小谢说：1922 年 Banting 发现胰岛素以来，胰岛素一直是广大糖尿病患者最为有效的治疗手段。尽管人类通过改变胰岛素结构改变胰岛素的药代动力学，增加胰岛素注射的便捷性，但在大部分血糖控制不佳的糖尿病患者中，胰岛素的治疗依然是延迟的[1]。在众多拒绝胰岛素治疗的理由中，针头消费、自我注射以及注射带来的疼痛和焦虑依旧是绕不开的[2]。

于是人们将目光投向口服胰岛素治疗，近期纽约大学阿布扎比分校 (NYUAD) Trabolsi 研究小组开发了一项革命性的技术：纳米颗粒负载的口服胰岛素，试图改变现阶段口服胰岛素所面临的困境[3]。

突破：负载胰岛素纳米颗粒稳定性高，葡萄糖诱导胰岛素释放

目前，纳米颗粒可以更好的存储且稳定性更高，尤其是具有纳米级亚胺联共价的有机骨架（nCOFs）具有巨大的潜力。近期，Trabolsi 研究小组就制备了三苯胺-2,6-二甲酰基吡啶-nCOFs(TTA-DFP-nCOF),并在这种纳米颗粒的片层之间加载胰岛素。

图1 TTA-DFP-nCOF结构示意图

在体外实验中，该研究团队模拟了胃液（SGF，pH2.0）及肠液（SIF，pH7.4）的环境，观察这种负载胰岛素的TTA-DFP-nCOF（TTA-DFP-nCOF/胰岛素 ）的胰岛素释放情况，经历24小时浸育后不管是在SGF（<5%）和SIF（<15%）均不能出现显著的胰岛素释放（图2a)，进一步对TTA-DFP-nCOF/胰岛素的形态进行分析，结果显示，无论是在SGF还是在SIF中，TTA-DFP-nCOF/胰岛素中胰岛素的大小及形态均未发生改变，这证实了TTA-DFP-nCOF/胰岛素的稳定性。

图2 TTA-DFP-nCOF /胰岛素具有的葡萄糖控制性释放模式，能够延迟释放、具有pH敏感性

（a）在37°C的PBS（10 mM）、pH 2.0（黑色）或pH 7.4的几种葡萄糖浓度下，TTA-DFP-nCOF /胰岛素体外累积胰岛素释放情况（b）在37℃下TTA-DFP-nCOF /胰岛素的葡萄 为1和5 mg mL -1进行切换后的胰岛素释放曲线。

此外，Trabolsi 研究小组还对TTA-DFP-nCOF/胰岛素对于高血糖触发的药物释放响应情况进行了研究。通过葡萄糖浓度来模拟对照、正常血糖和糖尿病的状态，它们对应的葡萄糖浓度分别为0、1、3和5 mg•mL -1。在对照条件下，24小时浸育后TTA-DFP-nCOF/胰岛素仅释放了12％的胰岛素，在正常血糖的情况下胰岛素的释放量升高至28％，这表明胰岛素缓慢自然释放。然而，重要的是，在模拟糖尿病高血糖的情况下（3 mg•mL -1），在浸育7.5小时后TTA-DFP-nCOF/胰岛素几乎实现了胰岛素的100%的释放（图2a）。

由于正常人的血糖水平在饥饿和饱食之间是自然波动的，因此这项研究每隔1小时进行正常血糖和高血糖状态进行切换，观察TTA-DFP-nCOF/胰岛素的胰岛素释放情况，结果显示TTA-DFP-nCOF /胰岛素的胰岛素释放曲线出现了相应的波动性的模式（图2b）。

细胞系研究：验证TTA-DFP-nCOF/胰岛素的安全性

这项研究在10种不同的细胞系（肝、结肠、子宫颈、卵巢、乳腺、肾和脑）上进行了可行性研究来证实TTA-DFP-nCOF作为生物相容性运载工具的潜力。

在培养48小时后，无论是TTA-DFP-nCOF和TTA-DFP-nCOF /胰岛素进行培养，结果显示在TTA-DFP-nCOF浓度不超过1 mg•mL -1，这种材料不会引起上述细胞系的细胞毒性，这表明TTA-DFP-nCOF具有出色的生物相容性，可作为胰岛素载体的巨大潜力。

由于TTA-DFP-nCOF /胰岛素需要穿透结肠发挥作用，这项研究观察了TTA-DFP-nCOF /胰岛素对2种结肠细胞系（RKO和HCT-116，4 h孵育时间）细胞结构及其与细胞器的相互作用的影响，结果显示TTA-DFP-nCOF /胰岛素处理RKO和HCT-116细胞显示出良好的细胞代谢活性；鉴于这种材料需要入血，这项研究也对其进行了溶血分析，结果表明TTA-DFP-nCOF和TTA-DFP-nCOF /胰岛素对人血红细胞具有良好的生物相容性，且无免疫毒性。

动物模型：验证TTA-DFP-nCOF/胰岛素的疗效

这项研究在口服链球菌缩产素(STZ)诱导的1型糖尿病大鼠模型，评估了葡萄糖反应性TTA-DFP-nCOF/胰岛素的体内药理学作用，比较了糖尿病大鼠口服TTA-DFP-nCOF/胰岛素或皮下注射胰岛素后血糖水平随时间的变化，结果显示口服TTA-DFP-nCOF /胰岛素（50 IU kg -1）2小时内即可观察到血糖水平的明显下降，与无糖尿病大鼠相似，并且这种作用可持续10小时，这种变化与血浆胰岛素水平一致，而皮下注射胰岛素可使血糖在1小时内显著下降，但这种作用并不持久，之后血糖水平可迅速升高，与糖尿病大鼠一致。

图3 TTA-DFP-nCOF /胰岛素对体内血糖、胰岛素及肝脏肾脏病理改变的影响

（a）口服TTA-DFP-nCOF /胰岛素STZ诱导的糖尿病大鼠后，血糖水平随时间推移的变化（b）血清胰岛素水平变化

（c）口服葡萄糖耐量试验（OGTT）

（d）–（f）中分别描绘了胰岛素曲线下面积、血糖水平和OGTT后血糖水平的AUC曲线下面积。

（g）肝脏和肾脏组织病理学改变 糖尿病对照大鼠（i和iv），皮下注射胰岛素的大鼠（ii和v），口服TTA-DFP-nCOF /胰岛素（iii和vi）

这项研究观察了皮下胰岛素和TTA-DFP-nCOF /胰岛素（50 IU kg -1）对大鼠口服葡萄糖耐量实验（OGTT）的血糖和胰岛素水平的影响，结果显示皮下注射胰岛素在口服葡萄糖后最初的2小时内显示出强烈的降糖作用，但在150分钟后，糖尿病大鼠的血糖几乎与糖尿病大鼠一样显著升高；而TTA-DFP-nCOF /胰岛素（50 IU kg -1）最初降糖作用更为温和，使糖尿病大鼠在口服葡萄糖120分钟后仍处于稳定且较低的水平，事实上这种持续且稳定的血糖水平从90分钟已经开始出现。

糖尿病往往会带来肾脏和肝脏病变，这项研究观察了皮下注射胰岛素、TTA-DFP-nCOF/胰岛素对于肝脏和肾脏病理学改变的影响，结果显示TTA-DFP-nCOF/胰岛素不仅没有造成这些器官的损伤，进一步说明它的无毒性，而且TTA-DFP-nCOF/胰岛素能够抑制糖尿病大鼠肝脏和肾脏病理学改变的进展(图3)。

总 结

自胰岛素出现以来，人们对胰岛素进行了一次又一次的变革，胰岛素皮下注射的给药方式一直是难以攻克的难关，这篇研究从体外实验到动物模型证实TTA-DFP-nCOF /胰岛素的优越性，但目前的研究尚处在动物实验的阶段，其应用于糖尿病病人或许还需要时间，我们相信并且期待这种突破惠及广大糖尿病患者，告别打针之痛并不遥远！

文/晨少

责编/Jane

参考文献

1. N. Hosomura, S. Malmasi, D. Timerman, V. J. Lei, H. Zhang,L. Chang and A. Turchin, Diabetic Med., 2017, 34, 1599–1602.

2.A. A. Al Hayek, A. A. Robert, S. Babli, K. Almonea and M. A. Al Dawish, Diabetic Med., 2017, 8, 75–83.

3. Farah Benyettou,Nawel Kaddour, Thirumurugan Prakasam,etal.In vivo oral insulin delivery via covalent organic frameworks.Chem. Sci.10.1039/d0sc05328g.