一、前言

提起口服多肽，相信大家首先想到的肯定是近年來(lái)風(fēng)頭正勁的諾和諾德公司GLP-1類(lèi)似物口服索馬魯肽。2019年絕對(duì)是口服索馬魯肽的豐收年，面對(duì)早已是一片紅海的糖尿病領(lǐng)域，口服索馬魯肽在降糖、減重、保護(hù)心血管系統(tǒng)與腎臟等領(lǐng)域四面出擊。在PIONEER 2和PIONEER 7兩項(xiàng)與目前標(biāo)準(zhǔn)療法的頭對(duì)頭臨床實(shí)驗(yàn)中，口服索馬魯肽分別擊敗同為口服降糖制劑的禮來(lái)SGLT-2抑制劑（恩格列凈，Jardiance）與默沙東DPP-4抑制劑（西格列汀，Januvia）。同時(shí)，在PIONEER 4中與自家前輩利拉魯肽相比，口服索馬魯肽也在降糖方面獲得了非劣性結(jié)果。此外，被禮來(lái)寄予厚望的GIP/GLP-1雙靶點(diǎn)激動(dòng)劑（Tirzepatide），雖然在一項(xiàng)6個(gè)月的2型糖尿病IIb期臨床研究中展現(xiàn)了令業(yè)界乍舌的降糖與減重效果（高劑量組HbA1C降低2.4%、減重11.3公斤），但也伴隨著高達(dá)32%的12周退組率。結(jié)合其它雙靶點(diǎn)、三靶點(diǎn)激動(dòng)劑不盡如人意的臨床結(jié)果，禮來(lái)是否能為T(mén)irzepatide找到最安全、最理想的治療窗，目前看來(lái)還是個(gè)大大的問(wèn)號(hào)?；谏鲜雠R床數(shù)據(jù)，剛剛上市的口服索馬魯肽看似已有在糖尿病領(lǐng)域統(tǒng)一六國(guó)之勢(shì)，但在小編看來(lái)，口服索馬魯肽作為第一款真正意義上的口服大分子藥物，將有可能對(duì)改變大分子藥物治療格局，歷史地位不愧于其系列臨床研究的名稱(chēng)PIONEER。

我們將在本篇內(nèi)詳細(xì)討論口服多肽藥物國(guó)際研發(fā)現(xiàn)狀，主要分為口服多肽主要壁壘、口服多肽結(jié)構(gòu)優(yōu)化與口服多肽藥物遞送系統(tǒng)三大方面。由于篇幅有限，本文主題是多肽藥物吸收，將重點(diǎn)介紹以促滲透劑為主的口服多肽給藥系統(tǒng)，未來(lái)可就口服索馬魯肽臨床實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析、大分子藥物腸道吸收所涉及的解剖與生理知識(shí)、天然口服多肽的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與經(jīng)驗(yàn)借鑒等內(nèi)容單獨(dú)成文闡述，此處便不過(guò)度贅述。

二、口服多肽主要壁壘

口服抗體或多肽等大分子藥物始，終是制劑研發(fā)領(lǐng)域的主要方向，尤其對(duì)于2型糖尿病等慢性疾病患者。由于，疾病早期階段對(duì)患者生活質(zhì)量影響較小，不同給藥方式對(duì)患者生活的影響直接決定了依從性與藥品銷(xiāo)量。GLP-1賽道產(chǎn)品的不斷更迭就是上述觀點(diǎn)最經(jīng)典的案例（Exenatide, bid/s.c. ? Liraglutide qd/s.c. ? Dulaglutide qw/s.c. ? Semaglutide qd/p.o.）。為此，諾和諾德、禮來(lái)等糖尿病領(lǐng)域巨頭在上世紀(jì)末就已開(kāi)始不遺余力的尋找有效的口服GLP-1解決方案了。但為什么經(jīng)歷了30余年的努力，目前僅有口服索馬魯肽成功上市哪？這就要從以下兩方面來(lái)詳細(xì)介紹一下多肽藥物口服的主要壁壘所在了。

1、化學(xué)壁壘

人體消化系統(tǒng)分為消化道與消化腺，消化道主要包括口腔、食道、胃、十二指腸、空腸、回腸與結(jié)直腸，消化腺則主要指具有相關(guān)消化酶等分泌功能的腮腺、胰腺與肝臟。消化系統(tǒng)的主要生理功能是消化食物與吸收水、電解質(zhì)及各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（糖、脂、蛋白質(zhì)）。人體各項(xiàng)生理功能所需的能量消耗及組織合成代謝原料，均需通過(guò)對(duì)食物的消化與吸收供給。但在食物所提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，除維生素、水和無(wú)機(jī)鹽可以被直接吸收利用外，蛋白質(zhì)、脂肪和糖類(lèi)等物質(zhì)均不能被機(jī)體直接吸收利用，需在消化道內(nèi)被分解為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)，才能通過(guò)腸粘膜屏障，被吸收進(jìn)入血液和淋巴液。為了能夠?qū)z入的食物充分消化，人體每日消化道分泌的消化液平均可達(dá)到9 L，主要包括強(qiáng)酸性的胃液與強(qiáng)堿性的腸液、胰液與膽汁，其中大部分可被末端回腸與結(jié)腸重吸收。如此大量、且具有強(qiáng)腐蝕性的消化液，足以將所有進(jìn)入消化道的蛋白質(zhì)均分解為單個(gè)氨基酸，但這對(duì)多肽、單克隆抗體等大分子藥物則是滅頂之災(zāi)。

2、物理壁壘

除消化液對(duì)大分子藥物的分解作用外，腸粘膜表面所覆蓋的粘液層，以及腸粘膜細(xì)胞及細(xì)胞間緊密連接等構(gòu)成的腸粘膜屏障，對(duì)于普通多肽及大分子藥物都是不可能逾越的生理屏障。由粘蛋白與糖蛋白構(gòu)成的粘液層，覆蓋了全部胃腸道粘膜，為通過(guò)消化道的食糜起到潤(rùn)滑作用，同時(shí)可以有效地避免腸粘膜細(xì)胞與各類(lèi)微生物及有毒物質(zhì)接觸，是人體與外界環(huán)境的一道重要屏障。各類(lèi)粘蛋白與糖蛋白彼此間通過(guò)二硫鍵結(jié)合形成高度糖基化的大分子物質(zhì)，從而有效避免被消化液內(nèi)的各類(lèi)蛋白酶水解。粘液層內(nèi)分子間結(jié)構(gòu)的孔洞大小、所帶電荷、以及共價(jià)分子數(shù)量，均可直接影響多肽等大分子藥物的通過(guò)性。由化學(xué)或生物合成的相關(guān)粘蛋白，可在體外模型中有效模擬粘液層的理化性質(zhì)，已有大量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢詫?duì)不同多肽分子穿透粘液層的能力進(jìn)行早期評(píng)估。

穿過(guò)粘液層后，即是腸粘膜上皮細(xì)胞的刷狀緣了。從下圖的病理與電鏡圖片中可以看到，腸粘膜上皮細(xì)胞以單細(xì)胞層形式緊密排列，細(xì)胞與細(xì)胞之間則由緊密連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉。任何通過(guò)腸道被吸收的物質(zhì)，都只能通過(guò)腸粘膜上皮細(xì)胞或經(jīng)細(xì)胞旁的緊密連接結(jié)構(gòu)，吸收入粘膜下毛細(xì)血管或淋巴管網(wǎng)絡(luò)。盡管腸粘膜細(xì)胞刷狀緣細(xì)胞膜上分布著大量轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、離子通道等，既可以用來(lái)吸收腸腔內(nèi)的水、電解質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也可以向腸腔內(nèi)分泌相關(guān)物質(zhì)調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。但正如上文所述，無(wú)論是糖類(lèi)、脂肪、還是蛋白質(zhì)，都必須被分解為最基本形式的單糖、脂肪酸及氨基酸后，才可以穿過(guò)腸粘膜屏障被吸收。由緊密連接、粘附鏈接及細(xì)胞橋粒所封閉的細(xì)胞旁通路，在正常生理情況下，僅可以與腸腔內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行水和電解質(zhì)的交換。此外，構(gòu)成緊密連接等細(xì)胞旁通路的相關(guān)蛋白功能一旦受損，將造成嚴(yán)重腹瀉等危險(xiǎn)情況。

三、口服多肽結(jié)構(gòu)優(yōu)化

自Christopher Lipinski提出著名的“Rule of 5”（分子量小于500 Da、氫鍵供體少于5個(gè)、氫鍵受體少于10個(gè)、可旋轉(zhuǎn)鍵少于10個(gè)、脂水分配系數(shù)對(duì)數(shù)值在-2至5之間）理論之后，小分子藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域基本都嚴(yán)格遵循這一經(jīng)典理論，但對(duì)于多肽及大分子生物藥物來(lái)說(shuō)，則完全不可能滿(mǎn)足“Rule of 5”的所有要求。由于多肽分子普遍具有較高的極性、較大的極性表面積、大分子量、低脂溶性、高清除率、易降解等諸多缺點(diǎn)，口服多肽幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的給藥方式。然而，現(xiàn)實(shí)中也存在著特例，例如臨床廣泛使用的環(huán)孢素及去氨加壓素這兩個(gè)天然大環(huán)肽分子，卻分別具有30%和0.17%的口服生物利用度。Daniel Nielsen等對(duì)125種具有不同口服生物利用度的天然環(huán)肽分子進(jìn)行分析后總結(jié)到：對(duì)于環(huán)肽分子而言，分子量大小并不是影響生物利用度的主要原因；與氫鍵受體數(shù)量相比，氫鍵供體對(duì)生物利用度的影響更大；至于可旋轉(zhuǎn)鍵問(wèn)題，則可通過(guò)將肽鏈環(huán)化、增加分子剛性克服；而極性表面積在分析結(jié)果中并未體現(xiàn)出關(guān)鍵作用。此外，肽鏈的環(huán)化有助于內(nèi)化分子中的氫鍵、極性分子、以及酶切位點(diǎn)，可以有效降低分子極性、減少極性表面積、增加脂溶性與分子剛性，有助于增加多肽分子對(duì)細(xì)胞膜的滲透性。

上文中已提到2019年10月Zealand Pharma為了口服大環(huán)肽相關(guān)技術(shù)，斥資8000萬(wàn)美元收購(gòu)新型口服多肽公司Encycle Therapeutics（“三浪并發(fā)”關(guān)鍵時(shí)刻，展望新型多肽藥物研發(fā)），可見(jiàn)口服大環(huán)肽改造已獲得業(yè)界認(rèn)可，而不是單純限于實(shí)驗(yàn)室的早期技術(shù)。但此處小編需要強(qiáng)調(diào)，口服多肽與穿膜多肽之間還是存在較多差異，例如口服多肽更多強(qiáng)調(diào)抗消化液強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕與各類(lèi)蛋白酶降解，由于可借助各類(lèi)促滲透劑等藥物遞送系統(tǒng)增加生物利用度，只需同時(shí)兼具一定的細(xì)胞膜滲透性即可。與口服多肽不同，穿膜多肽的主要臨床需求則是協(xié)助各類(lèi)不能直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的藥物穿透細(xì)胞膜，并作用于相關(guān)細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)。從臨床需求出發(fā)，穿膜多肽的重點(diǎn)在于有效觸達(dá)細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)，因此脂溶性、弱極性、減少分子內(nèi)氫鍵、以及與linker及payload的穩(wěn)定高效偶聯(lián)等特性，才是穿膜多肽設(shè)計(jì)與優(yōu)化的主要方向。

四、口服多肽藥物遞送系統(tǒng)

藥物遞送系統(tǒng)是本篇文章的主要重點(diǎn)，因?yàn)樾【幷J(rèn)為口服索馬魯肽之所以實(shí)現(xiàn)了口服大分子藥物的突破，主要是因?yàn)榇贊B透劑辛酸鈉（Salcaprozate Sodium, SNAC）與索馬魯肽的完美契合。作為GLP-1的長(zhǎng)效類(lèi)似物，索馬魯肽分子為傳統(tǒng)線(xiàn)性肽，分子本身完全不具備任何口服生物利用度。SNAC通過(guò)非特異性的增加腸粘膜屏障通透性，使索馬魯肽可在短時(shí)間內(nèi)穿透腸粘膜上皮細(xì)胞，從而被腸粘膜下毛細(xì)血管吸收入血。盡管與SNAC混合后，最終口服索馬魯肽制劑僅有約1%的口服生物利用度，但對(duì)于極度渴求減少注射次數(shù)的2型糖尿病患者來(lái)說(shuō)，安全有效的口服制劑將大幅度提高生活質(zhì)量。下文將分兩大部分，分別介紹目前最主要的兩類(lèi)促滲透劑SNAC與癸酸鈉（Sodium Caprate, C10）。目前，也有大量胰島素微針注射器與腸道貼片等藥物器械的臨床研究，但考慮到制劑成本、治療人群、消化道基礎(chǔ)疾病等限制條件，顯然促滲透劑才是當(dāng)下口服多肽藥物的主要選擇，因此其它藥物遞送系統(tǒng)本文暫不做贅述。

1、促滲透劑（Permeation Enhancer, PE）

在口服大分子的眾多體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)中，表面活性劑、膽汁酸鹽、細(xì)菌毒素、螯合劑、中鏈脂肪酸等，都表現(xiàn)了不同程度的促滲透作用。目前為止，真正被應(yīng)用于人體實(shí)驗(yàn)的促滲透劑只有SNAC、C10、中鏈脂肪酸、膽汁酸鹽及八碳衍生物。C10的主要代表是Elan Pharma開(kāi)發(fā)的GIPET口服固體制劑給藥系統(tǒng)，隨后將口服多肽技術(shù)授權(quán)給了Merrion Pharmaceuticals?，F(xiàn)在眾所周知的SNAC，則源自美國(guó)公司Emisphere開(kāi)發(fā)的Eligen給藥系統(tǒng)。諾和諾德早已明確了GLP-1賽道將向長(zhǎng)效及口服發(fā)展，為此他們?cè)谏鲜兰o(jì)九十年代就開(kāi)始了各類(lèi)口服胰島素及口服GLP-1的探索，為此他們同時(shí)license in了GIPET和Eligen給藥系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)充分的前期對(duì)比后，諾和諾德最終選擇了具有高激動(dòng)活性、長(zhǎng)半衰期的索馬魯肽與SNAC制成口服片劑，自此開(kāi)啟了口服索馬魯肽的傳奇之旅。

2、C10

C10是癸酸鈉，屬于飽和中鏈脂肪酸，早已被美國(guó)及歐盟批注用作食物添加劑，并且是氨芐青霉素直腸栓劑（Doktacillin）的主要輔料之一。C10是一種對(duì)溶液pH值及離子強(qiáng)度敏感的陰離子表面活性劑，在胃部等強(qiáng)酸性環(huán)境下為不可溶的失活狀態(tài)，在小腸等堿性環(huán)境下可激活其類(lèi)去污劑活性。大量的體外實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，C10在低濃度（2.5 mM）時(shí)主要通過(guò)可逆性干擾腸粘膜上皮細(xì)胞旁路增加大分子滲透性，在高濃度（8-13 mM）時(shí)則會(huì)直接影響腸粘膜結(jié)構(gòu)與細(xì)胞旁通路。上文提及愛(ài)爾蘭公司Merrion Pharma license inGIPET給藥系統(tǒng)后，分別嘗試結(jié)合胰島素、去氨加壓素、抗過(guò)敏寡核苷酸等大分子，并開(kāi)展了相關(guān)臨床研究，但結(jié)果不盡如人意。至今，除氨芐青霉素直腸栓劑外，尚無(wú)任何一款以C10作為遞送系統(tǒng)的藥物獲批。

3、SNAC

SNAC是一種化學(xué)合成的水楊酸乙酰氨基酸衍生物，最早是由Emisphere公司在眾多促滲透劑中篩選出來(lái)的高效分子。以SNAC作為主要輔料的口服維生素B12早先已被批準(zhǔn)為醫(yī)用食品上市，SNAC同時(shí)被FDA認(rèn)定為食品安全物質(zhì)（generally recognized assafe, GRAS）。與C10相同，可與API直接混合制成無(wú)包衣口服片劑，易于控制制劑生產(chǎn)成本及規(guī)模化。上世紀(jì)九十年代，Emisphere 公司曾進(jìn)行多項(xiàng)以SNAC為主要輔料的口服肝素制劑臨床實(shí)驗(yàn)，但始終未獲得FDA批準(zhǔn)，也導(dǎo)致了公司CEO及早期研發(fā)人員大量離職，并將SNAC轉(zhuǎn)讓給諾和諾德進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。早期Emisphere研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為SNAC通過(guò)非共價(jià)鍵形式與payload結(jié)合后，可使后者構(gòu)型改變，暴露更多疏水區(qū)域，從而有利于增加細(xì)胞膜滲透性。在17 mg/mL濃度下，SNAC可有效提升胰島素對(duì)Caco-2單細(xì)胞膜的滲透性，但激光共聚焦顯微鏡發(fā)現(xiàn)熒光標(biāo)記甘露醇分子則仍然無(wú)法通過(guò)，這充分證明SNAC并不是通過(guò)開(kāi)放緊密連接或破壞腸粘膜屏障完整性來(lái)提高胰島素通過(guò)能力的。但目前為止，對(duì)于SNAC是否影響細(xì)胞旁路緊密連接結(jié)構(gòu)仍未有定論。

經(jīng)過(guò)諾和諾德公司多年來(lái)的不懈努力，2019年9月20日FDA正式批準(zhǔn)口服索拉魯肽上市治療2型糖尿病。與C10及大部分傳統(tǒng)觀點(diǎn)不同，諾和諾德公司在相關(guān)報(bào)告中表述口服制劑在胃內(nèi)分級(jí)后，SNAC可有效增加索馬魯肽分子周?chē)植縫H值，阻止胃蛋白酶對(duì)多肽的降解，并通過(guò)與腸粘膜上皮細(xì)胞刷狀緣的接觸，在細(xì)胞膜表面借助濃度梯度使索馬魯肽穿透胃黏膜后吸收入血。再次驗(yàn)證了SNAC對(duì)大分子生物利用度的提升，并不是通過(guò)對(duì)腸粘膜屏障的破壞而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于促滲透劑安全性的質(zhì)疑一直存在，特別是腸道內(nèi)不但有外界食糜帶入的致病原，本身腸道內(nèi)定植的大量微生物及相關(guān)產(chǎn)物，如果與藥物大分子一同被吸收入血，將造成類(lèi)似腸粘膜屏障破壞后菌群易位的嚴(yán)重并發(fā)癥，可能引起生命危險(xiǎn)。但無(wú)論是作為普通食品或醫(yī)用食品添加劑，還是多年來(lái)各項(xiàng)以C10和SNAC為主的臨床研究，都未曾有任何菌群易位的嚴(yán)重不良反應(yīng)報(bào)道。如果我們來(lái)仔細(xì)計(jì)算一下，促滲透劑通常結(jié)合的payload大分子藥物分子量均小于10 kDa，但細(xì)菌、病毒、以及細(xì)菌致病原脂多糖等分子量均大于100 kDa，可見(jiàn)對(duì)于促滲透劑引起腸道微生物或毒素進(jìn)入體內(nèi)的擔(dān)憂(yōu)確實(shí)有些杞人憂(yōu)天了。

除了上述優(yōu)勢(shì)外，SNAC等促滲透劑當(dāng)然存在諸多問(wèn)題。首先，盡管口服索馬魯肽可以有效避免2型糖尿病患者常年的皮下注射，但在比較每周一次的皮下注射與每日口服的區(qū)別時(shí)，感受上的差距似乎已不是非常明顯。況且，為了實(shí)現(xiàn)更好的生物利用度等目的，口服索馬魯肽要求禁食禁水6小時(shí)候方可服用，且服藥后半小時(shí)不可進(jìn)餐，這同樣給患者帶來(lái)了不適體驗(yàn)。此外，僅有約1%的生物利用度，也使得口服索馬魯肽片劑的原料藥成本顯著高于長(zhǎng)效注射劑，這無(wú)疑將增加口服索馬魯肽制劑的終端售價(jià)。如果未來(lái)出現(xiàn)更長(zhǎng)效的GLP-1制劑，相信廣大2型糖尿病患者們可以做一道簡(jiǎn)單計(jì)算題，看看為了躲避皮下注射而花費(fèi)的額外治療費(fèi)用是否值得。最后，還是要討論一下安全問(wèn)題，雖然SNAC等促滲透劑不會(huì)造成菌群易位等嚴(yán)重影響，但由于腸道內(nèi)消化液pH值等環(huán)境條件變化巨大，促滲透劑對(duì)payload生物利用度的增加同樣存在巨大波動(dòng)。因此，只有像GLP-1類(lèi)似物這類(lèi)治療劑量與危險(xiǎn)劑量相差巨大的安全藥物才適合采用促滲透劑方式給藥，多肽藥物治療窗的大小將是評(píng)估其是否適合口服給藥的關(guān)鍵點(diǎn)。

小編總結(jié)

口服多肽已明確成為多肽藥物發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)，盡管目前僅有口服索馬魯肽獲批上市，但其對(duì)GLP-1賽道的顛覆效果已世人皆知。小編認(rèn)為口服多肽固然優(yōu)勢(shì)巨大，但是否可以復(fù)制口服索馬魯肽的優(yōu)異戰(zhàn)績(jī)還需要謹(jǐn)慎考慮。例如，從PK等數(shù)據(jù)角度分析，同樣使用SNAC作為促滲透劑的口服索馬魯肽與未被批準(zhǔn)的口服降鈣素相差無(wú)幾。然而，由于索馬魯肽擁有更長(zhǎng)半衰期，以及更寬闊的治療窗，為其安全有效的臨床結(jié)果打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。顯然SNAC并不是萬(wàn)能鑰匙，我們需要更好的理解它的作用原理，從而為其找到理想的使用場(chǎng)景與合作伙伴（payload）。