藥物的劑型與遞送一直是藥物設計中的重要課題，而傳統的口服藥物仍有缺點待改進，例如: 在腸胃道中的吸收率不佳或容易廣泛受到蛋白水解酵素分解等。GLP-1 是人體腸胃道分泌的短鏈胜肽，在醫藥應用上具有調控血糖、促進飽足感的能力，但GLP-1藥物因容易被水解，目前的研究都致力於打造它的類似物，以克服其易被水解和排泄的特性，進而造福第二型糖尿病患者。過去研發出不同型態的類似物或受體刺激物，而近期發現一種 GLP-1 的類似物— semaglutide。該藥物只需每天服用一次，在沒有增加藥物分子量的其情形下，半衰期可以延長至1週。另外，口服型semaglutide的在二期臨床試驗中也有不錯的成效。本研究於 2018 年發表在《Science Translational Medicine》期刊，結合基礎實驗與臨床試驗的數據，揭示了口服型 semaglutide 與吸收增強物 SNAC 製成錠劑後，在腸胃道中的吸收機制。本文將帶領大家深入探索這款新劑型的潛力與魅力。
本篇研究的主角口服型 semaglutide 是一個複合製劑，當中包含 semaglutide 及吸收增強劑 SNAC ( Sodium N– [8-2-hydroxybenzoyl] aminocaprylate )。研究團隊首要目標是找出口服型 semaglutide 的吸收位置，並透過核子掃描（scintigraphic imaging）的監測方式來追蹤藥物。核子掃描是利用注入體內的放射性同位素所釋放出的gamma射線來偵測物質所在的器官和部位。研究團隊將藥物標定銦111的離子交換樹脂(111In-labeled ion-exchange resin)，讓受試者在空腹狀態下服用單一劑量的口服型semaglutide (含 10 mg semaglutide 及 300 mg SNAC)。結果顯示，藥物在所有受試者體內都會在胃內被胃液完全的侵蝕、溶解。受試者在服用 2 分鐘後，錠劑只有表面些微的賦形劑被侵蝕，但錠劑內部的藥物主體還沒有受到溶解；而140分鐘後則已經監測不到的藥物主體，並且都已經在胃內被溶解、釋放 (圖一 A)。接著，他們偵測血漿中 semaglutide 和 SNAC 的濃度變化，結果顯示兩種成分在早期都有吸收的活動徵象，但前者排泄的慢，後者較快 (圖一 B、C)。研究團隊接著想探討食物是否會影響口服藥物的吸收效率，因此將受試者分為進食組及空腹組進行10天的實驗並一天給予一次藥物 ，結果發現空腹組的semaglutide血漿濃度顯著高於進食組，這樣的數據呈現出食物在胃內會減弱口服型semaglutide的吸收效率，也因此，團隊認為 semaglutide 應於空腹狀態使用 (圖一 D)。為了更進一步證實 semaglutide 是在胃吸收，研究團隊利用動物實驗，將狗的幽門做結紮手術以抑制腸道吸收的能力，接著將 semaglutide 投入胃內並監測 semaglutide 血漿濃度，結果顯示結紮組和未結紮組的 semaglutide 血漿濃度相同，因此他們再次的確認 semaglutide 是在胃內被吸收(圖一 Ｅ)。
圖一 : (A) 胃內藥物隨時間被胃酸溶蝕、釋放的核子掃描圖。140分鐘後已經觀測不到藥物的主體。(B、C) semaglutide(B)和SNAC(C)在血漿中的濃度變化。(D) 進食組 (左) semaglutide 血漿濃度明顯低於空腹組(右)。(E) 左為將狗幽門結紮的示意圖。右圖可以看到結紮與未結紮的 semaglutide血漿濃度相似。
研究團隊接著想探討增加 SNAC 的濃度是否能夠增加口服型 semaglutide 的吸收效率。他們給 2 組健康個案相同劑量的 semglutide (5 mg) 及不同劑量的 SNAC ，分別是150 mg、300 mg 及600mg，結果顯示semaglutide血漿濃度在SNAC 300 mg組中最高，SNAC 600mg 組反而會降低藥物血漿濃度，可能的原因是提高SNAC劑量會導致鹽析及沉澱出現，因此，他們認為 300mg SNAC是適合提升semaglutide 吸收效率的劑量 (圖二) 。
圖二 : 研究團隊投以相同劑量的semaglutide及不同劑量的SNAC(150 mg、300mg)，發現300mg SNAC組可以增加semaglutide吸收效率。
錠劑從侵蝕到完全溶解的過程會影響藥物在吸收位置的吸收能力。研究團隊為了探討藥物濃度與錠劑侵蝕和溶解的動力學關聯性，進行了一項實驗:讓狗服用錠劑，分別在服用15及30分鐘後，使用內視鏡從錠劑正下方、距離 3 公分與 6 公分處抽取胃液進行分析。結果顯示，藥物服用30分鐘後，錠劑正下方semaglutide及SNAC的濃度明顯比 6 公分處高，證實了semaglutide錠劑的溶蝕和吸收的過程會集中在有與錠劑接觸的胃黏膜細胞處。這代表胃部能提供使錠劑和胃壁緊密接觸的環境，以最小化藥物的擴散和稀釋效應，並達到該區域藥物釋放的最高濃度(圖三)。
圖三 : 錠劑正下方 (0公分)、距離錠劑 3 與 6 公分處的 semaglutide(左) 與 SNAC(右) 的濃度分布。
高效的吸收率建立在增強物和藥物本身有良好的交互作用的情形下。為了證實semaglutide和SNAC有合適的交互作用，研究團隊分別對藥物和吸收增強物進行了實驗。藥物部分，他們將semaglutide和其結構相似物liraglutide結合SNAC共同投予老鼠口服使用，發現隨著時間的增加 semaglutide 組的血漿濃度始終都比 liraglutide高。吸收增強物部分，他們實測了使用 SNAC 及異構物 o-SNAC 與 semaglutide 共同投藥，發現 o-SNAC組的 semglutide血漿濃度大幅低於 SNAC(圖四)。
圖四 : (A) 將 semaglutide 和 liraglutide 分別與 SNAC 共同投給老鼠服用，發現 semaglutide 血漿濃度始終較高。(B) 針對吸收增強劑的部分，使用 SNAC 的吸收效率遠比異購物 o-SNAC 高。(C) SNAC 及其異構物 o-SNAC。
研究團隊接著探討 SNAC 如何促進吸收，他們利用細胞實驗，將 NCI-N87 細胞株分別以 EDTA 和 SNAC 給予刺激，接著給予 semaglutide，並觀察細胞內 semaglutide 的濃度。EDTA 會調節細胞間的緊密連結 (tight junction)，進而影響表皮細胞的完整性與通透性。結果顯示，雖然 semaglutide 的通透性在 SNAC 或 EDTA 組差異不大，但細胞內 semaglutide 的濃度在 SNAC 組是比較高的，表示 semaglutide 是透過跨細胞運輸的方式而非透過影響細胞間的緊密連結而吸收的(圖五)。
圖五 : EDTA 會調節細胞間的緊密連結 (tight junction)，進而影響細胞的完整性與通透性。 EDTA 雖然使 semaglutide 的穿透性和 SNAC差不多(圖左)，但 SNAC 的吸收效率遠比 EDTA組高(圖右)。
研究團隊好奇 SNAC 除了吸收增強之外還有沒有其他功能，他們發現在少量的胃液當中 SNAC 能夠充當很好的緩衝劑，可以短時間內抑制胃蛋白酶 (pepsin) 的活性，並進而延長 semaglutide 的藥效。為了更了解 semaglutide 在胃部的分布，研究團隊利用免疫螢光染色法觀察狗服藥後的胃部組織。結果顯示，semaglutide 的螢光訊號出現在錠劑周圍的區域，而距離錠劑較遠的區域則未見藥物的訊號(圖六Ａ)。進一步觀察 semaglutide 的分布位置時，發現主要集中在與錠劑接觸的胃黏膜上皮細胞中(圖六Ｂ)。這表示口服型semaglutid在胃部的吸收過程是在一個非常特定且有限環境中，而不是廣泛分佈在整個胃部。後續，透過電子顯微鏡觀察大鼠服藥後的胃黏膜細胞中semaglutid的分布情形，結果顯示，大鼠胃黏膜上皮細胞內的細胞質中有 semaglutide訊號的出現 ，而胃黏膜細胞緊密連結處，細胞間並無semaglutide的訊號，表示口服型semaglutide 是透過跨細胞運輸的方式近，和前面的證據是一致的(圖七)。
圖六 : (A) 紅色的免疫螢光反應是semaglutide分布位置。根據研究團隊指出，semaglutide分佈的地方只有錠劑接觸胃黏膜的表面，而深層區域 (藍色)則沒有看到semaglutide的分布，藍色訊號是細胞核以特殊染劑染色的結果。(B) 綠色訊號為H+/K+ ATPase代表胃黏膜中的壁細胞，而紅色訊號semaglutide僅分布在胃黏膜表面，更準確來說是表現在黏膜上皮的開口小凹 (pit of the gastric mucosa) 。
圖七 : (左) 是以穿透式電子顯微鏡觀察 semaglutide 在胃黏膜組織中分布，黑色箭頭為表現的區域。(右) 胃黏膜細胞緊密連結處，細胞間並無semaglutide的訊號，顯示細胞間並無互相吸收的情形。
根據先前的研究，GLP-1 具有抑制胃酸分泌的作用，因此研究團隊希望探討被胃吸收的 semaglutide 是否會影響主要分泌胃酸的壁細胞 (parietal cell)。利用免疫組織化學染色 (Immunohistochemistry, IHC) 和原位雜交 (In Situ Hybridization, ISH) 的雙染實驗發現，在人體和大鼠的胃黏膜小凹 (gastric pit) 中的壁細胞上，皆會表現GLP-1 受體的 mRNA ，而在胃黏膜表面細胞中則無表現 (圖八)。而人體試驗顯示，受試者連續 10 天服用固定劑量的 semaglutide (10mg) 並不會引起胃內 pH 值的顯著波動(圖八)。這些證據表明，口服型 semaglutide 並不會影響壁細胞分泌胃酸的能力，與先前實驗一致，口服型 semaglutide 只局限於胃黏膜上皮的特定位點，因此不會對壁細胞的胃酸分泌功能產生影響。
圖八 : (A) 大鼠胃黏膜組織染色圖。紅色訊號是 GLP-1受體 mRNA，綠色訊號為H+/K+ ATPase代表胃黏膜中的壁細胞。 (B-C) GLP-1R(棕色訊號)表現在大鼠的壁細胞 (D) 原位雜交(in situ hybridization)實驗發現GLP-1受體mRNA表現在人體的胃組織中(藍色訊號)。(E) 在給予個案 9次同劑量的 semaglutide 後，發現胃內的平均 pH 值和控制組並沒有顯著的差異。
本篇研究探討新劑型的添加可以提升藥物在胃內的吸收效率。作者以藥物侵蝕、溶解的機制及藥物吸收位置對胃黏膜上皮細胞的影響等方面去著手探討藥物吸收、藥物血清濃度及胃內環境之間的交互影響。雖然本篇探討的是一個胜肽藥物的吸收動力學，但藥物百百種，不見得只限於胜肽此，因此，更全面的研究也是未來的努力方向。這項研究為未來的注射型藥物轉型成口服型態提供了一個嶄新的觀點。
Main Article:
Buckley, S. T., Bækdal, T. A., Vegge, A., Maarbjerg, S. J., Pyke, C., Ahnfelt-Rønne, J., Madsen, K. G., Schéele, S. G., Alanentalo, T., & Kirk, R. K. (2018). Transcellular stomach absorption of a derivatized glucagon-like peptide-1 receptor agonist. Science translational medicine, 10(467), eaar7047.
參考文獻：
1.Bucheit, J. D., Pamulapati, L. G., Carter, N., Malloy, K., Dixon, D. L., & Sisson, E. M. (2020). Oral Semaglutide: A Review of the First Oral Glucagon-Like Peptide 1 Receptor Agonist. Diabetes Technology & Therapeutics, 22(1), 10-18. https://doi.org/10.1089/dia.2019.0185
關鍵字：口服型semaglutide、SNAC、GLP-1
撰文｜黃淵揚
審稿｜蔡伊婷
[…] 儘管如此，GLP-1 受體促效劑的潛在應用仍然相當廣泛。目前，GLP-1 受體致效劑已獲批用於治療第二型糖尿病，而 liraglutide 更是成功應用於肥胖症治療。接下來的研究將拓展至 GLP-1 受體致效劑應用在非酒精性脂肪肝炎（Nonalcoholic Steatohepatitis）、帕金森氏症（Parkinson’s Disease）和阿茲海默症（Alzheimer’s Disease）等疾病中的潛在療效。同時，各種新劑型或療法也在積極開發中，如每週一次的長效劑型和每日口服的劑型，這些創新將有望提升患者的依從性與治療效果。（相關連結：原來口服藥物也能當變形金剛 ? 嶄新的藥物型態改善腸胃道的吸收效率）特別是 GLP-1 與胰島素的聯合療法，能有效控制血糖並減少體重增加。臨床研究還指出，GLP-1 對心血管功能具有保護效果（相關連結：不只是減肥藥：semaglutide 的新治療用途）。 […]