[发明专利]含有葡萄糖调节的构象转换器的胰岛素类似物

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的合作协议下，由政府支持完成，资助编号为DK040949。美国政府享有本发明的某些权利。

发明背景

本发明涉及多肽激素类似物，其含有葡萄糖-构象转换器，因此显示出激素去组装的葡萄糖-反应性速率或与同源细胞受体的葡萄糖-反应性结合。描述了关于通过皮下、腹膜内或静脉内注射治疗患有1型或2型糖尿病的患者和非人类哺乳动物的胰岛素的应用。本发明的胰岛素类似物还可以表现出其它增强的药物性质，诸如增加的热力学稳定性，增强的对高于室温的热纤颤的抗性，降低的促有丝分裂性和/或改变的药代动力学和药效学性质。更具体地，本发明涉及下述胰岛素类似物，其赋予快速作用(相对于其规则可溶性形式的野生型胰岛素)、中间作用(与本领域已知的NPH胰岛素制剂相当)或延长的作用(与本领域已知的基础胰岛素相当，示例性地如地特胰岛素和甘精胰岛素)，使得与以低于生理范围的浓度(< 80 mg/dl；低血糖)溶解于含有葡萄糖的溶液中时相比，以高于生理范围的浓度(> 140 mg/dl；高血糖)溶解于含有葡萄糖的溶液中时，所述类似物对胰岛素受体的亲和力更高。

非标准蛋白(包括治疗剂和疫苗)的工程改造可以具有广泛的医疗和社会益处。天然存在的蛋白——如通常在人类、其它哺乳动物、脊椎生物、无脊椎生物或真核细胞的基因组中编码的那样——可以进化成在细胞背景下最佳地发挥功能，但对于治疗应用可能是次佳的。这样的蛋白的类似物可以表现出改善的生物物理、生物化学或生物学性质。蛋白类似物的益处是实现增强的活性(诸如新陈代谢的代谢调节，导致在高血糖条件下血糖浓度的降低)，和减少的不利作用(诸如低血糖的诱导或其恶化)。胰岛素提供了治疗性蛋白的一个实例。野生型人胰岛素和在其它哺乳动物基因组中编码的胰岛素分子结合位于多个器官和多种类型的细胞的胰岛素受体（无论是通过RNA剪接的替代方式或通过翻译后糖基化的替代模式生成的受体同种型）。医疗益处的一个实例是非标准设计可溶性胰岛素类似物，其对靶细胞表面上的胰岛素受体的固有亲和力，和因此其生物学效力，将取决于血流中葡萄糖的浓度。

胰岛素分子含有两条链，含有21个残基的A链，和含有30个残基的B链。成熟激素衍生自更长的单链前体，称为胰岛素原，如图1中所概述。胰岛素分子中的特异性残基通过氨基酸类型(通常以标准的三字母代码表示；例如Lys和Ala表示赖氨酸和丙氨酸)和上标所述链(A或B)以及在所述链中的位置表示。例如，人胰岛素的B链的位置14的丙氨酸通过Ala^B14表示；且同样地，赖脯胰岛素(Humalog®的活性组分，Eli Lilly and Co.)的位置B28的的赖氨酸通过Lys^B28表示。虽然该激素作为Zn²⁺-稳定的六聚体储存在胰腺β-细胞中，但其作为无Zn²⁺的单体在血液中起作用。施用胰岛素已长期被确定为糖尿病的治疗方法。在患有糖尿病的患者中常规胰岛素替代疗法的主要目的是严格控制血糖浓度以防止其偏离高于或低于健康人对象的正常范围特征。偏离高于正常范围与微血管疾病(包括视网膜病变、失明和肾衰竭相关)的长期风险增加相关。糖尿病患者的低血糖是胰岛素替代治疗中的常见并发症，并且当严重时可导致严重的发病(包括精神状态改变、意识丧失、癫痫发作和死亡)。事实上，对这种并发症的恐惧对于患者(和医师)获得血糖浓度(即在正常范围内或恰好高于正常范围的偏离)的严格控制的努力构成重大障碍，并且在具有长期确立的2型糖尿病的患者中，这种努力(“严格控制”)可导致死亡率上升。除了上述严重低血糖的后果(被称为神经低糖作用(neuroglycopenic effects))之外，轻度低血糖可能激活反调节机制，包括交感神经系统的过度活化，导致转为焦虑和发抖(被称为肾上腺素能的症状)。然而，糖尿病患者可能不会表现这种警示体征（称为低血糖无意识的状况）。缺乏轻度低血糖症状增加严重低血糖的风险及其相关发病率和死亡率。多发性和复发性低血糖发作也与慢性认知下降(具有长期存在的糖尿病的患者中的痴呆患病率增加的基础的提议机制)相关。因此，迫切需要新的糖尿病治疗技术，其降低低血糖的风险，同时防止血糖浓度高于正常范围的向上偏离。