从基础胰岛素研发探讨血糖管理的优化

曾龙驿

中山大学附属第三医院，广东 广州 510630

胰岛素治疗在2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）高血糖管理中占有重要地位［1］。但临床实践中，中国T2DM 患者起始基础胰岛素治疗时机较晚，起始剂量偏低且在起始治疗后剂量调整不足，是导致胰岛素治疗后血糖控制不满意的重要原因［2］。为更好地接近生理性胰岛素分泌，人们不断研发出药效曲线更平稳，作用时间更长的胰岛素，其中长效胰岛素类似物在模拟生理性胰岛素分泌和减少低血糖发生风险方面优于人胰岛素。那么，不同的长效胰岛素类似物之间，疗效与安全性方面是否存在差异？本研究通过循证证据，着重详细比较了甘精胰岛素U100、甘精胰岛素U300 以及德谷胰岛素，以期为优化临床血糖管理方案提供参考。

1 基础胰岛素在降糖管理中仍占有重要地位

我国糖尿病患病率呈显著增长趋势，2015-2017年在全国31 省开展的糖尿病流行病学调查显示，我国18 岁以上人群糖尿病患病率为11.2%，较2013年增长0.8%［3］，血糖管理成为亟待解决的社会问题。虽然新型降糖药物层出不穷，但胰岛素仍是有效的降糖药物之一，当口服降糖药效果不佳或存在口服降糖药使用禁忌时，仍需使用胰岛素，以控制高血糖，并减少糖尿病并发症的发生风险。尤其是病程较长时，胰岛素治疗可能是最主要的、甚至是必需的控制血糖措施［4］。基础胰岛素通过调控肝糖元分解和糖异生作用以及外周组织对葡萄糖的利用，维持血糖稳态，在胰岛素降糖治疗中有着举足轻重的位置［5］。《中国2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》建议，若T2DM 患者在生活方式和口服降糖药联合治疗的基础上，血糖仍未达标，建议尽早（3 个月）开始胰岛素治疗，通常建议选择基础胰岛素［3］。

1921 年加拿大医生Banting 和Best 首次在狗的胰腺中成功提取并纯化出胰岛素［6］，这一划时代的发现为糖尿病的管理带来了曙光，至今，胰岛素的发展已走过了百年历史。为满足模拟生理性胰岛素分泌的临床需求，以实现长效、平稳降糖的同时降低低血糖风险，基础胰岛素的研发从未停滞。1946 年，中性鱼精蛋白锌胰岛素（neutral protamine hagedorn，NPH）研制成功。20 世纪80 年代起，人胰岛素进入临床使用。20 世纪90 年代起，胰岛素类似物相继问世，从NPH 到传统基础胰岛素类似物甘精胰岛素及地特胰岛素，再到新一代基础胰岛素类似物德谷胰岛素、甘精胰岛素U300，基础胰岛素在分子结构、延长机制、作用时间等方面均不断创新、优化，以发挥长效降糖作用。

2 基础胰岛素制剂研发不断创新以满足临床需求

正常的生理性胰岛素分泌包括持续低水平的基础胰岛素分泌和进餐相关的餐后高分泌。基础胰岛素通过抑制肝糖原的分解和糖异生维持两餐之间和夜间的血糖水平恒定，是胰岛素替代治疗的重要组成部分。如何延长胰岛素的作用时间便成为最初胰岛素研发的主要方向。内源性胰岛素在人体胰腺β细胞中合成，在锌离子的存在下，三个二聚体形成更稳定的六聚体［7］。外源性胰岛素在制剂中，多以六聚体形态存在，进入皮下组织后，分解成二聚体、单体，才能够被毛细血管吸收，进入靶组织发挥生理作用。因此，基础胰岛素研发的关键是通过采用不同的延长机制，延缓胰岛素从皮下组织吸收进入血液循环［8］。

2.1 中效胰岛素

1936 年，将锌加入鱼精蛋白胰岛素（protamine zinc insulin，PZI），延长胰岛素的作用时间。1939年，开发出作用时间短于PZI 的球蛋白胰岛素。1946 年，NPH 问世。1950 年，通过控制鱼精蛋白的含量制备NPH［9］。NPH 最初来源于动物，但由于动物胰岛素的分子结构与人胰岛素存在差异，免疫原性高，易诱发胰岛素抗体从而导致大部分患者的注射部位出现脂肪萎缩，降糖个体差异大、稳定性差而逐渐退出市场［10］。随着基因重组工程的发展，研究者们将携带人胰岛素基因的质粒导入酵母菌表达从而生产出了与人氨基酸序列一致的胰岛素［11］，同时具有完好的三维空间结构，之后通过离子交换层析和高压液相层析等分离纯化技术清除杂质，使得胰岛素在疗效和安全性等方面体现出了明显优势［10］。今天临床应用的NPH胰岛素则由人胰岛素制成。

2.2 长效胰岛素类似物

NPH 胰岛素起效时间为2.5～3.0 h，作用高峰在5～7 h，其吸收变异性较大，作用曲线具有明显的峰值，作用时间相对较短，持续时间13～16 h，不能覆盖24 h 血糖［3］，低血糖发生风险较高［4］。此外，NPH 为混悬液，使用前需充分混匀，否则也会显著增加变异性［12］。

20 世纪90 年代起，科学家通过改变胰岛素的氨基酸序列和结构，研制出作用时间更持久、作用更稳定、更好模拟生理基础胰岛素分泌的基础胰岛素类似物。甘精胰岛素U100 是通过氨基酸地改变使胰岛素的等电点发生改变，从原来的5.4 变为6.7。在中性pH 液中溶解度低，皮下注射后形成细微沉淀，胰岛素单体在皮下持续缓慢释放［8］。而地特胰岛素则是改变了氨基酸的侧链，并连接了1 个14 碳游离脂肪酸链。皮下注射后，地特胰岛素自我聚合形成双六聚体，并与白蛋白可逆性结合，从而延长作用时间。地特胰岛素与甘精胰岛素U100 的药代动力学、药效学特征相似，作用时间均可持续24 h［13］。甘精胰岛素U100 和地特胰岛素作为第一代具有独特分子结构和延长作用机制的长效胰岛素类似物，弥补了中性鱼精蛋白锌胰岛素作用时间短、有峰值、变异性大、低血糖风险高的不足，更加接近内源性基础胰岛素分泌的特点［14-15］。

继甘精胰岛素U100 和地特胰岛素后，人们仍未停止对基础胰岛素的探索，甘精胰岛素U300 和德谷胰岛素进入临床。2015 年，长效胰岛素类似物甘精胰岛素U300 获美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）、欧盟药品管理局（Europen Medicines Agency，EMA）、加拿大、日本等批准，并开始推向全球市场。甘精胰岛素U300 是甘精胰岛素U100 的浓缩剂型，其氨基酸序列与U100 完全相同，与相同剂量的甘精胰岛素U100 相比，U300 液体体积减小2/3，形成的皮下微沉淀较甘精胰岛素U100 更紧凑，导致皮下储库表面积减少，从而延长吸收时间［14］。甘精胰岛素U300 的半衰期为19 h，没有明显峰值，作用时间可持续36 h［16］。同年，长效胰岛素类似物——德谷胰岛素在FDA 获批，作用时间长达42 h。德谷胰岛素去掉了人胰岛素B30 位的苏氨酸，在B29位的赖氨酸上通过1 个L-γ-谷氨酸与16 碳的脂肪二酸侧链相连。在含有苯酚和锌离子的制剂中，德谷胰岛素以双六聚体形式存在，为透明、澄清的液体。注射到皮下组织后，苯酚快速弥散，德谷胰岛素构象改变，双六聚体末端开放，进一步形成可溶稳定的多六聚体长链。随着锌离子缓慢弥散，多六聚体长链的末端解离出德谷胰岛素单体，单体吸收入血后发挥平稳地降糖作用，在血液循环中德谷胰岛素单体与白蛋白可逆性结合，可起到缓冲作用，进一步延缓德谷胰岛素到达靶组织的时间，以发挥其长效降糖作用［17］。

3 新型长效胰岛素类似物可更好满足临床需求

基础胰岛素通过不同的研发策略来延长作用时间，并期望能不断满足理想基础胰岛素的需求，作用时间持久、显著改善血糖控制、变异性小及低血糖风险低。下面我们将着重比较甘精胰岛素U100、甘精胰岛素U300 以及德谷胰岛素的疗效与安全性。

3.1 德谷胰岛素vs 甘精胰岛素U100

药物代谢动力学（pharmacokinetic，PK）与药物效应动力学（pharmacodynamics，PD）研究显示，相较于甘精胰岛素U100，德谷胰岛素降糖效果分布更为平均［18］，降糖疗效的日内变异性降低40%［19］，降糖疗效的日间变异性是甘精胰岛素U100的1/4［20］。BEGIN Once Long 研究［21］结果显示，与甘精胰岛素U100 相比，未使用过胰岛素的T2DM 患者长期使用德谷胰岛素可显著降低空腹血糖，治疗104 周后，两组的治疗差异为-0.38 mmol/L，P=0.019，且德谷胰岛素组夜间确认低血糖的发生风险较甘精胰岛素U100 组显著降低43%（P=0.002）。在BEGIN研究的中国亚组BEGIN ONCE 研究［22］中，对于未使用过胰岛素的中国T2DM 患者（n=560），德谷胰岛素组的安全达标率［糖化血红蛋白（glycated hemoglobin A1c，HbA1c）＜7%且无确证的低血糖］较甘精胰岛素U100 更高（53.1%vs43.1%），差异有统计学意义（P＜0.05）。真实世界研究EUTREAT 研究结果显示，由其他基础胰岛素（31%的T2DM 患者既往使用甘精胰岛素U100）转换为德谷胰岛素的T2DM 患者，治疗12 个月后，HbA1c较基线显著降低0.52%，空腹血糖较基线降低1.47 mmol/L（P＜0.001）［23］。

3.2 甘精胰岛素U100 vs 甘精胰岛素U300

PK/PD 研究显示，甘精胰岛素U300 较U100 半衰期延长，生物利用度更低，未达到生物等效性，降糖疗效降低27%［24］。3 期临床研究结果发现，甘精胰岛素U300 与U100 的空腹血糖水平改善相似，但胰岛素剂量增加达18%［25-29］。

3.3 德谷胰岛素vs 甘精胰岛素U300

PK/PD 研究显示，甘精胰岛素U300 较德谷胰岛素降糖效能降低30%，且德谷胰岛素降糖疗效的日内变异性较甘精胰岛素U300 低37%，日内变异性为甘精胰岛素U300 的1/4［30］。在未使用过胰岛素的T2DM 患者中比较德谷胰岛素与甘精胰岛素U300 的疗效和安全性的临床研究发现，德谷胰岛素组患者的空腹血糖改善更优（-3.95 mmol/Lvs-3.53 mmol/L）、德谷胰岛素与甘精胰岛素U300 低血糖发生风险相似（18.4vs14.7，P=0.123），且日剂量减少20%［0.43 IU·kg-1·d-1vs0.54 IU·kg-1·d-1］［31］。真实世界研究也得出了相似的结果。Tibaldi 研究发现，治疗6 个月后，与甘精胰岛素U300 相比，德谷胰岛素组HbA1c 水平改善更优（-1.5%vs-1.22%，P=0.029），低血糖发生风险较甘精胰岛素U300 降低30%；且胰岛素剂量减少了10%（P=0.038）［32］。

4 结语

胰岛素的临床使用从动物胰岛素、人胰岛素、进展到胰岛素类似物，研究者一直在致力于寻找一种满足理想基础胰岛素的需求，实现作用时间平稳持久，显著改善血糖，且低血糖风险小的目标，基础胰岛素类似物在这方面有了很大的改进。通过对基础胰岛素类似物循证证据的互相比较及反复验证，与甘精胰岛素U100/U300 相比，德谷胰岛素显示出作用持久，平稳，改善血糖更优且降糖疗效变异性小，低血糖风险更低等优势，更能满足理想基础胰岛素的需求。