蛋白質(zhì)和多肽藥物由于其特異性高、安全性高的特點已廣泛應(yīng)用于各種疾病的臨床治療，但其主要給藥途徑是注射給藥，降低了患者的依從性。

       口服作為一種安全性高、依從性強的給藥途徑逐漸成為研究焦點，但胃腸道的結(jié)構(gòu)組織和生理功能使得蛋白質(zhì)和多肽藥物口服后生物利用度低、半衰期短。

       口服后蛋白質(zhì)和多肽藥物的吸收成為此類藥物口服給藥途徑開發(fā)的瓶頸……

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       概述

       隨著生物技術(shù)的快速進(jìn)步，越來越多的蛋白質(zhì)和多肽被開發(fā)為用于治療各種疾病的藥物。蛋白質(zhì)以及多肽藥物已成為小分子藥物的替代品之一，因為它們具有高選擇性和有效性，且**較低。

       但是蛋白和多肽在理化特性上與化學(xué)藥物存在較大差異。大多數(shù)蛋白和多肽具有高度親水性，但一些環(huán)肽具有疏水性，例如環(huán)孢菌素。由于氨基和羧基的電離，蛋白和多肽具有等電點，導(dǎo)致在不同pH值下產(chǎn)生不同的電荷。蛋白和多肽藥物與化學(xué)藥物最 大的不同是構(gòu)象對蛋白和多肽的藥理活性有絕 對的影響。因此，與傳統(tǒng)的小分子藥物不同，如果沒有某種尖端的制藥技術(shù)，就不可能開發(fā)出可應(yīng)用于臨床的產(chǎn)品。

       合適的給藥途徑不僅能保證藥物的療效，還能保證患者的依從性。然而，由于其口服生物利用度差，蛋白和多肽的給藥途徑通常是注射給藥。長期連續(xù)注射可能對藥物依從性構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)，包括疼痛、對注射的厭惡和局部刺激等。因此，許多科學(xué)團(tuán)隊試圖開發(fā)其替代途徑，其中口服途徑是最 具吸引力的替代途徑，因為它具有更高的安全性和合規(guī)性。

       根據(jù)聯(lián)合市場研究報告顯示，全球口服蛋白和多肽市場預(yù)計將從2016年的6.43億美元增長到2028年的82.3億美元。此外，目前全球也在開發(fā)一些新技術(shù)來改善口服的吸收問題，如使用瞬時滲透促進(jìn)劑。然而，目前口服蛋白質(zhì)和多肽的商業(yè)產(chǎn)品非常局限于一些特殊的多肽，例如環(huán)孢素A的Neoral®和semaglutide的Rybelsus®。開發(fā)蛋白質(zhì)和多肽口服給藥系統(tǒng)的主要障礙包括胃腸道內(nèi)易酶解失活、分子量大、親水性高、跨膜滲透性差等。

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       曲折的發(fā)展史

       盡管開發(fā)蛋白和多肽的口服給藥系統(tǒng)確實很困難，但自從發(fā)現(xiàn)胰島素以來，世界各國各種嘗試從未停止過。

       圖1. 蛋白和多肽的口服給藥系統(tǒng)研發(fā)史

       1990年FDA批準(zhǔn)的Sandimmune®是環(huán)孢素A的第一個口服制劑，環(huán)孢素A是一種分子量為1202的環(huán)狀肽，雖然通常被歸類為難溶性藥物，但也被公認(rèn)為第一個肽口服劑型。5年后，諾華公司開發(fā)并批準(zhǔn)了環(huán)孢菌素A的改良產(chǎn)品Neoral®。此后，納米乳自乳化給藥系統(tǒng)（SNEDDS）被認(rèn)為是改善藥物分子口服吸收的重要策略。然而，SNEDDS不能在很大程度上提高親水性蛋白和多肽的口服生物利用度。2019年，諾和諾德研發(fā)的司美魯肽口服制劑Rybelsus®獲FDA批準(zhǔn)用于治療II型糖尿病。隨后，通過瞬時通透性增強劑（TPE®）技術(shù)開發(fā)的奧曲肽緩釋膠囊（Mycapssa®）也于2020年獲得FDA批準(zhǔn)。這兩款成功的多肽口服產(chǎn)品將為蛋白和多肽口服給藥體系的發(fā)展帶來革命性的變化。

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       蛋白和多肽口服藥物吸收障礙

       1 生理障礙

       口服后，藥物首先經(jīng)過胃液，然后進(jìn)入小腸，藥物在胃部或小腸被吸收。然而，胃和腸的生理環(huán)境如pH、酶、粘液甚至上皮的通透性，所有這些因素都會影響蛋白和多肽的穩(wěn)定性和吸收。

       圖2. 人體生理環(huán)境

       人體內(nèi)pH梯度差異：胃腸道各部位的胃腸道pH值是完全不同的，受各種因素的影響，包括食物、病理條件、年齡和性別。胃腸道復(fù)雜的pH環(huán)境會導(dǎo)致蛋白和多肽的構(gòu)象改變或酶降解，從而導(dǎo)致治療效果變差。一般來說，蛋白質(zhì)在離等電點不遠(yuǎn)的窄pH范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。因此，一些蛋白質(zhì)可能由于pH誘導(dǎo)的去折疊而在胃液中失活。此外，酶的活性依賴于pH，如胃蛋白酶在pH為2~3時降解能力最強，在pH>5時則完全失活。大多數(shù)蛋白和多肽在健康成年人的胃中降解很快。

       酶降解：蛋白和多肽對各種蛋白水解酶高度敏感，包括胃腸道和胰 腺分泌物中的酶。因此，保證胃腸道蛋白和多肽在體內(nèi)的穩(wěn)定性是口服蛋白和多肽藥物研制成功的重要前提之一。

       粘液層：粘液是覆蓋整個胃腸道的粘性和粘彈性凝膠層。粘液可以捕獲異物，保護(hù)上皮免受外來病原體的侵襲。整個胃腸道的粘液由兩層組成，從管腔到上皮有松散而牢固的粘液層。胃腸道不同部位粘液層厚度差異顯著。此外，整個粘液層，尤其是胃粘膜，都存在pH梯度。胃粘液在管腔表面的pH約為1~2，與胃的pH相似，但在上皮表面增加到中性pH。粘液對藥物進(jìn)入粘膜下組織的運輸產(chǎn)生多重障礙。高粘度降低了蛋白和多肽通過粘液的擴散能力。

       跨細(xì)胞障礙：粘液下面的上皮細(xì)胞也是口服蛋白藥物吸收的另一個主要限制因素。蛋白和多肽藥物在胃腸道的吸收主要依賴于跨細(xì)胞途徑，而細(xì)胞旁途徑是一些親水性小分子的主要途徑。由于蛋白和多肽具有極低的跨細(xì)胞通透性，所以蛋白和多肽很難通過跨細(xì)胞途徑被門靜脈吸收，即使配方中加入了胃腸道滲透促進(jìn)劑，如瞬時滲透性增強劑SNAC，蛋白和多肽的口服生物利用度仍然極低。

       個體差異：個體間巨大的變異性也是限制口服蛋白和多肽發(fā)展的障礙。對于口服給藥，胃腸道的個體間差異顯著地影響了口服蛋白和多肽的生物利用度，例如粘液的狀況、酶的分泌和胃腸道蠕動速度。

       2 制劑因素

       除了生理障礙外，制劑處方也是口服蛋白多肽研發(fā)以及商品化過程中的一大挑戰(zhàn)。蛋白和多肽的化學(xué)和物理穩(wěn)定性是處方開發(fā)中最重要的考慮因素，其目的是使蛋白和多肽在生產(chǎn)過程、運輸、儲存和管理過程中保持穩(wěn)定。

       此外，為了增強藥物的滲透性，在口服制劑中可添加了一些滲透促進(jìn)劑，如SNAC、膽鹽和非離子表面活性劑。

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       促進(jìn)蛋白和多肽口服吸收策略

       盡管有多種增加蛋白和多肽口服吸收的策略，但目前主要基于三個方面，包括增強穩(wěn)定性、粘液滲透或粘附以及使用滲透促進(jìn)劑。

       1 增強穩(wěn)定性

       pH調(diào)節(jié)：胃腸道酶是降解口服蛋白和多肽的主要因素，但它們需要最適pH才能發(fā)揮作用。例如，胃蛋白酶在酸性環(huán)境中可以很容易地裂解多種蛋白質(zhì)或多肽，但當(dāng)pH超過5時，胃蛋白酶開始失去作用。因此，如果能將微環(huán)境的pH值調(diào)到5，蛋白和多肽在胃中的降解是可以得到保護(hù)的。

       腸溶包衣通常用于克服蛋白和多肽在胃中的降解，但是不幸的是，小腸中的蛋白水解酶也可降解蛋白和多肽。

       酶抑制劑：除調(diào)節(jié)pH外，抑制酶最重要的方法是使用酶抑制劑。酶抑制劑通過可逆地或不可逆地結(jié)合到酶的特定部位來滅活目標(biāo)酶。但是使用酶抑制劑時應(yīng)注意其**。

       2 粘液穿透和粘液粘附系統(tǒng)

       粘液穿透系統(tǒng)：對于粘液穿透系統(tǒng)，即使用粘液溶解劑來破壞粘液屏障，使其短暫地降低健康粘膜的粘液屏障，從而促進(jìn)吸收。

       粘液粘附系統(tǒng)：即通過使用粘附劑，與蛋白靜電黏附來改善藥物的吸收。由于蛋白和多肽具有粘附性，水凝膠可以使蛋白和多肽在特定的腸道區(qū)域停留較長時間，同時還能抵抗酶降解，所以絡(luò)合水凝膠是口服蛋白和多肽的較好的選擇。

       3 增強吸收

       吸收促進(jìn)劑：蛋白和多肽口服給藥的最 大障礙是胃腸上皮通透性差。吸收促進(jìn)劑是公認(rèn)的通過瞬時改變上皮結(jié)構(gòu)來改善胃腸道通透性的藥物，因此被廣泛應(yīng)用于蛋白和多肽的口服制劑中。目前的吸收促進(jìn)劑可能涉及的機制如下圖所示。

       圖3. 吸收促進(jìn)劑機制

       辛酸鈉/癸酸酯及其衍生物是最有前途的吸收促進(jìn)劑，已被用于口服蛋白和多肽，如口服奧曲肽中的辛酸鈉和口服Semagluide中的SNAC。美國Emisphere公司開發(fā)的SNAC首次被批準(zhǔn)用于維生素B12的口服給藥。它是辛酸鈉的衍生物，其結(jié)構(gòu)和作用機理如下圖所示。

       圖4. SNAC結(jié)構(gòu)及作用機理

       殼聚糖及其衍生物也是目前最常用的提高蛋白和多肽口服給藥性能的聚合物，主要取決于其正電荷密度和生物粘附能力。

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       小結(jié)

       口服蛋白和多肽在藥物研究和開發(fā)中越來越有吸引力，但是在增強蛋白和多肽在口服制劑中的穩(wěn)定性和滲透性方面還有很長的路要走，目前上市的一些蛋白和多肽口服制劑生物利用度仍然很低，期待未來的某一天可以突破技術(shù)的壁壘。

       參考文獻(xiàn)：

       [1] Zhu Q , Chen Z , Paul P K , et al. Oral delivery of proteins and peptides: Challenges, status quo and future perspectives[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2021.