胰岛素疗效与安全性

胰岛素疗效与安全性

胰岛素类药物根据其来源和化学结构，可分为动物胰岛素、人胰岛素和胰岛素类似物。随着基因重组技术的出现，半合成和生物合成人胰岛素开始应用于临床。这些胰岛素与人胰岛素的分子结构相同，故其免疫原性弱，不含杂质且效价高，但它在临床应用中仍存在一定缺陷，即难以很好地模拟人体生理胰岛素分泌模式。因此，为使外源性胰岛素更好地满足患者生理性需要，胰岛素类似物应运而生。

从1922年加拿大学者班廷(Frederick G. Banting)及其助手贝斯特(Charles Best)成功分离出胰岛素并用于糖尿病治疗至今，胰岛素已成为糖尿病治疗中不可或缺的药物。随着胰岛素的广泛应用，其制剂也不断推陈出新，从动物胰岛素到人胰岛素，再到胰岛素类似物。迄今，胰岛素类似物在糖尿病患者中的应用也已有数年，成为胰岛素家族中重要的一员。

人胰岛素难以模拟人体生理胰岛素分泌模式

正常人的胰岛素分泌包括基础状态时的小剂量持续分泌和餐时的迅速分泌。应用胰岛素治疗糖尿病，需要精细地模拟正常人的这种基础和餐时胰岛素分泌模式，才能良好地控制血糖。人胰岛素因代谢特点和剂型的限制等问题，存在一定的个体差异，皮下注射时间-作用曲线不能匹配生理需要，不能理想地满足基础和餐时胰岛素需求。

作用时间曲线与生理性胰岛素分泌不同

短效重组人胰岛素在皮下注射30分钟起效，2～4小时达峰，作用持续6～8小时。这就要求患者在餐前30分钟进行皮下注射，若患者注射后进餐时间提前，易导致血糖控制不佳，若进餐时间延后则易发生低血糖，可见它无法满足生理性餐时胰岛素需要。

中效人胰岛素，是将重组人胰岛素与锌和鱼精蛋白混合，从而延缓其作用时间。其经皮下注射后平均1.5小时起效，4～12小时达峰，作用持续18～24小时，常用于睡前给药以控制夜间和清晨空腹血糖。NPH胰岛素的作用时间虽得到延长，但仍不足24小时，且存在明显峰效应，吸收不稳定，不利于血糖的平稳控制，与生理性基础胰岛素分泌模式有着不小的差距。

结构特点和剂型导致明显个体差异

人胰岛素分子为六聚体结构，经皮下注射后必须解聚成二聚体或单体才能透过毛细血管进入循环，才能发挥降血糖作用。因不同个体中胰岛素解聚和吸收差异较大，最终进入循环的胰岛素量也会有明显差异。注射部位的不同也会影响人胰岛素的作用效果。此外，为了延长作用时间，将人胰岛素与锌和鱼精蛋白混合后，制剂为混悬液。这种混悬液需要在注射前混匀，如果混合不充分，也会导致胰岛素浓度不稳定，吸收率出现变异。

胰岛素类似物降糖更符合生理需求

人胰岛素的缺陷与其分子结构特征密不可分，于是研究者们通过基因重组技术，改变人胰岛素的分子结构，开发出了更符合人体基础和餐时胰岛素需求的长效和速效胰岛素类似物制剂。长效胰岛素类似物(如地特胰岛素、甘精胰岛素)吸收变异小、作用时间长，更好地模拟基础胰岛素分泌模式;速效胰岛素类似物(如门冬胰岛素、赖脯胰岛素)起效、达峰及作用时间均比人胰岛素缩短，能更好地满足餐时胰岛素需求。为同时满足基础和餐时胰岛素需求，研究者还开发出预混胰岛素类似物，如双时相门冬胰岛素30(含30％门冬胰岛素和70％精蛋白)。

长效胰岛素类似物满足基础胰岛素需求

理想的基础胰岛素应具备下列条件：作用时间能维持24小时;药代动力学曲线平缓，皮下注射后吸收稳定，无明显吸收和作用峰值;制剂为澄清溶液，注射前无须重新混匀。

地特胰岛素作为新一代长效胰岛素类似物，是通过去除人胰岛素B链30位的苏氨酸，然后将14碳的脂肪酸(肉豆蔻酸)连接到人胰岛素B链29位的赖氨酸残基上而形成。一方面，14碳脂肪酸链可使地特胰岛素在皮下注射后形成双六聚体，显著增强在注射部位的自身聚合作用，从而延缓吸收。同时，14碳脂肪酸链可与皮下组织中白蛋白可逆性结合，进一步减慢了地特胰岛素被吸收入血循环的速度。在外周血循环中逾98％的地特胰岛素与血浆白蛋白可逆性结合，缓冲了地特胰岛素向周围靶组织中的分布，同时也进一步延长了其作用时间，因此能有效地减少了血糖波动。此外，地特胰岛素是无色透明溶液，不需要摇匀即可使用。这些特点使其作用时间长达24小时，带来持久、稳定的基础血糖控制效应。

大量研究已经证实，与NPH胰岛素相比，地特胰岛素可以更好地控制夜间血糖。PREDICTIVE研究显示(Dornhorst A. Diabetes Obes Metab. 2008,10:75-81.)，接受NPH胰岛素或甘精胰岛素治疗的患者转换为地特胰岛素治疗3个月后，糖化血红蛋白(HbA1c)水平分别进一步降低0.2％和0.6％，同时低血糖发生率分别降低74％和82％，患者平均体重分别下降0.7 kg和0.5 kg。提示与同属于长效胰岛素类似物的甘精胰岛素相比，相同注射次数的地特胰岛素也具有降糖效果好、变异小等优势。

速效胰岛素类似物满足餐时需求

可溶性短效胰岛素在皮下注射后也必须解聚为单体或二聚体才能被吸收入血发挥作用。要满足餐时胰岛素的生理需求，需要胰岛素在注射后迅速解聚发挥作用。门冬胰岛素是由门冬氨酸替代人胰岛素B链28位的脯氨酸而合成的速效胰岛素类似物，其分子结构的变化降低了胰岛素单体间的相互作用力，使之不易形成稳定的六聚体，可在皮下注射后快速解离为单体而迅速发挥作用。其吸收快，10~20分钟起效，达峰时间短，仅为1~3小时，峰值更高，作用持续时间为3~5小时，明显优于人胰岛素，可更好地模拟人体生理状态下的胰岛素作用模式，使用方便，餐前、餐时或餐后立即注射均可有效降低血糖。

研究显示，与人胰岛素相比，门冬胰岛素起效更快，降低血糖的作用更显著，能更好地控制餐后血糖。而且，门冬胰岛素人群适应证更宽，除作为餐时胰岛素应用于糖尿病常规治疗外，还可应用于胰岛素泵治疗，2岁以上儿童糖尿病及妊娠合并糖尿病治疗，是目前适应证最广泛的速效胰岛素类似物。

预混胰岛素类似物满足基础和餐时双重需求

作为预混人胰岛素的升级产品，双时相门冬胰岛素30，更好地模拟生理性胰岛素分泌，可同时满足基础和餐时胰岛素的双重需求。其组分中占总量70％精蛋白门冬胰岛素可满足基础胰岛素需求，有效控制空腹血糖;与预混人胰岛素不同的是，双时相门冬胰岛素30中的速效成分注射后达峰时间更快、峰值更高。其组分中占总量30％门冬胰岛素可满足餐时胰岛素需求，更好地控制餐后血糖。

由于每日两次注射预混胰岛素后有些病例午餐后血糖控制不够满意，近年来有研究探讨每日三次注射是否可行。1-2-3研究[Garber AJ et al. Diabetes Obes Metab. 2006,8(1):58-66]结果显示，对于血糖控制不佳的2型糖尿病患者，每日1次、2次或3次注射双时相门冬胰岛素30，可分别使41％、70％和77％的患者血糖达标(HbA1c7.0％)。每日2次或3次注射双时相门冬胰岛素30，24周后患者HbA1c水平均显著降低，且每日3次注射组HbA1c降幅更大，血糖达标患者比例较高。

图1 地特胰岛素显著降低血糖

图2 与人胰岛素相比，门冬胰岛素更好地控制餐后血糖

图3 双时相门冬胰岛素30组与基础-餐时胰岛素治疗效果相当

图4 胰岛素分子安全性解析

表1 不同胰岛素类似物分子安全性的比较

胰岛素类似物分子安全性

以上这些胰岛素治疗安全性相关问题被称为代谢安全性。代谢安全性只是胰岛素安全性中的一部分，是临床医生已经非常熟悉并经常谈论的一部分。而其分子安全性则是药物学专家在药物开发之初就极为重视的那一部分。分子安全性包括促有丝分裂和遗传毒性，与胰岛素类似物的分子结构直接相关。它对患者的影响往往需要经过数十年的临床应用后才能明确。在此，就让我们临床医生也来共同认识一下分子安全性。

如图4所示，胰岛素在人体内主要与胰岛素受体结合，发挥促进葡萄糖摄取等代谢效应，但同时胰岛素还能与胰岛素样生长因子1(IGF-1)受体结合，虽然其亲和力只有IGF-1与IGF-1受体亲和力的1/500，但一旦胰岛素与IGF-1受体结合，也会引起下游促有丝分裂作用。

研究显示，在下述3种情况下胰岛素的促有丝分裂作用会增强：

①高浓度胰岛素可刺激IGF-1受体，引起下游的促有丝分裂作用;

②胰岛素分子结构变化导致其与IGF-1受体的亲和力增加，从而引起促有丝分裂作用增强;

③胰岛素类似物分子与胰岛素受体结合时间长，即解离速度慢，长期刺激引起促有丝分裂作用增强。

促有丝分裂是IGF-1受体通路的下游作用，如果胰岛素类似物与IGF-1受体的亲和力强，其促有丝分裂作用也相应增强。那么从细胞角度而言，促有丝分裂作用会带来什么呢?科恩(Kohn)等的分析显示，在体外环境下，随着胰岛素与IGF-1受体亲和力的增加，其促细胞增殖能力也增强，二者呈线性相关。而在二者之间的因素，便是促有丝分裂。

胰岛素B10的教训

胰岛素B10是一种经氨基酸替换得到的胰岛素类似物，最终其因为在大鼠试验中显示52周治疗具有呈剂量依赖性致肿瘤作用而未能应用于临床。仔细分析胰岛素B10的分子安全性资料发现，与人胰岛素相比，它和IGF-1受体亲和力比人胰岛素增加6倍，促有丝分裂作用增加10倍。

如何考量胰岛素促有丝分裂相关研究

首先，不同胰岛素(或胰岛素类似物)在大剂量时的促细胞增殖作用无差异，因此研究中需要提供剂量-反应曲线，而非单一浓度比较，尤其是高浓度时。

其次，研究所选择的细胞系需要能表达IGF-1受体，才能观察到其下游效应。

此外，研究所选择的细胞系的增殖能力须达2倍以上，才能显示出不同胰岛素类似物间的差异。

最后，需要强调研究中最好使用了不止一种细胞系进行分析，以避免细胞系的选择差异引起的误导。

不同胰岛素类似物的促有丝分裂作用

2000年库尔茨斯(Kurtzhals)等发表于《糖尿病》(Diabetes)杂志的一项研究显示，速效胰岛素类似物门冬胰岛素和赖脯胰岛素的IGF-1受体亲和力和促有丝分裂能力与人胰岛素相当，该文显示它们具有与人胰岛素相同的体外安全性。在长效胰岛素类似物中，甘精胰岛素的IGF-1受体亲和力和促有丝分裂能力均高于人胰岛素，而地特胰岛素的IGF-1受体亲和力和促有丝分裂能力却低于人胰岛素(表1)。

德国学者舒克拉(Shukla)等在一项体外研究中探索了胰岛素和胰岛素类似物对正常乳腺上皮细胞系和乳腺癌细胞系的增殖作用，结果显示，对于正常乳腺上皮细胞系(MCF10A)，不论是牛胰岛素、人胰岛素还是胰岛素类似物(地特胰岛素、甘精胰岛素、赖脯胰岛素和门冬胰岛素)，在大剂量时的促细胞增殖作用都一致。而对于乳腺癌细胞系(MCF7)，以上各种胰岛素和胰岛素类似物中，甘精胰岛素的促增殖作用明显增强;在各浓度梯度甘精胰岛素在MCF7细胞均显示了很强的促增殖作用。这一研究提示胰岛素的促增殖作用在不同细胞系(胰岛素受体、IGF-1受体表达不同)中存在差异。

研究还显示，在各种细胞系(SaoS/B10、CHO-K1、MCF-7和L6-hIR)中，与人胰岛素相比，地特胰岛素与IGF-1受体的亲和力均相当于或略低于与胰岛素受体的亲和力，同时，其促有丝分裂能力只相当于人胰岛素的9％~25％。

小结

已有的体外安全性研究提示，无须顾虑地特胰岛素的分子安全性，因为它和人胰岛素具有相似或更低的与IGF-1受体的亲和力。至于甘精胰岛素是否与恶性肿瘤发生有关，迄今也尚缺乏有力的证据。2009年“欧洲四项研究”最新报告所提供的关于甘精胰岛素与肿瘤发生的资料也是不确切、不一致的。尽管在全世界又激起了一轮新讨论，但是在设计更合理、更有说服性的研究结果问世之前，没有任何权威机构认为据之可以做出有关甘精胰岛素使用的负面的临床决定。同时，有丝分裂是生命存在所必需，IGF-1受体亲和力过度升高到多高才有实际风险?糖尿病患者面临多少与此相关的风险?还都是人们要继续思考的问题。

作为临床医生，我们深知体重超过100 kg的非糖尿病患者血胰岛素水平可能为正常人的6~10倍。每日多次注射胰岛素的糖尿病患者血胰岛素水平甚至可能达到正常人的10倍以上。因此如果怀疑胰岛素与IGF-1受体的亲和力高真地可能诱发恶性肿瘤的话，那么人们关注的就不应该只是胰岛素类似物，而是全体有内源性或外源性高胰岛素血症的人群。

没有人能改变晚期或重症糖尿病必须用胰岛素治疗的事实。“不能改变它，就要适应它”。从这个意义上说，我们在临床工作中所能做的不是去限制胰岛素的使用，而是不要忘记在补充胰岛素的同时，应该尽可能避免严重的医源性高胰岛素血症。而联合使用增加胰岛素敏感性的药物和减轻体重则是解决这一难题的有效途径。