Введение
Синтетические формы белка инсулина
Аналог инсулина (также называемый инсулиновым аналогом) – это любой из нескольких типов медицинского инсулина, представляющий собой модифицированные формы гормона инсулина, отличные от встречающихся в природе, но все еще доступные для человеческого организма и выполняющие ту же функцию, что и человеческий инсулин, в отношении контроля уровня глюкозы в крови при диабете. Путем генетической инженерии ДНК аминокислотная последовательность инсулина может быть изменена для изменения его характеристик ADME (абсорбции, распределения, метаболизма и выведения). Официально Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) обозначает эти препараты как лиганды рецептора инсулина (поскольку, как и сам инсулин, они являются лигандами рецептора инсулина), хотя обычно их называют инсулиновыми аналогами или даже (нестрого, но часто) просто инсулином (без дополнительных уточнений). Эти модификации позволили создать два типа инсулиновых аналогов: те, которые быстрее всасываются в месте инъекции и, следовательно, действуют быстрее, чем природный инсулин, вводимый подкожно, предназначенные для обеспечения болюсной дозы инсулина, необходимой во время приема пищи (прадиальный инсулин); и те, которые медленно высвобождаются в течение 8–24 часов, предназначенные для обеспечения базального уровня инсулина в течение дня и особенно ночью (базальный инсулин). Первый инсулиновый аналог (инсулин Lispro rDNA) был одобрен для применения в терапии человека в 1996 году и произведен компанией Eli Lilly and Company.
Лиспро
Eli Lilly and Company разработала и вывела на рынок первый быстродействующий аналог инсулина (insulin lispro rDNA) Humalog. Он был создан с использованием технологии рекомбинантной ДНК, в результате чего предпоследние остатки лизина и пролина на C-конце B-цепи были поменяны местами. Эта модификация не повлияла на связывание с инсулиновым рецептором, но препятствовала образованию димеров и гексамеров инсулина. Это обеспечило доступность большего количества активного мономерного инсулина для постпрандиальных (после приема пищи) инъекций.
Аспарт
Novo Nordisk создал "аспарт" и вывел на рынок под названиями NovoLog/NovoRapid (Великобритания, Канада) как быстродействующий аналог инсулина. Он был создан с использованием технологии рекомбинантной ДНК, в результате чего аминокислота B28, обычно пролин, заменена на остаток аспарагиновой кислоты. Эта последовательность была внедрена в геном дрожжей, которые затем экспрессировали аналог инсулина, который извлекался из биореактора. Этот аналог также препятствует образованию гексамеров, обеспечивая более быстрое начало действия инсулина. Он одобрен для использования в инсулиновых помпах CSII и устройствах для инъекций под кожу Flexpen и Novopen.
Глулизин
Глулизин – это быстродействующий аналог инсулина производства Sanofi Aventis, одобренный для использования как с обычным шприцем, так и с инсулиновой помпой. Введение с помощью стандартного шприца также возможно. Препарат продается под торговым названием Apidra. В инструкции, утвержденной FDA, указано, что он отличается от инсулина человеческого типа быстрым началом действия и более короткой продолжительностью эффекта.
Инсулин Детемир
Novo Nordisk создала инсулин детемир и продает его под торговым названием Levemir как пролонгированный аналог инсулина для поддержания базального уровня инсулина. Базальный уровень инсулина может поддерживаться до 20 часов, однако на продолжительность действия влияет размер введенной дозы. Этот инсулин имеет высокую степень сродства к альбумину сыворотки крови, что увеличивает длительность его действия.
Инсулин Деглудек
Это ультрадлительного действия аналог инсулина, разработанный компанией Novo Nordisk, которая реализует его под торговой маркой Tresiba. Он вводится один раз в сутки и обладает продолжительностью действия до 40 часов (по сравнению с 18–26 часами, обеспечиваемыми другими инсулинами длительного действия, такими как инсулин гларгин и инсулин детемир).
Инсулин гларгин
Sanofi Aventis разработала гларгин как аналог инсулина с более продолжительным действием и продает его под торговой маркой Lantus. Он был создан путем модификации трех аминокислот. К C-концу B-цепи были добавлены две положительно заряженные молекулы аргинина, что сместило изоэлектрическую точку с 5,4 до 6,7, делая гларгин более растворимым при слегка кислом pH и менее растворимым при физиологическом pH. Замена аспарагина, чувствительного к кислоте, в позиции 21 A-цепи на глицин необходима для предотвращения деаминирования и димеризации остатка аргинина. Эти три структурных изменения и составление с цинком обеспечивают пролонгированное действие по сравнению с биосинтетическим человеческим инсулином. При инъекции раствора с pH 4,0 большая часть вещества осаждается и не становится биодоступной. Небольшое количество сразу же доступно для использования, а остальное депонируется в подкожной ткани. По мере использования гларгина небольшие количества осажденного вещества переходят в раствор в кровоток, поддерживая базовый уровень инсулина до 24 часов. Начало действия подкожного инсулина гларгина несколько медленнее, чем у инсулина человека NPH. Это прозрачный раствор, поскольку в его составе отсутствует цинк. Биосимилярный инсулин гларгин yfgn (Semglee) был одобрен для медицинского применения в США в июле 2021 года, а в Европейском Союзе – в марте 2018 года.
НПН
Инсулин NPH (Neutral Protamine Hagedorn) — это инсулин промежуточного действия с замедленным всасыванием после подкожного введения, используемый для обеспечения базального уровня инсулина при диабете 1 и 2 типа. Препараты NPH представляют собой суспензии, требующие взбалтывания для восстановления однородности перед инъекцией. В 1980-х годах многие пациенты столкнулись с проблемами при переходе на инсулины промежуточного действия, используя NPH-формы инсулинов свиного и говяжьего происхождения. Впоследствии были разработаны и внедрены в клиническую практику аналоги базального инсулина для достижения более предсказуемых профилей всасывания и клинической эффективности.
Инсулин животного происхождения
Аминокислотная последовательность инсулинов животного происхождения у различных млекопитающих может быть сходна с человеческим инсулином (инсулин человеческий INN), однако наблюдается значительная вариабельность среди видов позвоночных. Свиной инсулин отличается от человеческого всего одной аминокислотой, а говяжий инсулин – тремя аминокислотами. Оба типа активны по отношению к человеческому рецептору с примерно одинаковой силой. Говяжий и свиной инсулин можно рассматривать как первые клинически применявшиеся аналоги инсулина (природного происхождения, получаемые экстракцией из поджелудочной железы животных) в период, когда биосинтетический человеческий инсулин (инсулин человеческий рДНК) был недоступен. Существуют обширные обзоры, посвященные взаимосвязи структуры и функции природных инсулинов (филогенетическим взаимосвязям у животных) и структурным модификациям. До появления биосинтетического человеческого инсулина инсулин, полученный из акул, широко использовался в Японии. Инсулин некоторых видов рыб также может быть эффективен для человека. Нечеловеческие инсулины могут вызывать аллергические реакции у некоторых пациентов, связанные со степенью очистки; образование ненейтрализующих антител наблюдается редко при использовании рекомбинантного человеческого инсулина (инсулин человеческий рДНК), но аллергия все же может возникать у отдельных пациентов. Это может усиливаться консервантами, используемыми в препаратах инсулина, или быть реакцией непосредственно на консервант. Биосинтетический инсулин (инсулин человеческий рДНК) в значительной степени вытеснил инсулин животного происхождения.
Модификации
До появления биосинтетических рекомбинантных аналогов человеческого инсулина свиной инсулин химически превращался в человеческий инсулин. Химические модификации боковых цепей аминокислот в N-конце и/или C-конце проводились для изменения характеристик ADME аналога. Полусинтетические инсулины в течение некоторого времени использовались в клинической практике на основе химической модификации инсулинов животного происхождения; например, Novo Nordisk ферментативно превращал свиной инсулин в полусинтетический «человеческий» инсулин, удаляя единственную аминокислоту, отличающуюся от человеческой, и химически добавляя человеческую аминокислоту. Нормальный немодифицированный инсулин растворим при физиологическом pH. Были созданы аналоги с измененной изоэлектрической точкой, благодаря чему они находятся в равновесии растворимости, при котором большая часть выпадает в осадок, но медленно растворяется в кровотоке и в конечном итоге выводится почками. Эти аналоги инсулина используются для замещения базального уровня инсулина и могут быть эффективны в течение до 24 часов. Однако некоторые аналоги инсулина, такие как инсулин детемир, связываются с альбумином, а не с жиром, как более ранние виды инсулина, и результаты длительного применения (например, более 10 лет) в настоящее время недоступны, но необходимы для оценки клинической пользы. Немодифицированные инсулины человека и свиней склонны к комплексообразованию с цинком в крови, образуя гексамеры. Инсулин в форме гексамера не связывается со своими рецепторами, поэтому гексамер должен медленно возвращаться в равновесие в мономеры, чтобы быть биологически активным. Гексамерный инсулин, вводимый подкожно, не сразу доступен организму, когда инсулин необходим в больших дозах, например, после приема пищи (хотя это скорее связано с особенностями подкожного введения инсулина, поскольку инсулин, вводимый внутривенно, быстро распределяется к клеточным рецепторам и, следовательно, избегает этой проблемы). Комбинации инсулина с цинком используются для медленного высвобождения базального инсулина. Базальная инсулиновая поддержка необходима в течение дня и составляет около 50% суточной потребности в инсулине, а оставшиеся 50% – количество инсулина, необходимое во время еды. Негексамерные инсулины (мономерные инсулины) были разработаны для более быстрого действия и для замены инъекции обычного немодифицированного инсулина перед едой. В природе существуют филогенетические примеры таких мономерных инсулинов у животных.
Карциногенность
Все аналоги инсулина должны быть протестированы на канцерогенность, поскольку инсулин взаимодействует с путями ИФР (инсулиноподобного фактора роста), что может вызывать аномальный рост клеток и канцерогенез. Модификации инсулина всегда сопряжены с риском непреднамеренного усиления ИФР-сигнализации, помимо желаемых фармакологических свойств. Выражались опасения относительно митогенной активности и потенциальной канцерогенности гларгина. Для решения этих вопросов было проведено несколько эпидемиологических исследований. Недавно были опубликованы результаты 6,5-летнего исследования Origin, посвященного гларгину.
Исследования безопасности, эффективности и сравнительной эффективности
Мета-анализ, завершенный в 2007 году и обновленный в 2020 году, охватывающий многочисленные рандомизированные контролируемые исследования, проведенные международным Кокрейновским сотрудничеством, показал, что влияние на уровень глюкозы в крови и гликированный гемоглобин A1c (HbA1c) было сопоставимым. Лечение гларгином и детемиром приводило к меньшему числу случаев гипогликемии по сравнению с инсулином NPH. Лечение детемиром также снижало частоту эпизодов тяжелой гипогликемии.