Nature里程碑：二甲双胍，靶点终于被找到了！

      二甲双胍诞生在上个世纪20年代的欧洲，是一种有着近百年历史的老药。问世以来，它便以临床上的优异表现跻身为糖尿病治疗领域的王牌药物。它在有效降低糖尿病人血糖的同时，并不会引起低血糖、酸中毒等副作用，同时还可以缓解脂肪肝，提高胰岛素敏感性，改善心血管功能。此外，二甲双胍还有抗衰老、延长寿命、抗癌的效用，进而被冠上了“神药”的称号。然而，尽管有着如此耀眼的作用，其分子靶点却一直没有弄清，这极大地限制了人们对二甲双胍的理解和应用。

 

     厦门大学林圣彩院士团队长期致力于细胞信号转导的研究。从2014年起他们就对二甲双胍产生了兴趣。经过探索，该团队在2016年于Cell Metabolism上报道了二甲双胍通过溶酶体通路激活蛋白质激酶AMPK的初步结论。AMPK蛋白质激酶是细胞中调节多种代谢途径、维持能量平衡的重要分子。二甲双胍的诸多药效正是通过激活AMPK才得以实现。

 

     在这个基础上，又经过了几年探索，林圣彩院士团队最终找到了二甲双胍的分子靶点——PEN2，并理清了其导向溶酶体通路，激活AMPK的具体方式。相关研究成果于2022年2月24日发表在Nature杂志上。

 

     具体来说，研究人员发现，临床剂量水平的二甲双胍足以抑制溶酶体质子泵囊泡ATP水解酶（v-ATPase），这是葡萄糖缺乏后AMPK激活的中心节点。因此，他们使用基于亲和力的方法分析纯化溶酶体的蛋白质提取物，以确定二甲双胍的潜在直接靶点。通过合成的一种光活性二甲双胍探针，研究人员将γ-secretase的一个亚基PEN2鉴定为二甲双胍的结合伙伴。

 

 

     机制研究显示，结合二甲双胍的PEN2与v-ATPase亚基ATP6AP1形成复合物，导致v-ATPase的抑制和AMPK的激活，而不影响细胞AMP水平。敲除PEN2或重新引入不结合ATP6AP1的PEN2突变体会减弱AMPK的激活。

 

 

     1）示意图显示，未被果糖-1,6 二磷酸酶（FBP）占据的醛缩酶（ALDO）触发的葡萄糖感知，以及PEN2介导的二甲双胍信号轴汇聚在v-ATPase复合物上，触发AMPK激活。作为对血糖水平降低的反应，ALDO抑制阳离子通道TRPV，后者随后破坏前者与v-ATPase的联系，并抑制v-ATPase。低浓度二甲双胍与PEN2结合，并通过与ATP6AP1相互作用被招募到v-ATPase上，从而抑制v-ATP酶的活性。

 

     2）示意图还显示，高浓度二甲双胍通过提高细胞AMP水平激活AMPK。

 

     接着，研究人员探索了 PEN2 和 ATP6AP1 在动物模型中介导二甲双胍有益作用的功能。

 

     在小鼠体内实验中，Pen2的肝脏特异性敲除可消除二甲双胍介导的肝脂肪含量降低功效（下图c,d），而Pen2的肠道特异性敲除可削弱其降糖作用（下图a,b）。此外，在秀丽隐杆线虫中敲除pen-2可消除二甲双胍诱导的寿命延长功效（下图g,h）。

 

 

 

     PEN2和ATP6AP1是二甲双胍发挥生物效应所必需的。

 

     由此可见，PEN2与ATP6AP1结合似乎对二甲双胍降低血糖水平、降低肝脏脂肪含量和延长寿命的三大生物学益处发挥重要作用。

 

     总体来说，这项研究揭示了二甲双胍结合PEN2并启动一条信号通路，该通路通过ATP6AP1与AMPK激活的溶酶体葡萄糖感应通路交叉。这确保了二甲双胍在患者中发挥其治疗作用，而不会产生严重不良反应。