本发明涉及糖尿病药物生产领域，具体涉及一种含脂肪酸侧链的胰岛素类似物的制备方法。
背景技术：
糖尿病是一种全球性的慢性代谢性疾病，需要终生治疗。在遗传或环境因素的作用下，胰岛b细胞无法分泌胰岛素或分泌量不足，就会引发糖尿病。1型糖尿病患者的胰岛b细胞已经丧失，会降解蛋白质和脂肪作为替代的能量来源，很容易导致酮症酸中毒。2型糖尿病患者体内存在胰岛素抵抗，其病情会随着胰岛b细胞功能减少而逐渐恶化。早期2型糖尿病患者会以锻炼、控制饮食及结合口服降糖药为主要治疗手段，但是随着病程的发展，无论1型糖尿病还是2型糖尿病，胰岛素都是必须的治疗手段之一。目前主要的3种长效胰岛素有甘精胰岛素(glargine)、地特胰岛素(detemir)和德谷胰岛素(degludec)。
目前上市的含脂肪酸侧链的胰岛素类似物包括诺和诺德公司的地特胰岛素和德谷胰岛素。地特胰岛素作为新一代的长效可溶性胰岛素类似物，是第一个采用化学修饰的方法获得的胰岛素类似物，即将人胰岛素b链上天然排位在第30位的苏氨酸去掉后，在第29位赖氨酸上结合1个14碳脂肪酸获得长效胰岛素。德谷胰岛素于2012年10月在日本上市，批准用于治疗1、2型糖尿病。德谷胰岛素也是在人胰岛素的基础上，去掉b30位的苏氨酸，通过1个l-γ-谷氨酸连接子，将1个16碳脂肪二酸连接b29位赖氨酸上获得的一种超长效的基础胰岛素类似物。这种独特的分子结构使其在注射前以稳定的可溶性、双六聚体形式存在于制剂中。其长效作用机制主要是：皮下注射后，随着制剂中苯酚的迅速弥散，德谷胰岛素通过脂肪二酸侧链自我聚集形成多六聚体，并于注射部位形成储存库，稳定、持久地发挥其降糖作用；此后，锌离子逐渐分散、多六聚体缓慢解离释放出单体通过毛细血管进入血液循环，添加的脂肪二酸侧链与血浆白蛋白发生可逆性结合，进一步减缓其向靶组织和血液循环扩散的速度，以发挥其长效降糖作用。
在胰岛素原类似物现有的酶切工艺中，需要用酸终止酶切反应，然后进行后续的纯化工艺。例如，在文献《门冬胰岛素原的酶切及产物分离纯化方法》中描述门冬胰岛素原经酶切终止后再经阳离子交换层析进行门冬胰岛素纯化。此外，现有的胰岛素类似物酰化前体的结晶收集工艺是通过离心获得，需要离心机的辅助，该步骤在放大生产中对离心设备有更高的要求。因此，现有的酶切工艺中酸的加入以及离心机的引入对于放大生产而言，增加了操作的过程和难度，以及生产成本，不利于放大生产。
技术实现要素：
本发明目的是克服现有技术的缺陷，提供一种制备含脂肪酸侧链的胰岛素类似物的方法。
本发明针对的含脂肪酸侧链的胰岛素类似物包括但不限于德谷胰岛素、地特胰岛素和连接十四烷基脂肪酸的门冬胰岛素。
具体而言，本发明提供的方法包括如下步骤：
(1)在含有胰岛素原类似物的溶液中加入胰酶进行酶切反应，通过取样检测酶切反应终产物的含量实时监控反应进度；
(2)通过加入结晶混合液以及调节ph值直接终止酶切反应，充分搅拌后，静置沉降结晶；充分沉降后，弃去上清至剩余溶液中所述酶切反应终产物(即酰化前体)浓度≥50g/l；
(3)将步骤(2)所得产物与脂肪酸侧链进行酰化反应，得到含脂肪酸侧链的胰岛素类似物。
本发明步骤(1)的目的是针对胰岛素原类似物进行酶切反应，以获得酰化前体。所述胰岛素原类似物是指本发明中的“胰岛素类似物”的前体物质，参考人体胰岛素原结构(胰岛素+c肽)，通过基因工程技术，在胰岛素b链的b1位之前插入一段氨基酸序列(优化设计的“类c肽”)后再连接胰岛素a链。其中，该类c肽与b1位连接的氨基酸为精氨酸或赖氨酸。在本发明的具体实施方式中，所述胰岛素原类似物可以是德谷胰岛素前体、地特胰岛素前体等。
本发明所述酶切反应终产物，即酰化前体，是指至少含一个赖氨酸游离残基的人胰岛素或其类似物，为含脂肪酸侧链的胰岛素类似物原料制备过程的重要中间产物。在本发明的具体实施方式中，步骤(1)检测的酶切反应终产物主要为切去b链30位苏氨酸的胰岛素类似物(即“desb30”)。
为了确保步骤(1)的酶切反应进行到最佳的程度，本发明采用实时监控的方式控制反应进度。作为本发明的一种优选方案，所述实时监控反应进度的方法具体为：反应开始后每隔20～30min取样，在取得的样品中加入终止液终止反应后送检，检测所述酶切反应终产物(即酰化前体)的含量。所述终止液优选为磷酸溶液。检测方法可采用本领域的常规方式，如高效液相色谱法。
作为本发明的一种优选方案，当体系中所述酶切反应终产物的含量≥70％时，即可进行后续的结晶操作。
本发明步骤(2)的目的是在步骤(1)形成溶液中直接进行结晶。本发明不采用现有技术中使用酸终止酶切反应，而是直接对酶切产物进行结晶，进行进一步提纯，从而使操作更加简便，工艺更加稳定，易于放大生产。
具体而言，本发明步骤(2)是在步骤(1)所得溶液中，加入结晶混合液，调节ph值，充分搅拌后，即可静置沉降结晶。
本发明所述结晶混合液包含酚衍生物、有机酸、盐和锌化合物。优选地，所述酚衍生物选自苯酚、间甲苯酚或间苯二酚；所述有机酸选自乙酸、甘氨酸或柠檬酸；所述盐选自氯化钠、柠檬酸钠、或乙酸钠；所述锌化合物选自氯化锌、氧化锌、硫酸锌或乙酸锌。
作为本发明的一种优选实施方式，所述结晶混合液包含苯酚，柠檬酸，柠檬酸钠以及乙酸锌。
本发明进一步对所述结晶混合液中各成分的用量进行优化。按步骤(1)所得溶液的体积(l)计，本发明优选加入质量体积百分比为0.05％～0.5％的酚衍生物，0.1％～1.0％的有机酸，0.2％-0.7％的盐以及0.01％～0.1％的锌化合物。
作为本发明的一种优选实施方式，按步骤(1)所得溶液的体积(l)计，步骤(2)加入质量体积百分比为0.05％～0.5％的苯酚，0.1％～1.0％的柠檬酸，0.2％-0.7％的柠檬酸钠以及0.01％～0.1％的乙酸锌。
本发明步骤(2)在调节ph值时，优选采用氢氧化钠。此处的ph值优选为5.5～6.2。
为了使结晶充分进行，本发明步骤(2)优选在100～300rpm搅拌速度下，搅拌不少于10min。所述静置沉降的时间优选不少于10min。
本发明步骤(2)无需通过离心方式获得结晶，而是待晶体沉降结束后，直接倒去大部分上清，直至剩余结晶中酶切反应终产物(即酰化前体)浓度≥50g/l，即可直接在其中进行后续的酰化反应。
本发明步骤(3)的目的是在步骤(2)形成的酰化前体结晶中进行酰化反应，以获得含脂肪酸侧链的胰岛素类似物。所述酰化反应采用本领域已知的酰化反应原理和常规的反应条件。
与现有技术相比，本发明提供的含脂肪酸侧链的胰岛素类似物制备方法在酶切反应中不需要终止酶切反应，直接结晶，进行进一步提纯，操作简便，且工艺稳定，易于放大生产。在收集结晶后的结晶体时，无需离心，直接通过晶体沉降倒去上清即可获得结晶体，同时不影响后一步的酰化反应，省去了此步骤中对离心机设备的引入，在工业生产中更易放大。此外，本发明提供的方法可以在同一个罐体中进行酶切、结晶和酰化三个步骤，不需要置换容器，方便快捷，利于工业化生产。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种德谷胰岛素的制备方法，具体为：
(1)取德谷胰岛素前体溶液15.62g，加入胰酶进行酶切，每隔一定时间取样，取得的样品用磷酸终止反应后送检，检测desb30纯度。反应开始95min后，体系中desb30纯度为71.35％，溶液共2.18l，可进行后续结晶步骤。
经检测，步骤(1)所得产物中desb30含量为12.34g。
(2)在步骤(1)所得溶液中加入苯酚8.38g，柠檬酸10.79g，柠檬酸钠9.64g以及乙酸锌0.59g，用氢氧化钠调样品ph至6.01，在250rpm搅拌速度下，搅拌10min，静置沉降30min，待晶体沉降结束后，倒去大部分上清，直至剩余结晶溶液共230ml，剩余desb30浓度为52.74g/l。
经检测，步骤(2)所得产物中desb30含量为12.13g，结晶收率为98.30％。
(3)将步骤(2)获得的desb30的结晶溶液，与中间连有谷氨酸的十六烷二酸侧链(化学名称：(s)-16-((1-羧基-4-((2,5-二酮基吡咯-1-基)氧基)-4-酮基丁基)氨基)-16-羰基十六烷基羧酸)进行酰化反应，获得德谷胰岛素。
经检测，步骤(3)所得产物中德谷胰岛素含量7.55g，收率为62.23％。
实施例2
本实施例提供了一种地特胰岛素的制备方法，具体为：
(1)取地特胰岛素前体溶液21.36g，加入胰酶进行酶切，取得的样品用磷酸终止反应后送检，检测desb30纯度。反应开始80min后，体系中desb30纯度为70.24％，溶液共3.75l，可进行后续结晶步骤。
经检测，步骤(1)所得产物中desb30含量为14.95g。
(2)在步骤(1)所得溶液中加入苯酚12.52g，柠檬酸25.53g，柠檬酸钠18.95g以及乙酸锌1.15g，用氢氧化钠调样品ph至5.97，在250rpm搅拌速度下，搅拌10min，静置沉降30min，待晶体沉降结束后，倒去大部分上清，直至剩余结晶溶液共176ml，剩余desb30浓度为83.24g/l。
经检测，步骤(2)所得产物中desb30含量为14.65g，结晶收率为97.99％。
(3)将步骤(2)获得的desb30的结晶溶液，与脂肪酸侧链(化学名称：十四烷基脂肪酸-n-琥珀酰亚胺酯-(2,5-二氧代吡咯烷-1-基十四烷酸脂))进行酰化反应，得到地特胰岛素。
经检测，步骤(3)所得产物中地特胰岛素含量9.17g，收率为62.59％。
实施例3
本实施例提供了一种连接十四烷基脂肪酸的门冬胰岛素的制备方法，具体为：
(1)取门冬胰岛素原溶液1.23g，加入胰酶进行酶切，取得的样品用磷酸终止反应后送检，检测门冬胰岛素desb30纯度。反应开始100min后，体系中门冬胰岛素desb30纯度为72.23％，溶液共0.23l，可进行后续结晶步骤。
经检测，步骤(1)所得产物中门冬胰岛素desb30含量为0.90g。
(2)在步骤(1)所得溶液中加入苯酚1.05g，柠檬酸1.65g，柠檬酸钠1.45g以及乙酸锌0.08g，用氢氧化钠调样品ph至5.71，在250rpm搅拌速度下，搅拌10min，静置沉降30min，待晶体沉降结束后，倒去大部分上清，直至剩余结晶溶液共15ml，剩余门冬胰岛素desb30浓度为60g/l。
经检测，步骤(2)所得产物中门冬胰岛素desb30含量为0.88g，结晶收率为97.78％。
(3)将步骤(2)获得的门冬胰岛素desb30的结晶溶液，与脂肪酸侧链(化学名称：十四烷基脂肪酸-n-琥珀酰亚胺酯-(2,5-二氧代吡咯烷-1-基十四烷酸脂))进行酰化反应，得到连接十四烷基脂肪酸的门冬胰岛素desb30。
经检测，步骤(3)所得产物中门冬胰岛素desb30lysb29(γ-谷氨酸nε-十六烷二酰基)含量0.54g，收率为61.36％。
对比例1
本实施例对现有酶切终止方法与本发明方法进行对比，具体为：
(1)取德谷胰岛素前体9.59g，进行胰酶酶切，取得的样品用磷酸按终止反应后送检，检测desb30纯度。反应开始140min后，体系中desb30纯度为74.21％，溶液共1100ml，可进行后续结晶步骤。
经检测，步骤(1)所得产物中desb30含量为7.38g。
(2)将步骤(1)所得溶液中分为两份，第一份700ml，desb30含量为4.70g，加入磷酸进行酶切终止，再加入苯酚2.85g，柠檬酸5.36g，柠檬酸钠2.79g以及乙酸锌0.35g，用氢氧化钠调样品ph至6.05；第二份400ml，desb30含量为2.68g，直接加入苯酚1.55g，柠檬酸3.41g，柠檬酸钠2.15g以及乙酸锌0.15g，用氢氧化钠调样品ph至5.97。两份样品均在150rpm搅拌速度下，搅拌不少于20min，静置沉降30min，待晶体沉降结束后，倒去大部分上清，然后经3900rpm离心5min倒去上清，得到两份结晶体。
经检测，步骤(2)所得第一份样品(即现有技术的方法)对应产物中，desb30含量为4.58g，结晶收率为97.45％；步骤(2)所得第二份样品(即本发明的方法)对应产物中，desb30含量为2.65g，结晶收率为98.88％。
结论：本发明的方法相比现有技术，无需加入酸进行酶切终止反应，直接结晶后即可得到相同结晶收率的结晶体。操作过程简单，成本更低。
对比例2
本实施例对现有技术中结晶离心获得晶体方法与本发明方法进行对比，具体为：
(1)取地特胰岛素前体21.44g，进行胰酶酶切，取得的样品用磷酸终止反应后送检，检测desb30纯度。反应开始140min后，体系中desb30纯度为71.22％，溶液共1750ml，可进行后续结晶步骤。
经检测，步骤(1)所得产物中desb30含量为17.59g。
(2)将步骤(1)所得溶液中加入苯酚7.38g，柠檬酸7.05g，柠檬酸钠9.04g以及乙酸锌0.35g，用氢氧化钠调样品ph至6.10，在300rpm搅拌速度下，搅拌不少于10min，静置沉降30min，待晶体沉降结束后，倒去大部分上清，剩余结晶溶液共240ml，然后平均分为两份：第一份为静置沉淀的desb30，结晶溶液共120ml，剩余desb30浓度为70.75g/l；第二份经3900rpm离心5min倒去上清，得到两份结晶体。
经检测，步骤(2)所得产物中desb30含量分别为8.49g与8.62g。
(3)根据接收到的两份desb30，分别与脂肪酸侧链(化学名称：十四烷基脂肪酸-n-琥珀酰亚胺酯-(2,5-二氧代吡咯烷-1-基十四烷酸脂))进行酰化修饰反应，得到两份地特胰岛素。
经检测，步骤(3)所得的第一份样品(即现有技术的方法)对应产物中，地特胰岛素含量为5.45g，收率为64.19％；第二份样品(即本发明的方法)对应产物中，地特胰岛素含量为5.62g，收率为65.20％。
结论：本发明的方法相比现有技术，无需引入离心设备，通过静置沉降即可达到相同收率的结晶体。更利于工业化生产。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。