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中国声音丨Nature重磅!揭秘“神药”二甲双胍唯一作用靶点

发布日期:2022/7/3 22:04:55 浏览:

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刘雪丽/健康界

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中国研究团队树起的里程碑!

中国声音丨Nature重磅!揭秘“神药”二甲双胍唯一作用靶点

“神药”二甲双胍一直都是研究领域的“香饽饽”,其功效已经从降糖领域延伸至肿瘤和抗衰老领域。

最近又传来重磅好消息:二甲双胍的直接作用靶点及其分子机制被发现!有专家表示,这一发现可能为的治疗,乃至抗肿瘤、抗衰老的药物研发和应用提供崭新的思路,有望成为糖尿病药物治疗史上一座闪亮的里程碑,让中国在科学研究领域的声音响彻世界。

为什么说此次发现是里程碑事件?首先我们要从什么是靶点开始说起。

一个靶点成就一个产业

当前,国际上药物研究的竞争,主要集中体现在药物靶点的研究上。一般而言,药物作用的新靶点一旦被发现,往往会成为一系列新药发现的突破口。新的药物靶点对于药物研究、制药企业至关重要,甚至有“一个靶点成就一个产业”的说法。

药物靶点是指药物在体内的作用结合位点,包括基因位点、受体、酶、离子通道、核酸等生物大分子。药物开发的关键就是如何在大量的潜在靶点中筛选出最有可能获得成功并应用于临床的靶点,靶点是新药研发的基础。但是目前靶点选择和借助生物标志物的临床研究成为阻碍创新药研发领域的两大瓶颈。我国绝大部分创新药物还是在国外发现的作用机制、作用靶点基础上研发出来的,因此,我国的创新药要有实质性突破,就要从靶点的发现做起。靶点的发现和确认,对于制药工作者而言,是一项既重要又艰巨的任务。

当然,并不是每一种药都找到了其药物靶点,很多药物到目前并没有发现相应的靶点,但却是很好的药。比如现在治疗糖尿病的药物,很多都是先发现作用,再找到靶点,神药二甲双胍便位列其中。

二甲双胍的前世今生

早在中世纪之时,法国人就知道用紫丁香(又叫山羊豆Goat’srue)来治疗多尿症。受此启发,研究者纷纷有了新的发现。

二甲双胍“职业生涯”

1918年,Watanabe将法国紫丁香的提取物注射给大鼠,发现其具有降低大鼠血糖的神奇功效。

1922年,EmilWerner和JamesBell首次进行了合成,二甲双胍被首次确认并记录在科学文献中。

1929年,Slotta和Tschesche发现二甲双胍是双胍类化合物中降糖效果最值得关注的成分。

1950年,法国糖尿病学家JeanSterne在求学时开始研究山羊豆碱(紫丁香提取物)的降血糖活性。

1957年Sterne发表了他的研究成果,并将二甲双胍命名「Glucophage」(意译为,噬糖者)。

1958年,二甲双胍被英国国家处方集收录。

1994年,二甲双胍被FDA批准用于2型糖尿病。

从1977年开始到1997年结束并随访十年的英国糖尿病前瞻性研究(UKPDS)是二甲双胍以及人类糖尿病治疗史中里程碑式的研究,它奠定了二甲双胍在治疗2型糖尿病(T2DM)的“一哥”地位。

除了降血糖以外,越来越多的研究表明二甲双胍还具有其他很多种作用,包括抗衰老和预防癌症。尽管如此,二甲双胍也并没有被全面推广使用,原因在于二甲双胍的直接分子靶点还没有明确,作用机理众说纷纭,所以关于二甲双胍的机制研究仍是当今的一个热门话题。

二甲双胍作用靶点之谜被揭开,作用机制明确

近日,在林圣彩院士团队与厦门大学生命科学学院邓贤明教授团队的共同努力下,二甲双胍的分子靶点研究方面取得了重大突破,并刊发在了顶级杂志期刊Nature上,具体研究内容如下。

研究目的

AMP活化蛋白酶(AMPK)通路是二甲双胍实现代谢调控的重要通路,但先前的种种试验表明,二甲双胍激活AMPK的方式是特别的,很可能存在“中介蛋白”。林院士团队的研究目标,就是找出这种中介蛋白,从而找出二甲双胍作为“神药”的关键要素。

钓鱼神药

研究设计和方法

“广撒网、重点捕捞”的钓鱼策略

1.林圣彩院士团队与厦门大学生命科学学院邓贤明教授团队合作,开发了两种以二甲双胍分子作为“饵”的化学探针(Met-P),与溶酶体的蛋白质提取物进行孵育。在溶酶体这个池塘里,以二甲双胍为饵,引未知靶点分子这条鱼上钩,由生物素分子这根竿完成收线,将二甲双胍-蛋白质复合物一并收回。作用过程如下图所示。

钓鱼”过程

2.精确感应的化学探针将这些分子化合物精准“钓”取,但同时也给后续的研究带来了巨大的工作量——在“钓鱼环节”研究中,团队“钓”到了超过2000种能够与二甲双胍结合的分子。

3.“钓”取完成,再通过质谱等方法,在溶酶体蛋白质提取物中筛选得到113种与二甲双胍发生特异性结合的蛋白质。随后,研究团队对113个候选蛋白进行了逐一敲低验证。

结果

当PEN2表达被敲低或是Pen2基因被敲除时,二甲双胍对细胞内AMPK信号通路的激活作用就会被抑制。并鉴定出PEN2上与二甲双胍相关的关键活性位点F35和E40。

研究团队进一步在动物体内实验中证实了PEN2的身份。

二甲双胍诱导降低葡萄糖水平需要PEN2

对IKO-EN2小鼠使用二甲双胍,然后进行口服葡萄糖耐量试验分析(a)、十二指肠二甲双胍浓度测量(b,左)和葡萄糖灌胃15分钟前后血浆GLP-1水平测量(b,右)。

二甲双胍诱导的降低肝脏脂肪含量需要PEN2

用二甲双胍治疗在肝脏中特异性敲除PEN2的小鼠(LKO)。显示了二甲双胍治疗16周后小鼠的腹膜内葡萄糖耐量试验结果(c)和肝标记物水平(d)

二甲双胍诱导的延长寿命需要PEN2和ATP6AP1

敲除PEN2(T28D6.9)用siRNA(sipen-2)处理(g)或敲除ATP6AP1–/–(vha-19)或用全长ATP6AP1或ATP6AP1δ420–440稳定表达的线虫,用50mM二甲双胍处理(h)

结论

将小鼠、秀丽隐杆线虫的PEN2敲除后发现,二甲双胍无法再激活AMPK,而且二甲双胍诱导的降低葡萄糖水平、降低肝脏脂肪含量、寿命延长的效果也都没有了。这些足以说明,PEN2在二甲双胍的作用机制中是个不可或缺的信号分子。

林圣彩教授团队及其合作者的研究证实,PEN2正是一百多年来学界一直在寻找的二甲双胍直接作用靶点!研究中先导分子不仅可以治疗肥胖和脂肪肝,甚至可以预防癌症,延长寿命。此项研究结果填补了二甲双胍分子靶点空白,开启了药物研发新篇章。

“一骑红尘妃子笑,无人知是荔枝来”,依唐朝的情境,普通人吃荔枝可以说是奢望,而现在荔枝已“飞”入寻常百姓家了。这就如同古代人通过“炼丹”,《西游记》中通过吃唐僧肉,追求长生不老,但最终都是求而不得。而现在,二甲双胍作用靶点的发现,使我们有理由相信在不远的将来,延长寿命或将不再是梦!

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