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團隊|當紅幾十年，今朝“明星藥”被釣出“老底”

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科研團隊歷經7載破解二甲雙胍靶點
當紅幾十年 ， 今朝“明星藥”被釣出“老底”
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 。
李小英
復旦大學附屬中山醫院內分泌代謝科主任

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 ， 再通過分析 ， 就能準確知道二甲雙胍結合的靶點是什么 。