楊甜甜 ，王奧華 ，俞淼榮 ，甘勇 ,

（1. 中國科學院上海藥物研究所，新藥研究國家重點實驗室，上海 201203；2. 中國科學院大學，北京 100049；3. 中國食品藥品檢定研究院，國家藥品監(jiān)督管理局藥用輔料質(zhì)量研究與評價重點實驗室，北京 100050）

糖尿病是21世紀全球最流行的慢性疾病之一。國際糖尿病聯(lián)盟（International Diabetes Federation，IDF）發(fā)布的最新《全球糖尿病地圖（第10版）》顯示，截至2021年全球約有5.37億成人患有糖尿?。ɑ疾÷蔬_10.5%），平均每5秒就有1人死于糖尿病。糖尿病的治療給社會和家庭都造成了巨大的經(jīng)濟負擔，我國的糖尿病相關衛(wèi)生支出位居全球第2，共計1 650億美元[1]。糖尿病根據(jù)發(fā)病的病因不同，可劃分為1型糖尿病和2型糖尿病。其中1型糖尿病主要因胰島β細胞受到細胞介導的自身免疫性破壞，無法合成和分泌胰島素引起。因此，針對1型糖尿病，其他降糖藥無法起效，只能終身注射胰島素以維持血糖水平[2]。2型糖尿病則主要表現(xiàn)為相對胰島素缺乏或胰島素抵抗，患者體內(nèi)的肌肉以及肝臟等器官對于胰島素的敏感性不夠，致使血糖不能被有效利用而維持在較高水平[3]。隨著病程的不斷延長，2型糖尿病患者的胰島β細胞功能會逐漸衰退，導致胰島素分泌不足，因此胰島素是2型糖尿病三線和四線治療中最重要的部分。此外，胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）類似物也常用于治療2型糖尿病，可促進胰島素的合成和分泌，抑制胰島β細胞凋亡，并減少胰高血糖素的分泌，從而降低血糖[4-5]。近年來已上市的GLP-1類似物，如艾塞那肽、利拉魯肽、杜拉魯肽以及索馬魯肽等都顯示了較好的臨床治療效果，成為糖尿病治療的新選擇[6]。

口服給藥是最簡單、常用的給藥途徑，也是胰島素及GLP-1類似物等藥物最理想的給藥方式。然而，體內(nèi)復雜的生理屏障嚴重阻礙了藥物的口服吸收，導致其生物利用度較低。近年來，多種口服遞送載體被開發(fā)出來，有望解決上述問題，進一步提高藥物療效。本文總結(jié)了體內(nèi)限制藥物口服遞送的共性屏障，重點闡述蛋白多肽類降糖藥物口服遞送面臨的關鍵屏障；并在此基礎上對近年來已報道的相關口服遞送載體的設計策略以及臨床研究進展進行綜述。

1 口服蛋白多肽類降糖藥物的優(yōu)勢

胰島素與GLP-1類似物同屬于蛋白多肽類降糖藥物，目前臨床上的給藥方式仍以皮下注射為主。但是，長期頻繁的注射會給患者帶來極大的痛苦和不便，同時還可能導致低血糖、水腫、體質(zhì)量增加以及皮膚感染等不良反應。與之相比，口服給藥則是一種更安全有效的非侵入式治療策略，具有良好的患者順應性[7]。

口服胰島素遞送還具有其他給藥途徑無法比擬的優(yōu)勢，即可模擬內(nèi)源性胰島素的分泌。在正常生理狀態(tài)下，胰島素經(jīng)胰島β細胞分泌后，首先經(jīng)肝門靜脈被運送至肝臟。在肝臟的首過作用下，約有50% ~ 80%的胰島素被代謝，之后剩余的胰島素再進入外周循環(huán)，因此就形成了肝臟-外周的胰島素濃度梯度[8]。據(jù)計算，肝臟處的胰島素濃度約為外周組織的2 ~ 4倍[9]。同樣地，口服胰島素經(jīng)小腸吸收后由腸壁毛細血管匯入肝門靜脈并被運送至肝臟，因此肝臟可暴露在較高的胰島素濃度下，外周組織則維持相對較低的胰島素水平，避免了由于外周高胰島素血癥引起的低血糖等不良反應。同時，肝臟對于胰島素高度敏感，高胰島素暴露量不僅可以促進肝臟對于葡萄糖的攝取和利用，還可有效抑制肝糖原的分解，從而更好地調(diào)節(jié)血糖水平[10]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)口服胰島素還具有免疫調(diào)節(jié)的作用。通過口服低劑量的胰島素可誘導T細胞的抗原反應性，從而產(chǎn)生免疫耐受，保護胰島β細胞免受自身免疫性破壞，有助于預防或延緩1型糖尿病的發(fā)生與發(fā)展[11-13]。

2 蛋白多肽類降糖藥物口服遞送面臨的挑戰(zhàn)

胃腸道的pH和酶通常被認為是限制蛋白多肽類藥物口服吸收的主要因素[14]。故多采用藥物載體如腸溶膠囊或納米粒、脂質(zhì)體、微球等微納米載體將藥物包載在內(nèi)部，提高藥物在胃腸道的穩(wěn)定性[6]。隨著研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)體內(nèi)還存在著多重屏障制約藥物載體的口服吸收以及后續(xù)入血發(fā)揮作用（見圖1）。一方面，由小腸黏液和上皮細胞構(gòu)成的物理化學屏障以及腸道內(nèi)的蛋白冠冕作用等，它們極大地阻礙了藥物載體的轉(zhuǎn)運，成為限制藥物口服遞送的共性屏障。另一方面，針對胰島素等蛋白多肽類降糖藥物的口服遞送，藥物載體的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運、基底側(cè)出胞過程以及在肝臟的處置作用同樣至關重要，它們在一定程度上影響了蛋白多肽類降糖藥物作用的發(fā)揮，成為導致該類藥物口服生物利用度低下的特殊屏障。

圖1 體內(nèi)限制蛋白多肽類降糖藥物口服遞送的屏障示意圖Figure 1 Schematic illustration of the barriers restricting oral delivery of hypoglycemic proteins and peptides in vivo

2.1 口服藥物載體面臨的共性屏障

小腸的內(nèi)表面積大，轉(zhuǎn)運時間長，有利于藥物載體的吸收。但是，小腸內(nèi)的黏液、腸上皮細胞屏障以及蛋白冠冕作用等，共同限制了藥物載體的口服吸收效率，導致藥物生物利用度低[15]。因此，藥物載體在到達靶部位發(fā)揮作用前，首先需要克服小腸內(nèi)制約載體口服遞藥的共性屏障。

2.1.1 黏液屏障小腸黏液是一種具有黏彈性的凝膠型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙大小介于100 ~ 200 nm[16]。黏液層可以保護腸上皮細胞不直接暴露于腸腔環(huán)境，但也限制了口服藥物載體到達腸上皮細胞。黏蛋白是黏液中最主要的結(jié)構(gòu)和功能成分[17]，在腸道的pH條件下黏蛋白帶負電，且表面分布著高密度的疏水區(qū)域，因此可與表面帶正電且具有疏水性的藥物載體發(fā)生相互作用，并將其固定在黏液中[18]。小腸黏液的更新速度較快，每隔4 ~ 5 h更新1次，有助于快速清除黏附的細菌或病毒等致病物質(zhì)[19]。然而，被固定的藥物載體也會隨著黏液層的更新而被清除，導致轉(zhuǎn)運效率較低。因此，表面為親水性且電中性的藥物載體更容易穿透黏液屏障。

2.1.2 腸上皮細胞屏障小腸黏液下方是由一層連續(xù)細胞構(gòu)成的腸上皮組織，主要包括腸上皮細胞、杯狀細胞、潘氏細胞以及M細胞等。相鄰的腸上皮細胞間依靠緊密連接相互聯(lián)系，空隙介于8 ~ 13 ?，維持了腸上皮結(jié)構(gòu)的完整，可防止細菌、毒素等物質(zhì)進入體內(nèi)，同時也成為限制藥物載體跨膜轉(zhuǎn)運的另一重要物理屏障[20]。由于細胞膜具有親脂性，且?guī)в胸撾?，因此表面具有親脂性且?guī)娬姾傻乃幬镙d體更易被腸上皮細胞所攝取。然而，這與克服黏液屏障所需具備的載體特性恰好相反，增大了載體設計的難度[21-22]。此外，腸上皮細胞具有一定的極性，因此對于需要進入血液循環(huán)并到達靶部位發(fā)揮治療作用的藥物而言，載體的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運以及出胞也會影響藥物的遞送效率。然而，細胞內(nèi)部含有各種細胞器以及微絲、微管等細胞骨架[23]，處于一種高度擁擠的狀態(tài)，極大地制約了藥物載體在胞內(nèi)的運動[24-25]。

2.1.3 蛋白冠冕作用小腸腸液中存在著大量具有表面活性的分子，如膽鹽、消化酶、食物蛋白、磷脂及其降解產(chǎn)物等，這些成分可與藥物載體發(fā)生相互作用，從而在載體表面形成一層蛋白冠冕[26]。蛋白冠冕的形成會在一定程度上影響藥物載體的表面特性（如粒徑、電位等），進而影響其功能的發(fā)揮。Peng等[27]將陽離子納米粒（cationic nanoparticles，CNPs）在胃腸液中進行孵育，其中的消化酶吸附在CNPs表面形成了蛋白冠冕，顯著降低了其在腸上皮細胞的攝取效率。黏液中的黏蛋白同樣是口服藥物載體表面蛋白冠冕的主要來源。Yang等[28]證明，金納米粒表面吸附的黏蛋白會影響其在上皮細胞基底側(cè)的出胞效率。盡管目前針對胃腸道蛋白冠冕的相關研究較少，但是根據(jù)已有報道可以發(fā)現(xiàn)，蛋白冠冕的形成會顯著影響口服藥物載體的體內(nèi)運輸過程，這可能是引起其體內(nèi)外作用效果差異的原因之一。

2.2 蛋白多肽類降糖藥物口服載體面臨的特殊屏障

胰島素以及GLP-1類似物必須入血才能發(fā)揮降糖作用。因此，藥物載體除了需要克服上述共性屏障，還需要解決在腸上皮細胞的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運以及基底側(cè)的出胞屏障，這些屏障直接影響了藥物的轉(zhuǎn)運效率，決定其后續(xù)功能的發(fā)揮。另外，載體經(jīng)腸上皮細胞轉(zhuǎn)運入血，大部分通過肝門靜脈被運送至肝臟。肝臟對于載體以及藥物的處置作用也是影響蛋白多肽類降糖藥物口服遞送的關鍵因素。

2.2.1 藥物載體的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運大多數(shù)藥物載體經(jīng)內(nèi)吞作用進入腸上皮細胞后首先被包裹在囊泡中，然后與內(nèi)含體發(fā)生融合。內(nèi)含體沿著微管在胞內(nèi)運動，表面ATP驅(qū)動的質(zhì)子泵不斷將H+泵入內(nèi)腔，使其內(nèi)部pH由6.5快速降至5.0，并最終與溶酶體發(fā)生融合[29-30]。溶酶體內(nèi)的pH在表面質(zhì)子泵的作用下可維持在5.0，且內(nèi)部含有多種酸性水解酶[31]。藥物載體經(jīng)內(nèi)含體-溶酶體途徑被運送至溶酶體中會影響載體結(jié)構(gòu)的完整性從而破壞內(nèi)部包載的藥物，最終影響藥物的跨胞轉(zhuǎn)運效率。尤其是針對蛋白多肽類降糖藥物口服載體的設計，由于藥物在溶酶體內(nèi)部水解酶的作用下會快速發(fā)生降解并失去活性，因此需要對載體進行特殊設計，使其能夠發(fā)揮溶酶體逃逸作用[32]。此外，還可利用其他胞內(nèi)轉(zhuǎn)運通路實現(xiàn)藥物的高效輸運。藥物載體經(jīng)小窩蛋白（caveolin）介導入胞后可不經(jīng)過溶酶體而直接被運送至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體[33-34]。高爾基體是胞內(nèi)蛋白質(zhì)加工、分揀以及運輸?shù)闹饕课唬蓪⒌鞍踪|(zhì)運送至細胞膜或分泌到細胞外。因此，高爾基體/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運途徑更利于藥物載體在胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運[35]。但是，目前針對口服藥物載體胞內(nèi)轉(zhuǎn)運過程的研究較少，大部分載體在胞內(nèi)的具體轉(zhuǎn)運機制尚不清楚。

2.2.2 藥物載體的出胞載體在腸上皮細胞基底側(cè)的轉(zhuǎn)運效率也是決定蛋白多肽類降糖藥物口服生物利用度的關鍵因素。與入胞過程相反，載體的出胞是一個反向運輸?shù)倪^程，主要由囊泡介導載體從細胞的基底側(cè)排出。胞內(nèi)的高爾基體/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運通路可以促進載體的高效出胞，載體進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體后通過分泌途徑經(jīng)囊泡被運送到細胞外[36]。此外，載體的出胞過程還受到細胞骨架以及動力蛋白的調(diào)節(jié)，載體在細胞內(nèi)沿微管進行定向運動有助于其高效出胞[37-38]。盡管目前已提出多種策略來提高載體的入胞效率，但是針對出胞過程的研究卻仍較匱乏。同時，大部分口服藥物載體存在的“入胞容易，出胞困難”的問題也極大地制約了藥物的跨胞轉(zhuǎn)運效率[35]。

綜上，藥物載體在腸上皮細胞的轉(zhuǎn)運是一個連續(xù)的過程，包括入胞、胞內(nèi)轉(zhuǎn)運以及出胞3個階段，其中每個階段都會對載體最終的轉(zhuǎn)運效率產(chǎn)生顯著影響。因此，需要逐一克服上述過程才有望實現(xiàn)蛋白多肽類降糖藥物在體內(nèi)的高效輸運。

2.2.3 肝臟的處置作用藥物需要在靶器官達到有效蓄積，才能精準發(fā)揮治療作用[39]。針對蛋白多肽類降糖藥物的口服遞送，藥物載體高效克服黏液和腸上皮細胞屏障可以確保足夠的藥物進入血液循環(huán)從而發(fā)揮降糖作用。但是，一方面藥物載體入血后大部分經(jīng)門靜脈被運送至肝臟，肝臟對藥物載體的清除作用是影響其體內(nèi)功能發(fā)揮的重要因素。據(jù)報道，進入血液中的藥物載體約有30% ~ 99%會被肝臟的庫普弗細胞（Kupffer cell）攝取，從而被快速清除[40-41]。同時，肝臟也是胰島素清除的主要場所，由胰島β細胞分泌的胰島素主要在肝臟被降解，避免了外周高胰島素血癥所引起的低血糖等不良反應。另一方面，肝臟還是胰島素作用的靶器官。胰島素作用于肝臟上的胰島素受體（insulin receptor，IR）可促進肝臟對葡萄糖的攝取，并將其轉(zhuǎn)化為肝糖原儲存起來。據(jù)統(tǒng)計，血液中約1/3的葡萄糖被肝臟攝取利用，與肌肉和脂肪組織的攝取量相當[42-43]。因此，肝臟對于蛋白多肽類降糖藥物尤其是胰島素的口服遞送至關重要。但是，目前研究人員主要關注于如何設計可高效克服胃腸道屏障的口服藥物載體，而忽略了載體及藥物入血后在肝臟的處置作用，這可能是限制藥物發(fā)揮降糖作用的主要原因。

3 蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的研究進展

針對蛋白多肽類降糖藥物口服遞送面臨的多重屏障，近年來國內(nèi)外研究人員提出了多種解決策略，用于提高藥物載體在胃腸道的轉(zhuǎn)運效率，進而提高藥物的口服生物利用度[19]。此外，為了進一步模擬內(nèi)源性胰島素的分泌及分布特征，仿生型胰島素口服遞送載體也逐漸受到人們關注，從而更合理地調(diào)控糖尿病餐后高血糖水平并改善血糖的利用[44-45]。本部分對目前蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的研究進展進行了總結(jié)。

3.1 提高胃腸道轉(zhuǎn)運效率的口服遞送載體

3.1.1 具有優(yōu)勢物理屬性的口服遞送載體藥物載體的物理屬性如尺寸、形狀以及剛性等都會對其在小腸的吸收產(chǎn)生顯著影響[46-48]。載體的尺寸可以顯著影響其在黏液中的運動速度以及細胞攝取效率[49]。Maisel等[50]發(fā)現(xiàn)納米粒尺寸越小，越容易到達黏液的非流動層而延長滯留時間。Banerjee等[51]研究發(fā)現(xiàn)粒子的細胞攝取效率與其尺寸成反比，大小為50 nm的納米粒在人結(jié)腸癌細胞（Caco-2細胞）上的攝取效果最好。然而，載體的尺寸也會影響其內(nèi)部藥物的釋放。同等條件下載體的粒徑越小，比表面積越大，藥物釋放速度越快，可能導致藥物提前泄露[52]。因此，在載體設計過程中需要進行篩選，從而確定最佳尺寸。

載體的形狀以及剛性也可顯著影響其在黏液及腸上皮細胞的轉(zhuǎn)運效率。近年來，有實驗人員證實棒狀納米粒比球狀納米粒在黏液中的運動速度更快，穿透更深，在胃腸道中駐留時間更長[53]，且在腸上皮細胞具有更高的攝取效率，約為球狀納米粒的2倍[51]。此外，由于大部分藥物載體具有一定的彈性，在與小腸相互作用過程中會發(fā)生形變，從而影響載體的體內(nèi)命運。筆者課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)剛度適中的球形納米粒在生物凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中可變形為橢球體，并以“旋轉(zhuǎn)-跳躍”的方式快速運動[54]。因此，調(diào)節(jié)藥物載體的剛性也可在一定程度上影響其在小腸的轉(zhuǎn)運效率。Yu等[55]利用磷脂相變溫度的差異，設計了具有不同剛性的脂質(zhì)體。結(jié)果顯示剛度適中的脂質(zhì)體（楊氏模量約為15 MPa）在小腸黏液中穿透速度最快，且細胞攝取效率最高。可顯著降低糖尿病大鼠的血糖水平，最低達初始水平的50%，胰島素口服生物利用度被提高至13.65%。Zheng等[56]構(gòu)建了具有不同彈性的兩性離子水凝膠納米粒，并研究其在小腸的轉(zhuǎn)運效率。體內(nèi)外實驗結(jié)果顯示納米粒的彈性增加，其入胞以及出胞效率相應提高，從而促進藥物的跨胞轉(zhuǎn)運。其中彈性最強的納米粒（hard nanoparticles，HNPs），楊氏模量約為165.2 MPa，在糖尿病大鼠體內(nèi)降糖效果最好，胰島素口服生物利用度約為15%。

綜上，深入探究藥物載體的基本物理屬性對其在小腸中的攝取及轉(zhuǎn)運效率的影響，可用于指導蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的理性化設計，從而高效克服小腸內(nèi)的吸收屏障，顯著提高藥物的口服生物利用度。

3.1.2 靶向配體修飾的口服遞送載體腸上皮細胞是限制口服藥物載體吸收的主要屏障，其中頂側(cè)膜屏障是制約載體入胞的關鍵因素。因此，為了提高藥物的入胞效率，配體介導的靶向遞送策略被廣泛應用。在載體表面修飾與腸上皮細胞表面的受體或轉(zhuǎn)運體特異性結(jié)合的功能化配體，可顯著提高載體的細胞攝取效率[57]。然而有研究發(fā)現(xiàn)，一些配體修飾的口服遞送載體盡管可以高效入胞，但出胞效率極低，即存在著“入胞容易，出胞困難”的現(xiàn)象[58]。針對這一問題，越來越多的研究人員開始關注藥物在胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運及出胞過程，并設計了可實現(xiàn)高效跨胞轉(zhuǎn)運的蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體（見表1[59-65]）。

表1 靶向配體修飾的蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體Table 1 Examples of targeting ligand-modified oral drug carriers for hypoglycemic proteins and peptides

目前該類載體的設計多基于具有明確胞內(nèi)轉(zhuǎn)運通路的物質(zhì)，其中免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）是體內(nèi)最主要的抗體，由腸道中高表達的新生兒Fc受體（neonatal Fc receptor，F(xiàn)cRn）介導轉(zhuǎn)運[66]。FcRn以pH依賴的方式與IgG的Fc部分進行結(jié)合，主要表現(xiàn)為在pH低于6.5時具有較高親和力，而在中性環(huán)境（pH 7.4）下結(jié)合力較低[67-68]。因此，利用FcRn與IgG的結(jié)合特性，通過在載體表面修飾IgG的Fc片段可以促進其跨胞轉(zhuǎn)運。Pridgen等[64]設計的表面修飾Fc片段的納米粒（nanoparticles-Fc，NPFc），在酸性的胃腸道環(huán)境下通過與腸上皮細胞表面的FcRn特異性結(jié)合而被攝取入胞。NP-Fc與FcRn形成的復合物在胞內(nèi)主要通過內(nèi)含體/溶酶體途徑進行轉(zhuǎn)運，酸性條件下二者之間的高親和力在一定程度上降低了溶酶體的降解作用[69]。出胞后在中性環(huán)境下NP-Fc與FcRn發(fā)生解離并最終進入血液循環(huán)發(fā)揮作用。結(jié)果表明Fc可高效介導納米粒的跨胞轉(zhuǎn)運，NP-Fc在體內(nèi)的吸收效率約為未修飾納米粒的10倍。Shi等[70]制備的Fc修飾的艾塞那肽納米粒也顯示了較強的跨胞轉(zhuǎn)運能力，且經(jīng)口服給藥后可持續(xù)發(fā)揮降血糖作用（長達12 h）。人體內(nèi)的膽酸主要由位于回腸細胞頂端的鈉離子依賴型膽酸轉(zhuǎn)運體（apical sodium-dependent bile acid transporter，ASBT）介 導轉(zhuǎn)運[71]。近年來有研究表明，載體表面修飾膽酸或脫氧膽酸可顯著提高胰島素的口服生物利用度。Fan等[65]制備了表面修飾脫氧膽酸的殼聚糖納米粒（deoxycholic acid-modified nanoparticles，DNPs），DNPs與Caco-2細胞表面的ASBT結(jié)合后被攝取入胞，并進一步破壞溶酶體膜結(jié)構(gòu)發(fā)揮逃逸作用。胞質(zhì)中的DNPs可與回腸膽酸結(jié)合蛋白（ileal bile acid-binding protein，IBABP）相結(jié)合從而被運送至細胞基底側(cè)。通過利用腸道膽酸轉(zhuǎn)運通路，DNPs將胰島素的跨胞轉(zhuǎn)運效率提高了12.86倍，最終胰島素的口服生物利用度可達15.9%。Gao等[72]制備的表面修飾脫氧膽酸的介孔硅納米粒，同樣可促進胰島素在小腸的滲透，在糖尿病大鼠上發(fā)揮顯著的降血糖作用。通過修飾特異性靶向配體來提高載體在腸上皮細胞的轉(zhuǎn)運效率是最常見也是最簡單的策略。但是，目前大部分的研究主要關注載體的入胞效率，而對載體的胞內(nèi)命運及出胞機制研究較少。因此需要深入探究藥物載體在胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程，闡明配體修飾與載體胞內(nèi)轉(zhuǎn)運通路的相關性，從而用于指導具有高效跨胞作用的藥物載體的設計，最終達到提高蛋白多肽類降糖藥物口服生物利用度的目的[35]。

3.1.3 表面性質(zhì)可轉(zhuǎn)換的口服遞送載體針對黏液屏障與腸上皮細胞屏障間存在的遞藥矛盾，可通過調(diào)節(jié)藥物載體表面不同功能配體的長度[73]或載體的親/疏水性[74]，從而篩選出跨腸道屏障轉(zhuǎn)運效率最高的遞送策略。然而，這種方法需要同時制備多種載體并對其性質(zhì)進行考察，因此耗時長、成本高且較復雜。與之相比，設計表面性質(zhì)可變的口服遞送載體則更為簡單可行，即在黏液中載體表面為高親水性以及電中性，減少與黏蛋白間的相互作用，快速穿透黏液屏障；到達細胞表面后則暴露出載體內(nèi)部的正電性，有利于其被腸上皮細胞所攝取。

Wang等[75]利用蛋白冠冕作用，預先在陽離子脂質(zhì)體（cationic liposomes，CLs）表面吸附了一層牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）制備了內(nèi)部包載胰島素的蛋白冠冕陽離子脂質(zhì)體（protein corona cationic liposomes，PcCLs）。吸 附BSA后PcCLs整體帶少量負電荷（約為-10 mV），有助于其在黏液中快速運動，同時BSA在小腸內(nèi)蛋白酶的作用下會逐漸發(fā)生降解并暴露出內(nèi)部帶強正電的CLs，從而促進胰島素在腸上皮細胞的攝取。此外，還可利用腸道微環(huán)境響應性地觸發(fā)載體表面性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，如Wu等[76]在聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)，P]納米粒表面同時修飾了陽離子八聚精氨酸（octa-arginine，R8）和陰離子磷酸絲氨酸（phosphoserine，Pho），制備了具有電荷翻轉(zhuǎn)能力的仿生納米粒P-R8-Pho。P-R8-Pho可模擬病毒在黏液中快速運動，接著在小腸堿性磷酸酶（intestinal alkaline phosphatase，IAP）作用下特異性水解表面的Pho，暴露出內(nèi)部的R8從而介導納米粒高效穿過腸上皮細胞屏障。P-R8-Pho的酶響應性電荷翻轉(zhuǎn)作用可以顯著提高胰島素在小腸的轉(zhuǎn)運能力，口服生物利用度達5.96%。通過多種手段調(diào)節(jié)表面性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，載體可依次高效克服黏液屏障以及腸上皮細胞屏障，有效提高蛋白多肽類降糖藥物的口服生物利用度，并為后續(xù)研究打下基礎。

3.1.4 其他新型口服遞送載體除了上述策略以外，科學家們還設計了許多新型蛋白多肽類降糖藥物的口服遞送載體，它們在活體動物水平都顯示了良好的降血糖作用，并顯著提高了藥物的口服生物利用度。離子液體是由有機陽離子和無機或有機陰離子組成的一類液體鹽，熔點通常在100 ℃以下，被廣泛用于化學研究和制劑技術[77]。Banerjee等[78]利用膽堿和香葉酸離子液體（choline and geranate，CAGE）制備了高效口服胰島素制劑。CAGE可保護胰島素免受胃腸道內(nèi)酶的降解，并降低小腸黏液的黏度，促進胰島素在黏液中的滲透。CAGE主要通過打開細胞間緊密連接，顯著提高胰島素在腸上皮細胞的轉(zhuǎn)運效率，約為對照組的10倍。進一步將CAGE與胰島素形成的復合物包裹進腸溶膠囊中，其在糖尿病大鼠上顯示了持續(xù)的降血糖作用（約達12 h），胰島素的口服生物利用度可提高至51%。

病毒衣殼表面分布著同等密度的正負電荷（凈中性），且具有較強親水性，有助于病毒快速穿透黏液屏障實現(xiàn)高效侵襲[79]。受病毒這一表面特性的啟發(fā)，近年來部分研究人員利用兩性離子制備藥物載體用于高效克服腸道吸收屏障。Han等[80]將甜菜堿聚合物（polycarboxybetaine，PCB）與1，2-二硬脂?；?sn-丙三基-3-磷脂酰乙醇胺（1，2-distearoylsn-glycero-3-phosphoethanolamine，DSPE）相連，制備了一種兩性離子甜菜堿聚合物膠束DSPE-PCB。DSPE-PCB可模擬病毒衣殼表面高電荷密度且電中性的特性，快速穿過小腸黏液屏障，在黏液中運動的均方位移（mean square displacement，MSD）約為黏液穿透型納米粒（含有聚乙二醇鏈的聚山梨酯膠束）的12倍。PCB是細胞表面質(zhì)子輔助氨基酸轉(zhuǎn)運體1（proton-assisted amino acid transporter 1，PAT1）的底物，可介導DSPE-PCB穿過腸上皮細胞屏障，在不打開細胞間緊密連接的前提下將胰島素高效遞送入血。將凍干后DSPE-PCB包裹進腸溶膠囊中，可有效降低糖尿病大鼠的血糖水平，胰島素口服生物利用度達42.6%。

針對GLP-1類似物的口服遞送，由于其結(jié)構(gòu)以及作用方式與胰島素存在差異，因此在載體設計上也需要進行相應的改進。Lin等[81]制備了內(nèi)部包載艾塞那肽（exenatide，EXT）的相轉(zhuǎn)變納米乳（phasechangeable nanoemulsions，EXT@PC/NEMs）。隨著溫度升高，構(gòu)成納米乳的脂肪酸由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。因此，在人體溫度下EXT@PC/NEMs的可變形性增強，細胞攝取及轉(zhuǎn)運效率相應提高，可促進艾塞那肽在小腸的吸收。EXT@PC/NEMs主要經(jīng)小腸淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)運到達胰腺，并釋放艾塞那肽作用于胰島α和β細胞，從而促進胰島素的分泌，抑制糖原降解，有效控制2型糖尿病大鼠的血糖水平，最終艾塞那肽的相對生物利用度達23.8%。Xu等[82]設計了一種含有反膠束的脂質(zhì)納米膠囊（lipid-based nanocapsules containing reverse micelles，RM-LNC），該納米膠囊既可用于口服遞送艾塞那肽，也可促進L細胞分泌GLP-1，2種功能協(xié)同作用在2型糖尿病小鼠上顯示了良好的降血糖作用。同時，長期給藥還可改善小鼠體內(nèi)葡萄糖代謝，減輕胰島素抵抗。由于GLP-1及其類似物在體內(nèi)易被降解，且主要在胰腺發(fā)揮作用，因此需要提高藥物載體在體內(nèi)的循環(huán)時間，增加胰腺靶向能力，從而使藥物更好地發(fā)揮降糖作用。

近年來，可實現(xiàn)體內(nèi)注射的新型口服給藥裝置也被廣泛應用到蛋白多肽類降糖藥物的遞送中。麻省理工學院的研究學者研發(fā)了一種腔內(nèi)展開微針注射器（luminal unfolding microneedle injector，LUMI）口服膠囊。當LUMI到達小腸后外部的膠囊發(fā)生降解，內(nèi)部的3條折疊臂會彈開，其上的微針會將裝載的胰島素直接注射入小腸壁中。作用結(jié)束后折疊臂發(fā)生斷裂并被排出體外，不會引起腸阻塞等不良反應。動物實驗結(jié)果表明：LUMI比皮下注射胰島素起效更快，在4 h內(nèi)全身吸收效率達10%[83]。另外，科學家們還通過仿生豹紋龜?shù)凝敋ぴO計了一種自主定向毫米級涂藥器（self-orienting millimeter-scale applicator，SOMA）。SOMA內(nèi)部是一個由彈簧連接的載有胰島素的微針。該裝置被吞入體內(nèi)后，可在胃部快速調(diào)整為直立狀態(tài)以保證底部緊貼胃壁，隨后微針直接插入胃壁組織，將胰島素釋放入血。體內(nèi)結(jié)果顯示，口服SOMA可產(chǎn)生與皮下注射胰島素相似的降血糖作用，且血中胰島素水平相當[84]。上述新型口服給藥裝置的面世從物理學的角度為蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的設計提供了新的思路。

3.2 仿生型胰島素口服遞送載體

3.2.1 肝臟靶向型口服胰島素遞送載體肝臟是內(nèi)源性胰島素的主要作用部位，正常生理狀態(tài)下體內(nèi)胰島素在肝臟與外周間存在濃度梯度。因此，設計肝臟靶向的口服胰島素載體可以模擬內(nèi)源性胰島素的分布，提高肝臟處胰島素的蓄積，從而有效發(fā)揮降血糖作用。Zhang等[85]設計了一種肝臟靶向的口服胰島素納米粒，通過將膽酸修飾在納米粒表面，其可經(jīng)肝腸循環(huán)途徑靶向至肝臟，從而有效發(fā)揮降血糖作用，胰島素的相對藥效學生物利用度被提高至26.9%。此外，美國Diasome公司研發(fā)的口服肝靶向胰島素囊泡（hepatic-directed vesicle insulin，HDV-Ⅰ）可將胰島素選擇性輸送至肝臟，有效控制糖尿病患者的餐后血糖水平。但是，目前針對具有肝臟特異性靶向功能的口服胰島素載體的報道仍然較少，而更多關注于注射用肝靶向胰島素的研究。Shao等[9]設計的胰島素原-轉(zhuǎn)鐵蛋白復合物，皮下注射給藥可以模擬內(nèi)源性胰島素在肝臟的選擇性作用，抑制肝糖原的降解并持續(xù)發(fā)揮降血糖作用（長達40 h），同時避免了由于外周胰島素濃度過高而產(chǎn)生的低血糖等不良反應。由此可見，胰島素選擇性作用在肝臟可發(fā)揮良好的降血糖作用，肝臟靶向型胰島素為胰島素的口服遞送提出了新的研究方向，有望給糖尿病的治療帶來新的啟發(fā)。

3.2.2 葡萄糖響應型口服胰島素遞送載體在正常生理狀態(tài)下，血液中葡萄糖水平升高會促進胰島β細胞分泌，從而將含有胰島素的囊泡釋放入血發(fā)揮降糖作用，因此胰島素的釋放主要受體內(nèi)血糖水平的調(diào)控[86]。但是，目前大部分的胰島素口服遞送載體主要通過在體內(nèi)的降解釋放藥物，無法精準調(diào)控胰島素的釋放速度以及釋放量，可能會引起低血糖。同時，由于個體間吸收差異較大，還可能出現(xiàn)血糖控制不平穩(wěn)的現(xiàn)象，導致血糖波動過大，這也是引起糖尿病并發(fā)癥的主要原因[87]。因此，如何根據(jù)體內(nèi)血糖變化精準調(diào)控胰島素的釋放成為口服胰島素載體設計的一大挑戰(zhàn)。

Yu等[45]制備了一種葡萄糖響應型口服胰島素載體。載體表面是由苯硼酸-透明質(zhì)酸聚合物（hyaluronic acid-phenylboronic acid，HA-PBA）形成的外殼，內(nèi)部為表面修飾Fc的胰島素脂質(zhì)體。當血糖升高時，苯硼酸與葡萄糖結(jié)合導致外殼分離，暴露出內(nèi)部的脂質(zhì)體核心。脂質(zhì)體表面的Fc配體可進一步促進其在腸上皮細胞的攝取及轉(zhuǎn)運。實驗結(jié)果顯示，當葡萄糖濃度達10 mmol · L-1時即可觸發(fā)脂質(zhì)體表面HA-PBA的脫落，從而響應性降低糖尿病大鼠餐后高血糖水平，且不會引起低血糖反應。Wang等[44]利用過氧化氫敏感的兩親性聚合物——聚乙二醇-聚甲硫氨酸（polyethylene glycolpolymethionine，PEG-PolyMet）制備了一種神經(jīng)節(jié)苷脂-單唾液酸靶向肽（ganglioside-monosialic acid-targeting peptide，簡稱Pep）修飾的聚合物囊泡（Pep-polymersomes，Pep-PMS），其內(nèi)部包載葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOx）以及胰島素。Pep-PMS具有葡萄糖響應智能釋藥的特性。在高糖環(huán)境下，GOx氧化葡萄糖產(chǎn)生過氧化氫，可將PEG-PolyMet中的疏水性側(cè)鏈轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，從而使囊泡破裂并釋放內(nèi)部胰島素。體內(nèi)外結(jié)果顯示Pep-PMS可通過被動靶向作用蓄積在肝臟的竇周隙，并響應體內(nèi)高血糖選擇性釋放胰島素。Pep-PMS在糖尿病大鼠體內(nèi)顯示了持續(xù)的、響應性的降血糖作用，并顯著提高了肝糖原的合成。

綜上，基于內(nèi)源性胰島素的分泌以及分布模式，仿生設計的口服胰島素遞送載體可以精準調(diào)控餐后高血糖水平，恢復肝臟-外周的胰島素濃度梯度，改善血糖的利用，為口服胰島素遞送載體的設計帶來新的理念。

4 蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的臨床研究進展

隨著對蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體研究的不斷深入，現(xiàn)已有產(chǎn)品上市或進入臨床研究階段，根據(jù)其遞送策略的不同可簡單劃分為3類：1）吸收促進劑類，如丹麥Novo Nordisk制藥公司開發(fā)的口服索馬魯肽片劑以及以色列Oramed制藥公司和合肥天麥生物聯(lián)合研發(fā)的口服胰島素膠囊ORMD-0801[88-89]等；2）微納米載體類，如美國Diasome公司研發(fā)的口服肝臟靶向的胰島素囊泡HDV-I以及以色列Oshadi制藥公司研發(fā)的口服胰島素納米粒Oshadi-Icp[90-91]等；3）新型給藥系統(tǒng)類，如美國Rani制藥公司設計并開發(fā)的“機器人”藥丸RaniPillTM等。這些制劑在臨床研究中顯示了良好的降血糖作用，口服生物利用度約達1%左右，具有一定的臨床應用前景。其中，由Novo Nordisk開發(fā)的口服索馬魯肽片劑（商品名：Rybelsus?）于2019年9月經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準上市，這是全球首個獲批上市的口服GLP-1類似物，極大地推動了蛋白多肽類降糖藥物口服制劑的研發(fā)進程，具有里程碑式的重要意義[92]。

吸收促進劑可以提高腸上皮細胞的通透性從而促進藥物的口服吸收，主要作用機制包括直接打開細胞間緊密連接或提高細胞膜的流動性[93]。由于制備工藝簡單，吸收促進劑被廣泛應用于蛋白多肽類降糖藥物口服制劑的開發(fā)中，臨床效果良好，具有一定的應用前景。索馬魯肽是一種長效GLP-1類似物，相對分子質(zhì)量為4 113，體內(nèi)半衰期長達165 h[94]。Novo Nordisk利用Eligen?技術，即添加一種小分子吸收促進劑N-[8-（2-羥基苯甲酰基）氨基]辛酸鈉[sodiumN-[8-(2-hydroxybenzoyl)amino]caprylate，SNAC]制備了索馬魯肽片劑。與大多數(shù)口服藥物制劑在腸道吸收不同，索馬魯肽片劑主要在胃部吸收[6]（見圖2[95]），且吸收程度與SNAC的用量相關，體內(nèi)研究表明300 mg的SNAC可產(chǎn)生最高的索馬魯肽血漿濃度。SNAC可以幫助維持索馬魯肽的單體形式，并且通過緩沖作用升高胃內(nèi)局部pH，提高索馬魯肽的溶解度，防止其被胃內(nèi)的蛋白酶降解。此外，SNAC具有較強的親脂性，通過與胃上皮細胞相互作用，可促進索馬魯肽在胃部的快速吸收[6,96]。在SNAC多種促吸收機制的作用下，索馬魯肽在體內(nèi)的生物利用度可達1.22%[97]。臨床試驗結(jié)果顯示，口服索馬魯肽具有較顯著的降糖減肥作用，可有效控制2型糖尿病患者的血糖水平，且作用效果顯著優(yōu)于恩格列凈和西格列汀等小分子降血糖藥物[98-99]?？诜黢R魯肽的上市有望改善糖尿病患者的用藥方式，提高病人的生活質(zhì)量，從根本上解決皮下注射給藥方式帶來的不便。

圖2 口服索馬魯肽吸收機制[95]Figure 2 The absorption mechanism of oral semaglutide[95]

Oramed制藥公司開發(fā)的新型蛋白多肽類藥物口服遞送技術PODTM外部為腸溶膠囊，內(nèi)部含有乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）和膽鹽等吸收促進劑，可以通過打開細胞間緊密連接促進藥物在小腸的吸收。此外，膠囊內(nèi)部還含有大豆胰蛋白酶抑制劑和抑肽酶等，保護藥物不被胃腸道內(nèi)的蛋白酶降解，維持藥物穩(wěn)定性[100]。合肥天麥生物與Oramed公司利用PODTM技術聯(lián)合開發(fā)的口服胰島素腸溶膠囊ORMD-0801，Ⅱ期臨床試驗結(jié)果顯示可有效降低1型糖尿病患者的餐后血糖以及2型糖尿病患者的空腹血糖且安全性良好[101]。2020年，ORMD-0801獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）的批準，進入中國開展Ⅲ期臨床試驗，給胰島素口服制劑的研究帶來新的曙光。

盡管在基礎研究中多利用微納米載體克服胃腸道屏障，促進蛋白多肽類降糖藥物的口服吸收，以達到較高的生物利用度，但受限于復雜的制備工藝以及較高的生產(chǎn)成本，其中僅有少量進入臨床研究階段。由美國Diasome公司研發(fā)的HDV-I，其磷脂雙分子層中含有肝細胞靶向分子（hepatocytetargeting molecule，HTM）和生物素磷脂酰乙醇胺（biotin-phosphatidylethanolamine，biotin-PE），可模擬生理條件下的門靜脈胰島素灌注，將胰島素選擇性輸送至肝臟從而重建肝臟對葡萄糖的代謝調(diào)節(jié)作用，促進肝臟對葡萄糖的攝取、提高肝糖原的儲存并有效降低血糖[102]。臨床試驗結(jié)果顯示口服HDV-I可有效控制1型和2型糖尿病患者的餐后血糖水平，且不引起低血糖等不良反應的發(fā)生[103-104]，目前HDV-I正處于Ⅲ期臨床研究階段。

此外，美國Rani制藥公司設計并開發(fā)了一種新型給藥系統(tǒng)——RaniPillTM，這是一種微型注射膠囊，表面為腸溶包衣，可以保護膠囊在胃部不被破壞。在小腸中，由于pH升高，腸溶衣溶解，膠囊內(nèi)部的氣球充氣膨脹并通過壓力將含有藥物的微針直接推入腸壁，殘余的裝置則在幾天內(nèi)排出體外。Ⅰ期臨床研究顯示，RaniPillTM膠囊在體內(nèi)安全性良好，不會引起不良反應，且不受食物的影響。該膠囊有望突破生物藥口服瓶頸，成為胰島素口服給藥的新載體[105]。表2總結(jié)了絕大部分口服蛋白多肽類降糖藥物制劑的研發(fā)概況。

表2 已上市或處于臨床研究階段的蛋白多肽類降糖藥物口服制劑Table 2 Oral preparations of hypoglycemic proteins and peptides on the market or in clinical research

5 總結(jié)及展望

蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體的設計是近年來的研究熱點。盡管目前相關研究已有較多報道，然而這一領域仍面臨著許多挑戰(zhàn)。一方面，基礎研究中多關注于如何克服胃腸道的生物化學屏障（如pH、酶等）以及腸上皮細胞的頂側(cè)膜屏障，并未有效解決載體“入胞容易，出胞困難”這一關鍵科學問題。此外，由于糖尿病患者間存在個體差異，如何更精準地調(diào)控藥物釋放，減輕患者的血糖波動成為蛋白多肽類降糖藥物口服遞送載體設計的更高需求。另一方面，目前臨床上蛋白多肽類降糖藥物口服制劑研發(fā)進程緩慢，且多集中于開發(fā)安全高效的口服吸收促進劑以提高藥物的吸收效率。盡管口服索馬魯肽已成功上市，但其生物利用度仍較低，僅為1% ~ 2%。因此，開發(fā)新型制劑技術顯著提高藥物的口服生物利用度，使其突破給藥方式的限制，更高效地發(fā)揮降糖作用成為蛋白多肽類降糖藥物口服制劑臨床轉(zhuǎn)化的主要目標。最后，該領域還存在著基礎研究與臨床應用嚴重脫節(jié)，產(chǎn)出比低下的問題。主要是目前基礎研究中大多利用微納米載體促進蛋白多肽類降糖藥物的口服吸收，在小動物模型上通常可以達到較高的口服生物利用度，但是缺少在大動物模型如比格犬體內(nèi)的藥效驗證，難以評估其在人體內(nèi)的療效。同時，受限于復雜的制備工藝以及較高的生產(chǎn)成本，大部分藥物載體的臨床轉(zhuǎn)化效率較低。因此，開發(fā)經(jīng)濟高效、制備簡單且質(zhì)量可控的口服藥物載體有助于推動其臨床轉(zhuǎn)化進程。

綜上，盡管蛋白多肽類降糖藥物的口服遞送面臨著重重困難，但是其對于糖尿病的臨床治療顯示了重要的意義，有望提高糖尿病患者的用藥依從性，改善生存質(zhì)量。雖然目前大部分的研究仍處于臨床前研究階段，臨床轉(zhuǎn)化效率較低，但是相信隨著載體材料和制劑技術的不斷發(fā)展、各種新型口服吸收促進劑的相繼提出以及精準醫(yī)學時代的到來，開發(fā)出一系列安全、高效的蛋白多肽類降糖藥物口服制劑將成為可能。