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科研团队历经7载破解二甲双胍靶点
当红几十年，今朝“明星药”被钓出“老底”
林圣彩团队的这一发现首次从分子角度勾画出了二甲双胍行使功能的路线图，对提高药物靶点的安全性和有效性都至关重要，为糖尿病的治疗，乃至抗肿瘤、抗衰老药物的研发和应用提供了崭新的思路。
李小英
复旦大学附属中山医院内分泌代谢科主任

二甲双胍作为治疗糖尿病最常用的药物对大众来说并不陌生。近年来，一些临床研究发现，除了降低血糖，二甲双胍在缓解脂肪肝、保护心血管、抑制肿瘤生长及缓解神经退行性疾病症状等方面也有一定效果。这些功效究竟从何而来？
二甲双胍上市用于临床已有60多年，无数患者从中受益，但人们始终没能摸清它的具体作用机制，从而极大限制了医学界对这一良药的理解和应用。
近日，这一“科学谜题”有了答案。中国科学院院士、厦门大学生命科学学院教授林圣彩团队历经7年科研攻关，成功找到二甲双胍直接作用靶点，首次从分子角度勾画出了二甲双胍行使功能的路线图，为进一步拓展其应用范围奠定了基础，相关研究成果发表在《自然》杂志上。
“另辟蹊径”产生功效
二甲双胍是于20世纪20年代从植物山羊豆中分离得到的，随后科学家发现其有降糖作用，并对其进行了结构修饰和优化。二甲双胍于1957年上市，被广泛用于对糖尿病的治疗。
通常认为，二甲双胍直接作用于肝脏、肾脏和肠道，在转运入细胞后，主要通过激活单磷酸腺苷激活的蛋白质激酶（AMPK）信号通路来发挥降低脂肪含量、血糖等重要生物学功能。
AMPK被誉为人体代谢的总开关，在细胞能量水平下降时，被升高的磷酸腺苷（AMP）所激活，起到维持物质和能量稳态调节功能等重要作用。那么二甲双胍究竟是如何控制这个开关的？
此前有实验发现，二甲双胍通过抑制线粒体电子传递链复合物的功能，从而提升AMP水平，激活AMPK ，发挥功效。但值得注意的是，这些实验使用了极高的、超过临床浓度二甲双胍，远超临床用药剂量，因此这一作用结果很难真实反映生理效应。
值得一提的是，在研究二甲双胍激活AMPK的机制时，科学家们还发现了一个奇怪的现象。和二甲双胍相比，其他合成的AMPK激活剂并不具有二甲双胍的所有功效，而临床剂量的二甲双胍对于AMP的水平提升也没有任何作用。直观地说，患者在使用二甲双胍治疗时，细胞中使AMPK得以激活的AMP水平并未提升，可是药物却依然奏效。
长期致力于代谢稳态和代谢疾病发生机制研究的林圣彩团队认为，种种迹象表明，二甲双胍对AMPK的激活可能是“另辟蹊径”的，很可能是以一条全新的、不依赖于AMP的通路来激活AMPK 。
2016年，该团队发表了二甲双胍可能通过他们先前发现的，机体感应饥饿和血糖水平下降时所用的一条名为溶酶体途径的通路来激活AMPK的初步结论，为二甲双胍的功效行使指明了粗略方向。 “当时的研究，相当于追踪小偷进入了大楼，却还不知道他在哪个房间。 ” 林圣彩形象地解释道。基于上述研究方向，该团队又经过了5年多探索，果然找到了二甲双胍的分子靶点——PEN2 ，证实了溶酶体途径才是二甲双胍激活AMPK的正确通路。
用“鱼钩”钓出的靶点
在这一工作中，林圣彩团队首先和厦门大学邓贤明团队合作，后者通过一系列摸索，突破了多个化学合成上的难题，合成了二甲双胍的化学探针。简单地说，这个探针的工作原理与钓鱼类似，前端的“鱼钩”是二甲双胍这个分子，后端的“钓竿”则是一个名为生物素的标签。当前端的二甲双胍分子碰到了它所结合的蛋白，也就是靶点以后，科研人员就可以通过后端的标签，把二甲双胍连同它的靶点一起“钓”上来，再通过分析，就能准确知道二甲双胍结合的靶点是什么。