依据指南探讨速效胰岛素类似物用于胰岛素泵的优化治疗

都健

中国医科大学附属第四医院，辽宁 沈阳 110000

2021 年8 月，《中国胰岛素泵治疗指南（2021年版）》正式发布于《中华内分泌代谢杂志》（以下简称《新版指南》）［1］。经过30 余年的应用、探索和创新，胰岛素泵已从原来单纯输注基础和餐时胰岛素的模式，发展到将持续皮下输注胰岛素（continuous subcutaneous insulin infusion，CSII）、持续葡萄糖监测（continuous glucose monitoring，CGM）和糖尿病信息管理功能融合一体的智能化血糖管理闭环模式，不仅能更精细地模拟生理性胰岛素分泌，更能纳入血糖变化的反馈调节机制，智能减少血糖波动，使血糖管理的有效性和安全性大为提高［2］。

1 胰岛素泵技术进步带来多方面的临床获益

在血糖管理中，糖化血红蛋白（glycated hemoglobin A1c，HbA1c）作为金标准，常被用来评估血糖控制情况；葡萄糖目标范围时间（time in range，TIR）作为评估血糖变异性的关键指标之一，在近年来也逐渐引起临床重视。多项研究显示，与传统的每日多次胰岛素皮下注射（multiple daily injections，MDI）相比，无论是1 型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）患者，还是2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者，不断革新的胰岛素泵治疗都可以更好地降低患者的HbA1c 水平，缩短血糖达标时间，改善血糖控制［3-7］，且可使T1DM 患者 TIR由46.9%显著提高至64.3%（P=0.000 3）。真实世界的回顾性研究也提示，使用胰岛素泵治疗，可降低长期血糖变异性［8］。此外，与MDI 治疗相比，胰岛素泵在改善低血糖方面同样具有优势，可以显著降低低血糖的发生风险［7,9］，进一步降低严重低血糖事件［10］。同时，由于胰岛素泵能够更好地模拟生理性胰岛素分泌，在达到相同的疗效时，需要的胰岛素总量一般少于MDI 治疗，可以避免过大剂量使用胰岛素导致的体质量增加［6］。此外，胰岛素泵治疗还可以降低心血管死亡率、全因死亡率［11］和降低远期糖尿病视网膜病变和周围神经病变发生率［12］。

除上述优势之外，《新版指南》中还指出，胰岛素泵治疗还可提高患者生活质量，且具有良好的成本效益比［1］。

2 胰岛素泵中制剂的稳定性对疗效而言至关重要

胰岛素泵治疗可为糖尿病患者带来多方临床获益，但在使用过程有可能出现胰岛素结晶堵塞输液管等意外，堵管的发生也是导致意外高血糖的重要原因之一［1］。输液管路移位、堵塞，导致胰岛素输注异常，使患者面临酮症和糖尿病酮症酸中毒（DKA）的风险，因此必须及早识别和管理［13］。

胰岛素稳定性是导致输注管路堵塞和胰岛素活性降低及其相关血糖控制波动的重要影响因素［14］。由于CSII 期间温度、酸碱度、震动等环境因素的改变，胰岛素制剂物理和化学稳定性可能遭到破坏，进而发生沉淀，导致胰岛素泵管路的堵塞，引起血糖控制不佳［15］。物理和化学稳定性的改变相互影响，相互促进，如胰岛素分子构象改变使分子更易受到化学攻击，反之亦然［16］。

2.1 物理稳定性

胰岛素制剂物理稳定性破坏的主要表现为等电点沉淀和胰岛素纤维化，二者均可造成胰岛素输注管路堵塞。（1）等电点沉淀。等电点是导致胰岛素等电沉淀的重要影响因素［17］。胰岛素作为一种蛋白质激素，同时带有正电荷和负电荷基团，其带电基团的电荷数随环境pH 值的变化而变化。等电点沉淀是指当溶液的pH 处于蛋白质的等电点时，蛋白质分子主要以两性离子形式存在，其分子净电荷为零（即正负电荷相等），此时蛋白质分子颗粒在溶液中因没有相同电荷的相互排斥，分子相互之间的作用力减弱，其颗粒极易碰撞、凝聚而产生沉淀，所以蛋白质在等电点时，其溶解度最小，最易形成沉淀物；当环境pH 值偏离等电点时，胰岛素的溶解度增高，不易形成沉淀［18］。目前CSII 中使用的速效胰岛素类似物分子的等电点一般介于pH 4.5～6.5［18］。胰岛素泵中的胰岛素溶液为中性，但在输注过程中因二氧化碳渗入、储药器或管道材料中的酸性物质浸出等因素导致pH 值降低［16］。故理论上讲，等电点越低，越不容易发生等电点沉淀。门冬胰岛素、赖脯胰岛素、谷赖胰岛素和常规人胰岛素的等电点分别为pH 5.1、5.6、5.1 和5.4，其中以门冬胰岛素和谷赖胰岛素的等电点最低。Poulsen 的一项研究［19］中对门冬胰岛素、赖脯胰岛素和常规人胰岛素逐渐发生沉淀的pH 值进行了比较，结果发现，诱导10%和90%的胰岛素发生沉淀的pH 值分别为5.90 和5.67；6.41 和6.30；6.18和5.95。门冬胰岛素发生沉淀的pH 值最低，且诱导10%的门冬胰岛素发生沉淀所需H+的当量最高（5.49 nmol/μL），而诱导10%的赖脯胰岛素和常规人胰岛素发生沉淀的H+当量几乎相同，分别为4.46 nmol/μL 和4.32 nmol/μL。提示门冬胰岛素对抗等电点沉淀的能力最强。Poulsen 的另一项研究［20］比较了具有相同等电点的门冬胰岛素和谷赖胰岛素（二者等电点均为5.1）发生等电点沉淀的程度。结果发现，诱导50%的胰岛素发生沉淀的pH 值分别为5.86 和6.64，所需H+的数量分别为5.27 nmol/μL 和4.14 nmol/μL，这意味着在pH 值降低过程中，谷赖胰岛素较门冬胰岛素更早发生等电点沉淀。门冬胰岛素更不易发生沉淀的原因可能为其本身pH 值较低，需要更大数量的酸诱导等电点沉淀。总之，这两项研究均提示，门冬胰岛素是目前批准用于CSII的速效胰岛素类似物中对抗等电点沉淀能力最强和最晚发生沉淀的。（2）锌离子。研究表明，锌离子与胰岛素的合成、分泌、贮存、降解、生物活性及抗原性密切相关。锌主要分布在胰岛β 细胞的分泌颗粒中，促使胰岛素形成稳定的六聚体进而结晶化［21］。此外,六聚体中的锌离子还能防止自由基对胰岛素的破坏损伤。锌可激活羧化酶使胰岛素原（含C 肽的胰岛素）切断C 肽后转变为胰岛素，并提高胰岛素的稳定性［22］。门冬胰岛素制剂中添加了锌作为六聚体稳定剂，这种分子结构促使胰岛素自身结合和形成单体，具有对抗胰岛素纤维化的作用，可增强胰岛素稳定性［16］，减少CSII 过程中的堵管问题。

2.2 化学稳定性

胰岛素化学稳定性的改变则涉及对分子序列的共价修饰，导致键形成或裂解，通过水解或分子间转化形成高分子量的转化产物。化学稳定性破坏可能导致胰岛素活性降低、胰岛素免疫原性增加和输注管路堵塞，上述变化都会造成CSII 疗效降低［16］。一项研究在体外模拟CSII 使用条件，结果发现，第10 天时，谷赖胰岛素制剂中无活性的高分子量转化产物的形成较门冬胰岛素高出一倍（分别为0.8%和0.4%），提示门冬胰岛素的稳定性优于谷赖胰岛素［23］。物理和化学稳定相互影响、相互促进，增强物理稳定性的措施也有利于化学稳定性的提高，总体表现为理化稳定性增强。Senstius 等一项研究评估了模拟最差CSII 临床使用条件下门冬胰岛素的稳定性和效力。结果发现7 d 后门冬胰岛素保持≥99%的效力，pH 值、转化产物或防腐剂均与对照组差异无统计学意义，证实门冬胰岛素具有很好的理化稳定性［24］。

3 泵中胰岛素如何优选

用于CSII 的理想胰岛素制剂应具备以下特性：立即吸收、有效控制血糖；等电点低；不易发生纤维化和堵塞；化学稳定性好；无免疫原性；适用人群广［15］。

速效胰岛素类似物是在人胰岛素分子上进行氨基酸替代，使得胰岛素分子更易解离，可更快吸收入血［17］。并且，速效胰岛素类似物较常规短效人胰岛素轻度减少管道堵塞风险。因此，《新版指南》指出，常规短效胰岛素应用在泵中较速效胰岛素类似物可能轻度增加管道堵塞风险，建议谨慎使用，更推荐使用速效胰岛素类似物。可用于泵的速效胰岛素类似物包括门冬胰岛素、赖脯胰岛素、谷赖胰岛素［1］。

根据上文讨论，不同速效胰岛素类似物的物理和化学稳定性存在差异，而物理和化学稳定性破坏将导致管路堵塞和胰岛素活性下降，继而引起胰岛素泵相关高血糖的发生。基于这一原理，多项研究比较了三种速效胰岛素类似物用于CSII 的堵管和胰岛素泵相关高血糖发生率。Kerr 等在32～36 ℃的实验室条件下评估了谷赖胰岛素、赖脯胰岛素和门冬胰岛素用于胰岛素泵的标准CSII 导管的堵塞情况。结果显示，在为期5 d 的输注期间，谷赖胰岛素、门冬胰岛素和赖脯胰岛素的5 d 内估计堵管可能性分别为40.9%、9.2%和15.7%，其中门冬胰岛素的堵管风险最低［25］。Kerr 的另一项对体外和临床研究的系统回顾也提示，在极端的CSII 使用状况（高温和机械振荡）下，门冬胰岛素的沉淀和堵管发生率均低于谷赖胰岛素［15］。

现有随机对照临床研究和观察性研究的结果也支持上述研究的结论。一项在全球12 个国家44 个研究中心进行的随机、开放、交叉临床研究，将 256例T1DM 患者随机采用谷赖胰岛素、门冬胰岛素和赖脯胰岛素进行CSII 治疗，结果发现谷赖胰岛素、门冬胰岛素和赖脯胰岛素组无法解释的高血糖发生率分别为每个患者1.61、1.04 和1.22 起事件/月，堵管发生率分别为每个患者0.41、0.28 和0.31 起事件/月。可见门冬胰岛素组无法解释的高血糖和堵管发生率均为最低，且与谷赖胰岛素组的均差异有统计学意义（P值分别为<0.001 和0.02）［26］。另一项对意大利1 046例青少年和儿童T1DM 患者前瞻性随访1 年的观察性研究中也发现，门冬胰岛素与较低的气泡形成和较低的无法解释的高血糖风险相关，而谷赖胰岛素与较高的脂肪增生和泵堵塞风险相关［27］，即与谷赖胰岛素相比，门冬胰岛素更不易发生堵管和高血糖。这些研究均反映了胰岛素的物理和化学稳定性对管路堵塞及血糖控制的重要影响。在选择胰岛素泵用的胰岛素制剂时应予以充分考虑。

胰岛素泵是模拟生理性胰岛素分泌模式的最佳治疗方案，在糖尿病治疗中可提供多重临床获益。《新版指南》推荐，速效胰岛素类似物更适用于胰岛素泵治疗。此外，胰岛素制剂的理化稳定性也是影响疗效的重要因素。门冬胰岛素因等电点低及制剂中添加锌离子的特征，物理和化学稳定性更好，不易形成等电沉淀、降解产物及高分子量转化产物，在保证胰岛素活性的同时，堵管发生率更低，可显著降低高血糖和低血糖发生风险，在胰岛素泵治疗中更具优势。