二甲雙胍作為治療糖尿病最常用的藥物對大眾來說并不陌生。近年來，一些臨床研究發現，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？


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。中國科學院院士、廈門大學生命科學學院教授林圣彩團隊歷經7年科研攻關，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，相關研究成果發表在《自然》雜志上。


“另辟蹊徑”產生功效


二甲雙胍是于20世紀20年代從植物山羊豆中分離得到的，隨后科學家發現其有降糖作用，并對其進行了結構修飾和優化。二甲雙胍于1957年上市，被廣泛用于對糖尿病的治療。


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，主要通過激活單磷酸腺苷激活的蛋白質激酶（AMPK）信號通路來發揮降低脂肪含量、血糖等重要生物學功能。


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



此前有實驗發現，二甲雙胍通過抑制線粒體電子傳遞鏈復合物的功能，從而提升AMP水平，激活AMPK，發揮功效。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，遠超臨床用藥劑量，因此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，科學家們還發現了一個奇怪的現象。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。


長期致力于代謝穩態和代謝疾病發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的通路來激活AMPK。


2016年，該團隊發表了二甲雙胍可能通過他們先前發現的，機體感應饑餓和血糖水平下降時所用的一條名為溶酶體途徑的通路來激活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，卻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，該團隊又經過了5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。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，再通過分析，就能準確知道二甲雙胍結合的靶點是什么。

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，最終發現一個與眾不同的蛋白——PEN2的表達被抑制時，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。


隨后，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敲除后發現，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、肝臟脂肪含量的效果也都消失了。


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水平發生擾動，這或許可以解釋為什么二甲雙胍在發揮其治療作用的同時還不會因降低了能量水平，對細胞造成傷害，從而引發明顯的副作用。


或將為更多疾病治療帶來福祉


學術界普遍認為，基于二甲雙胍作用機制，未來或許能開發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過剩等各種代謝性疾病的治療帶來福祉。


此外，PEN2在腫瘤的形成、衰老和癡呆的發生等過程中的作用也被逐步揭示。有研究發現，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，可能會對預防和治療老年性癡呆產生作用。

復旦大學附屬中山醫院內分泌代謝科主任李小英評價，“林圣彩團隊的這一發現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、抗衰老藥物的研發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，或者說很不成熟的領域。以他們此次發現二甲雙胍的靶點的經歷來看，能與二甲雙胍結合的水溶性蛋白分子，就像水溶液中的各種鹽離子一樣數不勝數，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。對于這種情況，目前并沒有更好的篩選手段，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生率較高，現已退市。


而二甲雙胍經過半個多世紀的洗禮，像窖藏的老酒，歷久彌醇，目前已被國內外指南一致推薦為2型糖尿病的一線首選口服降糖藥。


雙胍類藥物是如何降糖的？


二甲雙胍主要通過抑制肝糖原分解，減輕胰島素抵抗，促進外周組織（肌肉、脂肪等）對葡萄糖的攝取和利用，降低食欲，減少腸道對糖的吸收來發揮降糖作用。


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，連續服用二甲雙胍3～6個月，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）；保護心血管，減少心腦血管疾病的發生風險；


抗癌作用，能夠降低糖尿病患者的腫瘤發病率；


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，二甲雙胍也是迄今為止唯一被美國食品和藥品管理局（FDA）和歐盟批準用于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。


二甲雙胍副作用大嗎？


二甲雙胍的總體安全性良好，單獨應用不會引起低血糖，最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。


二甲雙胍對肝臟有損害嗎？


二甲雙胍不經過肝臟代謝，主要以原形通過腎臟排泄，因此，它對肝腎基本沒有影響。但是，當患者本身存在嚴重的肝腎功能不全時，容易造成二甲雙胍在體內蓄積，并會影響乳酸的清除，因此，嚴重腎功能不全（eGFR＜45mL/min）或肝功能明顯異常（轉氨酶超過正常上限2.5倍）的糖尿病患者禁用。


注意：尿蛋白陽性不是應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三種規格；


常規用法：每次250～500mg，早晚兩次或早中晚三次服用。最佳有效劑量是每天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胃刺激較小的腸溶片，以減輕胃腸道反應；胃腸耐受性好的患者，服藥時間則不受此限制，餐前餐后均可。


二甲雙胍使用注意事項


二甲雙胍的最佳劑量是2000毫克/日，最大允許劑量是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，以減少藥物對胃腸道的副作用。


服用二甲雙胍前需檢查肝腎功能。當患者eGFR≥60mL/min時，可以放心使用，無須調整劑量；當患者eGFR在45～59mL/min之間時，可以減量使用；當患者eGFR＜45mL/min時，應當禁用（注：國外指南推薦eGFR＜30mL/min時禁用）。此外，肝功明顯異常者（肝酶超過正常上限2.5倍）禁用二甲雙胍。


處于嚴重缺氧狀態的糖尿病患者，如肺心病、呼吸衰竭、充血性心衰、低血壓、休克、嚴重貧血等，禁用二甲雙胍。


有糖尿病急性并發癥（如糖尿病酮癥酸中毒、乳酸酸中毒等）或處于應激狀態（如嚴重感染、外傷、外科大手術等）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小時內停用二甲雙胍。因為碘造影劑會影響二甲雙胍經腎排泄，導致二甲雙胍蓄積，有可能引發乳酸酸中毒而危及生命。


我國尚未批準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。因為酗酒的患者短期內有大量酒精進入人體，會影響肝臟的代謝功能，降低對乳酸的清除能力，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。


長期服用二甲雙胍可能會影響人體對維生素B12的吸收，故長期服用者可酌情適當補充維生素B12。


單獨應用二甲雙胍一般不會出現低血糖，當與其他類藥物或胰島素聯用時，可能導致低血糖。