二甲雙胍的藥理作用研究進展

楊 洛，郝亞榮

(武漢大學人民醫院老年病科，武漢 430060)

二甲雙胍是目前全球應用最廣泛的口服降糖藥之一，其歷史可追溯到中世紀人們使用一種植物——山羊豆緩解糖尿病患者的多尿作用。二甲雙胍最初于1922年合成，但直到1950年才在歐洲被批準用于治療糖尿病。2012年，二甲雙胍被美國糖尿病協會與歐洲糖尿病研究協會的專家聯合推薦為治療2型糖尿病的一線首選藥物[1]。英國前瞻性糖尿病研究顯示，二甲雙胍是減少2型糖尿病患者大血管并發癥的唯一口服降血糖藥[2]。二甲雙胍在我國有20多年的臨床應用經驗，中華醫學會內分泌學分會組織多位臨床專家、藥學專家制訂并發布了《二甲雙胍臨床應用專家共識》[3]，用以指導中國的臨床醫師和患者正確認識、合理使用二甲雙胍。研究表明除降糖作用外，二甲雙胍還能對抗癌癥、調節免疫功能、改善多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)及與年齡有關的疾病[4-7]，即二甲雙胍可以減輕這些疾病患者的相關癥狀，并減少動物和細胞模型中的疾病表型?，F就二甲雙胍的藥理作用研究進展予以綜述。

1 降糖作用

二甲雙胍通?？诜o藥，在腎臟中以原形從尿液中清除，肝臟是其經典作用部位，口服給藥后通過腸道吸收進入血液循環，因為門靜脈循環的藥物水平高于全身循環，故肝臟能接觸到較其他器官更高水平的藥物。二甲雙胍的降糖原理包括：①提高胰島素敏感性；②減少肝糖輸出；③激活胰高血糖素樣肽1促進葡萄糖依賴性胰島素的分泌，從而改善血糖；④可通過調節腸道微生物促進降糖作用。Bauer等[8]證明，二甲雙胍可以調節腸道微生物的組成，增加小腸上段乳酸菌的數量，進而增加小腸黏膜上鈉-葡萄糖共轉運載體1的表達；鈉-葡萄糖共轉運載體1不但能促進小腸對葡萄糖的吸收，還可以促進胰高血糖素樣肽1的分泌和釋放，從而調節肝臟中葡萄糖的合成，維持機體血糖水平的穩定。Wu等[9]在一項雙盲研究中將接受過2型糖尿病治療的患者隨機分為安慰劑組或二甲雙胍組，結果表明二甲雙胍對腸道微生物群有很強的影響。同時他們還發現，二甲雙胍影響了來自兩個不同門細菌的蛋白編碼基因，這些基因大部分編碼金屬蛋白或金屬轉運蛋白，故其結果支持腸道菌群改變介導了二甲雙胍抗糖尿病作用的觀點。

二甲雙胍憑借其卓越的控糖療效和良好的安全性而廣泛應用于臨床。有研究人員通過對48項觀察性和干預性研究進行分析發現，2型糖尿病患者對二甲雙胍接受度很低，30%的患者并未按照要求服藥，與二肽基肽酶4抑制劑、磺脲類等藥物相比，其依從性最低[10]。故推測，某些藥物的服用依從性較低可能與藥物不良反應相關。二甲雙胍常見的不良反應為胃腸道反應，多數患者隨治療時間的延長可逐漸耐受或癥狀消失。雖然二甲雙胍不被肝臟代謝，不與蛋白質結合，并以原形被腎臟迅速消除，無肝腎毒性，但肝腎功能受損會增加乳酸酸中毒的發生風險。

因此，大多數指南不提倡將二甲雙胍用于中度至重度慢性腎臟病患者。二甲雙胍與乳酸代謝有多種聯系，包括通過糖異生作用抑制乳酸轉化、干擾線粒體電子傳遞鏈復合體的功能、阻止丙酮酸氧化進入三羧酸循環從而導致丙酮酸轉化成乳酸等。但有研究顯示，二甲雙胍與乳酸酸中毒相關性被夸大了[11]。2016年，歐洲藥品局和美國食品藥品管理局取消了二甲雙胍在慢性腎臟病3a和3b階段中的限制。Lalau等[12]對二甲雙胍的安全性和有效性進行前瞻性研究發現，只要根據腎功能調整好治療劑量，中度至重度慢性腎臟病患者采用二甲雙胍治療是安全有效的。

2 降糖外作用

作為一種安全有效的降糖劑，全世界數億人普遍使用二甲雙胍來治療2型糖尿病。其廣泛應用，使得有大量的流行病學數據可用于了解二甲雙胍如何影響其他疾病狀態。其中，最受關注的為服用二甲雙胍與改善癌癥預后，降低癌癥發病率、降低多種類型腫瘤死亡率的相關作用。同時，二甲雙胍在免疫、延緩衰老和PCOS中的作用也被重視。

2.1抗腫瘤方面的作用 自2005年起，二甲雙胍對腫瘤的影響已成為熱門話題。一項關于2型糖尿病患者接受二甲雙胍治療后腫瘤發生率的大型病例對照研究發現，二甲雙胍治療與癌癥的發生風險降低有關，且二甲雙胍的保護效應隨使用時間的延長和次數增加呈增強趨勢[13]。臨床研究顯示，二甲雙胍治療能顯著降低糖尿病患者癌癥的總體發病率和死亡率[6]。最初認為，二甲雙胍通過改善患者的血糖和胰島素抵抗，降低合并腫瘤糖尿病患者的死亡率。隨著研究的深入，大量的體內外實驗表明二甲雙胍能通過多種機制抑制腫瘤細胞生長[14-17]。

2.1.1激活AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和抑制胰島素樣生長因子通路 AMPK是細胞內能量狀態的主要傳感器和調控器，在介導二甲雙胍的抑癌效應中起重要作用。①激活AMPK可觸發p53和unc-51樣激酶，進而誘導細胞凋亡、細胞周期阻滯和自噬等相關抗癌機制。②肝激酶B1是AMPK的主要上游激酶，在通路中磷酸化蘇氨酸172，是腫瘤抑制因子。目前，已在許多類型的癌癥中發現肝激酶B1的突變或缺失。雖然肝激酶B1不是被二甲雙胍直接激活，但它是AMPK達到最大活化程度所必需。因此，二甲雙胍的抗增殖作用在缺乏肝激酶B1的腫瘤細胞中減弱。此外，有文獻報道二甲雙胍可誘導肝激酶B1的胞質易位，增強AMPK的活化[14]。③AMPK通過抑制結節性硬化復合物2 抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，而哺乳動物雷帕霉素靶蛋白是調節蛋白質翻譯和細胞周期進程的重要蛋白激酶[18]。④癌癥特異性MAGE-A3/6-TRIM28 泛素連接酶復合物的泛素化能解除AMPK對癌細胞的調控[19]。且AMPK抑制會導致細胞自噬、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號激活和二甲雙胍敏感的抑制[20]。⑤DNA去甲基化酶中的甲基胞嘧啶雙加氧酶2蛋白可以催化 5-甲基胞嘧啶轉化為5-羥甲基胞嘧啶，在癌細胞中5-羥甲基胞嘧啶水平的下降可作為評價癌癥惡性程度的標準。中國科學家首次發現了二甲雙胍通過激活AMPK，并磷酸化下游的甲基胞嘧啶雙加氧酶2，通過增強甲基胞嘧啶雙加氧酶2及其產物5-羥甲基胞嘧啶的穩定性來抑制腫瘤的生長，且二甲雙胍的抑癌作用明顯依賴甲基胞嘧啶雙加氧酶2的存在[17]。

胰島素能通過結合胰島素受體和胰島素樣生長因子受體，促進腫瘤的生長，胰島素樣生長因子受體1的下游激活包括磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白和促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶通路，兩者均與細胞增殖和腫瘤促進有關[20-21]。同時，胰島素樣生長因子的增加也會促進腫瘤細胞的有絲分裂。二甲雙胍可以通過改善胰島素抵抗下調胰島素、胰島素受體、胰島素樣生長因子受體1來抑制腫瘤。

2.1.2抑制線粒體呼吸功能和天冬氨酸的合成 二甲雙胍可通過抑制α磷酸甘油穿梭來抑制線粒體的呼吸作用[16]。體外生化研究表明，二甲雙胍直接抑制線粒體復合物Ⅰ(還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶)也可導致線粒體呼吸減少[22]。細胞培養發現，二甲雙胍導致葡萄糖消耗增加，乳酸產量增加，線粒體葡萄糖氧化減少[23]。線粒體復合物Ⅰ作為二甲雙胍在癌癥中的重要靶點，有研究者通過培養具有二甲雙胍抵抗的復合體Ⅰ酵母類似物細胞發現，移植瘤中二甲雙胍的抑癌作用被抑制[24]。此外，其他線粒體復合物Ⅰ抑制劑也表現出抗腫瘤的功效[25]。這些數據均支持了二甲雙胍抑制線粒體復合物Ⅰ，從而抑制線粒體呼吸這一機制在其抗腫瘤效應中的重要作用。

癌細胞在腫瘤中的增殖速度較標準培養條件下慢，表明體內代謝可能會限制體內的細胞增殖。天冬氨酸是血液中水平最低的氨基酸之一，對細胞DNA的合成和供能至關重要。在缺氧條件下，天冬氨酸合成受阻可以限制癌細胞增殖。研究顯示，二甲雙胍可通過自主抑制癌細胞線粒體復合物Ⅰ來抑制天冬氨酸的合成。二甲雙胍的抗癌活性與天冬氨酸水平的降低相對應，提示二甲雙胍可能通過天冬氨酸的限制抑制腫瘤的生長[15]。為驗證這一點，Sullivan等[26]將含有豚鼠天冬酰胺酶1的143 B細胞植入純合子無胸腺裸鼠體內，當腫瘤達到45 mm3時，用二甲雙胍治療小鼠。結果顯示，二甲雙胍能夠抑制雜合子正常對照組腫瘤的生長，而對豚鼠天冬酰胺酶1表達的實驗組小鼠腫瘤生長無影響。這些數據支持了，二甲雙胍可通過加劇內源性天冬氨酸限制來抑制腫瘤生長的假說。但在荷蘭進行的一項雙盲、隨機、安慰劑對照研究發現，增加常規糖尿病治療劑量的二甲雙胍，并沒有改善吉西他濱和厄洛替尼治療晚期胰腺癌的效果[27]。Davidson等[28]研究發現，胰腺癌細胞能夠分解細胞外蛋白質來提供天冬氨酸，這解釋了二甲雙胍在胰腺癌中不起作用的原因。

2.1.3調控腫瘤相關的微RNAs(microRNAs，miRNAs) miRNAs是一種保守的小非編碼RNA，通過靶向多個分子參與基因表達的調控。早期研究表明，miRNAs在不同腫瘤組織和癌細胞株中的表達有明顯變化，而這種變化幾乎涉及所有的生物過程，包括細胞的存活、凋亡、增殖、侵襲、遷移、分化、耐藥和血管生成[29]。越來越多的證據表明，miRNAs失調是癌癥、自身免疫性疾病等多種病理狀態的生物標志，miRNAs在腫瘤發生的不同階段發揮著致癌基因或抑癌基因的作用[30-32]。

研究數據表明，二甲雙胍能夠影響2型糖尿病受試者的miRNAs譜[33]。其抗癌作用可通過直接調控miRNAs，從而進一步調控代謝或原癌途徑中的幾個下游基因來實現。因此，這些miRNAs是二甲雙胍治療癌癥的潛在治療靶點?，F已發現的與二甲雙胍抗腫瘤作用有關的miRNAs有20多種，且數字還在不斷增長中。二甲雙胍通過調控miRNAs抑制惡性腫瘤的機制包括：①調控細胞周期蛋白的表達，抑制腫瘤細胞的增殖；②促進胱天蛋白酶3表達及抑制抗凋亡因子Bcl-2表達，促進腫瘤細胞凋亡；③削弱腫瘤細胞的侵襲遷移能力；④抑制腫瘤干細胞增殖和間充質轉化；⑤下調血管內皮生長因子表達，抑制腫瘤血管形成；⑥減少有氧糖酵解的關鍵調節蛋白。

2.2在免疫調節中的作用 目前，尚不認為給藥后的免疫缺陷或自身免疫增強是藥物的不良反應。雖然還沒有研究證明二甲雙胍對免疫功能的影響，但實驗室研究為二甲雙胍的各種免疫調節作用提供了大量證據[34-38]。Blagih等[34]的研究表明，AMPK依賴的代謝穩態調節是T細胞介導的適應性免疫的關鍵調節因子。雖然二甲雙胍能夠影響免疫系統的部分細胞系的能量代謝，從而影響免疫功能，但尚不清楚哪些免疫細胞亞群受藥物的影響最大。腫瘤免疫學的結果提供了由于二甲雙胍暴露而增強免疫功能的例子[36]，而在其他情況(肺結核和多發性硬化癥)下的研究提示抗炎作用[38-39]。

Eikawa等[36]比較了二甲雙胍作為一種抗腫瘤藥物對完整和免疫缺陷小鼠的療效，結果顯示該藥物在具有功能性免疫系統小鼠體內的抗腫瘤活性顯著提高，其中二甲雙胍以AMPK依賴的方式增加CD8陽性腫瘤浸潤淋巴細胞的數量。在實驗室模型中，二甲雙胍對免疫的影響是通過增強抗腫瘤疫苗的效力來實現的，并對宿主生存期的延長有顯著影響[40]。Moiseeva等[37]實驗表明，二甲雙胍可以抑制與衰老相關的炎癥；且體內和體外模型也有表明，二甲雙胍能抑制癌癥相關炎癥[41]。在這兩種情況下，核因子κB激活被抑制，炎癥細胞因子的分泌減少，但二甲雙胍抑制核因子κB的確切分子靶點仍有待確定。雖然模型系統中已觀察到二甲雙胍抑制真菌感染的天然免疫反應[35]，但該觀察的臨床相關性仍有待確定。

在多發性硬化癥中，二甲雙胍可以減輕中樞神經系統的炎癥并改善疾病的預后[38]。同時，其還通過增加AMPK表達影響CD T細胞代謝和B細胞分化，從而降低自身免疫，改善系統性狼瘡、類風濕關節炎等自身免疫性疾病。此外，二甲雙胍還可以減少與肺結核有關的炎癥[42]，但其對宿主和分枝桿菌的影響還需進一步闡明?？梢?，二甲雙胍參與了調節系統自身免疫性疾病的重要免疫病理機制，如輔助性T細胞17/調節性T細胞平衡、生發中心形成、自身抗體生成、巨噬細胞極化、細胞因子合成、中性粒細胞胞外誘捕網釋放、骨或細胞外基質重構等[7]。這些機制均能夠促進二甲雙胍的抗衰老和抗癌作用。

2.3在延緩衰老中的作用 衰老是指生物功能隨著時間增加而衰退，其特征包括基因組不穩定、端粒損耗、表觀遺傳改變、蛋白質平衡喪失、營養敏感失調、線粒體功能障礙、細胞衰老、干細胞衰竭和細胞間通信改變[43]。目前，人口老齡化已經成為發達和發展中國家面臨的巨大挑戰和經濟負擔。2016年，美國第一項臨床試驗——用二甲雙胍抗衰老的研究獲得食品藥品管理局批準[4]。二甲雙胍被認為是一種很有希望的保護劑，其能有效緩解各種功能障礙，包括心血管疾病、癌癥和認知能力下降，并減少老年糖尿病患者的死亡人數。此外，二甲雙胍對延長壽命的影響已在動物模型中得到證實，包括蠕蟲和老鼠。目前已達成共識，二甲雙胍可靶向與衰老密切相關的多種細胞信號通路，如炎癥、細胞存活、應激防御、自噬和蛋白質合成[4]。二甲雙胍介導壽命延長的一個公認的機制是它能夠通過刺激細胞中的主要能量傳感器AMPK來模擬飲食限制的影響，以減少能量消耗過程。

生物體內的新陳代謝產生活性氧。雖然正常水平的活性氧類是多種信號通路的調節因子，但其過量積累可能會造成生物大分子損傷和細胞毒性。核因子E2相關因子2對調節許多抗氧化反應至關重要，這種作用是通過核因子E2相關因子2與靶基因啟動子區域的抗氧化反應元件結合而產生。核因子E2相關因子2-抗氧化物反應原件活性受損不僅出現在生理衰老中，還存在于早衰癥中。在線蟲中，SKN-1(skinhead-1)(脊椎動物同源物為核因子E2相關因子2)參與了二甲雙胍的作用機制[44]。Fang等[45]研究發現，長時間低劑量的二甲雙胍處理，可延緩人類成纖維細胞和間充質干細胞的衰老。同時還發現，二甲雙胍可升高抗氧化轉錄因子核因子E2相關因子2的轉錄活性和上調內質網谷胱甘肽過氧化物酶7的表達，從而維持內質網蛋白質的氧化折疊和氧化還原穩態。

2.4在PCOS中的作用 PCOS影響了5%～13%的育齡婦女[46]，使其有較高的不良妊娠風險，并有可能導致子宮內環境改變。PCOS患者機體存在高雄激素血癥、高胰島素血癥、糖耐量異常，并表現為肥胖、月經稀發、慢性無排卵、多毛和卵巢多囊性增大等。而胰島素抵抗和高雄激素是復雜病因的中心，影響著代謝和生殖。一項回顧性隊列研究表明，在PCOS母親的后代中，畸形、代謝綜合征、肥胖和晚期住院的發生率增加[47]。同時，二甲雙胍也越來越多地應用于PCOS、妊娠糖尿病、2型糖尿病和最近肥胖的孕婦中，并被建議在PCOS母親妊娠期間使用以降低相關并發癥發生風險[5]。但二甲雙胍對PCOS患者長期療效的研究尚不充分。Yang等[48]進行了一項前瞻性隊列研究旨在評估用二甲雙胍治療24個月以上對PCOS患者月經、激素和代謝譜的影響。結果表明，二甲雙胍治療24個月可以改善超重和體重正常PCOS婦女的月經周期和大多數激素水平，大多數指標在治療6個月后達到最佳狀態。

此外，二甲雙胍能通過胎盤并存在于臍帶血中，而其致畸性尚未有報道。由于研究設計的局限性，二甲雙胍的長期健康影響仍不確定。只有少數研究描述了子宮內二甲雙胍暴露對PCOS母親后代健康的影響。一項非隨機研究顯示，與美國嬰兒的標準數據相比，18個月前接觸二甲雙胍兒童的生長沒有任何偏差[49]。然而，在Hanem等[50]對兩項隨機、雙盲、安慰劑對照試驗進行的隨訪研究中發現，妊娠期間接受二甲雙胍治療的PCOS母親的后代體質指數較高，4歲時超重/肥胖患病率增加。因此，二甲雙胍暴露對PCOS母親后代代謝健康情況的影響還需更多的研究證實。

3 小 結

二甲雙胍作為安全有效的2型糖尿病核心藥物，在臨床應用廣泛。隨著對其療效和作用機制研究的深入，已發現二甲雙胍除降低血糖、改善胰島素抵抗外，還具有抗氧化、抗炎、影響免疫系統、調節細胞增殖凋亡的作用，其適應證也拓展到其他疾病(腫瘤、自身免疫性疾病、PCOS等)領域，并給人類帶來有益影響。未來還需要大量的臨床試驗觀察和評估二甲雙胍除降糖作用外的多種效應。相信隨著研究的深入，二甲雙胍的臨床適應證將會進一步擴展。