二甲雙胍在臨床上一直被譽為神藥，最早從山羊豆中分離併合成，是山羊豆鹼（galegine，異戊烯胍）衍生物，自從1957 年上市後，歷經 60 多年的發展，至今不僅作為一線降糖藥在使用，也是真正的糖尿病全程治療藥物，從糖尿病預防到到糖尿病前期到糖尿病各個階段皆可用藥。

在橫向對比中，最佳有效劑量二甲雙胍治療的降糖療效要強於其他口服降糖藥，同時二甲雙胍還無禁忌證，是治療2型糖尿病的首選藥物和聯合治療方案中的基礎藥物。另外，發現越來越多的神奇功效，包括預防腫瘤，預防衰老等。

但是，它的具體作用靶點一直並不清晰。近年來有研究顯示，二甲雙胍線上粒體中存在一個作用靶點——線粒體甘油磷酸脫氫酶（mGPD）。二甲雙胍透過抑制mGPD的活性，阻斷α-磷酸甘油穿梭的過程，使NADH在胞漿內聚積，使以乳酸和甘油為底物的糖異生過程受到抑制。另外，也有認為二甲雙胍發揮降糖作用的第一靶點可能在腸道。二甲雙胍在腸道內迅速啟用腸道AMPK及其下游訊號通路，進而透過分佈於腸道的迷走神經傳入纖維將區域性訊號傳遞至中樞，再透過迷走神經傳出纖維支配肝臟，最終抑制肝臟的葡萄糖輸出。總之，眾說紛芸。

雖然二甲雙胍有著如此耀眼的作用，但是也有一些副作用，如果清楚其作用靶點，將來就有可能合成新的替代藥物，既保留其作用，又能減輕副作用的新型化合物，這真正是科學的進步的要求。

近日，廈門大學林聖彩教授團隊經歷7年的科研攻關，用特異性分子探針方法“釣魚”破解了破解二甲雙胍直接作用靶點之謎，林聖彩團隊的這項工作稱得上是里程碑式的工作，被稱為“林通路”，這項研究發表在Nature雜誌上。

從2014年起，林聖彩團隊就開始研究二甲雙胍的機制。早年，很多學者都發現二甲雙胍能夠啟用AMPK蛋白，AMPK是人體自噬訊號通路中的關鍵蛋白。但是，如何啟用AMPK並不清楚。同時，二甲雙胍對人體內AMPK的天然啟用劑AMP並沒有明顯的影響，因此，二甲雙胍可能是透過其它途徑影響到AMPK的。

他們團隊在2016年於Cell Metabolism上報道了二甲雙胍可能透過“溶酶體途徑”的通路，啟用AMPK的初步結論。

在上述基礎上，他們最終找到了二甲雙胍的分子靶點——早老素增強子2（Presenilin enhancer2，PEN2），它是γ-分泌酶組分亞基（γ-分泌酶包括PS1， nicastrin，APH1a， PEN2），進一步釐清它導向溶酶體途徑，啟用AMPK的具體方式。

圖：PEN2 binds to metformin and is required for low-dose metformin-induced AMPK activation

這一工作的關鍵在於他們團隊合成了二甲雙胍的化學探針。

Fig。 3： ATP6AP1 tethers PEN2 to v-ATPase for AMPK activation。

在確認了二甲雙胍能靶向PEN2以後，如何進一步導致下游訊號的改變時，研究者接下來研究了二甲雙胍結合如何導致 PEN2 與 v-ATPase 相交併抑制。

透過質譜分析了在與溶酶體的蛋白質提取物孵育後免疫沉澱的 PEN2。在 PEN2 獵物中共檢測到 1881 種蛋白質，其中 889 種在二甲雙胍治療後發生變化。在這 889 種蛋白質中，123 種是溶酶體駐留蛋白。在這 123 個候選者中，我們對 v-ATPase8 的輔助因子 ATP6AP1（也稱為 Ac45）特別感興趣，因為它與 PEN2 的二甲雙胍依賴性相互作用可以透過細胞和體外共免疫沉澱測定來驗證。結構域對映實驗確定構成 ATP6AP1 跨膜結構域的 420 至 440 位氨基酸殘基負責 PEN2 結合。表明ATP6AP1 將 PEN2 連線到 v-ATPase 以啟用 AMPK。

進一步透過動物模型研究發現，如果敲除了PEN2或ATP6AP1，二甲雙胍不但不能啟用AMPK，同時降低脂肪肝、緩解高血糖、延長壽命等諸多效果就都隨之消失。

這些結果充分說明，二甲雙胍確實透過PEN2啟用AMPK，並起到各種功效，也就是說，PEN2就是二甲雙胍的靶點。

總之，我們發現PEN2 是二甲雙胍的分子靶點，它與葡萄糖感測途徑相交以啟用 AMPK，從而引發類似於葡萄糖飢餓或卡路里限制所誘導的益處。PEN2-ATP6AP1 軸為篩選二甲雙胍替代品提供了潛在目標，二甲雙胍可用於更廣泛的組織，例如肌肉，從而在治療糖尿病和其他代謝疾病方面產生更好的療效。

梅斯醫學認為，這項研究未來可能還會產生很多影響。PS/γ分泌酶負責老年痴呆症相關蛋白β澱粉樣蛋白前體蛋白（APP）、訊號轉導受體Notch和其他Ⅰ型跨膜蛋白的剪下，其組成單位至少有四種：presenilins（PS，包括PS1和PS2）、nicastrin（NCT）、APH-1和PEN-2。二甲雙胍靶向PEN-2，可能會對老年性痴呆產生作用。事實上，不少老年性痴呆患者中，PEN-2基因存在突變。另外，此前也有一項大型回顧性研究竟然發現“用神藥的代價是阿爾茲海默症風險升高50%？二甲雙胍再遭滑鐵盧！”，如果從PEN-2基因角度解釋，似乎可能尋找到合適的答案。

雖然，PEN2在腫瘤，衰老，痴呆，降糖等作用中都被逐步被揭示。但是，PEN-2靶點能否完全解釋二甲雙胍的作用，還需要進一步研究。畢竟作為小分子藥物，其靶點的特異性並不是特別強的。未來可能還需要更多的研究，以解釋二甲雙胍的不同作用。

參考文獻：

［2］ Xu X， Ding G， Liu C， Ding Y， Chen X， Huang X， Zhang CS， Lu S， Zhang Y， Huang Y， Chen Z， Wei W， Liao L， Lin SH， Li J， Liu W， Li J， Lin SC， Ma X， Wong J。 Nuclear UHRF1 is a gate-keeper of cellular AMPK activity and function。Cell Res。 2022 Jan；32（1）：54-71

［3］ Li M， Zhang CS， Feng JW， Wei X， Zhang C， Xie C， Wu Y， Hawley SA， Atrih A， Lamont DJ， Wang Z， Piao HL， Hardie DG， Lin SC。Aldolase is a sensor for both low and high glucose， linking to AMPK and mTORC1。Cell Res。 2021 Apr；31（4）：478-481

［4］ González A， Hall MN， Lin SC， Hardie DG。 AMPK and TOR： The Yin and Yang of Cellular Nutrient Sensing and Growth Control。Cell Metab。 2020 Mar 3；31（3）：472-492

［5］ Zhang CS， Hardie DG， Lin SC。Glucose Starvation Blocks Translation at Multiple Levels。Cell Metab。 2020 Feb 4；31（2）：217-218

［6］ Li M， Zhang CS， Zong Y， Feng JW， Ma T， Hu M， Lin Z， Li X， Xie C， Wu Y， Jiang D， Li Y， Zhang C， Tian X， Wang W， Yang Y， Chen J， Cui J， Wu YQ， Chen X， Liu QF， Wu J， Lin SY， Ye Z， Liu Y， Piao HL， Yu L， Zhou Z， Xie XS， Hardie DG， Lin SC。Transient Receptor Potential V Channels Are Essential for Glucose Sensing by Aldolase and AMPK。Cell Metab。 2019 Sep 3；30（3）：508-524。e12

［7］ Zong Y， Zhang CS， Li M， Wang W， Wang Z， Hawley SA， Ma T， Feng JW， Tian X， Qi Q， Wu YQ， Zhang C， Ye Z， Lin SY， Piao HL， Hardie DG， Lin SC。Hierarchical activation of compartmentalized pools of AMPK depends on severity of nutrient or energy stress。Cell Res。 2019 Jun；29（6）：460-473

［8］ Zhang CS， Li M， Zong Y， Lin SC。Determining AMPK Activation via the Lysosomal v-ATPase-Ragulator-AXIN/LKB1 Axis。Methods Mol Biol。 2018；1732：393-411

［9］ Zhang CS， Hawley SA， Zong Y， Li M， Wang Z， Gray A， Ma T， Cui J， Feng JW， Zhu M， Wu YQ， Li TY， Ye Z， Lin SY， Yin H， Piao HL， Hardie DG， Lin SC。Fructose-1，6-bisphosphate and aldolase mediate glucose sensing by AMPK。Nature。 2017 Aug 3；548（7665）：112-116

［10］ Zhang CS， Li M， Ma T， Zong Y， Cui J， Feng JW， Wu YQ， Lin SY， Lin SC。Metformin Activates AMPK through the Lysosomal Pathway。Cell Metab。 2016 Oct 11；24（4）：521-522

撰文 | 病毒獵手

編輯 | Swagpp