GLP-1的前世今生——蜥蜴毒液带来GLP-1的开源治疗(连载二)

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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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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GLP-1的前世今生——蜥蜴毒液带来GLP-1的开源治疗(连载二)



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,GIPGLP-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 Yalow1921-20111977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。

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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[1]Eli Lilly抓住Amylin财务危机的机会,和AmylinExendin-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-4Exenatide/ BYETTA/艾塞那肽)在2005年获得FDA批准,(20098月,Byetta/百泌达,在中国获批上市)成为First-in-classGLP-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,Amylin2009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20121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-4GLP-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]Roche[3-4]也都进行了类似的尝试,RocheTaspoglutide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。

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通过“alanine-scan”技术,已经了解到GLP-1N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C16C18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。
Liraglutide1.2/1.8 mg)于2009年通过EMA批准,20101月获FDA批准,用于治疗2型糖尿病。之后,Liraglutide3.0 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

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未 完 待 续。。。


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