科技日報記者 符曉波

二甲雙胍作為治療糖尿病最常用藥物對大眾來說并不陌生。近年來，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、保護心血管、抑制腫瘤生長及緩解神經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？

盡管二甲雙胍上市用于臨床已有60多年，無數患者從中受益，但人們始終沒能摸清它的具體作用機制，從而極大限制了醫(yī)學界對這一良藥的理解和應用。

近日，這一“科學謎題”有了答案。中科院院士、廈門大學生命科學學院教授林圣彩團隊歷經7年的科研攻關，成功找到二甲雙胍直接作用靶點，首次從分子角度勾畫出了二甲雙胍行使功能的路線圖，為進一步拓展其應用范圍奠定了基礎，相關研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

二甲雙胍“另辟蹊徑”產生功效

二甲雙胍于20世紀20年代從植物山羊豆中分離得到，隨后科學家發(fā)現(xiàn)其有降糖作用，并對其進行結構修飾和優(yōu)化，于1957年上市廣泛用于糖尿病的治療。

通常認為，二甲雙胍直接作用于肝臟、腎臟和腸道，在轉運入細胞后，主要通過激活AMPK（單磷酸腺苷激活的蛋白質激酶）信號通路來發(fā)揮降低脂肪含量、降血糖等重要生物學功能。

二甲雙胍激活AMPK機制（林圣彩院士團隊供圖）

而AMPK被譽為人體代謝的總開關，在細胞能量水平下降時，被升高的AMP所激活，起到維持物質和能量穩(wěn)態(tài)調節(jié)等重要作用。那么二甲雙胍究竟是如何控制這個開關的？

此前有實驗發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過抑制線粒體電子傳遞鏈復合物，從而提升AMP水平，激活AMPK，發(fā)揮功效。但值得注意的是，這些實驗使用了極高的、超過臨床濃度二甲雙胍，其劑量遠超臨床用藥，這一作用結果很難真實反映生理效應。

值得一提的是，在研究二甲雙胍激活AMPK的機制時，科學家們還發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(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于AMP的水平提升也沒有任何作用。直觀地說，患者在使用二甲雙胍治療時，細胞中使AMPK得以激活的AMP水平并未提升，可是藥物卻依然奏效。

長期致力于代謝穩(wěn)態(tài)和代謝疾病發(fā)生機制研究的林圣彩團隊認為，種種跡象表明，二甲雙胍對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的通路用來激活AMPK。

2016年，該團隊發(fā)表了二甲雙胍可能通過他們先前發(fā)現(xiàn)的，機體感應饑餓和葡萄糖水平下降時所用的一條名為“溶酶體途徑”的通路，激活AMPK的初步結論，為二甲雙胍的功效行使指明了粗略方向。“當時的研究，相當于追蹤小偷進入了大樓，但是我們還不知道他在哪個房間。”林圣彩形象地解釋道。基于上述研究方向，團隊又經過了五年多探索，果然找到了二甲雙胍的分子靶點——PEN2，證實了溶酶體途徑才是二甲雙胍激活AMPK的正確通路。

用“魚鉤”釣出的靶點

在這一工作中，林圣彩團隊首先和廈門大學鄧賢明團隊合作，后者通過一系列摸索，突破了多個化學合成上的難題，合成了二甲雙胍的化學探針。簡單地說，這個探針的工作原理與釣魚類似，前端的“魚鉤”是二甲雙胍這個分子，后端的“釣竿”則是一個名為生物素的標簽。當前端的二甲雙胍分子碰到了它所結合的蛋白，也就是靶點以后，科研人員就可以通過后端的標簽，把二甲雙胍連同它的靶點一起“釣”上來，再通過質譜等手段分析，就能準確知道二甲雙胍結合的靶點是什么。

相關研究成果在《自然》雜志網站的論文截圖（林圣彩院士團隊供圖）

通過這種方法，研究團隊從細胞中“釣”出了2000多種可能和二甲雙胍結合的蛋白，又從中篩選出了317種存在于溶酶體上的蛋白進行進一步驗證。通過逐一驗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)生特異性結合的蛋白質。隨后，研究團隊通過基因沉默依次抑制這113個蛋白的表達，最終發(fā)現(xiàn)一個與眾不同的蛋白——PEN2的表達被抑制時，細胞對于二甲雙胍的治療變得不敏感，這時二甲雙胍無法激活AMPK。這一結果說明，PEN2能夠介導二甲雙胍對AMPK的激活，即PEN2就是二甲雙胍啟動溶酶體通路、激活AMPK的關鍵靶點。

研究者們進一步在動物體內實驗中證實了PEN2的身份。他們將小鼠、秀麗隱桿線蟲的PEN2敲除后發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍無法再激活AMPK，而且二甲雙胍誘導的降低葡萄糖水平、降低肝臟脂肪含量、壽命延長的效果也都消失了。

所有實驗結果都說明，PEN2在二甲雙胍的作用機制中是個不可或缺的信號分子。對此，研究者們還特意強調，這條通路不依賴于AMP，不會使細胞內AMP水平發(fā)生擾動，這或許可以解釋為什么二甲雙胍在發(fā)揮其治療益處的同時還不會由于降低了能量水平，造成對細胞的傷害從而引起明顯的副作用。

二甲雙胍有望開辟更多功效

學術界普遍認為，基于二甲雙胍作用機制，未來的或許能開發(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、腸道等少數幾個組織，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后，則極有可能設計出專一性靶向脂肪組織的二甲雙胍靶點藥物，這無疑為當下日益嚴重的營養(yǎng)過剩等各種代謝性疾病的治療帶來福祉。

此外，PEN2在腫瘤、衰老癡呆、降糖等作用中被逐步揭示。有研究發(fā)現(xiàn)，不少阿爾茲海默癥患者中PEN2基因存在突變。如果從PEN2基因角度解釋，似乎可能尋找到合適的答案。因此，二甲雙胍靶向PEN2，可能會對老年性癡呆產生作用。

復旦大學附屬中山醫(yī)院內分泌代謝科主任李小英評價，“林圣彩團隊的這一發(fā)現(xiàn)首次從分子角度勾畫出了二甲雙胍行使功能的路線圖，對提高藥物靶點的安全性和有效性都至關重要，為糖尿病的治療，乃至抗腫瘤、抗衰老的藥物研發(fā)和應用提供了嶄新的思路。”

研究團隊表示，目前，解析類似于二甲雙胍這樣的小分子和蛋白質的相互作用，仍是一個很前沿，或者說是很不成熟的領域。以他們此次發(fā)現(xiàn)二甲雙胍的靶點的經歷來看，二甲雙胍在水溶液中就像溶于其中的無數鹽離子一樣，而它所能結合的同樣是水溶性的蛋白分子，就如同水中的各種鹽離子一樣，也是數不勝數。即使對于PEN2這個靶點本身，他們都發(fā)現(xiàn)了多個能結合二甲雙胍的位點，這也是為什么他們課題組最后從2000多個潛在靶點中只找到了一個真正的靶點的原因。對于這種極高的“假陽性”，目前并沒有任何手段加以避免，唯一的方法只能是不厭其煩地逐一篩選。

此外，PEN2靶點能否完全解釋二甲雙胍產生的不同作用，是否還存在其他靶點，未來還需要投入更多研究。

關鍵詞： 二甲雙胍 廈門大學