从定量药理学评估小分子GLP-1 RA成药的可行性和方向

本章节，作者将着重于阐述GLP-1 RA，包括小分子和多肽，受体药理学、临床药动/药效（PK/PD）的定量分析与药效、不良反应之间的关系。本文也将阐述一些有趣并有价值的发现，这些发现可能能帮助我们解释临床中发现的一些问题，并给GLP-1药物的研究，无论是大分子还是小分子，提供一些思路。

胰高血糖素样肽-1受体激动剂(GLP-1RAs)是一类GPRC激动剂，可刺激葡萄糖介导的胰岛素分泌，减少胰高血糖素释放，减少肝脏葡萄糖输出，延缓胃排空，增加饱腹感，改善心血管危险因素(1)，许多GLP-1RAs已被证明在血糖控制、减重上具有显著疗效，产生低血糖不良反应的风险也小，同时还能有心血管受益。迄今为止，GLP-1 RAs除了司美格鲁肽的口服产品Rybelsus，只有注射剂产品，这给糖尿病等慢性疾病的治疗带来了一定程度的便利性和依从性问题。Rybelsus利用吸收促进剂N-(8-[2-羟基苯甲酰]氨基)辛酸钠(SNAC)来达到口服吸收。小分子GLP-1 RAs项目，如PF-06882961 (Danuglipron)，PF-07081532, LY3502970，正处于临床开发阶段，可供参考的数据相对较少。

天然GLP-1或者GLP-1受体类似物，一旦和受体结合，会激活异源三聚体G蛋白复合物的鸟嘌呤核苷酸结合α刺激亚基（Gαs），刺激腺苷酸环化酶活性并增加细胞内环磷酸腺苷（cAMP）浓度（2）。GLP-1受体的激活还导致β-arrestin-1（βArr1）和β-arristin-2（βArr2）的募集，从而介导受体内吞和arrestin依赖性信号传导（3）。据报道，小分子GLP-1 RAs，如Danuglipron，相对于βArr1/βArr2募集和GLP-1受体内化，显示出对cAMP途径的显著信号偏向（4）。然而，这种信号偏向所产生的药理学益处到底有多少仍有待争论。有研究表明β-arrestin的募集对刺激胰岛素（5）和保护β细胞凋亡（6）有很重要的作用，然而也有研究的结论是相反，即减少β-arrestin的募集反而能增加胰岛素的分泌（7）。目前在研的GLP-1药物的受体药理学参数可参见表1（笔者整理）。

与利拉鲁肽相比，danuglipron被认为是cAMP信号的偏向激动剂（4）。但是，需要注意的是，受体内吞的潜力与脱敏的潜力有关，而脱敏潜力应该在体内药动背景下进行评估，最好用游离药物浓度/受体内吞体外EC50值进行评估。通过对比高剂量GLP-1 RAs的人体平均浓度，发现danuglipron的受体内化潜力要远高于大分子肽类。

药代动力学数据来自FDA的临床药理学审评文件(Rybelsus和Ozempic)和辉瑞danuglipron的公开数据(11)，并进行了数字化。模拟了稳态PK，并将其表示为与Ctrough浓度的比值，这样就可以比较不同药物之间的波动(图1)。对比数据表明，即使每天两次给药，danuglipron的波动最大。每日一次给药，Rybelsus在一周内波动较小，但是日内波动更频繁，不过两者的波动都小于1.5。GLP-1 RAs的药物浓度波动可能与疗效和不良反应有关，特别是胃肠道不良反应，艾塞那肽和利拉鲁肽的临床情况支持这一点。GLP-1RAs最常见的不良反应是胃肠道反应，特别是恶心、呕吐和腹泻。每周一次艾塞那肽较每日一次艾塞那肽的控制血糖效果更好。与艾塞那肽每日两次或利拉鲁肽每日两次相比，每周一次的艾塞那肽恶心发生率较低(12,13)。

GLP-1 RAs广泛分布于全身，包括胃肠道和肝脏。在到达体循环之前，口服GLP-1 RAs通常先到达胃肠道/肝脏中的第一个GLP-1受体靶点，通常浓度很高，然后将药物带到其他靶点。因此，口服和皮下注射GLP-1 RAs是否会有不同的效果值得探讨。诺和诺德提供的司美格鲁肽PK/PD研究表明，血液循环的药物浓度水平决定司美格鲁肽的血糖控制，与口服和皮下注射无关(14)(图2)。然而，尚不确定是否存在局部的药理差异作用，如肝脏的药理反应。

Rybelsus和Ozempic的暴露(Cave)和HbA1c降低作用几乎相同，二者的Emax模型几乎一致，EC50约为6.5 nM(14)。Rybelsus每日口服剂量为7mg和14 mg，PK变异性很大(图3)，低于远高于Ozempic的每周0.5和1 mg（图2)，这可能解释Rybelsus在HbA1c降低较小。Rybelsus更高剂量(20mg和50 mg)正处于后期临床阶段，可能是为了提高血糖控制和肥胖适应症(Novo Nordisk正在研发中)。

最近danuglipron的2b期数据发布(辉瑞公司于2022年9月21日发布新闻)，治疗至16周，可能会对HbA1c进行粗略评估。同时研究了danuglipron、Rybelsus和Ozemic与类似背景药物(二甲双胍附加或不含磺酰脲类药物)的HbA1c降低情况(图5)。在剂量研究中(2.5 - 120 mg，每日两次)，Danuglipron的HbA1c降低从大约40 - 120 mg BID达到了平台期。此外，从第7周到第16周，HbA1c的降低似乎趋于平稳，而司美格鲁肽能够在这段时间内更显著地降低HbA1c，这表明了danuglipron可能容易产生耐受性，当然这需要更长时间的用药的临床结果来佐证。然而，根据受体内吞分析上面的受体药理学的定量分析，我们有理由做出假设，长期暴露于danuglipron可能发生潜在的受体内化，导致一定程度的脱敏，从而导致耐受。

GLP-1 RAs主要不良反应是引起胃肠道反应。服用Rybelsus治疗26周或52周的3期数据进行汇总分析，结果显示约8.7%(4116例患者中)因不良反应而中断治疗，这其中有5.9%是胃肠道疾病而中断(FDA临床评审)。相比而言，辉瑞在2022年9月21日发布新闻称，在16周以80mg和120 mg BID停用danuglipron比例分别达到约22%和34%。服用Rybelsus，大约有11名（20%）患者出现恶心，而服用Danuglipron，大约有33名（32%）患者出现恶心.。所以，现临床数据显示，danuglipron的肠道副作用，相对应降糖效果，其窗口更小。一种解释是，Danuglipron的临床剂量的爬升在6周内从10mg到100mg，然后到120mg，这可能比Rybelsus的速率更快(Rybelsus在前4周为3mg，维持剂量为7mg或14mg)，这是更频繁的发生胃肠道不良反应的潜在原因。然而，按照疗效改善(HbA1c降低)，Danuglipron的爬升速度实际上更慢。目前尚不清楚作为小分子的Danuglipron是否能更好地渗透中枢神经系统。因此如果是的话，相对于其他部位受体而言，更强的中枢神经系统受体激动可能导致更多的胃肠道不良反应。PK波动大是胃肠道不良反应增加的另一个潜在原因，正如艾塞那肽 每日一次QD vs每周一次临床表现. QW所预见的。

口服GLP-1 RAs是治疗糖尿病或肥胖等慢性代谢性疾病的更好给药途径。口服给药多肽GLP-1 RAs(如司美格鲁肽)很有可能实现。但目前的口服技术尚不尽如人意，生物利用度低，个体吸收差异大，造成昂贵的多肽药物浪费，因而难以普及至更多患者，部分患者疗效不佳。进一步推进口服技术，对于GLP-1 RAs作为一类具有心血管益处的治疗糖尿病和肥胖症的药物来说，可以实现更高的医疗价值和社会价值。

小分子GLP-1 RAs药物有望进一步扩大口服给药的机会。目前候选药物有限的数据表明，由于信号偏向性和受体内吞的潜在差异，需要进一步研究大分子和小分子之间的功能差异。小分子GLP-1 RA药物的临床特征仍不能与大分子GLP-1 RAs相比，可能诸如可以用上述定量化的受体药理学和临床PK/PD的研究可以解释。

从新药研发和投资角度来说，小分子GLP-1 RA 虽然是值得发展的方向，但因其和GPCR受体结合和下游信号传导的的药理学，和大分子可能有较大区别，需要精细的定量化作指导，通过临床效果检验，才能做出比较合理的判断和投入。

本文作者来自广州大洲生物的研发团队，包括Steve Dinh博士和唐华东博士。Steve Dinh博士曾是Emisphere的高管。在Emisphere期间，他组建了世界一流的团队，使用一系列技术开发和商业化创新医药产品。他同时帮助扩展了Eligen技术，并用12种药物的临床研究和60种药物的非临床研究证明了技术的先进性和重要性。他还曾在Noven Pharmaceuticasl（专注透皮）和CutisPharma（专注口服液）担任CSO。在医药产业和科学界，具有较高声望，是美国药物科学家协会（American Association of Pharmaceutical Scientists） 和美国医学与生物工程学会（American Institute for Medical and Biological Engineeing） fellow。唐博士的专长是PK/PD，他曾在惠氏制药、默沙东等大药企任职十余年，后创立了广州大洲生物医药。在糖尿病、帕金森、阿尔茨海默病等方向，特别是在临床转化和定量药理领域，以及和FDA药监部门的沟通交流，具丰富的研发经验。

References:

1.Meier JJ. GLP-1 receptor agonists for individualized treatment of type 2 diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol (2012) 8:728–42.

2.Thorens, B. Expression cloning of the pancreatic beta cell receptor for the gluco-incretin hormone glucagon-like peptide 1. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 8641−8645

3.Fletcher, M. M.; Halls, M. L.; Christopoulos, A.; Sexton, P. M.; Wootten, D. The complexity of signaling mediated by the glucagonlike peptide-1 receptor. Biochem. Soc. Trans. 2016, 44, 582−588.

4.Griffith DA, Edmonds DJ, Fortin JP, Kalgutkar AS, Kuzmiski JB, Loria PM, Saxena AR, Bagley SW, Buckeridge C, Curto JM, Derksen DR, Dias JM, Griffor MC, Han S, Jackson VM, Landis MS, Lettiere D, Limberakis C, Liu Y, Mathiowetz AM, Patel JC, Piotrowski DW, Price DA, Ruggeri RB, Tess DA. A Small-Molecule Oral Agonist of the Human Glucagon-like Peptide-1 Receptor. J Med Chem. 2022 Jun 23;65(12):8208-8226

5.Sonoda N, Imamura T, Yoshizaki T, Babendure JL, Lu J-C, Olefsky JM. Beta-Arrestin-1 Mediates Glucagon-Like Peptide-1 Signaling to Insulin Secretion in Cultured Pancreatic Beta Cells. Proc Natl Acad Sci USA (2008) 105:6614–9.

6.Quoyer J, Longuet C, Broca C, Linck N, Costes S, Varin E, et al. GLP-1 Mediates Antiapoptotic Effect by Phosphorylating Bad Through a Beta-Arrestin 1-Mediated ERK1/2 Activation in Pancreatic Beta-Cells. J Biol Chem (2010) 285:1989–2002

7.Jones B, McGlone ER, Fang Z, Pickford P, Corrêa IR, Oishi A, et al. Genetic and Biased Agonist-Mediated Reductions in b-Arrestin Recruitment Prolong cAMP Signaling At Glucagon Family Receptors. J Biol Chem (2020) 296:100133

8.Novikoff A, O'Brien SL, Bernecker M, Grandl G, Kleinert M, Knerr PJ, Stemmer K, Klingenspor M, Zeigerer A, DiMarchi R, Tschöp MH, Finan B, Calebiro D, Müller TD. Spatiotemporal GLP-1 and GIP receptor signaling and trafficking/recycling dynamics induced by selected receptor mono- and dual-agonists. Mol Metab. 2021 Jul;49:101181

9.Jensen L, Kupcova V, Arold G, Pettersson J, Hjerpsted JB. Pharmacokinetics and tolerability of semaglutide in people with hepatic impairment. Diabetes Obes Metab. 2018 Apr;20(4):998-1005

10.Ungewiss J, Gericke S, Boriss H. Determination of the Plasma Protein Binding of Liraglutide Using the EScalate* Equilibrium Shift Assay. J Pharm Sci. 2019 Mar;108(3):1309-1314

11.Saxena AR, Gorman DN, Esquejo RM, Bergman A, Chidsey K, Buckeridge C, Griffith DA, Kim AM. Danuglipron (PF-06882961) in type 2 diabetes: a randomized, placebo-controlled, multiple ascending-dose phase 1 trial. Nat Med. 2021 Jun;27(6):1079-1087

12.Drucker DJ, Buse JB, Taylor K et al. Exenatide once weekly versus twice daily for the treatment of type 2 diabetes: a randomised, open-label, non-inferiority study. Lancet 2008; 372: 1240–1250

13.Blevins T, Pullman J, Malloy J et al. DURATION-5: exenatide once weekly resulted in greater improvements in glycemic control compared with exenatide twice daily in patients with type 2 diabetes. J Clin Endocrinol Metab 2011; 96: 1301–1310

14.Overgaard RV, Hertz CL, Ingwersen SH, Navarria A, Drucker DJ. Levels of circulating semaglutide determine reductions in HbA1c and body weight in people with type 2 diabetes. Cell Rep Med. 2021 Sep 3;2(9):100387