三、胰岛素制剂的诞生与发展
（一）胰岛素制剂的研制
1921年在大量实验研究基础上，由年轻的外科医生Banting和Best教授制成了第一个治疗糖尿病的胰岛素制剂。这是历史性的发现，两人于1923年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。胰岛素的临床应用给1型糖尿病患者带来了生的希望，挽救了无数在死亡线上挣扎的患者，使糖尿病酮症死于昏迷者显著减少，明显延长寿命。随着胰岛素的发现，人们对糖尿病、糖尿病并发症的控制和研究进入了一个新的历史时期。当时胰岛素生产量不足，不能完全满足临床需要。
1923年丹麦生理学家August Steenbeng Krogh在北欧生产胰岛素，并创立了诺和诺德公司。20世纪30年代中期所生产的胰岛素均是短效和酸性的，患者每天需要多次注射才能使血糖得到满意控制。为了减少注射次数于1946年Hans Christan Hagedom应用结晶的方法，成功地研制出世界第一批NPH胰岛素。N代表中性，P代表鱼精蛋白，H代表发明者。
（二）胰岛素的纯化
Banting和Best从动物胰腺中提取的胰岛素纯度是非常低的。它含有前胰岛素原、胰岛素的中间产物、胰岛素多聚体、去氨基胰岛素、胰高血糖素、生长抑素、胰腺多肽以及血管活性肠肽等杂质。1926年Abel和他的助手研制出胰岛素结晶体，这是胰岛素生产史上又一个重大突破。通过这种方式可以清除所有污染的蛋白质，从而大大地降低了注射部位局部反应的发生率。
20世纪70年代早期，由于层析分离技术得到广泛应用，使动物胰岛素制剂进一步纯化。将胰岛素从杂质中分离出来，通过双层分离所得到的胰岛素为单组分胰岛素（MC）。由于高纯度胰岛素的使用，显著降低了胰岛素所致的过敏反应、皮下脂肪萎缩等副作用。
（三）人胰岛素的合成
1963年，人胰岛素首次从人尸胰腺中提取。
1965年，中国、美国、德国三国的科学家分别独立地进行了胰岛素的人工化学合成。中国首次获得了具有充分生物活性晶体的牛胰岛素，在国际上赢得了巨大荣誉。
1974年，Sieber从氨基酸中化学合成人胰岛素。
1979～1981年，Goeddel进行DNA技术生物合成和半合成两种技术得到平行发展，胰岛素的产量初步满足了临床需要。
1980年，Markussen以猪胰岛素作为底物，应用“半生物合成”技术。猪胰岛素含有51个氨基酸与人胰岛素相似，所不同的是猪胰岛素B链（B30）上是丙氨酸，而人胰岛素在同位置上是苏氨酸。在酶的作用下，可将苏氨酸替代猪胰岛素上的丙氨酸，而制成人胰岛素，但在产量上仍不能满足临床对人胰岛素的需求。
应用基因工程/重组DNA技术所生产的胰岛素，称为生物合成人胰岛素。这种基因工程/重组DNA可改变有机体DNA编码的遗传特点，因此可以产生出异源性的蛋白质，用于插入活有机体的异源性基因，可以通过基因合成的方法获得。诺和诺德应用酵母菌作为活有机体以生产人胰岛素，有下列优点。
1.可以在仅有葡萄糖、维生素、盐的简单基质中生长。
2.能向生长基质中分泌胰岛素。
3.仅有少量的蛋白质被分泌到周围环境中。
4.不分泌对人有害的物质。
5.生长稳定，增殖很快。
6.酵母菌细胞能够分泌完整的人胰岛素分子，并呈完好的三维结构。
（四）胰岛素剂型的发展
1.可溶性常规胰岛素
在胰岛素发现后的前15年里，生产的只有酸性可溶性常规胰岛素可供临床应用。这种胰岛素在皮下吸收较快，30分钟起效，持续时间为8小时。由于起效快、作用时间短，则又称短效或速效胰岛素。主要有猪胰岛素、牛胰岛素或两者混合胰岛素。
速效胰岛素类似物（Aspart）注射后胰岛素迅速吸收，药代动力学曲线接近生理状态下的胰岛素分泌。双效胰岛素Aspart30是预混制剂，含30%可溶性常规胰岛素和70%鱼精蛋白结合的结晶Asp。速效和中效混合可使血糖得到控制，减少注射次数。
2.鱼精蛋白胰岛素（同种异型——NPH）
由于与胰岛素相结合的蛋白质是从鱼精液中提取的。这是一种单链，含30个氨基酸的多肽，则称之为鱼精蛋白，与胰岛素结合后形成一种能延长作用时间的胰岛素制剂，称为同种异型胰岛素（NH）。本剂型的特性为所有的胰岛素和所有的鱼精蛋白结合，在溶液中没有多余的成分与短效胰岛素结合。
3.胰岛素锌悬浊液——长效胰岛素
1953年发展长效胰岛素系列：非结晶猪胰岛素（Semiente、半-慢）、结晶牛胰岛素（Ultralente、长-慢）、Lente是Semiente与Ultralente以3∶7的比例预先混合。
4.长效胰岛素类似物
随着基因工程技术的发展，一批长效胰岛素类似物相继问世，该类胰岛素以模拟正常人胰岛素的基础分泌，每天注射一次，其半衰期长达25小时，持续作用时间达42小时，主要有下列三种长效胰岛素类似物。
（1）甘精胰岛素：为一种新型的长效基础胰岛素类似物，安全、稳定而持久地控制空腹血糖，减少低血糖发生率，与餐前速效胰岛素或口服降糖药合用，更能有效地控制血糖，实现血糖达标。与普通胰岛素一样，它可增加葡萄糖的利用，加速葡萄糖的无氧酵解和有氧氧化，促进肝糖原和肌糖原的合成和贮存，并能促进葡萄糖转变为脂肪，抑制糖原分解和糖异生，从而使血糖降低；此外，能促进脂肪的合成，抑制脂肪的分解，使酮体生成减少，纠正酮症酸血症的各种症状；促进蛋白质的合成，抑制蛋白质的分解等优点。
作用机制：甘精胰岛素是通过基因重组技术生产的长效胰岛素类似物，其降糖效果与胰岛素泵相似、但它与普通胰岛素的不同之处在于A链羧基端的最后一个天门冬氨酸（Asn）被甘氨酸（Gly）所取代，使六聚体更加稳定；B链羧基端的31和32位连接了2个精氨酸（Arg），导致等电点由5.4提高到6.7。经过上述分子改变后的胰岛素，在酸性条件下，呈无色透明溶液状；在生理条件下，溶解度则很低。其皮下注射后立即聚合，溶解度降低，形成甘精胰岛素沉淀物，因此被延迟吸收，作用时间延长。由于此两位置不参与胰岛素受体的结合，故这种改变并不影响胰岛素的生物活性。甘精胰岛素起效缓于NPH，而降糖作用时间却较长，可持续24h，无明显的峰值出现，因而可较好模拟正常胰岛素分泌。
临床应用：适合于低基础胰岛素的替代治疗，在1型糖尿病和2型糖尿病患者中使用甘精胰岛素治疗后血糖控制满意。在胰岛素强化治疗中，甘精胰岛素是首选。口服降糖药物血糖控制不满意者，可以加入甘精胰岛素治疗。
不良反应：低血糖为最常见的不良反应，特别是在改用甘精胰岛素的前4周较易发生，其他不良反应较为少见。
（2）德谷胰岛素（insulin degludec）：又称诺和达，是第三代基础胰岛素，超长效胰岛素类似物，降糖作用超长效，且能减少低血糖风险。第二代是NPH胰岛素，由人胰岛素锌晶体与鱼精蛋白结合制成。德谷胰岛素2018年在中国上市，2019年秋季被纳入医保目录。美国糖尿病学会（ADA）2011年会中发布多项德谷胰岛素的新近研究结果，进一步探索从分子结构到降糖作用的特点，显示皮下注射后呈多六聚体构型的德谷胰岛素，具有平稳的药代动力学特点，可持久、平稳、长期降糖，低血糖风险小。
作用机制：德谷胰岛素在多六聚体中加入螯合剂（EDTA）螯合锌离子，结构即被破坏。皮下注射后，随着苯酚的迅速弥散，德谷胰岛素双六聚体的两端打开，相互作用，形成可溶的、独特的多六聚体长链，这种长链无法透过毛细血管壁，使得德谷胰岛素在注射部位形成胰岛素储库，大大延缓了其吸收入血的速度。随着锌离子的缓慢释放，德谷胰岛素多六聚体长链的末端解离，缓慢而持续地释放出德谷胰岛素单体。胰岛素单体可与白蛋白可逆性结合，起到缓冲作用，进一步延缓德谷胰岛素到达靶组织的时间，德谷胰岛素与胰岛素受体具有更高的亲合力，因此当德谷胰岛素单体到达靶组织时，可以迅速地与靶组织上存在的高浓度胰岛素受体相结合，发挥其降糖作用。
临床应用：无论对于1型还是2型糖尿病，都具有强大的血糖控制。作为一种新型基础胰岛素，德谷胰岛素较甘精胰岛素具有更为有利的药代动力学和药效学特性。德谷胰岛素半衰期接近25小时，稳态血药浓度作用时间超过42小时，每天1次注射可发挥持久、稳定的降糖作用。达标试验显示，德谷胰岛素和甘精胰岛素疗效相似，低血糖事件大幅减少。对于1型糖尿病患者德谷胰岛素的用法，每日一次（联合餐时速效胰岛素）；对于2型糖尿病患者，德谷胰岛素可单独使用，也可联合口服降糖药。可用于老年（≥65岁）患者，同时适用于肾功能或肝功能不全的患者。
不良反应：低血糖为最常见不良反应，可有水钠潴留，容易出现水肿，局部出现硬结等。
（3）利拉鲁肽：利拉鲁肽通过基因重组技术，利用酵母生产的人胰高糖素样肽-1（GLP-1）类似物，是长效的GLP-1类似物。
作用机制：GLP-1是一种内源性肠促胰岛素激素，能够促进胰腺β细胞葡萄糖以葡萄糖浓度依赖的模式刺激胰岛素的分泌，以葡萄糖浓度依赖的模式降低过高的胰高糖素的分泌，当血糖升高时，刺激胰岛素分泌，同时抑制胰高糖素分泌；反之，在低血糖时利拉鲁肽能够减少胰岛素分泌，不影响胰高糖素的分泌；利拉鲁肽具有轻微延长胃排空时间以降血糖。
利拉鲁肽在人体中的药代动力学和药效动力学特点均适合每天一次性给药，皮下注射给药后，其作用时间延长机理：使吸收减慢的自联作用；与白蛋白结合对二肽基肽酶IV（DPP-IV）和中性内肽酶（NEP）具有更高的酶稳定性，从而具有较长的血浆半衰期。利拉鲁肽能够通过减轻饥饿感和能量摄入降低体重和体脂量，研究证实后脑GLP-1Rs在调节liraglutide对雄性大鼠的厌食作用中，可减少食物摄入，减轻体重。胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）激动剂liraglutide利拉鲁肽已被批准用于治疗肥胖症。
诺和力的主要优势具有保护胰岛β细胞功能。对全球40多个国家4000多名糖尿病患者进行的LEAD研究证明，诺和力可以改善β细胞胰岛素分泌的数量和质量，因此有可能延缓糖尿病的发展进程。
临床应用：利拉鲁肽（诺和力）每日注射一次，可在任意时间注射，无须根据进餐时间给药。经皮下注射给药，注射部位可选择腹部、大腿或者上臂。在改变注射部位和时间时无须进行剂量调整，每天同一时间注射，最好选择最方便时间，以便具有依从性。本品不可静脉注射；肌肉注射的起始剂量为每天0.6mg。至少1周后，剂量应增加至1.2mg。预计再过一周左右可将剂量增加至1.8mg。利拉鲁肽可与二甲双胍联合，无须改变二甲双胍的剂量；利拉鲁肽也可与磺脲类药物联合治疗，与磺脲类药物联用时，应适当减少磺脲类药物的剂量以防范低血糖的风险。调整利拉鲁肽的剂量时，无须进行自我血糖监测，而与磺脲类药物联合治疗则需调整磺脲类药物的剂量，应进行自我血糖监测。
不良反应：①最常见的不良反应为胃肠道不适：恶心和腹泻非常常见，呕吐、便秘、腹痛和消化不良常见。在治疗开始阶段，这些胃肠道不良反应发生频率较高，在治疗持续数天或数周内减轻；②可有头痛和上呼吸道感染。③低血糖尤其与磺脲类药物联用时较为常见。④轻度肾功能损害时，不需要进行剂量调整；中度肾功能损害患者适当调整剂量；不推荐诺和力用于终末期肾病。⑤肝功能损害：不推荐诺和力用于轻、中、重度肝功能损害患者。
注意事项：①部分有过敏反应；②孕妇及哺乳期妇女慎用；③本品不得用于1型糖尿病患者或用于治疗糖尿病酮症酸中毒；④不得用于有甲状腺髓样癌（MTC）既往史或家族史患者以及2型多发性内分泌肿瘤综合征患者；⑤纽约心脏病学会（NYHA）分级Ⅰ-Ⅱ级的充血性心力衰竭治疗中，尚无报道，故不推荐本品用于充血性心力衰；⑥伴随一过性的胃肠道不良反应，包括恶心、呕吐和腹泻。发现使用其他GLP-1类似物与发生胰腺炎风险相关；已有少数急性胰腺炎的报道；应告知患者出现持续性腹痛，怀疑发生了胰腺炎，应该停用本品；⑦临床相关试验报告本品有升高血降钙素、甲状腺肿和甲状腺肿瘤在内的甲状腺不良事件。
5.诺和胰岛素
诺和胰岛素：是一种蛋白质激素，由胰脏内的胰岛β细胞分泌，胰岛素参与调节糖代谢，控制血糖平衡，可用于治疗糖尿病。其分子量为5808道尔顿。胰岛素应用于临床数十年，从抗原性较强的第一代动物胰岛素发展到基因重组且需餐前30分钟注射的第二代人胰岛素；1921年7月27日进一步成功地研发出现在可以模拟生理性人胰岛素分泌模式的胰第三代胰岛素类似物。
作用机理：胰岛素是由胰脏内的胰岛β细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素，可促进糖原、脂肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用于糖尿病治疗。胰岛素品种有猪和人胰岛素两种。诺和灵R、优泌林R和甘舒霖R为人胰岛素，有优泌乐（赖脯胰岛素）和诺和锐（门冬胰岛素）等。按发挥作用时间不同，有下列品种。
（1）短效胰岛素：本品注射后30分钟开始作用，持续5～7小时，可用于皮下、肌肉注射及静脉点滴，一般在餐前30分钟皮下注射。
（2）中效胰岛素：有诺和灵N，优泌林N和甘舒霖N。本品注射后3小时起效，6～8小时为作用高峰，持续时间为14～16小时。作用持续时间的长短与注射的剂量有关。中效胰岛素可以和短效胰岛素混合注射，亦可以单独使用。中效胰岛素每日注射一次或两次，应根据病情决定。皮下或肌肉注射，但不可静脉点滴。中效胰岛素是混悬液，抽取前应摇匀。
（3）长效胰岛素（包括鱼精蛋白锌胰岛素）：来得时（甘精胰岛素）、诺和平（地特胰岛素），本品一般为每日傍晚注射，起效时间为1.5小时，作用可平稳保持22小时左右，且不易发生夜间低血糖，体重增加的不良反应亦较少；国产长效胰岛素是鱼精蛋白锌猪胰岛素，早已在临床使用。本品注射后4小时开始起效，8～12小时为作用高峰，持续时间约24小时，其缺点是药物吸收差，药效不稳定。长效胰岛素一般不单用，常与短效胰岛素合用，不可作静脉点滴。
（4）预混胰岛素：是将短效与中效胰岛素按不同比例（30/70、50/50、70/30）预先混合的胰岛素制剂，如诺和灵30R为30%诺和灵R与70%诺和灵N预先混合的胰岛素。选择30/70或50/50、70/30是根据病人早餐后及午餐后血糖水平来决定早餐前一次剂量皮下注射；根据晚餐后及次日凌晨血糖水平来决定晚餐前皮下注射剂量。
临床应用：诺和灵R是短效胰岛素；短效胰岛素联合长效胰岛素来得时，或长效胰岛素与速效诺和锐联合，治疗各时段高血糖者，其疗效可与胰岛素泵相媲美。①诺和灵30R即30%诺和灵R和70%诺和灵N预先混合而成，具有短效和中效共同的作用特点。可以每日注射两次，覆盖全天的血糖；②诺和灵50R就是50%诺和灵R和50%诺和灵N预先混合而成，同样具有短效和中效共同的作用特点。每日注射两次，覆盖全天的血糖；③胰岛素类似物即诺和锐门冬胰岛素，又称门冬胰岛素诺和锐30和诺和锐50预混胰岛素，为长效短效胰岛素的混合。
胰岛素注射液用法与用量：①皮下注射：一般每日三次，餐前15～30分钟注射，必要时睡前加注一次小剂量。剂量根据病情、血糖、尿糖由小剂量（视体重等因素每次2～4U）开始，逐步调整。1型糖尿病患者每日胰岛素需用总量多介于每千克体重0.5～1U，根据血糖监测结果调整。2型糖尿病患者每日需用总量变化较大，在无急性并发症情况下，敏感者每日仅需5～10U，一般约20U，肥胖者对胰岛素敏感性较差，需要剂量相对增加。在有急性并发症（感染、创伤、手术等）情况下，对1型及2型糖尿病患者，应每4～6小时注射一次，剂量根据病情变化及血糖监测结果调整。②静脉注射：主要用于糖尿病酮症酸中毒、高血糖高渗性昏迷的治疗。可静脉持续滴入每小时成人4～6U，小儿按每小时体重0.1U/kg，根据血糖变化调整剂量；也可首次静注10U，加肌内注射4～6U，根据血糖变化调整。
不良反应：①低血糖较为常见，低血糖发生的频率随患者人群、剂量方案和血糖控制水平的不同而变化。②胰岛素治疗初始阶段，可发生屈光不正、水肿和注射部位反应。③注射部位疼痛、发红、荨麻疹、炎症、瘀青、肿胀和瘙痒；这些反应通常为一过性。④快速改善血糖水平控制可能发生急性痛性神经病变，这种症状通常是可逆的。⑤胰岛素强化治疗可能会暂时性恶化糖尿病视网膜病变，但长期改善血糖控制可以降低糖尿病视网膜病变进展风险。⑥特定的不良反应表现为全身性过敏反应（症状可能包括全身性皮疹、瘙痒、出汗、胃肠道不适、血管神经性水肿、呼吸困难、心悸和血压下降），虽十分罕见，但有可能危及生命。⑦脂肪代谢障碍：注射部位可能发生脂肪代谢障碍。
注意事项：由于在跨时区旅行时，患者要在不同时间使用胰岛素和进餐，请在旅行前征求医生的意见。