歷時(shí)7年，中國(guó)科學(xué)院院士林圣彩團(tuán)隊(duì)成功找到二甲雙胍直接作用靶點(diǎn)
文章來(lái)源：賢集網(wǎng)發(fā)布日期：2022-03-16瀏覽次數(shù)：131 二甲雙胍作為治療糖尿病常用的藥物對(duì)大眾來(lái)說(shuō)并不陌生。近年來(lái)，一些臨床研究發(fā)現(xiàn)，除了降低血糖，二甲雙胍在緩解脂肪肝、保護(hù)心血管、抑制腫瘤生長(zhǎng)及緩解神經(jīng)退行性疾病癥狀等方面也有一定效果。這些功效究竟從何而來(lái)？二甲雙胍上市用于臨床已有60多年，無(wú)數(shù)患者從中受益，但人們始終沒(méi)能摸清它的具體作用機(jī)制，從而極大限制了醫(yī)學(xué)界對(duì)這一良藥的理解和應(yīng)用。近日，這一“科學(xué)謎題”有了答案。中國(guó)科學(xué)院院士、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授林圣彩團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)7年科研攻關(guān)，成功找到二甲雙胍直接作用靶點(diǎn)，從分子角度勾畫出了二甲雙胍行使功能的路線圖，為進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍奠定了基礎(chǔ)，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。“另辟蹊徑”產(chǎn)生功效二甲雙胍是于20世紀(jì)20年代從植物山羊豆中分離得到的，隨后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其有降糖作用，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化。二甲雙胍于1957年上市，被廣泛用于對(duì)糖尿病的治療。通常認(rèn)為，二甲雙胍直接作用于肝臟、腎臟和腸道，在轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞后，主要通過(guò)激活單磷酸腺苷激活的蛋白質(zhì)激酶（AMPK）信號(hào)通路來(lái)發(fā)揮降低脂肪含量、血糖等重要生物學(xué)功能。AMPK被譽(yù)為人體代謝的總開關(guān)，在細(xì)胞能量水平下降時(shí)，被升高的磷酸腺苷（AMP）所激活，起到維持物質(zhì)和能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)功能等重要作用。那么二甲雙胍究竟是如何控制這個(gè)開關(guān)的？此前有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過(guò)抑制線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物的功能，從而提升AMP水平，激活A(yù)MPK，發(fā)揮功效。但值得注意的是，這些實(shí)驗(yàn)使用了極高的、超過(guò)臨床濃度二甲雙胍，遠(yuǎn)超臨床用藥劑量，因此這一作用結(jié)果很難真實(shí)反映生理效應(yīng)。值得一提的是，在研究二甲雙胍激活A(yù)MPK的機(jī)制時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。和二甲雙胍相比，其他合成的AMPK激活劑并不具有二甲雙胍的所有功效，而臨床劑量的二甲雙胍對(duì)于AMP的水平提升也沒(méi)有任何作用。直觀地說(shuō)，患者在使用二甲雙胍治療時(shí)，細(xì)胞中使AMPK得以激活的AMP水平并未提升，可是藥物卻依然奏效。長(zhǎng)期致力于代謝穩(wěn)態(tài)和代謝疾病發(fā)生機(jī)制研究的林圣彩團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，種種跡象表明，二甲雙胍對(duì)AMPK的激活可能是“另辟蹊徑”的，很可能是以一條全新的、不依賴于AMP的通路來(lái)激活A(yù)MPK。2016年，該團(tuán)隊(duì)發(fā)表了二甲雙胍可能通過(guò)他們先前發(fā)現(xiàn)的，機(jī)體感應(yīng)饑餓和血糖水平下降時(shí)所用的一條名為溶酶體途徑的通路來(lái)激活A(yù)MPK的初步結(jié)論，為二甲雙胍的功效行使指明了粗略方向。“當(dāng)時(shí)的研究，相當(dāng)于追蹤小偷進(jìn)入了大樓，卻還不知道他在哪個(gè)房間?！绷质ゲ市蜗蟮亟忉尩??；谏鲜鲅芯糠较?，該團(tuán)隊(duì)又經(jīng)過(guò)了5年多探索，果然找到了二甲雙胍的分子靶點(diǎn)——PEN2，證實(shí)了溶酶體途徑才是二甲雙胍激活A(yù)MPK的正確通路。用“魚鉤”釣出的靶點(diǎn)在這一工作中，林圣彩團(tuán)隊(duì)首先和廈門大學(xué)鄧賢明團(tuán)隊(duì)合作，后者通過(guò)一系列摸索，突破了多個(gè)化學(xué)合成上的難題，合成了二甲雙胍的化學(xué)探針。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)探針的工作原理與釣魚類似，前端的“魚鉤”是二甲雙胍這個(gè)分子，后端的“釣竿”則是一個(gè)名為生物素的標(biāo)簽。當(dāng)前端的二甲雙胍分子碰到了它所結(jié)合的蛋白，也就是靶點(diǎn)以后，科研人員就可以通過(guò)后端的標(biāo)簽，把二甲雙胍連同它的靶點(diǎn)一起“釣”上來(lái)，再通過(guò)分析，就能準(zhǔn)確知道二甲雙胍結(jié)合的靶點(diǎn)是什么。通過(guò)這種方法，研究團(tuán)隊(duì)從細(xì)胞中“釣”出了2000多種可能和二甲雙胍結(jié)合的蛋白，又從中篩選出了317種存在于溶酶體上的蛋白進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。通過(guò)逐一驗(yàn)證二甲雙胍和這些蛋白的相互作用，研究人員再次將范圍縮小到113種與二甲雙胍發(fā)生特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)。隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因沉默依次抑制這113個(gè)蛋白的表達(dá)，終發(fā)現(xiàn)一個(gè)與眾不同的蛋白——PEN2的表達(dá)被抑制時(shí)，二甲雙胍無(wú)法激活A(yù)MPK。這一結(jié)果說(shuō)明，PEN2能夠介導(dǎo)二甲雙胍對(duì)AMPK的激活，即PEN2就是二甲雙胍啟動(dòng)溶酶體通路、激活A(yù)MPK的關(guān)鍵靶點(diǎn)。隨后，研究者們進(jìn)一步在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了PEN2的身份。他們將小鼠、秀麗隱桿線蟲的PEN2敲除后發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍無(wú)法再激活A(yù)MPK，而且二甲雙胍誘導(dǎo)的降低葡萄糖水平、肝臟脂肪含量的效果也都消失了。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果都說(shuō)明，PEN2在二甲雙胍的作用機(jī)制中是個(gè)不可或缺的信號(hào)分子。對(duì)此，研究者們還特意強(qiáng)調(diào)，這條通路不依賴于AMP，不會(huì)使細(xì)胞內(nèi)AMP水平發(fā)生擾動(dòng)，這或許可以解釋為什么二甲雙胍在發(fā)揮其治療作用的同時(shí)還不會(huì)因降低了能量水平，對(duì)細(xì)胞造成傷害，從而引發(fā)明顯的副作用。或?qū)楦嗉膊≈委煄?lái)福祉學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，基于二甲雙胍作用機(jī)制，未來(lái)或許能開發(fā)出更加安全的新型替代藥物。例如，目前二甲雙胍只能作用于肝臟、腸道等少數(shù)幾個(gè)組織，其功效仍有局限性。如果人們想使用二甲雙胍，在減少脂肪的同時(shí)保留健碩的肌肉，而不是一起減少，就要尤其慎重。而在找到二甲雙胍分子靶點(diǎn)后，則極有可能設(shè)計(jì)出專一性靶向脂肪組織的二甲雙胍靶點(diǎn)藥物，這無(wú)疑為當(dāng)下日益嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩等各種代謝性疾病的治療帶來(lái)福祉。此外，PEN2在腫瘤的形成、衰老和癡呆的發(fā)生等過(guò)程中的作用也被逐步揭示。有研究發(fā)現(xiàn)，不少阿爾茲海默癥患者PEN2基因存在突變。因此，二甲雙胍靶向PEN2，可能會(huì)對(duì)預(yù)防和治療老年性癡呆產(chǎn)生作用。復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科主任李小英評(píng)價(jià)，“林圣彩團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)從分子角度勾畫出了二甲雙胍行使功能的路線圖，對(duì)提高藥物靶點(diǎn)的安全性和有效性都至關(guān)重要，為糖尿病的治療，乃至抗腫瘤、抗衰老藥物的研發(fā)和應(yīng)用提供了嶄新的思路。”研究團(tuán)隊(duì)表示，目前，解析類似于二甲雙胍這樣的小分子和蛋白質(zhì)的相互作用，仍是一個(gè)很前沿，或者說(shuō)很不成熟的領(lǐng)域。以他們此次發(fā)現(xiàn)二甲雙胍的靶點(diǎn)的經(jīng)歷來(lái)看，能與二甲雙胍結(jié)合的水溶性蛋白分子，就像水溶液中的各種鹽離子一樣數(shù)不勝數(shù)，而要從這這些海量的水溶性蛋白分子中“釣”出PEN2猶如大海撈針。對(duì)于這種情況，目前并沒(méi)有更好的篩選手段，的方法只能是不厭其煩地逐一篩選。此外，PEN2靶點(diǎn)能否完全解釋二甲雙胍產(chǎn)生的不同作用，是否還存在其他靶點(diǎn)，未來(lái)還需要投入更多研究。關(guān)于二甲雙胍的七大真相與家庭成員眾多的磺脲類不同,“雙胍類”只有二甲雙胍和苯乙雙胍兩兄弟，苯乙雙胍由于乳酸酸中毒發(fā)生率較高，現(xiàn)已退市。而二甲雙胍經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的洗禮，像窖藏的老酒，歷久彌醇，目前已被國(guó)內(nèi)外指南一致為2型糖尿病的一線口服降糖藥。雙胍類藥物是如何降糖的？二甲雙胍主要通過(guò)抑制肝糖原分解，減輕胰島素抵抗，促進(jìn)外周組織（肌肉、脂肪等）對(duì)葡萄糖的攝取和利用，降低食欲，減少腸道對(duì)糖的吸收來(lái)發(fā)揮降糖作用。服用二甲雙胍降糖外獲益二甲雙胍除降糖外，還有助于降低體重，連續(xù)服用二甲雙胍3～6個(gè)月，可使體重平均減輕1％～3％；改善脂代謝，能有效地降低血甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）及游離脂肪酸（FFA）；保護(hù)心血管，減少心腦血管疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；抗癌作用，能夠降低糖尿病患者的腫瘤發(fā)病率；減輕脂肪肝；治療多囊卵巢綜合征（PCOS）。哪些患者適合二甲雙胍？二甲雙胍適用于所有2型糖尿病患者，無(wú)論身體胖瘦、年齡大小均可服用，尤其適合于超重及肥胖的2型糖尿病患者，同時(shí)，二甲雙胍也是迄今為止被美國(guó)食品和藥品管理局（FDA）和歐盟批準(zhǔn)用于10歲以上的青少年2型糖尿病治療的口服降糖藥物。不僅如此，由于二甲雙胍可明顯改善胰島素抵抗，因此也可用于糖尿病前期患者的干預(yù)。二甲雙胍副作用大嗎？二甲雙胍的總體安全性良好，單獨(dú)應(yīng)用不會(huì)引起低血糖，常見的副作用是胃腸道不適，如食欲不振、惡心、厭食、口中有金屬異味、腹瀉等。二甲雙胍對(duì)肝臟有損害嗎？二甲雙胍不經(jīng)過(guò)肝臟代謝，主要以原形通過(guò)腎臟排泄，因此，它對(duì)肝腎基本沒(méi)有影響。但是，當(dāng)患者本身存在嚴(yán)重的肝腎功能不全時(shí)，容易造成二甲雙胍在體內(nèi)蓄積，并會(huì)影響乳酸的清除，因此，嚴(yán)重腎功能不全（eGFR＜45mL/min）或肝功能明顯異常（轉(zhuǎn)氨酶超過(guò)正常上限2.5倍）的糖尿病患者禁用。注意：尿蛋白陽(yáng)性不是應(yīng)用二甲雙胍的禁忌證。二甲雙胍怎么吃？二甲雙胍：每片250mg、500mg、850mg三種規(guī)格；常規(guī)用法：每次250～500mg，早晚兩次或早中晚三次服用。佳有效劑量是每天2000mg。餐前、餐中或餐后服用均可，這主要取決于患者胃腸道的耐受性以及制劑類型（普通片還是腸溶片）。胃腸耐受性差的，建議餐后服用或者選擇對(duì)胃刺激較小的腸溶片，以減輕胃腸道反應(yīng)；胃腸耐受性好的患者，服藥時(shí)間則不受此限制，餐前餐后均可。二甲雙胍使用注意事項(xiàng)二甲雙胍的佳劑量是2000毫克/日，大允許劑量是2550毫克/日，可分為每天2～4次服用。二甲雙胍對(duì)胃腸道有刺激作用，胃腸耐受性不好的患者建議餐中或餐后服用，以減少藥物對(duì)胃腸道的副作用。服用二甲雙胍前需檢查肝腎功能。當(dāng)患者eGFR≥60mL/min時(shí)，可以放心使用，無(wú)須調(diào)整劑量；當(dāng)患者eGFR在45～59mL/min之間時(shí)，可以減量使用；當(dāng)患者eGFR＜45mL/min時(shí)，應(yīng)當(dāng)禁用（注：國(guó)外指南eGFR＜30mL/min時(shí)禁用）。此外，肝功明顯異常者（肝酶超過(guò)正常上限2.5倍）禁用二甲雙胍。處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)的糖尿病患者，如肺心病、呼吸衰竭、充血性心衰、低血壓、休克、嚴(yán)重貧血等，禁用二甲雙胍。有糖尿病急性并發(fā)癥（如糖尿病酮癥酸中毒、乳酸酸中毒等）或處于應(yīng)激狀態(tài)（如嚴(yán)重感染、外傷、外科大手術(shù)等）的糖尿病患者禁用二甲雙胍。接受碘造影檢查的患者，須在注射造影劑前、后48小時(shí)內(nèi)停用二甲雙胍。因?yàn)榈庠煊皠?huì)影響二甲雙胍經(jīng)腎排泄，導(dǎo)致二甲雙胍蓄積，有可能引發(fā)乳酸酸中毒而危及生命。我國(guó)尚未批準(zhǔn)二甲雙胍用于妊娠及哺乳期糖尿病婦女。酗酒或酒精依賴者禁用二甲雙胍。因?yàn)樾锞频幕颊叨唐趦?nèi)有大量酒精進(jìn)入人體，會(huì)影響肝臟的代謝功能，降低對(duì)乳酸的清除能力，容易造成乳酸酸中毒。由于二甲雙胍可抑制線粒體的氧化還原能力，因此，“線粒體糖尿病”患者忌用。長(zhǎng)期服用二甲雙胍可能會(huì)影響人體對(duì)維生素B12的吸收，故長(zhǎng)期服用者可酌情適當(dāng)補(bǔ)充維生素B12。單獨(dú)應(yīng)用二甲雙胍一般不會(huì)出現(xiàn)低血糖，當(dāng)與其他類藥物或胰島素聯(lián)用時(shí)，可能導(dǎo)致低血糖。 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