胰岛素类似物的设计
新型的胰岛素类似物——地特胰岛素
新型的胰岛素类似物——地特胰岛素作者：廖欢邹大进来源：《糖尿病新世界》2010年第10期糖尿病严重地威胁着人们的健康。
在糖尿病治疗方面,除了经典的药物不断地改进,新的降糖药物也开始出现,并发挥着重要的作用。
但是,对于胰岛素绝对缺乏的1型糖尿病患者及许多2型糖尿病患者,胰岛素仍是治疗方案中不可或缺的重要组成部分之一。
在健康状态下,胰岛素由胰岛B细胞产生,其生理动态特征是以恒定输出为主,进餐刺激其快速升高,从而影响肝糖输出及外周葡萄糖摄取和脂肪生成等其他代谢过程,发挥其对血糖的调节作用。
中长效胰岛素的作用,是通过皮下注射后,通过不同的方法延缓胰岛素吸收速度或的分子结构的改变,使得胰岛素保持着一定速度进入血液循环系统,尽量的模拟生理性的基础胰岛素的分泌规律。
最早的中长效胰岛素,是通过鱼精蛋白或过量的锌离子形成混悬液,使皮下后吸收缓慢。
后来出现的甘精胰岛素,则通过在胰岛素分子结构上进行一定的改变,降低其在生理酸碱度中的溶解程度,使得注射后,在皮下形成沉淀,从而缓慢释放,缓慢吸收。
胰岛素类似物,以改变胰岛素分子六聚体结构,使吸收缓慢,而进入血液之后,六聚体需分解为单体才能发挥作用,延长了发挥作用的时间。
最新型的地特胰岛素,也是改变了其分子结构,但与以往的不同。
首先是地特胰岛素可以可溶于中性溶液,因此在皮下注射后不会像以往的胰岛素那样形成沉淀,患者在使用过程中不适感较少。
地特胰岛素与生理胰岛素类似,也有六聚体结构,因分子结构的改进,新的六聚体不但结构稳定,而且可进一步形成双六聚体,使得吸收缓慢。
另外,地特胰岛素还可以与白蛋白结合,不仅对其吸收有缓冲作用,还能延缓其从血浆扩散至目标组织,有利于持久发挥作用。
在对肝脏和外周组织的作用方面,地特胰岛素较以往的胰岛素对肝糖输出的抑制作用更加明显,对血清葡萄糖的清除作用略小,这种作用方式更加接近生理。
因此,地特胰岛素能更好的模拟基础胰岛素的分泌。
作为药物,其安全性也是不容忽略的问题。
人胰岛素类似物-Lispro胰岛素的研究进展
既然二聚体是胰岛素多聚体形成的必备条件，就需要研制出既能在溶液中维持单体，又能发挥胰岛素效应的人胰岛素类似物，1992年Drejer〔1〕为研制能用于人的快速吸收人胰岛素类似物获得了初步成功，发现AspB10及AspB9-GluB27类似物自身结合减少，皮下注射后快速吸收，遗憾的是AspB10类似物引发了小鼠乳腺肿瘤的增加，致使人体研究中断，其致瘤作用可能归结于它与胰岛素及IGF-1受体结合亲和力高于人胰岛素。此外AspB9-GluB27类似物与胰岛素结合的亲和力较人胰岛素显著下降，可见上述类似物显然不适合用于临床。经数学模型和X线晶体显像研究，最终确定了β链28位上脯氨酸残基在胰岛素二聚体形成中具有关键性作用，随后发现IGF-1分子中B28赖氨酸与B29脯氨酸结构不易形成二聚体。将人胰岛素分子中B28脯氨酸与B29赖氨酸残基反转后减少了自身结合能力，从而，研制了人胰岛素类似物(简称Lispro)。由于胰岛素β链COOH末端不参与同受体结合，因此，Lispro的生物学活性不受影响，事实上，就与胰岛素受体结合及对细胞葡萄糖摄取效应而言，Lispro与胰岛素受体结合是等效的〔2〕。Lispro与IGF-1受体亲和力较胰岛素增加约50～60%，但体外用其刺激人乳腺上皮细胞无明显加速生长作用。
人胰岛素类似物-Lispro胰岛素的研究进展
2010-03-25 彭永德 综述 陈家伦 审校
许多因素可延缓皮下注射胰岛素的吸收，然而，临床上进行合理处理后仍不能满意增加胰岛素的吸收率，研究表明胰岛素的生理、生化特征是影响其吸收的最大障碍，胰岛素的三级结构末端易形成稳定的、非平行、非共价的β折叠，与另一个分子形成二聚体，如此构成了胰岛素自身结合的基础，而且在锌离子存在时，三个二聚体结合成更稳定的六聚体。由于只有单分子胰岛素才较易通过毛细血管内皮细胞屏障吸收，多聚体必须裂解成单体才可吸收〔1〕。为此，近年来为减少胰岛素分子聚合、改善其吸收过程作了众多探讨。
甘精胰岛素含量的检测方案
胰岛素，可造成重组人胰岛素性低血糖症状。
血糖浓度持续降低而出现交感神经兴奋性增高和脑功能障碍症群而导致的综合症就是低血糖休克。
在实验条件下如果给动物注射过量的胰岛素，使动物体内胰岛素量骤然升高，可造成动物实验性低血糖，会使神经组织的正常代谢功能发生障碍，以至产生痉挛昏迷状况，在外部表现为惊厥，称之为胰岛素休克。
小鼠的低血糖休克实验属于经典实验传统的甘精胰岛素休克实验目的是观察人工胰岛素性低血糖休克以和注射葡萄糖后的消失过程，以加深对甘精胰岛素生理作用的理解但实验中一般不测定小白鼠血糖的变化，只是观察甘精胰岛素造成低血糖休克时的行为变化。
二、设计依据高效液相色谱法是将其中具有一定极性的单一溶剂或不同比例的混合有机溶液作为流动相，用泵将配好的流动相注入装有填有十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂的色谱柱，注入的供试品被流动相带入色谱柱柱内进行分离后，各成分先后进入检测系统当中，用积分或者数据处理系统记录数据处理，得到测定的结果。
采用外标法来检测甘精胰岛素含量时，被检测的样品通过相关处理后配制成相应溶液，处理后的供试品注入液相色谱仪中从而各自成分被分离与检测。
外标法的最大优势就是无需校正因子，相对比较适合大规模的样品检测。
（检测标准：中国药典）根据2020年版《中国药典》第四部通则“胰岛素纯度与含量测定法”第二法，对甘精胰岛素进行溶出度的测定，然后参照《中华人民共和国药典》2020版第四部通则0512高效液相色谱法试验，将制备的供试品溶液放入高效液相色谱仪进行溶出测定，测定六个时间点的溶出度，依据各个时间点的溶出数据绘制溶出曲线，对溶出曲线进行分析，最后确定甘精胰岛素的最佳溶出时间点。
三、检测方案1.检测仪器及试剂、检验品仪器：安捷伦1260高效液相色谱仪、XSE205电子天平、PE20型pH计、超声波清洗器、容量瓶25ml、GM.05型真空泵。
试剂：纯化水、乙腈、二水磷酸二氢钠、磷酸、氯化钠、0.01mol/L盐酸溶液、甘精胰岛素工作对照品（来源：珠海联邦制药股份有限公司）企业标准，含量（96.5%）、甘精胰岛素干粉，（珠海联邦制药股份有限公司提供）批号：431210305。
速效胰岛素类似物的优势比较
平均血糖水平 (mmol/l)
LAisspparot
S S
S
3
S
B-chain
A-chain
S S
APsrpo Lys
Lys
Pro 29 28
空腹男性健康志愿者20名，单次皮下注射相同剂量胰岛素（0.05U/kg），最最大大血血浆浆浓浓度度诺和锐显著高于赖脯胰 岛素，达达峰峰时时 间间早于赖脯胰岛素。 门冬胰岛素回落到基础水平较lispro稍慢，有个所谓的胰胰岛岛素素尾尾，回落到峰值50％浓度的时间比lispro要晚 这这个个较较宽宽的的胰胰岛岛素素峰峰值值曲曲线线可可以以带带来来的的益益处处: : 更大的餐时灵活性: 如果峰值较 宽那么门冬胰岛素的作用就要延长，有理由推测延迟15分钟进餐不会对血糖造成影响，而lispro窄的峰值曲线意味着灵活性 的降低，需注射后立即进餐 门门冬冬胰胰岛岛素素较较宽宽的的峰峰值值曲曲线线很很可可能能带带来来较较好好的的餐餐前前血血糖糖控控制制，这 是通过门冬胰岛素的效应在两餐之间被延长引起的总结: 药代动力学上三点不同: 诺和锐较赖脯胰岛素起效快、峰值高、较 宽的峰值曲线（胰岛素尾）。 临床带来的益处是: 注射时间灵活（起效快）；下一餐前血糖控制较赖脯胰岛素好（较宽的峰值曲线）；餐后降血糖略好 （峰值高）。- 可以结合p9 来谈。
5
4.5
90 min
p =0.047
4
胰岛素类似物的临床方案
人胰岛素 100
100
100
1
100
赖脯胰岛素 84
100
156
1.9
66
诺和锐®
92
81
81
0.9
58
诺和平®
18
204
16
0.9
11
甘精胰岛素 86
152
641
7.5
783
P Kurtzhals P, et al. Diabetes 2000; 49: 999
目录
1 胰岛素的发展 2 餐时胰岛素类似物的优势及应用 3 预混胰岛素类似物的优势及应用 4 基础胰岛素类似物的优势及应用 5 中国糖尿病的特点及对策
餐时胰岛素类似物诺和锐® 的 化学结构
门冬胰岛素(诺和锐®）是Asp替代B28的Pro， 使得分子间的聚合力降低
Pro
-PArsopThr B30 Thr Lys BB2288
Tyr Phe Phe Gly A21 Asn Cys Tyr
Arg
Glu
Gly Cys Val Leu
A1 gly Lie
诺和锐®较人胰岛素餐后血糖增幅 显著降低
餐后血糖增幅 (mmol/l)
P＜0.0001
1.8
1.6 68
1.4 % 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
0
欧洲试验 n = 1070
诺和锐®+NPH 可溶性人胰岛素 + NPH
P<0.05
92
%
北美试验 n = 882
1型糖尿病
Home et al. Diabetic Med 2000;17: 762-770 Raskin et al. Diabetes Care 2000;23: 583-588
新型胰岛素类似物的研究进展
新型胰岛素类似物的研究进展作者：佚名科研信息来源：本站原创点击数：321 更新时间：2005-8-1[关键词]：胰岛素类似物,赖脯胰岛素,门冬胰岛素,甘精胰岛素,地特胰岛素健康网讯：近年来众多大型临床流行病学研究提示，良好的血糖控制能够显著减少和延缓糖尿病慢性并发症的发生和发展。
胰岛素补充／替代治疗旨在重建正常体内胰岛素分泌。
糖尿病患者胰岛素分泌缺陷，表现为餐时胰岛素水平不能快速达到峰值，两餐之间胰岛素分泌不能恢复到正常的基线水平以及基础胰岛素水平不足。
胰岛素补充／替代治疗可以有效地降低血糖，但在临床实践中往往未能及时使用胰岛素治疗，或不能有效地控制血糖。
其中一个重要的原因就是担心治疗过程中可能出现低血糖反应。
糖尿病控制与并发症研究(DCCT)提示，糖基化血红蛋白(HbA1c)水平越接近靶目标，发生低血糖的危险性越大。
临床上常因担心低血糖的发生而放宽血糖的控制标准。
追究低血糖发生的原因往往是现有的外源性胰岛素方案不能很好地重建正常生理性胰岛素分泌。
因此，如何改进胰岛素制剂使之更好地模拟正常体内分泌是重要的研究方向。
目前使用的人胰岛素制剂有可溶性胰岛素和结晶胰岛素两类，分别为短效、中效和长效制剂。
短效胰岛素制剂可溶性胰岛素为短效制剂，等电点为5.3，以六聚体形式溶解于中性溶液中。
在皮下，六聚体不能直接吸收入血，必须解聚形成二聚体或单体方能通过毛细血管壁进入血液循环而发挥作用。
因此，起效时间约为0.5小时，作用高峰在1～4小时。
时，药物动力学与正常人进餐后的胰岛素分泌模式不完全相符，造成了临床运用上的局限：(1)使用不便，需要在餐前30分钟注射；且餐时血糖控制不理想；(2)作用时间较长，容易出现下一餐前的低血糖和夜间低血糖。
鉴于此，临床上需要药物动力学更符合生理餐时胰岛素分泌曲线的新型胰岛素制剂—速效胰岛素类似物。
人胰岛素的结构功能分析提示：人胰岛素由含21个氨基酸的A链和30个氨基酸的B链构成，其中，B链的20～29位氨基酸是2个胰岛素单体相互作用形成二聚体进而形成六聚体的重要区域。
2023医学知识一新型基础胰岛素类似物的研发进展
单体
在胰岛素制剂中，存在苯酚和锌时德谷胰岛素以双六聚体形式存在
Jonassen et al. Pharm Res 2012;29:2104–14
注射后，苯酚快速弥散，德谷胰岛素构象改变，双六聚体末端开放，可以结合另外一个双六聚体
注射后，苯酚快速弥散，德谷胰岛素构象改变，双六聚体末端开放，可以结合另外一个双六聚体
Journey of innovation:
新型基础胰岛素类似物的研发进展
理想的基础胰岛素类似物研发策略德谷胰岛素的延长作用机制德谷胰岛素的PK/PD特点德谷胰岛素临床研究拔萃
内容
理想的胰岛素作用曲线
模拟生理性胰岛素分泌模式
图片为示意图
当前胰岛素类似物的作用曲线
胰岛素制剂的理想作用曲线
速效胰岛素
T1DM
德谷胰岛素
甘精胰岛素
0.4 U/kg
0.6 U/kg
0.8 U/kg
0.4 U/kg
0.6 U/kg
0.8 U/kg
半衰期 (小时)
25.9
27.0
23.6
11.5
12.9
11.9
平均半衰期
25.4
12.1
T2DM
德谷胰岛素
0.4 U/kg
0.6 U/kg
0.8 U/kg
半衰期 (小时)
24.6
电子显微镜下观察到德谷胰岛素多六聚体
理想的基础胰岛素类似物研发策略德谷胰岛素的延长作用机制德谷胰岛素的PK/PD特点半衰期稳态作用时间日内降糖效果分布日间血糖变异性德谷胰岛素临床研究拔萃
内容
德谷胰岛素的半衰期约25小时，是甘精胰岛素的2倍
Heise T, et al. Expert Opin Drug Metab Toxicol 2015;11:1193–201Heise T, et al. Diabetes Obes Metab 2012;14:944–50
胰岛素类似物的设计
80
100
120
140
160
180
200
220
Pre
Post
Pre
Post
Pre
Post
Bedtime
Night
血糖 (mmol/l)
诺和锐
人胰岛素
Iispro
n = 146
*
*
*p < 0.05
Breakfast
Lunch
Dinner
02:00
®
诺和锐在胰岛素泵中使用对于1型糖尿病 24小时血糖控制
低血糖—影响胰岛素治疗的主要问题
DCCT 证实在不增加低血糖风险的情况下，对血糖进行良好控制是非常困难的
1
有30% 以上的1型糖尿病患者曾经历过需第三者帮助的严重夜间低血糖
2
13%
23%
64%
30min
15-30min
<15min
Overmann H, Heinemann L. Injection-meal interval: recommendations of diabetologists and how patients handle it. Diabetes Res Clin Prac 1999; 43: 137-142.
预混速效胰岛素类似物 诺和锐®30
含30%门冬胰岛素，70%精蛋白结合的结晶门冬胰岛素 作为30R的替代产品，保持减少注射次数的优点，更好的控制餐后血糖，减少低血糖的危险 适合于大多数2型糖尿病患者
诺和锐®30的吸收示意图
门冬胰岛素吸收迅速，控制餐后高血糖
精蛋白门冬胰岛素结晶提供基础胰岛素水平
(n = 128)
(n = 141)
糖尿病德谷门冬双胰岛素(诺和佳)病例分享-盐城
明确胰岛素 分子结构 (F. Sanger)
实现外源 DNA在原核 细胞中的表达
基因重组技术 不断发展
2000s
2010s
IDegAsp, 德谷门冬双胰岛素
兼顾FPG和PPG，是理想的胰岛素制剂的设计初衷
生理胰岛素分泌模式: • 基础胰岛素组分 • 进餐相关的胰岛素分泌峰
速效胰岛素与中效/长效胰岛素 联用，可以模拟生理胰岛素分泌
速效胰岛素类似物溶于 pH 7.4制剂
甘精胰岛素
pH 0.0
7.0
14.0
甘精胰岛素U100 在pH 4制剂可溶， 在皮下组织的中性环境（pH 7.4）成 微沉淀物，但目前的速效胰岛素类似物均需储存在pH 7.4的制剂中1
1. Lantus® US Prescribing Information. Sanofi April 2010; 2. Jonassen et al. Pharm Res 2012;29:2104–14.
将速效胰岛素与中/长效胰岛素混 合起来，就能够一针同时补充基 础和餐时胰岛素需求
Garber et al. Diabetes Obes Metab 2007;9:630–9.; Polonsky, K. S. et al. N Engl J Med. 1996; 334 (12):777-83.
双时相胰岛素类似物 由单一活性成分的游离态及其与精蛋白的结合态组成
技术创新引领胰岛素的研发历程
动物胰岛素
重组人胰岛素
门冬胰岛素
速效胰岛素 类似物
门冬胰岛素30
双时相胰岛素 类似物
地特胰岛素
长效胰岛素 类似物
德谷胰岛素
新型胰岛素 类似物
德谷门冬 双胰岛素
1922 1950s 1955 1960s 1977
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• 快速分泌相后出现的缓慢但持久的分泌峰,其峰 值位于刺激后30分钟左右.反映新合成的胰岛 素及胰岛素原等的分泌
第一 时相
第二 时相
葡萄糖= 7.9mmol
20 40 60 80 时间(分钟)
2型糖尿病的病理生理:
餐时胰岛素分泌缺陷
正常人
1.00
2型糖尿病患者
FPG <8 mmol/L
0.80
FPG <12 mmol/L
30min 15-30min <15min
Overmann H, Heinemann L. Injection-meal interval: recommendations of diabetologists and how patients handle it. Diabetes Res Clin Prac 1999; 43: 137-142.
诺和锐TM
商品名：诺和锐TM 通用名: 门冬胰岛素注射液 活性成份:生物合成的人胰岛素类似物（insulin aspart） 由门冬氨酸替代人胰岛素B28的脯氨酸而成
诺和锐TM
Pro
Thr -PArsop
Tyr
Phe
Phe
Gly
Arg
Glu
Gly Cys
B30 Thr Lys B28 A21 Asn Cys
4 –60 0 60 120 180 240 300
20
血浆血糖
15
10
5 –60
0 60 120 180 240 300
服糖后时间
正常人 2型糖尿病患者
2型糖尿病胰岛素生理性治疗方案
恢复胰岛素早期分泌 模拟正常人生理性胰岛素分泌模式
目前临床使用的2型糖尿 病胰岛素治疗方案
每天注射一次中效胰岛素 每天注射二次预混胰岛素 三餐前注射短效胰岛素＋睡前NPH 胰岛素泵
早期胰岛素分泌缺陷导致 餐后高血糖
Pmol/L
血浆胰岛素
240 120
0 –60 0 60 120 180 240 300
60
血浆胰高糖素
45
30
–60 0 60 120 180 240 300 服糖后时间
正常人 2型糖尿病患者
fmol/L
早期胰岛素分泌缺陷导 致餐后高血糖
内源性葡萄糖生成
12
8
Val
Tyr
Leu
A1 gly
Asn
Glu
Lie
Val
Leu
Glu
Gln
Gln Cys Cys Thr
Ser
Tyr Lie Cys Ser Leu
Tyr Leu Ala Glu Val Leu His
Ser
Gly B1 Phe Val Asn Gln His Leu Cys
诺和锐TM
人胰岛素
诺和锐
0.60
FPG 12–15 mmol/L
FPG >18 mmol/L
0.40
平均胰岛素 (nmol/L)
0.20
0
–30 0 30 60 90 120 150 180 210 240
时间 (分钟)
Coates PA et al. Diabetes Res Clin Pract 1994;26:177
1800 Time
2200
0200
0600
正常人静脉注射葡萄糖后胰岛素的分泌
第一时相：快速分泌相
• 细胞接受葡萄糖刺激,在0.5-1.0 分钟的潜伏期后,出现快速分泌 峰,持续5-10分钟后减弱.反映 细胞储存颗粒中胰岛素的分泌
300
血
浆 胰
200
岛
素
100
第二时相：延迟分泌相
pmmol/L 0 0
有30% 以上的1型糖尿病患者曾经历过需第三者帮 助的严重夜间低血糖
DCCT Research Group. Diabetes 1997; 46: 271–286. Ward et al. NZ Med J 1990; 103: 339-341.
超过3/4的患者无 13%
六聚体
单体
诺和锐与中性可溶性人胰岛素对比:
起效时间 达峰时间 作用持续时间
诺和锐 10-20分钟
40分钟 3-5小时
中性可溶性人 胰岛素 30分钟
1-3小时
8小时
诺和锐补充早期胰岛素分泌，
更好地控制餐后高血糖
16
******* *
* p<0.05
(mmol/l)
Plasma insulin Plasma glucose
胰岛素类似物： 设计和临床应用
Insulin secretion (pmol/min)
胰岛素分泌模式
800 Normal subjects Type 2 diabetes
600
400
200
0 0600
1000
1400
Polonsky KS et al. N Engl J Med 1996;334:777
(pmol/l)
4
600
*
**
* p<0.05
*
*
*
Regular insulin
Fast-acting insulin analog
100
2.5
*
**
**
*
* p<0.05
Plasma C- peptide
7.1-7.7
7.8
空腹血糖 (mmol/L)
7.8-11.0
<7.8
餐后2h血糖
(mmol/L)
经年龄，中心，性别，胆固醇，BMI，收缩压，吸烟等因素校正
DECODE Study Group. Lancet 1999;354:617
低血糖—影响胰岛素治疗的 主要问题
DCCT 证实在不增加低血糖风险的情况下，对血糖 进行良好控制是非常困难的
200
150
CAGR 27%
100
215
170
50
122 97
0 20
23
28
34
42
55
70
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Pump Users in thousands
Source: Novo Nordisk internal forecast – EU and US
胰岛素治疗的里程碑
动物胰岛素 单组分动物胰岛素 人胰岛素 胰岛素类似物
常规人胰岛素应用的局限性
吸收较慢
餐后高血糖
起效慢及作用时间长
低血糖危险增加 注射时间不方便
DECODE: 在未诊断糖尿病的人群中空腹及餐后 血糖与总体死亡危险度的关系
相对危险度
2.5
2.0
1.5 11.1
1.0 <6.1
6.1-7.0
方案变化趋势西欧国家胰岛素注射
One Tow Three Four Five Six +
2
4
14
3 5
2 6
20
14
21
24
16 17 22
58
50
47
38
13 1994
10 1997
Source: Roper Starch 2002
8 2000
9 2002
胰岛素泵治疗的发展
Thousands
250