↩ 研究与项目/超级肽入门读本

第 2 章 多肽药物百年史:从胰岛素到司美格鲁肽

The Super-Peptide Primer · 03

本章回答:多肽药物一百年里经历了哪几次技术跃迁,每一次的瓶颈和商业后果是什么。

2.1 时间线总览

一百多年的历史可以压缩成一张表。每一行是一个技术节点,右侧一栏是它当时解决的瓶颈。读者在读后面几节时可以随时回到这张表。

年份事件解决的瓶颈
1921 到 1922多伦多大学从动物胰腺提取胰岛素,首次用于患者证明一种内源物质可以当药
1923礼来开始商业化生产动物源胰岛素工业化提取与纯化
1953du Vigneaud 全合成催产素证明多肽可以被人工造出来
1955Sanger 测定胰岛素氨基酸序列蛋白可被逐位读出
1963Merrifield 发表固相合成方法合成从艺术变成流程
1965中国科学家全合成结晶牛胰岛素长链多肽合成的极限验证
1982Humulin 获 FDA 批准,首个重组 DNA 药物摆脱动物胰腺的原料约束
1986 到 1987GLP-1 被确认为肠促胰素找到新的内分泌轴
1992从毒蜥唾液中分离出 exendin-4找到天然抗降解的类似物
2005艾塞那肽获批,首个 GLP-1 类药物把 2 分钟半衰期做成每日两次
2010利拉鲁肽获批脂肪酸酰化实现每日一次
2014利拉鲁肽 3.0 mg 获批用于肥胖减重首次成为正式适应症
2017司美格鲁肽获批用于糖尿病每周一次
2021司美格鲁肽 2.4 mg 获批用于肥胖减重幅度进入两位数
2022 到 2023替尔泊肽获批用于糖尿病与肥胖双受体激动
2025 年底口服司美格鲁肽减重剂型获批口服多肽的商业验证
2026 年 4 月orforglipron 获 FDA 批准口服小分子进入 GLP-1 领域
2026 年 5 月瑞他鲁肽三期读出,减重最高约 30%三受体激动
2026 年 3 月司美格鲁肽中国化合物专利到期仿制窗口打开

这张表最重要的信息是节奏。从 1921 到 2005,八十四年里只发生了"提取、合成、重组"三次技术跃迁,而且每一次跃迁到下一次之间相隔二三十年。从 2005 到 2026,二十一年里发生了"长效化、多靶点、口服化、结局终点"四次跃迁。加速是真实的,但加速的来源不是分子设计能力,而是三件事的叠加:受体生物学被搞清楚、长效化的化学手艺积累到位、以及一个足够大的付费市场出现。这个区分在第 3 章和第 25 章里会反复出现。

2.2 提取时代:1921 到 1955

1921 年夏天,多伦多大学的 Frederick Banting 和 Charles Best 在 John Macleod 的实验室里,通过结扎狗的胰管使外分泌部分萎缩,再从残余组织中提取出一种能降血糖的物质。1922 年 1 月,这种提取物首次用于一名 14 岁的糖尿病患儿。在此之前,1 型糖尿病是确诊后数月内致死的疾病,唯一的干预手段是接近饥饿的限食疗法。1923 年诺贝尔生理学或医学奖授予 Banting 和 Macleod,这是诺贝尔奖历史上最快的一次授奖之一。同年礼来开始商业化生产,原料是屠宰场的猪牛胰腺。

这一阶段的瓶颈是原料的物理数量。一头牛的胰腺能提取的胰岛素以毫克计,一个患者一年的用量需要几十头牲畜的胰腺。整个 20 世纪中叶,胰岛素的供应受制于肉类工业的规模和屠宰场到药厂之间的冷链。这是药物史上第一次出现"分子本身不稀缺,获得分子的物理途径稀缺"的局面。本书的全部论证,某种意义上是这个局面的现代版本:在 AGI 时代,序列不稀缺,把序列变成合格原料药的物理途径稀缺。

1955 年,剑桥的 Frederick Sanger 完成了胰岛素的全序列测定,确定它由 A 链 21 个残基和 B 链 30 个残基通过二硫键连接而成。这是人类第一次读出一个蛋白质的完整氨基酸顺序,Sanger 因此获得 1958 年诺贝尔化学奖。测序的意义超出胰岛素本身:它确立了"蛋白质是一条有确定顺序的线性序列"这一认识。今天蛋白语言模型能把序列当作文本处理,前提正是 Sanger 在 1955 年确立的这个抽象。

这一时期的商业后果是:胰岛素成为一个由少数几家公司(礼来、诺和、Hoechst)控制的稳定生意,竞争发生在提取纯度和结晶工艺上,而不是分子上。药物的差异化来自制造,不来自设计。

值得单独指出的是这段历史里的专利处理方式。多伦多大学的发明人以象征性价格把胰岛素专利转让给学校,本意是防止任何人垄断这个救命药。结果是专利并没有阻止垄断,制造能力做到了:能把猪牛胰腺规模化提纯并稳定结晶的企业只有少数几家,谁掌握工艺谁就掌握市场。一百年后回看,这是关于"设计免费之后会发生什么"的第一个自然实验,答案是价值全部沉到了物理环节。

2.3 合成时代:1953 到 1969

1953 年,康奈尔医学院的 Vincent du Vigneaud 完成了催产素的全合成。催产素只有 9 个残基,但它是人类第一次从头造出的多肽激素,而且合成品在生理活性上与天然品一致。du Vigneaud 因此获得 1955 年诺贝尔化学奖。合成催产素随后进入产科常规使用,用于引产和产后止血。这是"人造分子取代提取物"的第一个案例。

但用当时的溶液相方法合成一条 9 个残基的肽,需要几个月的手工操作,每一步都要分离纯化中间体,产率损失巨大。造 9 个残基尚且如此,造 30 个残基在当时几乎不可想象。

1963 年,洛克菲勒大学的 Bruce Merrifield 在《美国化学会志》上发表了固相合成方法。核心思路极其简单:把肽链的第一个氨基酸共价连在一颗不溶的树脂小球上,此后每加一个氨基酸,只需要把试剂倒进去反应,再用溶剂把多余试剂和副产物洗走,产物始终留在小球上。分离纯化这个最耗时的步骤,被"过滤和洗涤"取代了。Merrifield 用这个方法在 8 天内合成了 9 个残基的缓激肽,产率 32%,后来改进到 68%。同样的工作用溶液法需要几个月。

固相合成的真正意义不是速度,而是流程化。每一轮操作完全相同:脱保护、洗涤、偶联、洗涤。相同的操作可以被机器执行。1965 年 Merrifield 与合作者做出了第一台自动肽合成仪,1969 年他们合成了含 124 个残基的核糖核酸酶 A。Merrifield 因此获得 1984 年诺贝尔化学奖,授奖词是"发展了在固体基质上进行化学合成的方法"。

1965 年 9 月,中国科学家在上海完成了结晶牛胰岛素的人工全合成,这是世界上第一次人工合成具有完整生物活性的蛋白质。这项工作在当时的国际影响与其说是技术路线的胜利,不如说是对"生命物质可以被人工制造"这一命题的证明。它同时也暴露了长链合成的成本:全合成的产率极低,完全不具备工业可行性。

固相合成也带来了一个从第一天起就存在、六十年后仍未解决的副产品:溶剂消耗。每一轮偶联和脱保护之后都要用大量有机溶剂冲洗树脂,行业长期使用的二甲基甲酰胺和二氯甲烷既昂贵又受环保法规限制。按质量计,生产 1 公斤多肽原料药所消耗的溶剂常在数百公斤到数千公斤量级,这个比值在化学制造业里属于极高水平。溶剂回收、绿色溶剂替代与连续流工艺,因此成为 2020 年代多肽制造最重要的降本方向,也是判断一家 CDMO 技术水平的硬指标之一。第 13 章会给出具体的物料衡算。

这一阶段的商业后果被严重低估:固相合成方法直到今天仍是全球 GLP-1 类药物原料药的主流生产路线之一,Merrifield 在 1963 年确立的四步循环,六十多年后仍是 Bachem、PolyPeptide、翰宇药业车间里正在跑的流程。第 13 章会逐步拆解这个循环的现代版本。一项 1963 年的方法学至今没有被替代,本身就是对"制造工艺的改进速度远慢于设计能力的改进速度"这一判断的历史证据。

2.4 重组时代:1978 到 1990

1978 年,Genentech 与希望之城的 Keiichi Itakura、Arthur Riggs 合作,用化学合成的基因在大肠杆菌里表达出人胰岛素的 A 链和 B 链,再体外连接。Genentech 把技术授权给礼来,礼来解决了工业规模的菌体培养、纯化和制剂问题。1982 年 10 月 28 日,FDA 批准 Humulin,它是全世界第一个获批的重组 DNA 药物。当时 FDA 新药平均审评时间为 30.5 个月,Humulin 只用了 5 个月。

重组路线解决的是 2.2 节的原料瓶颈:人胰岛素不再需要屠宰场,只需要发酵罐。同时它解决了免疫原性问题,因为产物是人序列而非猪牛序列。三年后 Genentech 的重组人生长激素获批,同样替代了此前从尸体垂体提取的产品,后者曾因传染朊病毒导致严重事故。

对多肽产业而言,1982 年的真正含义是路线分叉。从此以后,一条多肽有两条造法:化学合成和重组表达。选哪条,取决于链长、修饰复杂度、规模和成本。胰岛素(51 个残基,含三对二硫键)走重组;催产素(9 个残基)走化学;GLP-1 类药物的选择更微妙,诺和诺德的利拉鲁肽和司美格鲁肽采用酵母表达骨架再化学修饰的杂合路线,而礼来的替尔泊肽以固相合成为主。这两条路线的成本、产能扩张速度和技术门槛完全不同,它们在 2027 到 2030 年的产能竞赛中会给出不同答案。第 14 章专门讨论这场路线之争。

重组时代还留下了一个容易被忽略的制度遗产:监管机构第一次被迫为"生物技术产品"建立一套区别于化学药的审评框架。Humulin 的 5 个月审评之所以能实现,部分原因是 FDA 把它当作与既有动物源胰岛素等效的产品来评估,而不是当作一个全新实体。此后四十年里,"如何证明一个用新工艺造出来的分子与旧分子等同"成为多肽领域反复出现的监管问题,它今天的版本叫仿制多肽的等同性认定,是 2026 年之后中国和印度企业进入全球市场时必须跨过的门槛。第 23 章会展开这条监管线索。

1980 到 1990 年代同时是多肽药物的一段低谷期。大药企的资源被小分子占据,多肽因为不能口服、半衰期短、成本高,被视为利基领域。在这段时间里活下来的是那些"只有多肽能做"的适应症:GnRH 类似物亮丙瑞林用于前列腺癌和子宫内膜异位,生长抑素类似物奥曲肽用于肢端肥大症和神经内分泌肿瘤,去氨加压素用于尿崩症。这些药物的共同点是靶点位于细胞表面、剂量低、患者群小、可以接受注射。低谷期的生存策略,是本书第 20 章讨论"口服小分子威胁下多肽守得住什么"时可以直接借鉴的先例。

2.5 长效化时代:1986 到 2017

1986 到 1987 年间,多个实验室确认了胰高血糖素原基因的一段产物具有强烈的促胰岛素分泌作用,这就是 GLP-1。它是一个 30 个残基左右的肠道激素,进食后由小肠 L 细胞分泌,作用是刺激胰岛素分泌、抑制胰高血糖素、延缓胃排空、并作用于下丘脑产生饱腹感。它看起来是治疗 2 型糖尿病的完美分子,只有一个问题:血浆半衰期 1.5 到 2 分钟,DPP-4 酶会在第二位残基之后把它切断,剩下的残片被肾脏迅速清走。

1992 年,退伍军人事务部的 John Eng 从美国毒蜥的唾液中分离出 exendin-4,一个 39 个残基的多肽,与人 GLP-1 有约 53% 的序列同源性,能激活人 GLP-1 受体,而且天生对 DPP-4 不敏感,半衰期约 2.4 小时。这是一次典型的"进化已经替你做了优化"的发现。合成版本的艾塞那肽在 2005 年获 FDA 批准,商品名 Byetta,每日两次皮下注射。同年胰淀素类似物普兰林肽也获批。

艾塞那肽证明了这个受体可以成药,但每日两次注射的依从性差,疗效也有限。真正的突破来自诺和诺德对人 GLP-1 骨架的工程化。利拉鲁肽在人 GLP-1 序列上做了一处残基替换,并在第 26 位赖氨酸侧链接了一条 16 碳棕榈酸,使分子可逆结合白蛋白,半衰期提高到约 13 小时,实现每日一次。2010 年获批用于 2 型糖尿病,2014 年 12 月剂量提高到 3.0 mg 后获批用于肥胖,成为第一个正式的 GLP-1 类减重药。

司美格鲁肽把这条路线推到了当时的极限。三处改动同时上:第 8 位的丙氨酸换成非天然的氨基异丁酸以抵抗 DPP-4,第 26 位换接 18 碳二羧酸并加入亲水间隔臂以增强白蛋白结合,第 34 位替换以避免脂肪酸接错位置。结果是半衰期约 165 小时,每周注射一次。2017 年获批用于 2 型糖尿病,2019 年口服剂型获批用于糖尿病。

同一时期还有一条并行的技术路线值得记住,因为它代表了另一种答案。礼来的度拉糖肽把两段 GLP-1 类似物接到一个免疫球蛋白 Fc 片段上,借用抗体的天然长半衰期机制,2014 年获批,商品名 Trulicity。这条路线的分子变大到约 60,000 Da,制造回到哺乳动物细胞培养,成本结构与固相合成完全不同。度拉糖肽在 2015 到 2022 年间是礼来的主力产品之一,此后被替尔泊肽接替。这段历史说明同一个受体可以有截然不同的工程解法,而工程解法的选择会直接决定一家公司需要建什么样的工厂。凡是评估一家公司的多肽产能时,第一个问题永远是它走的是哪条路线。

这一时期的教训是清晰的:从 2005 年的艾塞那肽到 2017 年的司美格鲁肽,靶点没有变,变的全是化学工程。同一个受体,同一类配体,十二年的工程积累把疗效和依从性提高到了可以改变一个疾病领域的程度。这段历史是对"设计免费之后价值去哪里"这个问题最直接的历史回答:即便在 AI 出现之前,真正的价值也不在"想到 GLP-1",而在"把 GLP-1 做成每周一次并且能规模生产"。

2.6 减重时代:2021 到 2026

2021 年 6 月,司美格鲁肽 2.4 mg 获 FDA 批准用于慢性体重管理,商品名 Wegovy。支撑批准的 STEP 1 三期试验中,68 周平均减重 14.9%,安慰剂组为 2.4%。这个数字把减重药从"边缘美容需求"变成了"可以做结局试验的慢性病治疗"。

2022 年 5 月,礼来的替尔泊肽获批用于 2 型糖尿病,商品名 Mounjaro。它同时激动 GIP 受体和 GLP-1 受体,是第一个成功的双受体肠促胰素。2023 年 11 月获批用于肥胖,商品名 Zepbound。SURMOUNT-1 三期试验中,15 mg 组 72 周平均减重 20.9%。

2022 到 2024 年发生的事情,是本书论证的现实来源。需求在两年内增长了一个数量级,而供给跟不上。司美格鲁肽和替尔泊肽在美国和欧洲多次被列入药品短缺清单,短缺的环节不是分子设计,而是原料药的固相合成产能与预充式注射笔的灌装封装产能。短缺直接催生了两个后果:美国的复方药房在短缺期间大量配制未经批准的司美格鲁肽制剂,形成一个规模可观的灰色市场(第 24 章处理);两家公司同时启动了制药史上罕见规模的产能投资,诺和诺德一方在 2024 年通过关联交易获得 Catalent 的多处灌装厂,礼来则在美国北卡罗来纳、印第安纳和爱尔兰等地建设新厂,投资规模以百亿美元计。

这是一场用钢筋水泥回应算法无法解决之问题的运动。一个足以说明问题的对照是:把司美格鲁肽的序列写在纸上需要一秒,把它的年产能提高一吨需要三年和十亿美元量级的资本开支。全书的核心论点,就是这个对照在 AGI 时代会被放大而不是被抹平。

2023 年末公布的 SELECT 试验是另一个分水岭。在超重或肥胖且有心血管疾病但无糖尿病的成人中,司美格鲁肽显著降低主要心血管不良事件风险约 20%。这个结果把 GLP-1 类药物从代谢科搬进了心血管科,也为后续的支付方谈判提供了硬证据。

2025 年底到 2026 年,四件事同时发生,构成本书写作时的产业现状。

第一,口服剂型商业化。诺和诺德的口服司美格鲁肽减重剂型于 2025 年底获批并在 2026 年 1 月上市,2026 年第二季度贡献约 5 亿美元销售额。

第二,口服小分子进入。礼来的 orforglipron 于 2026 年 4 月 1 日获 FDA 批准,商品名 Foundayo,是第一个不受进食与饮水限制的口服 GLP-1 类减重药。ATTAIN-1 三期试验中,36 mg 组 72 周平均减重 12.4%,6 mg 组 7.8%,12 mg 组 9.3%。疗效低于注射剂,但它是有机合成小分子,制造放大不依赖固相合成产能。2026 年第二季度其销售额为 9,800 万美元,处于上市初期。

第三,多靶点读出。礼来的瑞他鲁肽同时激动 GLP-1、GIP 和胰高血糖素三个受体。2026 年 5 月公布的 TRIUMPH-1 结果中,滴定至最大耐受剂量的受试者体重下降最高约 30%;TRIUMPH-4 中 12 mg 组 68 周平均减重 28.7%,是迄今三期肥胖试验的最高值。礼来表示 2026 年将提交肥胖、阻塞性睡眠呼吸暂停和膝骨关节炎的注册申请。按常规审评时间推算,获批不早于 2027 到 2028 年。

第四,市场规模确认。2026 年第二季度礼来全球收入 230 亿美元,同比增长 48%,其中 Mounjaro 收入 99.4 亿美元同比增长 91%,Zepbound 收入 49.3 亿美元同比增长 46%,两者合计接近公司季度收入的 65%。同期诺和诺德在降价与重组压力下表现疲弱。一个药物类别在五年内把两家公司推到全球制药业收入前列,这在药物史上没有先例。

第五,制造端的跟进。2026 年至今全球多肽 CDMO 宣布的扩产投资超过 24 亿美元,参与方包括 Lonza、Bachem、PolyPeptide、Almac 与赛默飞世尔。Bachem 位于瑞士 Bubendorf 的新产线 Building K 于 2026 年 4 月落成,预计在 2026 年下半年开始贡献商业化原料药销售,公司同期给出的本币销售增长指引为 35% 到 40%,并宣布在瑞士 Sisslerfeld 追加超过 5 亿瑞郎的新建投资。中国一侧,圣诺生物 2026 年上半年营收 5.07 亿元人民币、净利 1.35 亿元人民币,同比均增长超过 50%,其中多肽原料药收入 3.45 亿元人民币,同比增长 82.7%,司美格鲁肽与利拉鲁肽已完成美国 DMF 备案;诺泰生物与一家欧洲大型制药公司签订了约 1.02 亿美元的 7 年 cGMP 高级中间体供应协议;翰宇药业与海外客户签订了 2.19 亿元人民币的 GLP-1 多肽原料药合同。这些数字表明产业链的价值正在从品牌药企向上游扩散,第三部会完整展开。

与此同时,2026 年 3 月 20 日司美格鲁肽在中国的化合物专利到期,十余家中国企业的仿制品处于后期开发或审评中,业内普遍预期 2026 年下半年起陆续获批。该产品在中国的标准降糖剂量价格自上市以来已下降超过 50%,仿制入场后还会继续下行。第 18 章会推演这场价格战。

2.7 一百年的六条教训

教训一:分子的发现从来不是瓶颈,把分子变成药才是。 GLP-1 在 1986 年就被确认,第一个 GLP-1 类药物在 2005 年上市,真正改变市场的分子在 2021 年上市。三十五年的间隔里,花掉的不是想象力,是化学工程、工艺放大和临床试验的时间。

教训二:每一次技术跃迁都是在解除一个物理约束,而不是提高一个认知水平。 重组解除了胰腺供应的约束,固相合成解除了溶液法纯化的约束,脂肪酸酰化解除了肾脏清除的约束。认知一直在前面,物理一直在后面。

教训三:制造路线的选择决定了公司二十年后的形态。 诺和诺德选择了发酵加化学修饰的杂合路线,礼来在替尔泊肽上更依赖固相合成,这两个选择在 2024 到 2026 年的产能危机中给出了不同的结果,也塑造了两家公司完全不同的资本开支曲线和供应商关系。

教训四:多肽经历过一次二十年的低谷,靠"只有多肽能做的适应症"活了下来。 1980 到 2000 年间多肽不是主流,活下来的是奥曲肽、亮丙瑞林这类无可替代的产品。如果 2026 年之后口服小分子拿走大众减重市场,多肽会退回类似的位置:多靶点、偶联药物、放射性配体、细胞内靶点这些小分子做不到的领域。这不是行业消亡,是行业回到利基。第 20 章会把这个情景量化。

教训五:临床证据的积累速度是恒定的,与技术进步无关。 GLP-1 类药物从 2005 年上市到 2023 年拿到心血管结局证据,用了十八年;从心血管结局到以全因死亡率为主要终点之一的 SURMOUNT-MMO 读出,还要再等数年。这段时间无法被任何算法压缩,因为事件的发生本身需要人活过那些年份。SURMOUNT-MMO 计划入组约 15,000 名年龄 40 岁以上、体质指数不低于 27、已有心血管疾病或多重风险因素的成人,覆盖 27 个国家的 664 个中心,主要终点是非致死性心肌梗死、非致死性卒中、冠脉血运重建、心力衰竭事件与全因死亡组成的五项复合终点。这类事件驱动型试验的读出时间由事件累积速度决定,不由入组速度决定。第 22 章会把这条约束量化。

教训六:一百年里,赚到最多钱的位置一直在移动,但从未离开"稀缺的物理能力"。 1923 年是屠宰场到结晶车间的链条,1982 年是大规模发酵与纯化,2024 年是固相合成反应器与预充笔灌装线。每一个时代,最大的利润都落在当时最难复制的物理环节上,而不是最聪明的想法上。这是本书全部论证的历史基础。

本章要点

与定位的关系

对资本定位而言,这段历史给出了一个可操作的判断顺序:先问这个分子解除了什么物理约束,再问谁拥有实现这个解除所需的产能。1982 年该买的不是重组 DNA 的概念,而是能把大肠杆菌发酵放大到工业规模的公司。2026 年同理,值得关注的不是"多肽"这个词,而是全球十家左右具备吨级 GMP 固相合成能力的厂家,以及它们的订单结构与扩产进度。历史还提醒了一个反向风险:低谷期真实存在过二十年,行业不会永远线性增长。本书不构成投资建议。

对事业定位而言,本章最有价值的一段是 2.5 节。2005 到 2017 的十二年里,价值的全部增量来自化学工程而非靶点发现。这十二年里最不可替代的人,是那些知道在第几位挂什么链、用什么间隔臂、如何在放大时控制区域选择性的人。AGI 能在几秒钟内提出数万个候选修饰方案,但把其中一个方案变成一条通过 FDA 检查的工艺,仍然需要一个懂反应器的人在车间里待两年。这个岗位在设计端变廉价之后会更值钱,第 30 章会给出具体的技能清单和路径。

对个人定位而言,本章提供的是时间尺度的校准。一个分子从概念到可信的人体证据,历史上的中位时间是二十年以上,即便在最顺利的近期案例里也要十年以上。任何宣称某个多肽"刚刚被发现有抗衰老作用"并且已经可以使用的说法,都与这个时间尺度矛盾。第 12 章和第 31 章会把这个校准变成证据分级表。本书不构成医疗建议。

资料来源

← 第 1 章 什么是多肽:化学、尺寸与药物模态的边界
第 3 章 为什么多肽是 AI 原生模态 →