半衰期，控制进人血液速度，常采用PEG对蛋白质结构进行修饰，如用PEG连结的蛋白质使之变大而不易被肾小球滤过，延长了半衰期，如腺苷酸脱氨酶（ADA）与PEG连结用于治疗免疫缺损综合征已为FDA批准。2、注射用微球发展注射用微球的主要目的是为了达到缓释效果。1986年法国Ipsen生物技术公司上市肌注曲普瑞林一聚丙交酯一乙交酯微球，此后又陆续生产了醋酸亮丙瑞林、布会瑞林和 meterelin肌注微球，临床上用于治疗一些激素依赖性疾病，如前列腺癌、子宫肌瘤、乳腺癌、子宫内膜异位等。人体每月注射1次亮丙瑞林（75mg）微球治疗前列腺癌时相当于每天注射1mg溶液剂。改变共聚物比例或分子量可得到不同持续时间的作用。正在研究的其它微球制剂有皮下注射的生长激素释放因子（GRF）毫微球，大鼠皮下注射后可缓释24小时，比溶液剂生物利用度提高20倍。3、静脉注射用脂质体有报道将各种细胞因子如 GMCSF、IFNr、 IL1、IL2、IL6等包埋于脂质体中，可经r-射线照射灭菌，低温贮存3个月以上，静脉注射达缓释效果，并改变如IL2等在体内的分布和蓄积特性，更易进入细胞发挥作用，提高受体敏感性。类似的用脂质体包理TNFa也明显提高其细胞毒活性，对非敏感的抗性细胞也有活性，表明脂质体对靶细胞有敏化作用。免疫脂质体的制备方法也同样应用于生物技术药物。4、疫苗控释制剂一次接种疫苗以达到完全免疫、提高接种类、减低接种费用是世界卫生组织疫苗发展规划的主要目标之一。目前进行的研究的疫苗控释制剂主要是微球或其它微粒制剂，通过材料的选择和包理程度，可控制疫苗释放速度，如速释及恒释，脉冲释放等。研究的疫苗包括类毒素疫苗如白喉、破伤风、气性坏疽、霍乱等，病毒疫苗如乙肝疫苗等、核酸疫苗及人工合成疫苗等。四、鼻腔给药系统鼻腔粘膜面积约 200 cm2，上皮细胞间隙较大并与毛细血管紧密相连，血管和淋巴管丰富，血流速度约40 mLmin等均是药物经鼻腔吸收的有利条件。脂溶性药物进人鼻腔后较易吸收并直接进入全身血液循环，免受肝脏及胃肠道的首过破坏。合理的鼻腔给药剂型应具有如下特点：在鼻粘膜的浓度高，与鼻腔粘膜接触面积大，容易吸收，不影响鼻腔屏障功能、嗅觉功能和润湿吸人空气、调节吸入空气温度等功能。研究的剂型包括溶液和粉末或微球。一般均采用喷雾给药以深入鼻腔。粉末或微球的滞留时间长，吸收好，药物含量高，给药体积小，有利于药物稳定，但可能产生鼻粘膜刺激。采用吸收促进剂和酶抑制剂等可提高多肽及蛋白质药物鼻腔吸收，延长滞留时间。药物将胰岛素淀粉微球给绵羊滴鼻，其相对生物利用度提高至10 7，将微球与胆碱溶血磷脂联合使用，则进一步提高至315，而溶液剂滴鼻则仅为1。一种鼻腔给药的流感疫苗FluMist由活疫苗组成，较灭活病毒制品产生的作用强，保护作用持久，已在美国进行3期临床研究。研究应用的吸收促进剂包括胆盐、脂肪酸、皂角苷、辛酸钠、月桂酸钠和聚丙烯酸等。但长期应用可损害鼻粘膜和纤毛，一些促吸剂具刺激性。梭链孢酸衍生物如牛磺酸二氢梭链孢酸盐和环糊精可能是一种较安全有效的促吸剂。五、肺部吸入给药系统肺部的表面积高达70m2，远大于鼻腔等除胃肠道以外的其它途径的吸收面积，而且肺泡毛细血管丰富，上皮细胞间隙较大，是很有前景的途径。肺部吸入系统一般首选为小剂量的粉雾剂系统，干粉吸入避免了溶液剂中药物的降解，微粉化技术保证了药物不在气管或支气管滞留，顺利进人肺部组织。气雾剂也有应用，但一些多肽或蛋白质在形成气溶胶微粒时发生变性。肺吸入给药的限制是其吸收和有效的重现性问题以及长期给药可能带来的临床副作用。选择合适的给药装置是解决肺部给药的关键。一种带压缩部件的装置可以定量释放15uL含水的药物气雾剂，使其均匀沉积在肺的边缘、中间和中枢区域，沉积率为39，是一般吸人器吸入沉积率的4倍。由Innovate Biomed公司研究的干粉吸入器，沉积率达30，是一般吸入器的3倍。微粉化是干粉吸人剂取得成功的另一关键。根据不同给药沉积部位要求，粉末粒子大小应在几个微米范围。粉碎方法有气流粉碎（喷射磨）、喷雾干燥、搅拌离心、超临界粉碎等。人体实验中亮丙瑞林气雾剂的吸收可达18，制剂中加入l的甘油或A-zone，在大鼠实验中吸收率达到100。胰岛素吸入治疗是多家制药公司开发的热点。吸入治疗公司和辉瑞公司合作开发的胰岛素的肺部吸人剂已完成2期临床，结果表明吸人本品与口服二甲双服或磺豚类药物合用可改善仅口服后者对2期糖尿病患者的血糖控制，疗效与注射相同，目前正在进行3临床研究。在2um大小的胰岛素的干粉中混入25癸酸钠，胰岛素在狗的肺中吸收提高25倍。六、口服给药系统生物药物的口服给药是难度最大而又最热门的给药途径。多肽或蛋白质的口服后一般在胃肠道降解成小分子氨基酸后吸收，其生物活性也随之消失。阻止这些大分子口服吸收进入的主要屏障是致密的肠上皮细胞膜、胃酸和各种消化酶。因此改进其生物利用度的焦点就是如何减少这些屏障的作用。1、促渗透剂的应用常用的方法是使用促渗剂，如表面活性剂、脂肪酸或胆盐，增加粘液层和上皮细胞层的通透性，扩大细胞间隙。最常用的口服吸收促进剂是胆盐和脂肪酸，也有人使用水杨酸钠。该类物质的最大缺点是无选择性地作用于脂质表面而可能使所有小肠内容物成分包括各种毒素和生物病原体进入血液，也有潜在的细胞膜溶解和局部炎症等毒性。一种颇有前途的促渗剂是由特殊细菌产生的蛋白毒素，Zonula occludens toxin（ZOT）。ZOT特殊作用于actin filaments of zona occludents而不影响全肠道功能的完整性，而且 ZOT仅对小肠和十二指肠的受体有效而不作用于直肠和结肠。因此其细胞内通道作用安全、可逆、具时间和剂量的依赖性、限定于某些部位。给糖尿病动物服用加有5ugZOT的10IU胰岛素，即从原来的无降糖作用而转为显著的降糖作用并维持最大有效性 100 min，相当于皮下注射 1224IU胰岛素，即相对生物利用度为 816。2、蛋白酶抑制剂应用蛋白酶抑制剂可阻止胃肠消化酶对胰岛素等的破坏。常用的酶抑制剂有甘胆酸钠、camostat mesilate、bacitracin、aprotinin、大豆胰酶抑制剂等，前3种效果较佳，主要影响蛋白酶集中的大肠段的吸收。结合应用促吸剂能取得更好的效果。例如同时服用 12IU的胰岛素、10mgmL胆酸钠和 aprotinin，禁食大鼠的血糖下降达 70，而只与胆酸钠或与 aprotinin合用，血糖只下降 30。3、剂型和制剂技术（1）肠溶衣制剂对胰岛素胶囊或微九采用肠溶材料丙烯酸树脂包衣可减少胃酸和部分酶的破坏，达到定位释放。在 PH75 80释放药物，大鼠口服16IU胰岛素的降糖效果与腹腔内注射4IU胰岛素的效果类似，相对生物利用度为93127。（2）微球和毫微球将胰岛素制备成小于2um的生物降解或不降解材料的微球，既能减少药物的破坏，也可能通过空肠绒毛尖端细胞脱落形成的间隙或Payers结吸收，也可以缓慢释放药物，通过胃肠上皮细胞正常吸收转运到肝、脾和其它组织，降低血糖以及肝糖原的积累。大小在250300urn的聚异丁基腈基丙烯酸微球可在3060min内穿透肠粘膜，其途径包括细胞间隙途径和Payers结的M细胞。通过大鼠分肠段给药100IU/Kg胰岛素微球，最大吸收在回肠（65），蕨为空肠和十二指肠（50），最低为结肠（30）。（3）微乳、复乳和脂质体将胰岛素制备成口服微乳可以改进其吸收。狗十二指肠给予15IUkg的WO型胰岛素微乳，采用同位素示踪法测定其上腔静脉及下腔静脉的血药浓度，表明做乳口服吸收的主要途径为淋巴途径，上腔静脉血药浓度为下腔静脉血药浓度的255倍。国内曾研究过胰岛素口服复乳，给予糖尿病模型小鼠灌胃给药后具有肯定的降血糖作用。用脂质体作为口服蛋白质和多肽药物的载体至今仍在研究，包括胰岛素、葡萄糖氧化酶、凝血因子、各种细胞因子类药物等。有报道糖尿病大鼠口服胰岛素脂质体后的显著降糖作用，3小时到达最大值，而对正常大鼠血糖无影响，但学术界对此存在争议。利用口腔粘膜吸收胰岛素，药物迅速进入口腔粘膜下颌静脉而人血液循环，避免了肝脏代谢。据认为，这类粘膜吸收制剂的吸收程度与制剂因素有很大关系。简单地应用HPC与卡波沫934压制而成的园形片，吸收很差。有人制备了一种两面粘贴拱形制剂，胰岛素分散在带有拱形粘贴层的药芯中而外圈是分散有甘胆酸钠等促吸剂的油性材料。七、透皮给药系统脂质体作为生物药物透皮给药的载体已有大量报道，如胰岛素、干扰素、胶原蛋白、肝素、过氧化物歧化酶、组织生长因子等。脂质体的主要材料是磷脂，磷脂分子在一定条件下形成双分子层，与角质层细胞间隙的类脂双分子层有相同结构，推测这种结构有利于两者的亲和，从而改进药物的渗透速率。透皮传递体是一种由类脂材料制备的纳米脂质体，除了体积小以外，更重要的特征是这种载体具有高度变形性。在一定的水合压力下（来源于皮肤表面液体水分的蒸发和皮肤内各层次水分浓度梯度），其类脂膜可以发生形变，实验研究报道该载体可将胰岛素输人体内并达到皮下注射水平，具有迅速的降血糖作用，而同样大小的脂质体却不能携药通过。离子导入法可增加离子药物的皮肤通透量，在一定的电场条件下，离子药物通过电导、电渗和溶剂牵引等机理通过毛孔、汗腺等通道进入皮肤，采用离子导人结合脂质体的方法也可驱使脂质体进入角质层。与离子导人不同，电致孔方法是在高电压脉冲电流作用下，在皮肤角质层形成短暂亲水性微孔以增加药物透人的方法。