一、前言

提起口服多肽，相信大家首先想到的肯定是近年來風(fēng)頭正勁的諾和諾德公司GLP-1類似物口服索馬魯肽。2019年絕對是口服索馬魯肽的豐收年，面對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 7兩項與目前標(biāo)準(zhǔn)療法的頭對頭臨床實驗中，口服索馬魯肽分別擊敗同為口服降糖制劑的禮來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，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，被禮來寄予厚望的GIP/GLP-1雙靶點激動劑（Tirzepatide），雖然在一項6個月的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、三靶點激動劑不盡如人意的臨床結(jié)果，禮來是否能為Tirzepatide找到最安全、最理想的治療窗，目前看來還是個大大的問號?；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)一六國之勢，但在小編看來，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PIONEER。

我們將在本篇內(nèi)詳細(xì)討論口服多肽藥物國際研發(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，將重點介紹以促滲透劑為主的口服多肽給藥系統(tǒng)，未來可就口服索馬魯肽臨床實驗設(shè)計與數(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、天然口服多肽的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與經(jīng)驗借鑒等內(nèi)容單獨成文闡述，此處便不過度贅述。

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，尤其對于2型糖尿病等慢性疾病患者。由于，疾病早期階段對患者生活質(zhì)量影響較小，不同給藥方式對患者生活的影響直接決定了依從性與藥品銷量。GLP-1賽道產(chǎn)品的不斷更迭就是上述觀點最經(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、禮來等糖尿病領(lǐng)域巨頭在上世紀(jì)末就已開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)及各類營養(yǎng)物質(zhì)（糖、脂、蛋白質(zhì)）。人體各項生理功能所需的能量消耗及組織合成代謝原料，均需通過對食物的消化與吸收供給。但在食物所提供的營養(yǎng)物質(zhì)中，除維生素、水和無機(jī)鹽可以被直接吸收利用外，蛋白質(zhì)、脂肪和糖類等物質(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)簡單的小分子物質(zhì)，才能通過腸粘膜屏障，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)均分解為單個氨基酸，但這對多肽、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，為通過消化道的食糜起到潤滑作用，同時可以有效地避免腸粘膜細(xì)胞與各類微生物及有毒物質(zhì)接觸，是人體與外界環(huán)境的一道重要屏障。各類粘蛋白與糖蛋白彼此間通過二硫鍵結(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、以及共價分子數(shù)量，均可直接影響多肽等大分子藥物的通過性。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)，已有大量實驗?zāi)Ｐ涂梢詫Σ煌嚯姆肿哟┩刚骋簩拥哪芰M(jìn)行早期評估。

穿過粘液層后，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。任何通過腸道被吸收的物質(zhì)，都只能通過腸粘膜上皮細(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，既可以用來吸收腸腔內(nèi)的水、電解質(zhì)及營養(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，無論是糖類、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、氫鍵受體少于10個、可旋轉(zhuǎn)鍵少于10個、脂水分配系數(shù)對數(shù)值在-2至5之間）理論之后，小分子藥物開發(fā)領(lǐng)域基本都嚴(yán)格遵循這一經(jīng)典理論，但對于多肽及大分子生物藥物來說，則完全不可能滿足“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，口服多肽幾乎是不可能實現(xiàn)的給藥方式。然而，現(xiàn)實中也存在著特例，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，氫鍵供體對生物利用度的影響更大；至于可旋轉(zhuǎn)鍵問題，則可通過將肽鏈環(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，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8000萬美元收購新型口服多肽公司Encycle Therapeutics（“三浪并發(fā)”關(guān)鍵時刻，展望新型多肽藥物研發(fā)），可見口服大環(huán)肽改造已獲得業(yè)界認(rèn)可，而不是單純限于實驗室的早期技術(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)堿腐蝕與各類蛋白酶降解，由于可借助各類促滲透劑等藥物遞送系統(tǒng)增加生物利用度，只需同時兼具一定的細(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。從臨床需求出發(fā)，穿膜多肽的重點在于有效觸達(dá)細(xì)胞內(nèi)靶點，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，因為小編認(rèn)為口服索馬魯肽之所以實現(xiàn)了口服大分子藥物的突破，主要是因為促滲透劑辛酸鈉（Salcaprozate Sodium, SNAC）與索馬魯肽的完美契合。作為GLP-1的長效類似物，索馬魯肽分子為傳統(tǒng)線性肽，分子本身完全不具備任何口服生物利用度。SNAC通過非特異性的增加腸粘膜屏障通透性，使索馬魯肽可在短時間內(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，但對于極度渴求減少注射次數(shù)的2型糖尿病患者來說，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)及體外實驗中，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)用于人體實驗的促滲透劑只有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，則源自美國公司Emisphere開發(fā)的Eligen給藥系統(tǒng)。諾和諾德早已明確了GLP-1賽道將向長效及口服發(fā)展，為此他們在上世紀(jì)九十年代就開始了各類口服胰島素及口服GLP-1的探索，為此他們同時license in了GIPET和Eligen給藥系統(tǒng)。經(jīng)過充分的前期對比后，諾和諾德最終選擇了具有高激動活性、長半衰期的索馬魯肽與SNAC制成口服片劑，自此開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)境下可激活其類去污劑活性。大量的體外實驗已證實，C10在低濃度（2.5 mM）時主要通過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）時則會直接影響腸粘膜結(jié)構(gòu)與細(xì)胞旁通路。上文提及愛爾蘭公司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、抗過敏寡核苷酸等大分子，并開展了相關(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直接混合制成無包衣口服片劑，易于控制制劑生產(chǎn)成本及規(guī)?；?。上世紀(jì)九十年代，Emisphere 公司曾進(jìn)行多項以SNAC為主要輔料的口服肝素制劑臨床實驗，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)一步開發(fā)。早期Emisphere研發(fā)團(tuán)隊認(rèn)為SNAC通過非共價鍵形式與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法通過，這充分證明SNAC并不是通過開放緊密連接或破壞腸粘膜屏障完整性來提高胰島素通過能力的。但目前為止，對于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)過諾和諾德公司多年來的不懈努力，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)觀點不同，諾和諾德公司在相關(guān)報告中表述口服制劑在胃內(nèi)分級后，SNAC可有效增加索馬魯肽分子周圍局部pH值，阻止胃蛋白酶對多肽的降解，并通過與腸粘膜上皮細(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。再次驗證了SNAC對大分子生物利用度的提升，并不是通過對腸粘膜屏障的破壞而實現(xiàn)的。對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。但無論是作為普通食品或醫(yī)用食品添加劑，還是多年來各項以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)報道。如果我們來仔細(xì)計算一下，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，可見對于促滲透劑引起腸道微生物或毒素進(jìn)入體內(nèi)的擔(dān)憂確實有些杞人憂天了。

除了上述優(yōu)勢外，SNAC等促滲透劑當(dāng)然存在諸多問題。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，感受上的差距似乎已不是非常明顯。況且，為了實現(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小時候方可服用，且服藥后半小時不可進(jìn)餐，這同樣給患者帶來了不適體驗。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效注射劑，這無疑將增加口服索馬魯肽制劑的終端售價。如果未來出現(xiàn)更長效的GLP-1制劑，相信廣大2型糖尿病患者們可以做一道簡單計算題，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題，雖然SNAC等促滲透劑不會造成菌群易位等嚴(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payload生物利用度的增加同樣存在巨大波動。因此，只有像GLP-1類似物這類治療劑量與危險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估其是否適合口服給藥的關(guān)鍵點。

小編總結(jié)

口服多肽已明確成為多肽藥物發(fā)展的未來趨勢，盡管目前僅有口服索馬魯肽獲批上市，但其對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)勢巨大，但是否可以復(fù)制口服索馬魯肽的優(yōu)異戰(zhàn)績還需要謹(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幾。然而，由于索馬魯肽擁有更長半衰期，以及更寬闊的治療窗，為其安全有效的臨床結(jié)果打下了堅實基礎(chǔ)。顯然SNAC并不是萬能鑰匙，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景與合作伙伴（payload）。