GLP-1的前世今生——蜥蜴毒液带来GLP-1的开源治疗（连载二）

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连载目录：

Part 1. 糖尿病与GLP-1的节流治疗
Part 2. 蜥蜴毒液带来 GLP-1的开源治疗
Part 3. GLP-1赛道的Best-in-class之争
Part 4. 口服GLP-1R激动剂与GLP-1赛道的展望

Part 2. 蜥蜴毒液带来 GLP-1的开源治疗

Extendin-4及其类似物

20世纪70年代末和80年代初期，GIP和GLP-1等肽激素的发现，在科学界掀起了一股研究热潮，以了解这些新肽的作用机制、用途以及它们在体内受体的分布。其中，在曼哈顿岛北边的Veterans Affairs Medical Center(VAMC)/老兵事务医疗中心工作的罗莎琳·萨斯曼·耶洛（Rosalyn Sussman Yalow，1921-2011，1977年的诺贝尔生理学奖得主）则痴迷于在不同动物体内寻找新奇的激素，所使用的方法则是她自己的诺奖成就——Radio immuno assay/放射性免疫测定法。

她的手下有一名糖尿病医生，同时也是内分泌学家的约翰·恩（John Eng）博士，也参与到动物多肽的实验探索中。约翰·恩博士对一些蛇和蜥蜴的毒液非常感兴趣，因为之前有报道称这些毒液会让胰腺肿大。他甚至还在一个蛇馆里，订购并保存了一些毒液样品。

GLP-1的前世今生——蜥蜴毒液带来GLP-1的开源治疗（连载二）

By I, Blueag9, CC BY-SA 3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2292282

1992年，约翰·恩博士从一种名叫希拉毒蜥（Gila Monster）的毒液中，发现了两种成分，其中一种为首次发现，于是将其命名为Exendin-4。更重要的是，他还发现Exendin-4跟之前被发现的GLP-1的性质很像，在多种模型中，验证了Exendin-4能够刺激胰岛素的分泌。出于糖尿病医生的职业敏感性，他继续了对该多肽化合物的研究，并更惊喜地发现，Exendin-4的降解速度比GLP-1慢得多。

这本该是个令人振奋的发现，因为我们知道， GLP-1用于治疗糖尿病的困难，正是在于它在体内很快被DPP4降解（当时的麻省总院(MGH)也确有科学家正在研究用GLP-1治疗糖尿病）。然而，约翰·恩的发现并没有得到VAMC的重视，而原因竟是这一发现并不能解决老兵们的病痛。（也许，那些从战场退役下来的老兵们不容易患糖尿病吧？）

约翰·恩博士深信自己发现的价值，于是自掏腰包，花费了对一个普通研究员来说不菲的费用（$8000），请律师申请了专利，并在1995年获得专利授权。

获得专利授权后，对约翰·恩博士来说，就是如何实现转化了，毕竟他自己没法把Exendin-4真正变成药物。于是，约翰·恩博士在1996年的American Diabetes Association Annual Meeting/美国糖尿病协会年会上，用海报(是的，他当时并没有获得发言机会)展示了Exendin-4在糖尿病小鼠中的“长效”作用。

Amylin病理学总监Andrew Young在会场看到了约翰·恩博士的展示，并非常清楚其价值，因为他们自己正在研发“长效”GLP-1类似物却一直没有成功，而这不正是他们一直在寻找的吗？真是踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。Amylin第一时间买来了Exendin-4来进行测试，并立即开始与约翰·恩博士商量合作事宜。

糖尿病领域的巨头公司，Eli Lilly也看到了这篇poster，并与Amylin展开了竞争。然而，相比于Amylin公司所有关键决策人在一个会议室里的高效沟通决策模式，Eli Lilly则让约翰·恩博士和每个可能的决策人分别聊了半个小时，这让约翰·恩博士觉得更像是一次面试：I felt like it was a job interview for my compound.

就这样，约翰·恩博士在当年（1996）九月，与Amylin达成合作协议。Amylin非常看重这个产品，并在1998年完成了一期临床研究（Phase 1 study）。之后，尽管Amylin遭遇了与强生（J&J）在另一个糖尿病产品(Pramlintide)上的合作失败，几近破产，但仍保留了该项目的研发。

Snapshot from https://www.diabetesincontrol.com/eli-lilly-cuts-deal-for-the-rights-to-a-new-diabetes-drug-from

Eli Lilly尽管错失了与约翰·恩博士的直接合作，却从未走远，并一直关注着Exendin-4的进展。Eli Lilly当时也有自己的GLP-1类似物项目，但在临床上并未达到预期。于是，在2002年^[1]，Eli Lilly抓住Amylin财务危机的机会，和Amylin就Exendin-4达成共同开发协议，而Amylin也获得了大量的首付和未来的销售分成。最终，Exendin-4（Exenatide/ BYETTA/艾塞那肽）在2005年获得FDA批准，（2009年8月，Byetta/百泌达，在中国获批上市）成为First-in-class的GLP-1类似物，用于2型糖尿病的辅助治疗，每天注射2针（BID）。

由于GLP-1类似物的降糖作用是葡萄糖依赖性的——避免了严重低血糖的风险，同时还被发现具有抑制食欲的作用——具有潜在的降体重效果，因此，尽管作为口服药物后的三线用药被批，很多患者却愿意直接使用Exenatide，使其成为Amylin收入的主要来源。

尽管Exenatide后来在2008年前后收到FDA关于急性胰腺炎的警告，并很快受到来自诺和诺德同类更优产品（me-better）利拉鲁肽的竞争（2010获批，每天注射一针，QD），使得其销售巅峰并未能持续多久，但它从希拉毒蜥毒液提取物（1992年约翰·恩博士的发现）到FIC糖尿病药物（2005年获批）这十三年的故事却可谓精彩纷呈，背后都是伟大科学家的付出与坚持，激励着我们一代代医药工作者。

面对竞争与挑战，Amylin在2009年和波士顿专业缓释制剂提供者Alkermes合作，很快研发出Exenatide的缓释微球制剂。尽管只是一个制剂的改变，其获批之路却并不顺利（Amylin原本非常自信地认为在2010年即可获批）。然而，FDA当年却给出了一封拒信，认为产品有质量缺陷，需要再提交一份Risk Evaluation and Mitigation Strategy(REMS)/风险评估和应对策略。

提交一个材料而已，赶紧准备一下，获批也还是指日可待的。然而，祸不单行的是，加拿大药监局通知FDA，认为早前他们要求Amylin在加拿大做的一个Exenatide对病人心电图影响的实验（n = 12），似乎有心血管风险！FDA立即通知Amylin，要求补交这个实验数据，作为批准长效Exenatide的申请材料。Amylin补交了实验数据，却是作为短效Exenatide的补充材料交的，认为这个不应该影响长效Exenatide的申请。

结果可想而知，FDA看了Amylin补交的关于短效Exenatide心电图实验数据，拒绝了Amylin关于长效Exenatide的上市申请。FDA要求Amylin重新开展一个临床实验，用新工厂生产的产品（之前临床实验用药是Alkermes提供的），证明长效Exenatide没有心血管风险。

所幸，长效Exenatide比短效Exenatide显示了更好的降糖效果，并且没有心血管风险，最终在2012年1月获批上市，成为第一款一周一次（QW）的GLP-1类产品。

这里还必须提一下，Sanofi（赛诺菲）后来通过开发Exendin-4的类似物，Lixisenatide/利西那肽，实现了每天一次给药（QD），并于2016年获得FDA批准（2013年获EMA批准）。

希拉毒蜥（Gila monster），一种不受欢迎的剧毒物种，因为给人类带来了Exendin-4，在CNN等报道中，成了“神奇的小家伙”。食量惊人的希拉毒蜥（一次可以吃下约为自身体重一半的饕餮大餐），也许正是凭借Exendin-4而避免受到“糖尿病”的困扰，实现了几乎所有人期望的“吃不胖”的梦想。

GLP-1类似物

如果要说糖尿病领域的龙头药企，当然非礼来和诺和诺德莫属。那么，当礼来通过于Amylin的合作，利用Exendin-4在GLP-1赛道拔得头筹时，诺和诺德是如何应对的呢？

前文已经提及，在约翰·恩博士发现Exendin-4的同时，麻省总院(MGH)的科学家也正在研究用GLP-1治疗糖尿病，而后者的部分知识产权（Intellectual Property）则由诺和诺德获得。诺和诺德坚持在GLP-1的基础上进行研发，其中有一个原因，就是长期使用多肽类药物可能会产生中和抗体，进而影响药效。因此，与人源 GLP-1越接近越好，那么直接在GLP-1上进行改造可能是比Exendin-4更好的选择（后来，Liraglutide显示比Exendin-4更好的临床药效，可能也有此原因的部分贡献）。

诺和诺德的科学家们想要开发一种能够实现每天一次给药的GLP-1类似物，他们首先想到的是开发GLP-1的缓释剂型，这在理论上是很容易想到的。当时Eli Lilly^[2]和Roche^[3-4]也都进行了类似的尝试，Roche的Taspoglutide甚至推进到了临床三期。然而，这些缓释剂型却都引起了过敏反应，甚至过敏性休克，最终都没有能够成功上市。

人们已经慢慢弄清楚，GLP-1在体内被DPP-4迅速降解，然后经由肾清除。于是，诺和诺德的科学家们，通过“alanine-scan”技术，研究了每个氨基酸的贡献，并设计了不被DPP-4降解的GLP-1类似物^[5]。然而，由于各种原因，这些类似物并没有取得成功。

随着人们对“自由药物假说”的认识加深，诺和诺德的科学家们则从另一个角度，看到了蛋白结合对GLP-1类药物的有益之处——如果GLP-1类似物能够与血浆蛋白高度结合，也许就能够解决它在体内暴露太短的问题。果真如此的话，这简直就是一个天然的缓释体系！

白蛋白（Albumin）是血浆中含量最高的一种蛋白质 (占血浆总蛋白的60%, 浓度接近0.6 mM), 它可以跟很多药物结合。白蛋白可以跟脂肪酸结合，并有重要的生理意义，至今为止，人们已经发现白蛋白上与脂肪酸结合的11个位点。基于此，诺和诺德的科学家们，开始专注于在GLP-1上引入脂肪酸链。

GLP-1的前世今生——蜥蜴毒液带来GLP-1的开源治疗（连载二）

通过“alanine-scan”技术，已经了解到GLP-1的N端对与受体的结合非常重要，因此选择在靠近C端的位置引入脂肪酸。GLP-1中有两个Lys残基，他们将其中一个用Arg替代，从而避免了酰基化的选择性问题。在GLP-1与脂肪酸之间，他们还额外引入一个Glu，因为有报道显示，额外的羧基能够增强与白蛋白的结合^[6]。这其实也很容易理解，脂肪酸酰化后，损失掉的一个羧基，正好由邻近的Glu上的羧基来补偿。进一步通过对脂肪酸长度的研究，他们发现更长的碳链可以带来更强的结合，并确定了C16和C18脂肪酸最优。

诺和诺德成功地不通过“抵抗DPP-4降解”的方式，找到了可以实现每天一次给药的Liraglutide，它在人体内的半衰期达到了13小时左右。而事实上，Liraglutide也是市场上唯一一个不“抵抗DPP-4降解”的GLP-1类似物。

Liraglutide不仅从结构上，对未来的GLP-1类似物开发指明了方向，同时在临床试验的方案设计上，也进行了开创性工作。GLP-1类似物有明显的胃肠道副作用，而临床上可以通过“titration”的方式，从低剂量慢慢增加到目标剂量，改善了患者的耐受性，从而可以提高临床剂量，以达到更好的药效。当然，这些也是诺和诺德的科学家们在临床实践过程中摸索发现的，而“titration”的方式很快成为该领域的标准方案。

Liraglutide（1.2/1.8 mg）于2009年通过EMA批准，2010年1月获FDA批准，用于治疗2型糖尿病。之后，Liraglutide（3.0 mg）于2014年通过FDA批准，用于成人肥胖患者；后又于2020年获FDA批准，用于12-17岁的肥胖患者，成为最畅销也最为安全的减肥药物。

参考资料：

[1] https://www.diabetesincontrol.com/eli-lilly-cuts-deal-for-the-rights-to-a-new-diabetes-drug-from/

[2] Diabetologia, 2002, 45 (Suppl.2), A43

[3] J. Clin. Endocrinol. Metab. 2012,97, 2370

[4] Diabetes Care, 2012, 35(3), 485

[5] Diabetologia, 1998, 41 (3), 271

[6] J. Biol. Chem., 1983, 258 (15),9262