查阅2023年上半年的全球药物销售额排行榜发现，有这样一类药物很是特殊，那就是GLP-1受体激动剂（GLP-1RA）。

其中诺和诺德（Novo Nordisk）有4款：分别是排名第4的Ozempic（司美格鲁肽降糖注射液），销售额高达60.77亿美元，同比增长58%；排名第44的Wegovy（司美格鲁肽减重注射液），销售额高达17.59亿美元，同比增长367%；排名第62的Rybelsus（司美格鲁肽降糖片），销售额高达12.15亿美元，同比增长97%；排名第96的Saxenda（利拉鲁肽减重注射液），销售额高达8.83亿美元，同比增长36%。而诺和诺德2023年上半年财报显示，其总营收为158.8亿美元，同比增长29%；仅上述4款药物就占到诺和诺德总营收的近三分之二，这也一举奠定了诺和诺德在GLP-1RA市场的龙头地位。

而礼来（Lilly）有2款:分别是排名第16的Trulicity（度拉糖肽降糖注射液），销售额高达37.90亿美元，同比增长4.0%（受到司美格鲁肽和替尔泊肽的冲击）；排名第50的Mounjaro（替尔泊肽降糖注射液），销售额高达15.48亿美元（2022年05月上市，无同比数据）。

目前，全球已经上市的GLP-1RA有12种，如下表所示。

GIP和GLP-1都通过与其特异性受体——GIP受体 （GIPR）和GLP-1受体 （GLP-1R）结合来发挥其作用。两种受体都属于G蛋白偶联受体家族，激活腺苷酸环化酶并增加胰腺β细胞中细胞内环磷酸腺苷（cAMP）的水平，从而刺激胰岛素分泌。GIP和GLP-1作为肠促胰素具有共同的性质，同时也具有不同的生物学特性。

GIP由上肠的K细胞分泌，GLP-1 由下肠的 L 细胞分泌。释放的GIP和GLP-1通过二肽基肽酶-4（DPP-4）快速进行蛋白水解处理，从而失活并从肾脏排泄。完整的GIP为GIP(1-42)，而GLP-1的活性形式为GLP-1(7-37)和GLP-1(7-36)。而DPP-4水解后形成的GIP(3-42)，GLP-1(9-37)和GLP-1(9-36)已失去其促胰岛素作用。

因GIP和GLP-1都有促进胰岛素分泌的作用，因此都有作为降糖药物的潜质。但由于半衰期都很短，成药较为困难。从20世纪80年代开始，如何延长半衰期一直是其成药的关键。

图4  GLP-1和艾塞那肽的比较

在John Eng发现Exendin-4可用于刺激胰岛素分泌后，他于1991年将研究成果发表在了《The Journal of Biological Chemistry》杂志上，并于1995年获得专利。其在1996年的美国糖尿病协会年会上展示了自己的研究成果，并与Amylin（后被Astrazeneca收购）达成了专利许可。

Amylin通过研究发现，Exendin-4的降糖作用是多种作用机制的结果，除了增强产出胰岛素的能力，它还抑制了胰高血糖素的释放，延迟了胃排空并减少了食物摄入。Amylin于1999年向FDA提交了IND申请。2002年，礼来获得了与Amylin共同开发推广该药物的权利。2005年4月，Byetta（艾塞那肽，Exenatide，每日2次）被FDA批准上市，用于服用口服降糖药无法控制的2型糖尿病患者的血糖辅助控制，并于2009年被批准作为独立疗法。2009年8月，Byetta（中文名：百泌达）在中国获批上市。

艾塞那肽虽然最初作为辅助用药，但因其可以有效地控糖和抑制食欲以减重，很多病人愿意直接使用，艾塞那肽在2008年达到其销售峰值6.78亿美元。

于2010年获批上市（每日1次，患者体验更高）的利拉鲁肽（Liraglutide）对艾塞那肽发起了挑战。面对挑战者，Amylin2009年与Alkermes合作，把艾塞那肽装到微球里，缓慢释放出来，从一天两针升级为一周一针，起名叫Bydureon（中文名：百达扬）。虽然中间与FDA存在各种摩擦，但最终还是于2012年1月获批上市。2018年1月通过三生制药于中国获批上市。艾塞那肽在中国的专利已于2016年到期。

诺和诺德在Amylin开发艾塞那肽时也进入了GLP-1RA市场。其对GLP(7-37)进行了系统性的研究。通过对GLP-1(7-37)氨基酸序列进行了系统的扫描，了解了每种氨基酸在多肽中的作用。结果显示N端（位置7、8、9、10、12、13和15）以及C端（位置28和29）的特定氨基酸对GLP-1的活性至关重要（后续研究确认是7、10、12、13、15、28和29）。

同时，诺和诺德在对GLP-1的改构时引入了脂肪酸侧链。脂肪酸侧链可与人血浆白蛋白（HSA）结合，从而起到延长半衰期、促进溶解和帮助运输的目的。

依据上述研究结果，衍生出一系列的包含各种脂肪酸的GLP-1RA，同时引入γ谷氨酸（γGlu）来补偿用于酰胺键的酸性基团的损失，以研究各种脂肪酸侧链对于药物的影响。初步的结论是，脂肪酸等于或长于12个碳原子则可使得皮下给药后的半衰期超过9小时。同时，脂肪酸链的位置接近N端时，受体结合的效力显著降低，并且N端的位置7、10、12、13、和15以及C端的位置28和29不适合添加脂肪酸侧链。

进一步的研究表明，使用通过γGlu连接超过14个碳的脂肪二酸会导致活性损失，而使用16个碳（棕榈酸酯）的单酸会保留活性。还探索了其他化学间隔物的使用，目的是用简单的非手性间隔物代替γGlu。结论是，使用棕榈酸酯和γGlu是在不影响受体效力的情况下获得适当的体内延长的最佳组合。研究结果汇总见下图。

图5  使用重组人GLP-1受体测量药物及其效力

基于这些初步研究和综合表征，选出具有最佳特性的构型：首先在位置34处用精氨酸代替赖氨酸（改构后仅剩位置26为精氨酸，便于后续连接脂肪酸，且对活性无影响），再通过在位置26处的赖氨酸残基上连接带有γGlu的C16脂肪酸（棕榈酸），最终命名为利拉鲁肽（Liraglutide）。最终实现了将高受体效力与最适合的一天一次剂量（半衰期为13小时）的药代动力学（PK）特性相结合。利拉鲁肽的另一个关键特性是其对DPP-4快速降解的部分保护，尽管His-Ala的N端并未改变。这种保护可能是由于与白蛋白的可逆结合，或直接的空间位阻。进一步的研究表明，利拉鲁肽除了具有延长半衰期的作用外，还具有延迟的皮下吸收。生物物理研究表明，利拉鲁肽的药物制剂会形成自组装的七肽，可以部分解释其皮下吸收的延迟。

图6  GLP-1和利拉鲁肽的比较

利拉鲁肽于2009年7月首先在欧盟上市，2010年在美国上市，用于治疗2型糖尿病，在美国商品名为Victoza；2011年进入中国市场，商品名为诺和力。利拉鲁肽上市后销售额稳步上升。2017年8月，利拉鲁肽进入国家医保目录，奠定了其在中国的市场基础。直到2018年，利拉鲁肽一直是GLP-1RA领域的王者（2018年降糖药Victoza销售额为36.56亿美元，减肥针Saxenda销售额为6.13亿美元）。利拉鲁肽在中国的专利已于2017年到期。

礼来除了与Amylin合作开发艾塞那肽外，还在开发自己的GLP-1RA。其主要策略是通过Fc融合的方式延长半衰期。引入IgG的Fc结构域可通过多种机制延长肽的半衰期。首先，与白蛋白的再循环过程类似，FcRn可以在酸性内体环境中与Fc结构域结合，以保护Fc结构域不被降解，同时在细胞外的中性pH环境中与Fc结构域解离。其次，Fc融合还通过增加肽的分子量来减少肽的肾清除率，这对主要由肾脏消除的GLP-1 RA尤其有利。最后，Fc融合还能减少DPP-4降解，这可能是由于大片段的空间位阻所致。

Fc融合的一个重要问题是其潜在的安全风险，这是由于Fc片段可通过Fc-γ受体相互作用触发抗体依赖性细胞介导的细胞毒性和介导的细胞裂解。与IgG1 Fc结构域相比，IgG2和IgG4 Fc结构域可能更有利，因为它们对Fc-γ和补体的亲和力较低。同时融合Fc后 GLP-1RA的效力是另一个问题，需要合适的间隔物来保持效力。

度拉糖肽由两个GLP-1类似物和一个IgG4 Fc融合而成。在GLP-1类似物中，Ala8被Gly取代以抵抗DPP-4降解，Gly36取代Arg以避免潜在的T细胞表位相互作用。针对IgG4 Fc区，在多个位置进行了修饰，以进一步减少其与Fc-y受体的相互作用，以避免ADCC免疫副作用。同时在GLP-1类似物和Fc部分之间添加了一个由1个氨基酸组成的间隔物，以防止活性损失。最终度拉糖肽的半衰期可达 4.7 天，允许每周给药一次。

图7  GLP-1和度拉糖肽的比较

度拉糖肽于2014年9月在美国上市，商品名为Trulicity，2019年2月在中国上市，中文名为度易达。2019年销量达到41.3亿美元，正式超越利拉鲁肽，成为GLP-1RA市场的王者。度拉糖肽在中国的专利将于2027年到期。

除了Fc融合的度拉糖肽和装进微球缓释的艾塞那肽外，为将给药延长至一周一次。多个厂商通过不同的策略进行了探索。罗氏的他司鲁泰（BIM-51077，Aib8,35 GLP-1 [7-36]酰胺）。通过改构Aib8保护他司鲁泰免受DPP-4降解。尽管3期试验已经完成，但由于一些过敏性休克病例，因此停止了上市批准。GSK的阿必鲁肽（通过将GLP-1类似物共价融合到人白蛋白上），因严重的不良反应，于2017年退市。礼来的LY2428757（聚乙二醇化GLP-1类似物），在2010年临床Ⅱ期完成后项目终止。不过同样的聚乙二醇化思路，豪森药业的聚乙二醇洛塞那肽，于2019年在中国上市，目前销售状况良好。

诺和诺德在设计司美格鲁肽时，使用体外和体内（动物模型）测定的利拉鲁肽的初步结果表明，在白蛋白存在下，很难实现在长血浆半衰期和足够高的GLP-1R亲和力之间实现最佳平衡。在解决这一挑战的综合研究计划中，策略是使肽尽可能与利拉鲁肽和内源性GLP-1相似，以避免免疫原性方面的不必要风险。因此，肽骨架仅在位置8处修饰，其中Ala被Aib取代，先前研究显示对DPP-4切割具有抗性并具有高GLP-1R亲和力。该策略的第二部分是找到具有高白蛋白亲和力的脂肪酸的最佳组合，通过水相容的化学间臂类修饰连接到GLP-1上，以确保衍生化肽在白蛋白存在下具有高GLP-1R效力。系统地评估了几种脂肪酸和间臂类修饰。基于连接研究，观察到“OEG”修饰的引入导致高受体效力和白蛋白亲和力。为了增加白蛋白亲和力，除了棕榈酸酯获得的亲和力之外，还探索了脂肪酸的长度和类型。将脂肪酸的长度从C16（棕榈酸酯）增加到C18或C20不会产生所需的性质。具有酰胺与间臂类修饰连接的近端脂肪酸以及远端脂肪酸的脂肪二酸被证明是获得高白蛋白结合和GLP-1R效力的解决方案。

图8  GLP-1和司美格鲁肽的比较

对 C12 至 C20 脂肪酸衍生物的系统测试表明，C18二酸与 γGlu-2xOEG 可使白蛋白亲和力与 GLP-1R 效力相结合。衍生物的构效关系清楚地表明脂肪二酸的长度很重要，司美格鲁肽中使用的C18二酸是最佳选择。随着二酸中碳原子从C1增加到C12的增加，GLP-18R的效力有明显的增加趋势，但是当使用更长的（>C18）二酸时，这种趋势发生了逆转。在受体结合测定中，当添加白蛋白时，C18二酸也显示出最高的亲和力偏移，表明白蛋白亲和力很强。在白蛋白亲和力测定中，脂肪酸衍生化肽均具有比天然GLP-1更高的白蛋白亲和力。同样清楚的是，与利拉鲁肽相比，包含二酸的衍生物具有更高的白蛋白亲和力，并且二酸的长度很重要。

图9  脂肪酸衍生肽与天然GLP-1的白蛋白亲和力

司美格鲁肽是诺和诺德继利拉鲁肽后上市的第二款GLP-1RA，也是继利拉鲁肽后全球第二款获得肥胖和2型糖尿病（T2DM）双适应症的GLP-1RA。司美格鲁肽有注射液和口服制剂两种剂型，司美格鲁肽注射液分别于2017年和2021年被FDA（商品名Ozempic）和NMPA（商品名诺和泰）批准用于治疗2型糖尿病；司美格鲁肽口服药（商品名Rybelsus）于2019年9月获得FDA批准，用于2型糖尿病患者的血糖控制，成为全球首个获批的口服GLP-1药物。2021年，司美格鲁肽注射液Wegovy被FDA批准用于成人肥胖症。

司美格鲁肽自上市以来，销售额急剧上升，2022年注射型、口服型降糖药以及减肥针三种剂型司美格鲁肽销售额首次突破百亿美元。司美格鲁肽在中国的专利将于2026年到期。

前文提到肠促胰素包含GIP和GIP-1，在正常的人体中肠促胰素效应（进餐以后）刺激的胰岛素分泌，约占整体的胰岛素分泌总量70%， GIP的在整个肠促胰素效应中占到了2/3，比重远高于GLP-1。

GIP存在GLP-1一样的问题，都会被DPP-4水解。而被DPP-4酶降解以后的GIP变成3-42片段，没有肠促胰素效应，不再刺激胰岛素分泌。尽管它没有刺激胰岛素分泌的生物活性，但它保留跟GIP受体（GIPR）结合的作用，因此它等同于内源性GIPR的拮抗剂。

不幸的是，GIP的可成药性很低，在T2DM患者中，达到超生理GIP浓度的输注未能引发显著的胰岛素分泌反应；因此，GIP输注不能快速使T2DM患者的血糖水平正常化。这种迟钝的反应可能是由高水平的循环葡萄糖下调GIP受体（GIPR）引起的。然而，大量数据表明，降低循环葡萄糖水平的药物可以在很大程度上克服GIP耐药性，为考虑将GIP作为降血糖疗法（如GLP-1类似物）的补充铺平了道路。此外，GIPR信号传导阻断呕吐并减轻GLP-1受体（GLP-1R）激活的其他负面副作用。

综合以上，礼来决定开发GIP/ GLP-1双受体激动剂。因替尔泊肽结构较为复杂，下面我们按照图10中的结构一一讲解各个氨基酸结构的作用。

图10  GLP-1、GIP、艾塞那肽和替尔泊肽的比较

保证GLP-1活性的关键氨基酸

前文提到GLP-1与活性相关的几个氨基酸（N端的位置7、10、12、13、和15以及C端的位置28和29），在替尔泊肽中大部分都得到了保留，仅替掉了两处：第一处是Tyr1，替尔泊肽采用GIP中Tyr1牺牲部分GLP-1活性，同时支持了其GIP活性；第二处是Val23，也是出于同样的考虑。

保证GIP活性的关键氨基酸

替尔泊肽中GIP活性的关键氨基酸包括Tyr1、Tyr10、Ile12、Asp15、Lys16、IIe17、Gln19、Val23、Ala28。其中对GLP-1活性影响很小，对GIP活性影响很大的有Tyr10、Ile12、Asp15、Val23和Ala28，而对GLP-1活性有一定影响，但对GIP活性至关重要的有Tyr1、Lys16、IIe17和Gln19。

保证艾塞那肽延长半衰期功能的肽段

在对艾塞那肽的研究中发现，与GLP-1相比，艾塞那肽在C末端有9个额外的残基，它们构成了所谓的“Trp笼”结构，折叠并保护Trp免受暴露。切除（29-39）对体外促胰岛素活性的影响最小，同时对GLP-1活性影响有限。同时保留可以减少艾塞那肽在体内的降解。替尔泊肽引入了这一研究成果，在C端（29-39）处保持与艾塞那肽一致。

改造的氨基酸

Aib2的改造基于前文提到的研究成果，这个位置是DPP-4切割位点，改为Aib2可有效防止DPP-4降解，同时对亲和力、cAMP 活性和促胰岛素活性影响很小。

Aib13的设计来源于回避GCG和GLP-2。GLP-1、GIP、GCG（胰高血糖素）和 GLP-2 具有高度同源性，因此应考虑设计的 GLP-1/GIP双重激动剂应回避GCGR和GLP-2R的激活。Aib13的改造实现了这一点，同时仅略微改变了GLP-1和GIP的活性。

Ala21可增加GLP-1活性，尽管它会略微降低GIP活性。

Gln24可以提高GLP-1活性并支持GIP活性。

 Ile27可保证对GLP-1和GIP活性都没有影响。

Lys20-X

在司美格鲁肽中，脂肪酸链连接在该位点，亲和力和活性增强。GLP-1 Lys26可能与受体形成极性相互作用，这可能被艾塞那肽中的Arg20增强，但不会产生空间位阻。GIP类似，因为GIP-Gln20似乎与GIPR-Asn120形成氢键，并不受阻碍地暴露在细胞外基质中。与替尔泊肽中的Lys20连接的脂肪酸链，与司美格鲁肽结构相近，只是中间多了两个碳链，连接处与末端一致，研究结果表明可以提高GLP-1活性，而GIP活性不受影响，更为重要的是延长替尔泊肽吸收和代谢。

小 结

与第一代GLP-1RA相比，替尔泊肽作为GLP-1/GIP双受体激动剂，有三个关键的改进：首先，肽骨架中的许多残基被改变以获得GIPR激活活性；第二，艾塞那肽的C末端序列的添加延长了半衰期；第三，新的脂肪酸侧链设计在实现延长半衰期的基础上，保证了活性不受影响。

最新的GLP-1R和GIPR的下游效应研究表明，受体激活不仅促进cAMP和刺激胰岛素释放，而且其他因素（β-抑制蛋白募集、停留时间等）也会影响受体内化，从而进一步延长半衰期。

替尔泊肽的降糖和减脂效果都更加明显，安全性同其他肠促胰素类药物类似。而胃肠道反应(如反胃、腹泻和便秘)相较于其它GLP-1R都有明显提升。

替尔泊肽于2022年5月在美国上市。同时，2023年8月替尔泊肽在中国的减重适应症上市申请已获NMPA受理，2023年9月其降糖适应症已提交申请。替尔泊肽在中国的专利将于2036年到期。

总 结

作为非胰岛素类降糖药开发的热门药物，GLP-1RA全球市场规模已经超百亿美元，吸引众多跨国企业和本土企业布局。根据戊戌数据显示，截至2023年10月，全球以GLP-1受体为靶点的临床项目共有138个。

在国内，今年6月，诺和诺德已提交司美格鲁肽注射液减重适应症的上市申请。今年7月27日，仁会生物贝那鲁肽注射液的肥胖或超重适应症的上市许可申请获批，成为国内首款，也是继诺和诺德研发的利拉鲁肽、司美格鲁肽之后，全球范围内第三款获批的GLP-1类减重新药。

除了仁会生物外，恒瑞医药、信立泰、甘李药业、华东医药、联邦制药、诺博特生物、双鹭药业、鸿运华宁等10余家企业布局GLP-1RA，竞争激烈。

与此同时，多靶点GLP-1类药物受追捧。GLP-1受体单靶点作用降低体重存在局限，经多次迭代后的GLP-1类似物仅具有适度的减肥功效，并且胃肠道副作用限制其高剂量的使用。因此，以GLP-1受体为基础的多靶点药物在降糖和减重领域已逐渐成为热门赛道。正因为如此，礼来的双靶点GLP-1类药物替尔泊肽有望与司美格鲁肽一较高下。

全球GLP-1类多靶点药物的“减重”适应症产品均未上市，除了礼来的替尔泊肽申报上市外，诺和诺德的CagriSema和信达生物/礼来的Mazdutide（玛仕度肽）也已经进入了Ⅲ期临床试验。其中，CagriSema是由长效胰淀素类似物cagrilintide和GLP-1RA司美格鲁肽组成。玛仕度肽则是胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）和胰高血糖素受体（GCGR）双激动剂。

此外，国内药企豪森制药、华东医药、鸿运华宁、硕迪生物也在针对该双靶点布局，但均处于研发早期阶段。

在GLP-1类三靶点激动剂布局中，礼来的Retatrutide进度最快，计划于今年启动Ⅲ期临床试验。除此之外，还有诺和诺德、赛诺菲的三靶点激动剂“减重”适应症进入Ⅰ期临床试验。

可以说，GLP-1RA市场，方兴未艾。

参考文献

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3. Inaishi J, Saisho Y. Exenatide Once Weekly for Management of Type 2 Diabetes: A Review. Clin Pharmacol. 2022;14:19-26. Published 2022 Feb 21. doi:10.2147/CPAA.S288846

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6. Wang L. Designing a Dual GLP-1R/GIPR Agonist from Tirzepatide: Comparing Residues Between Tirzepatide, GLP-1, and GIP. Drug Des Devel Ther. 2022;16:1547-1559. Published 2022 May 25. doi:10.2147/DDDT.S358989

7. Insight数据库，https://db.dxy.cn/v5/home

8. 戊戌数据，https://www.wuxuwang.com/

项目经验

关于多肽药物，臻拓医药成功开发了多个基于LC-MS/MS、ELISA、MSD和Cell-based检测方法，用以评估其在人体内的药代动力学、免疫原性和药效学，包括利拉鲁肽、艾塞那肽、司美格鲁肽、度拉糖肽、特立帕肽、阿巴多肽、亮丙瑞林和其他相关改剂改构产品。目前已完成多项临床试验的生物样品分析检测工作。