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* 台南新樓 - 藥物資訊 - 藥劑科-胰島素的歷史

文/唐正乾組長

胰島素命名的由來
    1889年德國醫師明可斯基(Oskar Minkowiski)與梅林(Josef Von Mering)將一隻狗的胰臟摘除,結果這隻狗發生多吃、多喝、多尿、血糖升高與尿糖的症狀,顯現出胰臟和糖尿病的直接關聯性,然而這些能夠降低血糖的物質,源自於胰臟的何處?則仍是個謎。直到1893年朗基氏(Edouard Laguesse),確認胰臟內有一團一團的特殊細胞,與胰臟的內分泌有關,並將這些細胞命名為朗氏小島。1909年比利時醫師梅爾( Jean de Meyer)認為朗氏小島可能是分泌降血糖賀爾蒙的地方,並將此賀爾蒙命名為胰島素( Insuline)。
 
胰島素是什麼
    胰島素是一種賀爾蒙,由胰島貝他細胞(βcell)分泌,能幫助身體血液中的葡萄糖順利進入細胞內,產生新陳代謝並提供能量來源,當我們胰臟的貝他細胞不再分泌胰島素、胰島素分泌不足或胰島素不能夠被細胞所利用時,血糖就會上升,因而會出現糖尿病症狀。胰島素分子結構是由兩條胺基酸鏈組成;A鏈有21個胺基酸,B鏈有30個胺基酸;AB鏈之間有兩處二硫鍵相連接。正常成年人胰島貝他細胞中儲備的胰島素約有200單位(U),每天分泌量約40U胰島素。
正常人的貝他細胞是根據血液中葡萄糖(血糖)的濃度來分泌胰島素,當血糖上升會刺激貝他細胞分泌胰島素,相對的,當血糖下降則會抑制胰島素的分泌;身體經此正常生理調節機制,使我們的血糖維持在正常的範圍。由於胰島素是大分子蛋白質,會被胃酸、高溫與強光所破壞,因此目前的胰島素都必須由注射方式投藥,不能口服。惟生物科技日益精進,胰島素劑型的研發應可突破瓶頸,噴霧吸入、貼片甚至口服劑型是指日可期的。屆時當可嘉惠每位糖尿病患者免於打針的恐懼,提昇生活品質。
 
早期的胰島素萃取
    1907年德國醫師儲祖(George Zuelzer)正式發表研究報告,將狗的胰臟萃取物治療被摘除胰臟的狗,使其尿液葡萄糖排泄量減少,並且酸中毒情況也得以改善。這些萃取物中有一種稱為「Acomatol」的物質,甚至還取得美國專利權,但因為副作用太大又無法克服,始終無法正式用於人類糖尿病的治療。1921年羅馬尼亞醫師兼生理學教授包斯可(Nicolas Paulesco)發表,萃取自狗及牛胰臟的降低血糖物質並命名為「Pancreine」,然而Pancreine也因為會引起發燒及其他嚴重副作用,以致無法於臨床使用。
1921年加拿大醫師班庭(Frederick Grant Banting)與多倫多大學生理學教授麥克勞德(J.J.R. Macleod)及研究助理貝斯特(Charles H Best)成功的使用胰臟萃取出的胰島素(原先命名Isletin,因尊重1909年梅爾醫師的命名,故改名為Insuline),來治療他們的糖尿病狗Marjorie,並延長其生命達數月之久,然而發燒和其他副作用仍無法解決。而後,歷經不斷的萃取方式改良,1922年1月11日,他們首次將萃取物注射到人體身上。湯姆森(Leonard Thompson)為第1型糖尿病患者,當時年僅14歲(發病超過3年),在多倫多醫院住院,為等待死亡的病人。班庭醫師將改良後之萃取物注射到湯普生身上,成功的降低血糖並且改善糖尿病的相關症狀(藉著胰島素的治療,湯姆森多活了13年,直至1935年因流行性感冒併發症去世)。隨之而來,一波波的第1型糖尿病人湧入多倫多醫院,實驗室萃取法的產量無法滿足需求。因而與禮來公司(Eli Lilly)合作,以商業性的方法大量生產;1923年與丹麥諾和諾德公司(Novo Nordisk),生產第一個由牛胰臟萃取的胰島素。班庭和麥克勞德兩人也因此獲得1923年諾貝爾醫學獎。從北美與歐洲開始並普及全球,胰島素開啟了治療糖尿病的新紀元,解救了無數第1型糖尿病患者生命,並且大幅改善糖尿病患的生活品質。
 
新的胰島素針劑
    從1922年開始,改進胰島素的製造與使用的方便性從未間斷,如1934年發現加入鋅可以讓胰島素結晶。同時也發展不同特性之胰島素製劑,如中性胰島素懸浮液加入球蛋白或複合鋅或含鹼性物protamine及isophane,成為不易解離之複合物,延長注射部位的吸收,以適合不同療效期(短效、中效與長效)的需求。1970年利用色層分析技術,生產第一個純化後的單成分(monocomponent)之胰島素。盡管努力純化胰島素,然而由豬或牛胰臟所萃取的胰島素,結構上與人類胰島素不盡相同,因而容易產生過敏或其他副作用。因此生物科技上的目標就是,生產一個結構與人類胰島素相同,且不易產生過敏的胰島素。1980年人類胰島素基因DNA序列被發表,1982年Novo Nordisk公司,成功的將豬源胰島素的一個胺基酸替換,使它成為與人體胰島素相同結構的人類胰島素。1986年更開啟生物科技重要的里程碑,利用大腸桿菌或酵母菌的基因工程方法來生產人類胰島素(或稱人類基因重組胰島素),自此生產胰島素不再依賴動物胰臟,並且幾乎是無限制的大量生產。
以往胰島素製劑需藉由變換緩衝液,改變皮下注射後的吸收速率與療效期。然而20世紀末,胰島素治療又開啟另一個新里程碑:胰島素類似物(Insulin analogues)的發展。藉由分子結構之胺基酸排序的改變或置換,胰島素類似物是人類胰島素結構改變後的新產品。1996年Lilly推出的優泌樂(Humalog®, lispro)及1999年Novo推出的諾和瑞(NovoRapid®, aspart)都是速效型的胰島素類似物製劑;皮下注射後很快的被吸收,15分鐘後開始作用,3090分鐘達到尖峰,有效作用時間不到五小時。2001年Aventis推出的蘭德仕( Lantus®, glargine)及2004年Novo推出的瑞和密爾(Levemir®, detemir)則屬於長效型基礎胰島素類似物製劑;皮下注射後1小時才開始有作用,45小時候達到高作用活性,平穩的維持作用24小時,且幾乎沒有尖峰。基於胰島素使用的安全性與方便性考量,個別的公司也分別推出筆型注射針劑及預混合注射針劑的胰島素,期望能讓糖尿病患者的生活品質更具人性化。

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