本發(fā)明屬于藥物遞送領(lǐng)域，具體而言，涉及一種口服藥物遞送載體，尤其涉及一種糖響應(yīng)性分子連接器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、如今，糖尿病及其并發(fā)癥威脅著全球4.22億人的健康，這個(gè)數(shù)字仍在不斷增加，到2035年預(yù)期會(huì)上升至5.92億。不僅如此，全球每年與糖尿病及其并發(fā)癥相關(guān)的治療費(fèi)用也已超過5000億美元?；颊邤?shù)量的龐大與治療費(fèi)用的高昂都表明其已然成為一個(gè)全球重大公共衛(wèi)生安全問題。

2、胰島素替代療法是ⅰ型糖尿病治療不可或缺的一部分，也是晚期ⅱ型糖尿病型糖尿病治療的必要手段。在健康個(gè)體中，胰腺β細(xì)胞的內(nèi)源性胰島素分泌與血糖水平的波動(dòng)同步振蕩，從而最大限度地減少高血糖和低血糖。雖然外源性胰島素替代策略是為了模仿內(nèi)源性胰島素分泌而設(shè)計(jì)的，但每天注射或輸注胰島素的劑量必須根據(jù)個(gè)人的生理和生活方式仔細(xì)調(diào)整，包括每天可能發(fā)生的壓力、身體活動(dòng)和飲食攝入的變化，由于外源性胰島素不受內(nèi)源性反饋機(jī)制的調(diào)節(jié)，即使有精心設(shè)計(jì)的劑量方案，甚至在患者嚴(yán)格遵循醫(yī)囑的飲食和生活方式的情況下，糖尿病患者仍會(huì)不可避免經(jīng)歷高血糖或低血糖癥狀。

3、因此，通過以葡萄糖依賴的方式釋放胰島素來模擬β細(xì)胞的功能進(jìn)行安全有效的胰島素遞送具有吸引力?？勺晕艺{(diào)節(jié)的葡萄糖響應(yīng)的胰島素遞送系統(tǒng)被廣泛的開發(fā)。這些系統(tǒng)大多依賴于葡萄糖與葡萄糖氧化酶、葡萄糖結(jié)合蛋白和苯硼酸這三種物質(zhì)。

4、其中苯硼酸在快速響應(yīng)以及長效應(yīng)胰島素遞送系統(tǒng)的構(gòu)建中表現(xiàn)出良好的改造潛力，其與糖結(jié)合的能力和潛在的電荷轉(zhuǎn)變使苯硼酸成為胰島素遞送的理想材料。

5、但是現(xiàn)有技術(shù)中，通常將苯硼酸或苯硼酸衍生物與聚合物復(fù)合來制備胰島素遞送載體，如專利cn115671050a，以聚丙烯酰碳酸酯-聚己內(nèi)酯為原料，苯硼酸衍生物與雙羥基形成苯硼酸酯復(fù)合物，通過w/o/w乳化法和紫外交聯(lián)技術(shù)制得肝靶向的葡萄糖響應(yīng)性納米顆粒；還有研究者基于以上策略，制備了pba基團(tuán)修飾的聚n-(2-氨基乙基)丙烯酰胺，利用該材料負(fù)載胰島素，研究者已在在動(dòng)物(小鼠和豬)體內(nèi)驗(yàn)證了該系統(tǒng)良好的糖響應(yīng)性能和血糖控制效果。然而，上述的研究，制備的均為復(fù)合物材料，制備過程繁瑣，使用也并不方便，而且實(shí)際效果不佳。

6、因此還需找到更合適的，兼具良好糖響應(yīng)性能和降糖效果的口服胰島素遞送載體，且能夠降低制備難度和使用難度，提升實(shí)際效果，長效控制血糖的口服胰島素遞送技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種糖響應(yīng)性分子連接器及其制備方法和應(yīng)用，通過苯硼酸類似物與1,3二醇結(jié)構(gòu)酯化結(jié)合成一種全新的糖響應(yīng)分子連接器化合物，該化合物能通過酰胺化直接與胰島素生物鏈接，并具有非常好的葡萄糖響應(yīng)功能；高濃度的葡萄糖能與1,3-二醇結(jié)構(gòu)競爭性與苯硼酸結(jié)合，使胰島素溶解性增加，促進(jìn)胰島素的釋放；低濃度時(shí)則只有極少部分胰島素處于游離狀態(tài)，減少低血糖的發(fā)生。該化合物利用全新的機(jī)制實(shí)現(xiàn)胰島素的糖響應(yīng)，使糖響應(yīng)效果更加靈敏，且延長了治療時(shí)間，更有效控制血糖，而且其結(jié)構(gòu)簡單，易制備成本低，極具臨床應(yīng)用價(jià)值。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種糖響應(yīng)分子鏈接器化合物，所述化合物包括苯硼酸或苯硼酸類似物與醇類化合物分子酯化而形成。

3、所述苯硼酸的結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、本發(fā)明提供的糖響應(yīng)分子鏈接器化合物，也可以理解為是具備糖響應(yīng)能力的結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元由苯硼酸或苯硼酸類類似物與醇類化合物分子酯化而形成，能夠與胰島素直接鏈接結(jié)合并具有糖響應(yīng)的能力(圖1)，具有如下所示的結(jié)構(gòu)通式：

6、

7、其中的r1,r2,r3,r4分別為h、c1-c20烷基、c1-c20烯基、c1-c20炔基、羧基、氨基、取代c1-c20烷基、取代c1-c20烯基、取代c1-c20炔基或取代氨基；所述取代的基團(tuán)選自c1-c20烷基氧基、c1-c20烯基氧基、c1-c20炔基氧基、羥基、氨基或羧基，r5，r6，r7，r8，r9分別為h、烷基、烯基、炔基、羧基、氨基、取代烷基、取代烯基、取代炔基或取代氨基；所述取代的基團(tuán)選自烷基氧基、烯基氧基、炔基氧基、羥基、氨基或羧基。

8、進(jìn)一步地，所述苯硼酸類似物包括不同基團(tuán)修飾的苯硼酸；修飾基團(tuán)包括烷基、鹵素、硝基和酰胺中的一種或者多種；所述烷基為直鏈或者支鏈烷基，烷基的碳鏈長度為2-100個(gè)碳。

9、進(jìn)一步地，所述苯硼酸或苯硼酸類似物帶有羧基修飾。

10、本發(fā)明采用含有羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類似物構(gòu)建糖響應(yīng)分子鏈接器化合物，由于結(jié)構(gòu)中有羧基，可以和胰島素上的氨基進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)胰島素和該化合物的鏈接。

11、進(jìn)一步地，所述帶有羧基修飾苯硼酸或苯硼酸類似物包括如下所示的一種或多種：

12、

13、進(jìn)一步地，所述醇類化合物包括甲醇、二醇、三醇、四醇，多羥基醇或醛或酸以及以上數(shù)醇類的取代基；所述的取代基為烷基、鹵素、硝基、氨基、醚基、烯基、巰基、芳香基和酰胺中的一種或者多種。

14、進(jìn)一步地，所述醇類化合物為帶有二醇結(jié)構(gòu)的化合物，可為多羥基的烷烴或烯烴或脂肪胺或脂肪酸或巰基烷烴或硫醚或酰胺。較佳地，所述1,2-二醇結(jié)構(gòu)的類似物選自以下基團(tuán)中的一種或多種：

15、

16、或者

17、

18、或者

19、

20、本發(fā)明構(gòu)建的糖響應(yīng)分子鏈接器化合物，具有非常好的糖響應(yīng)能力，通過苯硼酸酯和二醇結(jié)構(gòu)酯化，這個(gè)酯鍵可以被葡萄糖分子切斷，從而釋放出胰島素。因此在高血糖情況下，高濃度的葡萄糖與二醇結(jié)構(gòu)競爭性與苯硼酸結(jié)合，導(dǎo)致苯硼酸酯鍵被切斷，胰島素溶解性增加，促進(jìn)胰島素的釋放，使胰島素具有良好的葡萄糖響應(yīng)釋放性能(圖1)，可以使機(jī)體迅速恢復(fù)正常血糖；在血糖正常情況下，只有極少部分胰島素處于游離狀態(tài)，減少低血糖的發(fā)生。

21、進(jìn)一步地，所述醇類化合物為1,3-二醇類化合物，可為多羥基的烷烴或烯烴或脂肪酸或酰胺，較佳地，選自如下的一種或多種：

22、

23、研究證明，采用1,3二醇與帶有羧基修飾苯硼酸或苯硼酸類似物反應(yīng)，生成的糖響應(yīng)分子鏈接器化合物，具有更好的糖響應(yīng)能力，從而能夠更有效、更長期地控制血糖。

24、在一些方式中，所述苯硼酸類似物優(yōu)選為4-羧基-3-氟苯硼酸：

25、

26、所述1,3-二醇類化合物優(yōu)選為：

27、

28、采用上述苯硼酸類似物和所述1,3-二醇類化合物制備的化合物，具有如下的結(jié)構(gòu)：

29、

30、另一方面，本發(fā)明提供了如上所述的糖響應(yīng)分子鏈接器化合物的制備方法，通過將苯硼酸或苯硼酸類似物與醇類化合物分子混合反應(yīng)，再經(jīng)純化制備。

31、進(jìn)一步地，所述制備方法包括以下步驟：將羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類化合物和1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物溶液混合后，加熱回流，純化后即得。

32、在一些方式中，所述羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類化合物和所述1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物的摩爾比較佳地為1：(1～3)。

33、在一些方式中，所述羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類化合物的溶液中溶劑可為本領(lǐng)域常規(guī)有機(jī)溶劑，可部分或完全溶解羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類化合物即可，優(yōu)選為甲苯或丙酮。

34、在一些方式中，所述1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物的溶液中溶劑可為本領(lǐng)域常規(guī)有機(jī)溶劑，可溶解1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物即可，優(yōu)選為甲苯或丙酮。

35、在一些方式中，所述羧基修飾的苯硼酸或苯硼酸類化合物溶液的濃度較佳地為1～200mg/ml，例如20mg/ml。

36、在一些方式中，所述1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物溶液的濃度較佳地為1～600mg/ml，例如20mg/ml。

37、在一些方式中，所述羧基修飾的苯硼酸類化合物可為取代基取代或未取代的對(duì)羧基苯硼酸或鄰羧基苯硼酸，其中，所述取代基可為鹵素和硝基中的一種或多種。

38、在一些方式中，所述羧基修飾的苯硼酸類化合物為4-羧基-3-氟苯硼酸。

39、在一些方式中，所述混合的方式包括將所述羧基修飾的苯硼酸類化合物的溶液與1,3-二醇結(jié)構(gòu)化合物溶液直接混合。

40、在一些方式中，所述加熱回流的時(shí)間為1～8h，例如4h。

41、在一些方式中，所述純化方法包括重結(jié)晶和柱層析。

42、在一些方式中，所述重結(jié)晶溶劑為甲苯或丙酮；所述柱層析選用200-400目硅膠，展開劑為10～50％乙酸乙酯/石油醚。

43、再一方面，本發(fā)明提供了一種糖響應(yīng)胰島素，采用如上所述的糖響應(yīng)性分子鏈接器化合物和胰島素混合反應(yīng)制得。

44、再一方面，本發(fā)明提供了一種糖響應(yīng)胰島素的制備方法，包括以下步驟：

45、(1)制備糖響應(yīng)性分子鏈接器化合物；

46、(2)加入胰島素溶液，反應(yīng)制得。

47、進(jìn)一步地，所述糖響應(yīng)胰島素的制備方法，包括以下步驟：

48、(a)先將所述糖響應(yīng)性分子鏈接器與n,n,n′,n′-四甲基-o-(n-琥珀酰亞胺基)四氟硼酸鹽和n,n-二異丙基乙基胺在溶劑中反應(yīng)；

49、(b)隨后加入胰島素溶液中反應(yīng)，調(diào)節(jié)ph至8～10，后處理即得；

50、在一些方式中，步驟(a)中，所述溶劑可為本領(lǐng)域常規(guī)，較佳地為無水dmf。

51、在一些方式中，步驟(a)中，所述反應(yīng)較佳地在常溫條件下進(jìn)行。

52、在一些方式中，步驟(a)中，所述糖響應(yīng)性分子鏈接器與n,n,n′,n′-四甲基-o-(n-琥珀酰亞胺基)四氟硼酸鹽和n,n-二異丙基乙基胺的摩爾比較佳地為1：(0.8～1.2)：(1.1～1.5)。

53、所述n,n,n′,n′-四甲基-o-(n-琥珀酰亞胺基)四氟硼酸鹽和n,n-二異丙基乙基胺的加入，有助于使糖響應(yīng)性分子鏈接器與胰島素發(fā)生酰胺化反應(yīng)從而鏈接在一起。

54、在一些方式中，步驟(b)中，所述反應(yīng)較佳地在冰浴條件下進(jìn)行。

55、在一些方式中，步驟(b)中，所述胰島素溶液的濃度較佳地為0.2～100mg/ml。

56、在一些方式中，步驟(b)中，所述胰島素溶液的溶劑較佳地為磷酸鹽緩沖液(pbs)或二甲基亞砜。

57、在一些方式中，步驟(b)中，所述胰島素溶液的ph較佳地為8～10。

58、在一些方式中，步驟(b)中，所述后處理較佳地為透析。

59、其中，所述透析可采用本領(lǐng)域常規(guī)的透析袋在去離子水中進(jìn)行，所述透析袋的截留分子量優(yōu)選為1k～3.5k。

60、在一些方式中，較佳地，透析時(shí)間為12～24h，例如12h。

61、本發(fā)明中，所述透析后形成白色絮狀沉淀，即為糖響應(yīng)性胰島素。所述糖響應(yīng)性胰島素在弱堿性水中可溶或易溶。

62、本發(fā)明制備的糖響應(yīng)性胰島素為無定形絮狀沉淀，皮下注射可以形成胰島素儲(chǔ)庫。通過生理?xiàng)l件下，葡萄糖與1,3-二醇和苯硼酸的競爭性可逆結(jié)合實(shí)現(xiàn)糖響應(yīng)(圖1)。在高血糖情況下，高濃度的葡萄糖與1,3-二醇結(jié)構(gòu)競爭性與苯硼酸結(jié)合，導(dǎo)致苯硼酸酯鍵的斷裂，使得胰島素溶解性增加，促進(jìn)胰島素的釋放，使胰島素具有良好的葡萄糖響應(yīng)釋放性能，可以使機(jī)體迅速恢復(fù)正常血糖；在血糖正常情況下，只有極少部分胰島素處于游離狀態(tài)，減少低血糖的發(fā)生。

63、再一方面，本發(fā)明提供了如上所述的糖響應(yīng)分子鏈接器化合物用于制備鏈接并葡萄糖響應(yīng)性釋放胰島素的試劑的用途。

64、再一方面，本發(fā)明提供了一種遞送胰島素的組合物，所述組合物包括如上所述的化合物與胰島素。

65、再一方面，本發(fā)明提供了如上所述的糖響應(yīng)性胰島素在制備治療糖尿病藥物中的應(yīng)用。

66、進(jìn)一步地，所述糖尿病可為1型糖尿病或晚期2型糖尿病。

67、在一些方式中，所述糖響應(yīng)性胰島素在應(yīng)用時(shí)，可用pbs或者生理鹽水重懸，通過皮下注射給藥進(jìn)行治療。

68、本發(fā)明具有以下有益效果：

69、1、首次構(gòu)建出一種全新的糖響應(yīng)分子連接器化合物，該化合物能通過酰胺化直接與胰島素生物鏈接，形成糖響應(yīng)性胰島素，并具有非常好的葡萄糖響應(yīng)功能，其結(jié)構(gòu)簡單，易制備成本低；

70、2、利用葡萄糖能與1,3-二醇結(jié)構(gòu)競爭性與苯硼酸結(jié)合的原理，提出了一種全新的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)胰島素的糖響應(yīng)，在高濃度的葡萄糖能與1,3-二醇結(jié)構(gòu)競爭，葡萄糖優(yōu)先與苯硼酸結(jié)合，導(dǎo)致苯硼酸酯鍵的斷裂，使胰島素溶解性增加，促進(jìn)胰島素的釋放；低濃度時(shí)，則只有極少部分胰島素處于游離狀態(tài)，減少低血糖的發(fā)生；該機(jī)制使糖響應(yīng)效果更加靈敏，且延長了治療時(shí)間，更有效控制血糖；

71、3、將糖響應(yīng)分子鏈接器化合物與胰島素偶聯(lián)，制得糖響應(yīng)性胰島素，皮下注射可以形成胰島素儲(chǔ)庫，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、快速的葡萄糖響應(yīng)的胰島素釋放；在糖尿病小鼠中，能夠快速調(diào)節(jié)血糖，作用平穩(wěn)持久，相比于現(xiàn)有糖尿病用藥能顯著延長有效時(shí)間，使血糖維持在正常范圍，并且?guī)缀醪粫?huì)發(fā)生低血糖。