二型糖尿病治療藥物Empagliflozin——新型SGLT2抑製劑

T2DM治療藥物Empagliflozin——新型SGLT2抑製劑

糖尿病的流行已經引起了世界人民的廣泛關注。2007年，全世界大約有兩億人受糖尿病困擾，而且這個數字還在以每年700萬的速度遞增，預計到2025年，3.8億人會患有糖尿病。糖尿病是一組以高血糖為特徵的代謝性疾病。高血糖則是由於胰島素分泌缺陷(Ⅰ型糖尿病)或其生物作用受損或兩者兼有引起(Ⅱ型糖尿病)。長期的高血糖是引起糖尿病併發症的主要因素，包括導致各種組織，特別是眼、腎、心臟、血管、神經的慢性損害、功能障礙。如果通過良好的生活習慣無法獲得或者改善血糖水平，那麼額外的治療就是必要的。

1. Ⅱ型糖尿病病理與病因

Ⅱ型糖尿病(T2DM)的病因非常的複雜，患者最終都會有不同程度的胰島素分泌缺陷或者生物受損，高血糖加速胰腺內β-細胞的凋亡，導致更加嚴重的胰島素耐受性，這反過來又將導致代謝受損以及人體糖毒性。傳統糖尿病治療藥物由於其嚴重的不良反應導致其使用受限。如二甲雙胍可能導致胃腸道不適如腹瀉、噁心、乳酸中毒等，磺脲類藥物和胰島素會導致低血糖和體重增加，噻唑烷二酮也會導致體重增加與水腫。因此尋找一種新型作用機制下的無上述副作用的藥品是非常必要的。

Figure 1. SGLT調節腎臟內的葡萄糖的再吸收

腎臟在調節人體的血糖水平方面扮演者重要的作用，血液濾過之後，腎臟調節人體對葡萄糖的再吸收，以保持血糖穩態並獲得生命活動所需的能量。通過對糖尿病人體內吸收代謝情況觀察可以發現，其體內腎臟葡萄糖吸收能力大大提高，最終導致了其血糖升高。抑制葡萄糖的再吸收，使葡萄糖從尿液中排出，成為潛在的治療糖尿病的新方法。

Figure 2. SGLTs在人體內的吸收分布與吸收比例

鈉-葡萄糖協同轉運蛋白SGLTs控制著腎臟葡萄糖再吸收，主要部分由SGLT2控制，剩餘部分由SGLT1控制。細胞膜由脂質組成，葡萄糖這種極性化合物無法直接滲透，必須通過細胞膜上的載體蛋白協助。一旦血糖被腎臟中的腎小球濾過，SGLTs將協助其被近端小管的上皮細胞的細胞膜吸收，同時伴隨鈉的吸收(Fig. 1)。SGLT1和SGLT2協助葡萄糖通過腎臟近端小管(PCT)細胞的能力不同(TABLE 1)。SGLT2主要存在於PCT的S1部分，是一種高性能低親和力的轉運蛋白，負責人體大約90%的葡萄糖再吸收，且其功能表達主要體現在腎臟內部。與之相對SGLT1是一種低性能、高親和力的轉運蛋白，主要存在於PCT的末端S2/S3部分，負責另外10%的葡萄糖轉運。

Table 1: SGLT1與SGLT2比較

人體血糖濃度通常需要維持在一個非常小的範圍之內，這對大腦等使用葡萄糖作為唯一能量來源的器官非常重要，這個過程在各種調節機制的複雜的相互作用下達成(Fig. 2)。葡萄糖在人體各個器官與組織的攝取主要與其葡萄糖產量有關，各部位產量主要由肝臟調節，一定程度上被腎臟控制。腎臟在人體的葡萄糖平衡調解中還扮演著重要的作用，正常情況下，腎臟一天將會濾過180g葡萄糖，再通過完全的再吸收過程達到平衡。葡萄糖的濾過量主要是由血糖濃度與腎小球的濾過速度決定，當血糖濃度提高時，濾過血糖量也將會以一種線性相關的方式升高。當血糖濃度低於200mg/100ml時，SGLTs的再吸收能力尚未飽和，所有濾過的葡萄糖都會被再吸收，達不到葡萄糖排出的下限。當血糖濃度達到~200-250mg/ml時，再吸收曲線將不再是線性的，這時候轉運蛋白趨於飽和，部分被濾過的葡萄糖將不會再被吸收，從尿液中排出體外。健康的個體體內濾過的葡萄糖是不會超過再吸收葡萄糖的上限(Tmax)的，Tmax在人體內大約平均為375mg/min，事實上由於SGLTs的低親和性以及實際曲線對理論曲線的偏離，未達到Tmax時就會出現糖尿現象。

2. SGLT抑制進行糖尿病治療的可能性

超過腎臟再吸收極限的高血糖導致的T2DM以飽和的SGTL受體為特徵，且會導致尿液中葡萄糖的排出量增加。通過對T2DM患者的PCT細胞的臨床前實驗表明，患者體內的SGLT2與GLUT2均比正常人體水平高，這類細胞內的葡萄糖攝取也高於正常個體。患者的高血糖症又會導致更加嚴重的胰島素分泌不足以及胰島素耐受性。從上述SGLT的功能可知，只有對其進行抑制才能降低腎臟葡萄糖再吸收的極限，增加尿液葡萄糖排出量，從而降低血糖濃度，這成為治療T2DM的一種新型療法。這種療法的唯一的擔心就是抑制葡萄糖的再吸收並誘導產生糖尿將會損害腎臟的正常功能，導致大量水分流失，最終脫水死亡。但是，對一些家族糖尿病患者觀察發現，自體的部分基因突變導致SGLT2功能紊亂，尿液流失葡萄糖量甚至達到50g每天，其腎臟功能依然保持正常。這說明即使SGLT長期功能缺失，不會引起嚴重的腎臟副作用。

3. SGLT2抑製劑的發展

Phlorizin在闡明腎臟葡萄糖再吸收機理方面起著重要的作用，該結構在1835年被法國科學家從蘋果樹樹根皮中分離得到，隨後被發現對SGLTs有強烈的抑制作用，但是對SGLT1、SGLT2沒有選擇作用。Rossetti研究了其在糖尿病小鼠體內的作用，發現Phlorizin可以使糖尿病小鼠對胰島素的敏感度正常化，但是並不能控制胰島素的生理行為。不管是空腹還是進食之後，服用Phlorizin將導致糖尿，降低小鼠的胰島素耐受性，使體內的血糖水平趨於正常。中斷Phlorizin的服用之後，高血糖症、胰島素耐受會再次表現。

儘管上述研究已經表明口服Phlorizin可以降低大鼠體內的血糖水平，但是其並沒有成為糖尿病治療的潛在藥物，其腸吸收能力很弱、在體內非常容易被β-糖苷酶水解，導致生物利用度很低。此外，由於其對SGLT1的抑制作用，會大大影響胃腸道對葡糖糖以及半乳糖的吸收，最終脫水腹瀉。第三點就是，Phlorizin在胃腸道水解將會產生phloretin(根皮素)，根皮素，根皮素是胃腸道內葡萄糖載體如GLUT1的抑製劑，影響胃腸道對葡萄糖的吸收，最終導致腹瀉。

考慮到phlorizin缺乏對SGLT2的專一性，而且會帶來很多的副作用。此後科學家的注意力主要放在合成選擇性更高、效能更高的抑製劑上。此外還可以通過提高結構的穩定性增加生物利用度以及安全性。主要工作集中於早期的O-葡萄糖苷，和現在的C-葡萄糖苷。

3.1 O-葡萄糖苷衍生物

第一例被報道的口服phlorizin衍生物是T-1095，對該葯的臨床前研究證實了抑制腎臟SGLTs可以作為糖尿病的有效的治療方案，儘管T-1095的代謝穩定性強於phlorizin，但它的選擇性依然很差。隨後發展出來的就是serliflozin與remoliflozin 兩種結構，他們對SGLT2有更好的選擇性，最終進入臨床，臨床試驗表明，服用上述兩種藥物之後，病患的腎臟葡萄糖再吸收均得到抑制，並伴有服用劑量相關的血尿以及體重減少，血糖水平得到一定的控制。但是可能由於其隨後的葯代動力學數據以及毒副作用，這兩種藥物都沒有後續的研究。實際上以上幾種O-葡萄糖苷對胃腸道內的β-葡萄糖苷水解酶依然非常敏感。

3.2 C-葡萄糖苷衍生物

由於O-葡萄糖苷存在的問題，科學家們轉向到更加穩定的C-葡萄糖苷，Bristol-Myes Squibb Company的研究者發現的5化合物為第一個有效的SCLT2 C-葡萄糖苷，此後的改造主要建立在5化學結構的基礎之上，這類結構的構建主要是在合適位置取代的芳香前體上進行Li-Br交換，然後對三甲基硅保護的葡萄糖酸內酯進行親核進攻，最後水解重結晶得到β-異頭產物。在此基礎之上，對β-葡萄糖苷水解酶的敏感性問題得到完美的解決，口服生物利用度得到保證，也不再會有根皮素對胃腸道進行影響，SGLT2抑製劑得到了極大的發展世界各大藥品研發公司均有藥品上市或者進入臨床。

Canagliflozin(商品名：Invokana)，楊森製藥公司開發，2013年3月29日獲FDA批准上市，為FDA批准的第一個SGLT2抑製劑。該藥用於治療成人T2DM時，可以單獨用藥，也可與二甲雙胍、磺醯脲類、吡格列酮以及胰島素等聯合用藥。該葯通過抑制SGLT2，減少尿液中葡萄糖的再吸收，使葡萄糖通過尿液途徑排泄增加，從而達到降低血糖的目的。

Dapagliflozin(商品名：Forxiga)，是阿利斯康製藥公司與百時美施貴寶製藥公司合作開發，用於治療T2DM的口服選擇性可逆SGLT2抑製劑。2012年11月14日獲歐盟批准上市。該葯可用作T2DM成人患者控制血糖水平的輔助藥物，也可單獨用於對二甲雙胍不耐受的患者。2012年2月FDA否決了Dapagliflozin在美國的上市請求，因其在臨床試驗中發現，服用該葯後，女性患乳腺癌以及男性患膀胱癌的風險增加。2013年7月，開發者向FDA 提交了該葯補充的藥物試驗數據和上市申請，2014年1月8日，獲得FDA批准上市，為FDA批准的第二個SGLT2抑製劑，並要求開發者就藥物相關風險開展上市後研究。

伊格列凈脯氨酸片(通用名：IpragliflozinL-Proline，商品名：Suglat)，由安斯泰來公司開發，於2014年1月17日率先在日本獲批上市，用於T2DM的治療。該葯通過選擇性抑制SGLT2，減少葡萄糖的再吸收，降低血糖水平。臨床試驗表明，它可以作為單葯治療，也可與二甲雙胍、磺醯脲類、吡格列酮聯合用藥。

Tofogliflozin為中外製葯開發的SGLT-2 抑製劑，用於T2DM的治療，2014年5月在日本獲得批准上市，可單獨用於治療T2DM或與其他抗糖尿病藥物聯合應用。在一項為期52周的臨床試驗中，該藥單葯治療20mg和40mg組平均降低HbA1C 0.67%和0.66%，在合併用藥組HbA1C降低的範圍為0.71%~0.93%。每個治療組都顯示了很好的耐受性，表現出良好的療效。

除此以外還有很多處於臨床研究階段的SGLT2抑製劑，如LX4211 由Lexicon 公司研發，是第一個SGLT1/SGLT2 雙重抑製劑，用於治療T2DM，已經完成Ⅱ期臨床試驗。一項Ⅱ期臨床試驗顯示，對病患給予LX4211 300mg/d，與安慰劑相比能顯著降低HbA1C和空腹血糖。另一項臨床試驗表明給予LX4211 200mg/d 時，尿糖的排泄量最大；HbA1C水平存在劑量依賴性，在給予400mg/d 時，HbA1C水平下降最多為1%，同時LX4211 組與安慰劑組相比能顯著降低體重和血壓。Ertugliflozin(PF-04971729)由輝瑞與默沙東聯合研發，為SGLT-2抑製劑，用於治療T2DM，現處於Ⅲ期臨床階段。EGT0001442由Theracos公司開發，為SGLT2抑製劑，處於Ⅱ期臨床研究。

4. Empagliflozin

下面重點介紹最新上市的Empagliflozin(商品名：Jardiance)，由勃林格殷格翰公司和禮來製藥共同開發，用於治療T2DM，是強效、選擇性SGLT2抑製劑。2014年3月20日歐洲藥品管理局人用醫藥產品委員會推薦批准該葯上市，該葯可單獨給葯，也可以與其他降糖藥物（如胰島素）合併使用。在一項臨床試驗中，共899例患者分別隨機給葯Empagliflozin10mg、25mg、西格列汀以及安慰劑組。與安慰劑相比，24周時糖化血紅蛋白與基線時相比Empagliflozin10mg、25mg、西格列汀組分別下降了0.74%、0.85%、0.73%。

4.1 葯代動力學

Empagliflozin在健康受試者和2 型糖尿病患者的葯動學相似，達峰時間( tmax) 為1. 5 h，半衰期(t1/2)為12. 4 h，表觀清除率(CL) 為10. 6 。在服用高脂肪、高熱量的食物後再服用25 mg的Empagliflozin，會導致Empagliflozin吸收輕微減少，相比于禁食，葯-時曲線下面積(AUC)大約降低16%，峰濃度(ρmax)降低約37%，食物對Empagliflozin的葯動學影響可以忽略。體外研究表明，Empagliflozin的蛋白結合率為86. 2%，紅細胞分布約36. 8%，表觀穩態分布容積約73. 8 L。Empagliflozin在血漿中的主要代謝途徑是通過尿苷-5二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶UGT2B7，UGT1A3，UGT1A8，以及UGT1A9葡萄糖醛酸化，口服放射性標記Empagliflozin後有95. 6%的藥物(糞便41. 2%，尿液54. 4%) 被消除，剩下的原型藥物在糞便與尿液中各佔一半。輕、中、重度腎受損患者以及終末期腎病患者，與腎功能正常的患者相比，AUC 分別增加約18%，20%，66% 以及48%，中度腎受損和終末期腎病患者血漿峰濃度是相同的，而輕、重度腎受損患者相比於正常腎功能患者血漿峰濃度約高出20%。群體葯動學表明，Empagliflozin的表觀口服清除率和尿葡萄糖排泄隨著肌酐清除率的減低而下降，而尿排泄中Empagliflozin的含量不變。輕、中、重度肝受損患者(Child-Pugh分級) 相比於肝功能正常的患者，AUC 分別增加23%，47%，75%，ρmax增加4%，23%，48%。對年齡、體重指數、性別，和種族的群體葯動學分析，未發現有臨床影響。Empagliflozin在兒童中未進行葯動學研究。

4.2 毒理學

致癌作用：在CD-1鼠和Wistar 鼠中的研究表明，應用Empagliflozin100，300以及700 ( 臨床最大劑量25mg 暴露量的72 倍)時，沒有增加雌性大鼠的腫瘤發病率。雄性大鼠中，以700 (臨床最大劑量25 mg暴露量的42倍) 給葯時，腸系膜血管瘤的發病率增加，應用Empagliflozin100，300以及1000(臨床最大劑量25 mg暴露量的62倍)時，沒有增加雌性小鼠的腫瘤發病率。1000(臨床最大劑量25 mg暴露量的45倍)用於雄性小鼠上可觀察到腎小管腺瘤和癌。

致突變：Empagliflozin在體外細菌誘變實驗、體外L5178Ytk+/－鼠淋巴瘤細胞實驗以及體內微核測定中無致突變和致畸變的作用。

致生育損害：700 (臨床最大劑量25mg暴露量的155倍)的劑量用於雌性或雄性大鼠上，對生育力或早期胚胎髮育沒有影響。

4.3相互作用

體外研究顯示，Empagliflozin的主要代謝途徑是通過尿苷-5二磷酸葡萄糖醛酸轉移UGT2B7，UGT1A3，UGT1A8 以及UGT1A9 葡萄糖醛酸化，因此通過CYP450和UGT1A1 代謝的藥物與Empagliflozin沒有相互作用，而通過ugt 誘導的影響沒有評估。Empagliflozin是P-糖蛋白(P-gp) 和乳腺癌耐葯蛋白(BCRP) 的底物，在治療劑量時，並不抑制這些外排轉體，與以P-gp 為底物的藥物沒有相互作用。Empagliflozin是人攝取轉運蛋白OAT3，OATP1B1和OATP1B3的底物(不包括OAT1和OCT2)。臨床相關血漿濃度表明，Empagliflozin與以攝取轉運蛋白為底物的藥物也沒有相互作用。體內研究表明，Empagliflozin與常用處方藥品合用時，劑量不需要調整。在健康受試者中，Empagliflozin與二甲雙胍、格列美脲、吡格列酮、西他列汀、利拉利汀、華法林、維拉帕米、雷米普利、辛伐他汀、氫氯噻嗪、托拉塞米同時服用時，與單獨給葯的葯動學相似。與吉非貝齊、異福醯胺片或者丙磺舒同時服用時，AUC的增高與聯合用藥並沒有臨床相關性。腎功能正常的受試者同時服用Empagliflozin和丙磺舒，會導致尿中排泄量減少30%， 24 h尿葡萄糖排泄沒有影響。而對於腎受損患者的患者沒有任何研究。

糖尿病是當代全球最重要的健康問題之一。目前，2型糖尿病的治療藥物並沒有達到預期控制血糖的目標，部分藥品因其有關的副作用限制了其臨床使用。具有不同作用機制以及更安全的新製劑的開發是必要的。SGLT-2 抑製劑除了可以改善血糖，還可以改善肥胖以及高血壓。SGLT-2 抑製劑具有全新的降糖機制，發展前景良好，希望在未來的發展中，能廣泛的應用於臨床。

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