胰岛素及其临床应用

礼来
人
(人工合成) 人 (人工
诺和诺德
诺和诺德
人 (人工
鱼精蛋白锌胰岛素
Protamine Zine Insulin (PZI)
属长效制剂 鱼精蛋白与胰岛素的比例为1.2 mg/100 iu，鱼精蛋
白有过剩 需有过量锌使制剂稳定：锌0.2 mg/100 iu 如PZI与RI混合应用，有一部分RI被鱼精蛋白吸附而 变为缓效 PZI约可吸附其本身半量的RI 例如PZI 20 U + RI 20 u (1:1混合) 约相当于PZI 30 u + RI 10 u (3:1混合)
理想的速效胰岛素类似物应具备的特性
无免疫原性，不引起免疫反应 化学性质稳定 可与长效胰岛素或胰岛素类似物混合使用，不影响彼
此药效
代谢作用明显强于促进细胞有丝分裂作用
促进外周组织对葡萄糖的利用
作用时间：皮下注射后30－60分钟血浓度达峰值，药
效持续时间少于4 h
制备速效胰岛素类似物的策略
总的来说，人胰岛素与猪等动物胰岛素，药效作用上甚为相近 药效学上的差别：
人正规胰岛素皮下注射后吸收较快，起效时间较早
人超缓胰岛素较之牛的相应制剂作用较短，需每日注射2次
人与动物胰岛素在免疫原性上的差别
人胰岛素的抗原性较牛胰岛素为弱 较猪胰岛素抗原性也轻 用人胰岛素后，血中针对胰岛素抗体的滴度较之使用动物胰岛 素后为低
得出"超速"及"超缓"的胰岛素类似物
速效胰岛素类似物
胰岛素多聚体及单体
药用制剂中的胰岛素处于六聚体状态，主要 由于浓度过高所致
六聚体外形似一个压扁了的球，直径约5 nm， 高度约3.5 nm，由3个相同的二聚体组成 胰岛素注射至皮下后扩散至组织间隙液中， 逐渐稀释，离解为二聚体及单体，然后透过 毛细血管被吸收入血 血循环中的胰岛素处于单体状态，可直接发 挥生物学效应
胰岛素及其临床应用
世界上第一例糖尿病应用胰岛素治疗获成功
1921年5月，Banting和Best：结扎狗胰管，从萎
缩的胰腺组织中提取物具降糖作用
1922年1月，多伦多总医院一名14岁患严重糖尿
病的女孩(Leonard Thompson)接受牛胰腺提取液 的治疗
患儿高血糖近于完全消失，血糖降至正常 尿酮体消失 精神、体力大大好转
形成二聚体有关的主要部位为B链中氨基酸
B8、B9、B12、B16、B21、B23-29 B16、B23-25与胰岛素结合其受体有关，不能改变，否 则影响生物活性 阻碍二聚体形成的策略 在聚合的界面引起一个电荷上的排斥状态 如B28脯氨酸(Pro)换为门冬氨酸(Asp) B28 Asp胰岛素(Novo-Nordisk) 模仿IGF-1的结构 B28 Pro B29 Lys换为B28 Lys B29 Pro Lispro insulin (Eli Lilly)
epithelial cells
History of Innovation in Diabetes Treatment
1921 & 1923
Discovery and Commercial Availability of Insulin
1930s & 1940s
Protracted Insulin Formulations
0
60
120
180
240
300
360
420
* (5 Minutes Before Meal)
Minutes
Adapted from Pampanelll, et al. Diabetes Care. 1995; 18: 1452-1459.
INSULIN LISPRO Humalog ®
S A-chain S
S
S S B28 LYS B29 PRO
S
B-chain
[Lys (b 28), Pro (B 29)]-Human Insulin Analog (recombinant DNA origin)
Dissociation of Insulins
Regular Human Insulin
10-3 M 10-3 M 10-5 M 10-8 M peak time 2-4 hr
formulation Humalog ® 10-3 M
capillary membrane peak time 1 hr
10-3 M
10-3 M
formulation
transient Clsza K, et al, Structure, 1995; 3: 615622
Preclinical Pharmacology:In Vitro Effects
Receptor Binding in Placental Membranes
% Bmax (± serm, n=8) Insulin Receptor
100
% Bmax (± serm, n=7)
100
IGF-1 Receptor
90
90
80
80
70
70
Insulin Humalo g
IGF-1
Insulin (mU/I)
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
6 Non-diabetic Subjects 1 6 Hum-R Type 1 Subjects 2 *
Potential for late postprandial (4-6
hours)1
Lasts up to 12 hours
锌混悬剂缓效胰岛素(50年代期)
Hallas-Moller，1952年 单加锌，不加鱼精蛋白，亦可延长胰岛素的作用 在pH中性条件下，加入过量的锌 锌含量：0.15 ~ 0.20 mg/100 iu 可使胰岛素处于结晶状态，注入皮下后，再溶解，然后被吸
收 按制备方法的不同，可有不同的制剂： 半缓胰岛素(semi-lente)，属作用较快的中效制剂，胰岛 素处于不定形细粒状态，注射后可较快再溶解，被吸收 特慢胰岛素(ultra-lente)，属长效制剂胰岛素，处于结 晶状态，颗粒较大，再溶解较慢 缓效胰岛素(lente) 以上两种制剂的混合，其作用介于中效及长效之间
人胰岛素
化学合成
中科院上海生化所：高质量的结晶纯品
重组DNA：人工合成人胰岛素
先合成编码胰岛素A链，B链的DNA序列，将其植 入大肠杆菌质粒中，提纯肽链，并用二硫键连接 起来 先合成胰岛素原，再用酶裂解 人工合成胰岛素不含杂质，不含杂质、胰多肽等
人与动物胰岛素在生物学活性及药效学上的差别
间断性用胰岛素最易产生免疫反应，故妊娠
糖尿病、2型糖尿病以用人胰岛素为妥
胰岛素类似物
速效胰岛素皮下注射后作用不够快，不能与餐
后高血糖同步
迟缓胰岛素在吸收过程中出现峰值，不能模拟
生理性的基础分泌
人及动物胰岛素制剂的临床应用不能完全符合
生理性需要
为解决上述问题，将胰岛素分子加以改造，以
1950s & 1960s
Sequence; Synthesis; Proinsulin; X-Ray Structure
1970s & 1980s
Human Insulin by rDNA Technology
1980s & 1990s
Insulin Analogs; First Rapid Acting Insulin
长效胰岛素的发展
鱼精蛋白与胰岛素结合型缓效胰岛素研制成功
Hagcdorn 1936
鱼精蛋白(Protamine)为雄鱼生殖腺所含的一组碱
性蛋白质
pH中性的胰岛素加入鱼精蛋白后，其溶解度降低，
形成胰岛素－鱼精蛋白复合沉淀物
注射至皮下组织后，蛋白酶将鱼精蛋白分解下来，
胰岛素逐渐释出
有两种主要的制剂
Insulin lispro is equipotent to reglular
human insulin:
Binding to human placental insulin
receptor
Dissociation from human HepG2 insulin
receptor
Stimulation of growth in human mammary
Limitations of Regular Human Insulin
Slow onset of activity
Inconvenient for patient (administered 30-60 minutes prior to meal)1
Long duration of activity
中性鱼精蛋白胰岛素
Neutral Protamine insulin Hagedorn (NPH)
属中效制剂 鱼精蛋白与胰岛素二者的量相匹配，0.4 mg/100 iu，
鱼精蛋白无多余 二者呈相当的比份(Isophane proportion) 只需加微量的锌使制剂稳定：锌0.016 ~ 0.04 mg/100 iu NPH与RI混合应用时，由于无多余的鱼精蛋白，故RI 不被吸附，以速效形式存在 目前有各种比例的预混胰岛素(Premixed insulin)NPH/RI:70/30,80/20,60/40
低血糖问题
应用人胰岛素后低血糖的发生较多，可能与强化治疗的应用较 普遍有关
人胰岛素的适应症
由于人胰岛素纯净，抗原性弱，价格降低，故
未来的趋势，以采用人胰岛素为主
需由动物胰岛素改用人胰岛素的临床情况
由于动物胰岛素抗原性引起的临床问题：胰
岛素过敏、胰岛素抵抗、注射局部脂肪萎缩
动物正规胰岛素引起餐后较晚时的低血糖
60
60
Humalo
50
g Insulin
50
40
40
30
30
IGF-1
20
20
10 0 0.01
10 0 0.01
0.1
1
10
100
1000 10000
0.1
1
10
100
1000 10000
Ligand Concentration (nM)
Slieker LJ, et al,, Diabetelogia, 1997; 40(Suppl 2): S 54-S61
胰岛素纯化的进展
重结晶法(1970年以前)
含相当多杂质：胰岛素原、胰岛素分解中间物、
胰高糖素、生长抑素、胰多肽
标准制剂中胰岛素原含量达10,000 ~ 20,000
ppm (parts per million)，即百万分之1-2万
单峰胰岛素(monopeak insulin)
层析法提纯 杂质少于50 ppm
生产厂家
种属来源
包
国内常用胰岛素一览表 上海生物制药厂 猪
礼来 人 (人工合成) 人 (人工合成) 人 (人工合成) 人
400
诺和诺德
诺和诺德
礼来
礼来
人
(人工合成) 人 (人工合成) 人
诺和诺德
诺源自文库诺德
产品名 包装(U/瓶)
国内常用胰岛素一览表
徐州生化制药厂 猪
生产厂家
种属来源
长效胰岛素 精蛋白锌胰岛素 400 U/瓶 (PZI) 混合胰岛素 70/30优泌林 400 U/瓶 (Humulin 70/30) 诺和灵-M 400 U/瓶 (Mixtard) 合成) 诺和灵-M 150 U/瓶 (笔专用)
胰岛素纯化的进展
单组分胰岛素(monocomponent insulin)
离子交换树脂层析法 杂质 < 10 ppm 高纯度胰岛素(highly purified insulin) 凝胶层析加离子交换 杂质少于10 ppm 进一步提纯的单组分胰岛素 杂质少于1 ppm 胰岛素纯化的进步大大减少了杂质蛋白免疫原性所 引起的并发症 胰岛素过敏、胰岛素抵抗、局部脂肪萎缩
产品名 装(U/瓶) 短效胰岛素 中性胰岛素(RI) U/瓶 常规优泌林 400 U/瓶 (Humulin-R) 诺和灵-R 400 U/瓶 (Actrapid-P) 诺和灵-R 150 U/瓶 (笔专用) Lispro 400 U/瓶 中效胰岛素 中效优泌林 400 U/瓶 (Humulin-N) 诺和灵-N 400 U/瓶 (Protaphane) 诺和灵-N 150 U/瓶
Ligand Concentration (nM)
INSULIN LISPRO Serum Insulin Levels (ng/ml) After Sbcutaneous Injection in Healthy Volunteers (n=10)