糖尿病治療藥物生物活性肽降血糖功能的研究進展

糖尿病治療藥物生物活性肽降血糖功能的研究進展

目前，糖尿?。╩etis）是危害人類健康的三種慢性疾病之一。世界上有2億人。據(jù)估計，到2030年，病人的數(shù)量將達到3.36億。其中Ⅰ型糖尿病是由于胰島β細(xì)胞受損造成胰島素分泌量不足,患者需要不斷的注射胰島素防止酮酸中毒。糖尿病中90%以上都屬于Ⅱ型糖尿病(NIDDM),其主要病理表現(xiàn)為胰島素抵抗和由胰島細(xì)胞功能失調(diào)所致的胰島素分泌相對不足,形成持久的高血糖,并可產(chǎn)生多種致命性并發(fā)癥,給患者的身心帶來極大痛苦的同時也給社會造成巨大的經(jīng)濟壓力。生物活性肽是一類對生物機體的生命活動有益或具有生理作用的肽類化合物,由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而成,具有多種多樣的生物學(xué)功能,如神經(jīng)、激素和免疫調(diào)節(jié)、抗高血壓、降低膽固醇、抗癌、抗氧化作用、促進生長、調(diào)節(jié)食品風(fēng)味等作用。生物活性肽和蛋白質(zhì)相比,其空間結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性較高、免疫原性較低或無免疫原性。近年來,國內(nèi)外學(xué)者不斷地從天然動植物以及人體中分離出具降血糖功能的多肽類物質(zhì),并對其結(jié)構(gòu)和作用機理進行研究,其中一些已經(jīng)作為降糖藥物或者保健食品上市,為糖尿病的預(yù)防和治療開辟了一條新路。1植物來自生物活性物質(zhì)1.1研究方法及目苦瓜多肽是研究較多的降血糖生物活性肽,又被稱為植物胰島素,是Khanna等于1981年,從熱帶地區(qū)一種苦瓜(Monrordicacharaiitia)的果實及種子中提取得到具有降血糖功效的多肽-P,通過皮下注射給藥,可以顯著降低實驗動物的血糖。我國學(xué)者對苦瓜多肽也做了大量的研究,盛清凱等對Khanna等的提取方法加以改進,從苦瓜種子中提取出苦瓜多肽-P(多肽-P經(jīng)反相高效液相色譜純化分離出4種組分:PA、PB、PC、PD),其中PA組分的氨基酸組成分析結(jié)果與Khanna分離的到的多肽-P一致?？喙隙嚯慕?jīng)凝膠柱分離得到P1、P2兩個洗脫峰,其中主要成分P2通過注射給藥,對Ⅰ型、Ⅱ型糖尿病實驗動物均有顯著的降血糖功效,并提高其胰島素敏感指數(shù),但是口服無效。多肽類物質(zhì)容易被消化道內(nèi)的胃蛋白酶,胰蛋白酶等降解,因而失去生物活性。劉紅雨等在苦瓜降糖多肽PA中添加了蛋白水解酶抑制劑之后,口服有降血糖作用。其降血糖機制可能是抑制小腸黏膜α-葡萄糖苷酶活性,減少葡萄糖攝入;提高骨骼肌己糖激酶活性,加速葡萄糖磷酸化過程進而提高體內(nèi)葡萄糖代謝和利用;保護或修復(fù)胰島β細(xì)胞,促進胰島素分泌。通過與蛋白酶抑制劑的聯(lián)合使用,或采用舌下含服給藥來防止胃腸道消化酶的水解,苦瓜多肽有望開發(fā)成為口服降糖制劑。1.2大鼠口服對糖液的治療人參自古就被稱為“百草之王”,具有改善大腦功能、抗腫瘤、增強免疫、降血糖、保肝調(diào)整血壓、抗疲勞以及抗氧化、抗衰老等作用。關(guān)于其降血糖的功效,早在漢代張仲景的《傷寒論》中記載用人參配以其他藥材治療消渴癥。在臨床上人參可以改善Ⅱ型糖尿病患者胰島素抵抗?fàn)顟B(tài),保護胰島細(xì)胞,降低血糖。日本學(xué)者Ando等于1980年首次從人參中發(fā)現(xiàn)了一種14肽,具有抑制脂肪分解和治療糖尿病的功效。隨后我國張今等也從人參中分離到14肽,用DABITC/PITC雙偶合微量手工液相順序法測定該多肽氨基酸序列為:Glu-Thr-Val-Glu-Ile-Ile-Asp-Ser-Glu-Gly-Gly-Gly-AspAla,與之前Ando等發(fā)現(xiàn)的14肽有一個氨基酸的差別。1990年,王本樣等進一步證實了該人參多肽的降血糖功效,按50、100mg/kg和200mg/kg的劑量給大鼠一次靜脈注射或小鼠多次皮下注射給藥,能夠明顯降低血糖和肝糖原,但是對總血脂沒有明顯影響。且對腎上腺、四氧嘧啶(alloxan,ALX)及葡萄糖所引起的高血糖均有抑制作用,并能夠增強腎上腺素對肝糖原的分解。其降血糖的作用機制是:促進糖原分解或抑制乳酸合成肝糖原作用,此外還其刺激了琥珀酸脫氫酶(succinatedehydrogenase,SDH)和細(xì)胞色素氧化酶(cytochromeoxidase,CCO)的活性,使糖的有氧氧化作用增強,進而起到降低血糖的作用。葛煥琦等通過臨床實驗證明,人參糖肽注射液治療Ⅱ型糖尿病總有效率為86.67%,能夠顯著降低血糖、尿糖及糖化血紅蛋白,對血液系統(tǒng)、肝腎功能未見毒副作用,是一種安全有效治療Ⅱ型糖尿病的藥物。1.3尿病的防治靈芝藥用已經(jīng)有2000多年歷史,其子實體、孢子粉、菌絲體均可入藥。靈芝粗提液及靈芝孢子粉對糖尿病都有較好的防治作用。其降血糖活性成分中研究較多的為靈芝多糖和三萜類化合物,近些年研究發(fā)現(xiàn)靈芝肽也具有降血糖功效,而且能夠抵抗羥基自由基活性、保護肝細(xì)胞。孫頡等從靈芝發(fā)酵干粉中提取純化得到的靈芝肽,對實驗性糖尿病具有較好的持續(xù)降血糖作用,并且還能抑制糖尿病所引起的體質(zhì)量降低。2動物來源的生物活性物質(zhì)2.1改善表型糖和口服葡萄糖耐量海洋膠原肽是以海洋魚皮為主要原料,經(jīng)生物酶解得到的2~6個氨基酸組成的低聚肽產(chǎn)品。具有抗氧化、保護胰腺組織等生物活性。王軍波等以深海鮭魚為原料得到的海洋膠原肽(marinecollagenpeptides,MCPs),能夠明顯降低高胰島素血癥模型大鼠的空腹胰島素水平,而且對空腹血糖和口服葡萄糖耐量也有一定的改善作用,高劑量組的MCPs還可明顯緩解胰島細(xì)胞的結(jié)構(gòu)損傷,使分泌顆粒增加,脂滴明顯減少,提高了胰島素的生物學(xué)活性。王秀麗等首次用豬皮中提取的小肽與CrCl3制成膠原蛋白多肽——鉻(Ⅲ)螯合物(collagenpeptide-chromium(Ⅲ)complex,CPCC),經(jīng)驗證該螯合物具有降血糖作用,CPCC灌胃4周后,四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的空腹血糖值由18.56mmol/L下降到8.43mmol/L,基本接近于正常水平;其肝糖原含量與糖尿病模型組相比也有顯著增加,與正常組相比無顯著差異。其降血糖機理可能是通過促進葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦翁窃⑻岣吒纹咸烟羌っ富钚远l(fā)揮作用,但具體的作用機制有待進一步深入研究。鉻是胰島素發(fā)揮降糖作用必需的元素,補鉻對治療不同類型的糖尿病(包括Ⅰ型糖尿病、Ⅱ型糖尿病、妊娠糖尿病和類固醇引起的糖尿病等)均有效果。這種將膠原蛋白多肽與微量元素螯合的方法最大程度上發(fā)揮了生物活性肽降血糖的功效。2.2清除輸注所需的抗氧化活性近期研究發(fā)現(xiàn)糖尿病與自由基有著密不可分的關(guān)系。肥胖、高血糖、游離脂肪酸的過氧化反應(yīng)以及各種急性炎癥刺激等產(chǎn)生的氧自由基等對機體組織的嚴(yán)重傷害,都可以誘發(fā)胰島細(xì)胞的損傷、引發(fā)胰島β細(xì)胞的凋亡,從而導(dǎo)致糖尿病。因此,具有抗氧化活性的物質(zhì)能夠幫助清除體內(nèi)的過氧化物,提高機體的抗氧化和免疫力,有利于糖尿病的預(yù)防與治療。黃鳳杰等從幼鯊魚的肝臟中提取的鯊魚肝活性肽S-8300,有助于脂質(zhì)過氧化物和自由基的清除,提高機體自身的抗氧化能力的功能,進而消除氧化應(yīng)激,減輕自由基對胰島β細(xì)胞的損傷,降低血糖,改善糖尿病小鼠的糖脂代謝,減輕脂毒性,延緩胰島β細(xì)胞的衰竭,對糖尿病有一定的治療作用。3阿片肽活性的作用機制牛乳中含有大量的蛋白質(zhì),也是生物活性肽的重要來源。β-酪啡肽-7(β-casomorphin-7,β-CM-7)是最具代表性的一種乳源生物活性肽,它是酪蛋白水解產(chǎn)生的含有7個氨基酸殘基的寡肽(Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-ProIle),具有阿片肽活性,能夠刺激胰島素分泌、調(diào)節(jié)胃腸道運動、延緩胃排空、增加攝食量。宗亞峰發(fā)現(xiàn)β-CM-7能降低葡萄糖跨膜吸收的速率,抑制小腸對葡萄糖的吸收,從而起到降低血糖的作用,其作用機制尚不明確需進一步研究。印虹等的研究表明β-CM-7可以通過提高小腸黏膜SOD、GSH-Px等抗氧化應(yīng)激酶的活性以及小腸黏膜Na+-K+-ATP酶活力,增強小腸黏膜抗氧化應(yīng)激的能力,減輕高血糖氧化應(yīng)激產(chǎn)生的自由基對小腸黏膜的損傷,為其應(yīng)用于糖尿病治療提供了理論依據(jù)。4降血糖的生物活性昆蟲是地球上分布最廣、種類最多、數(shù)量最大的動物類群。昆蟲體內(nèi)蛋白質(zhì)含量非常豐富,其粗蛋白質(zhì)含量一般在20%~70%,且利于消化吸收,是一種“優(yōu)質(zhì)蛋白”。同時昆蟲體內(nèi)的一些活性多肽還具有益于人體的生理活性功能,《本草綱目》中記載了“蠶蛹煎汁飲,止消渴”,可見利用蠶蛹來治療糖尿病已有先例。蠶蛹或蠶粉能夠降低血糖和抑制小腸上皮細(xì)胞對葡糖糖吸收,進而起到治療糖尿病的作用。劉金明等用蛋白酶水解和超濾法制取了家蠶幼蟲的蛋白水解液,具有良好的降血糖作用。他還利用超濾技術(shù),去除了蠶體中致敏性的大分子物質(zhì),有望開發(fā)成為一種安全、服用方便的新型降血糖保健食品。此外,蜂王漿、蜂膠等一些蜂產(chǎn)品也具有降血糖、降血脂的生物活性,能在一定程度緩解糖尿病癥狀。盛晟等用凍干蜂蛹粉為原料,通過消化酶降解蛋白獲得蜂蛹富肽蛋白粉,并通過動物實驗進一步證實富肽蛋白粉可提高大鼠的免疫功能、降低血糖,并能夠預(yù)防和減輕動脈粥樣硬化。5激酶生物活性物質(zhì)5.1glp-1及其類似物1983年Bell等在分析胰高血糖素前體——胰高血糖素原(proglucagon,PG)的基因序列時發(fā)現(xiàn)了胰高血糖素樣多肽-1(glucagonlikepeptide-1,GLP-1)。它是由末端空腸、回腸和結(jié)腸的朗罕氏(Langerhans)細(xì)胞分泌的30個氨基酸多肽類激素,其主要生理功能包括葡萄糖依賴性的促進胰島素分泌和生物合成,抑制胰高血糖素的分泌,促進胰島β細(xì)胞增殖,抑制胰島β細(xì)胞凋亡,保存β細(xì)胞對血糖的敏感性,抑制胃腸道蠕動和胃液分泌,延遲胃排空等。GLP-1及其類似物治療Ⅱ型糖尿病的優(yōu)點在于降血糖作用只發(fā)生在較高血糖濃度條件下,不會造成胰島素過度分泌而導(dǎo)致的低血糖,可以長期安全使用。而且,GLP-1對磺酰脲類藥物治療失效的病人依然有效;它還能改善受體細(xì)胞對胰島素的敏感性,有助于治療胰島素抗性;長期治療還可改善病人果糖胺和糖化血紅蛋白等中長期生化指標(biāo);對于肥胖引起的Ⅱ型糖尿病,它能通過抑制胃排空作用,幫助病人控制飲食或減肥。但天然的GLP-1在體內(nèi)會被二肽酶Ⅳ(dipeptidylpepidiaseⅣ,DPPⅣ)迅速降解,其在體內(nèi)的半衰期僅為2min,大大限制了它的應(yīng)用。HouJianhua等利用基因工程的方法改造了二肽酶Ⅳ的水解位點(Ser8、Gln26、Asp34),以延長其半衰期。并在大腸桿菌中表達了此GLP-1類似物的八聚體,通過口服給藥,糖尿病小鼠的血糖值由(26.2±2.5)mmol/L顯著下降到(7.9±1.4)mmol/L。2009年,ZhaoLei等將GLP-1類似物的十聚體GLP-T(Ser8、Gln26、Asp34)基因轉(zhuǎn)入黃瓜中,用此轉(zhuǎn)基因黃瓜的提取物飼喂糖尿病大鼠,其血糖值明顯降低。也許在不久的未來,糖尿病患者可以通過非藥物療法:通過日常攝入一定量的轉(zhuǎn)基因蔬菜,水果以及谷物,就可以達到治療糖尿病的作用。5.2什么是glp-1GLP-1類似物主要有依西奈肽(Exendin-4)和利拉魯肽(Liraglutide)。Exendin-4首次于1992年由Eng等從美國西南部與墨西哥北部地區(qū)的希拉毒蜥(Helodermasuspectum)的唾液中分離得到的39個氨基酸殘基組成的多肽,與GLP-1有53%的序列同源性,同樣具有促進胰島素分泌的功能,但不被二肽基肽酶Ⅳ(DPP-Ⅳ)降解,體內(nèi)半衰期長達9.57h。美國Amylin公司用化學(xué)方法合成了Exendin-4,將其命名為Exenatide并應(yīng)用于臨床,具有減輕體質(zhì)量,降低糖化血紅蛋白(HbA1c),恢復(fù)β細(xì)胞功能以及防止肝損傷的功效。Liraglutide也是一種GLP-1的類似物,目前,由NovoNordisk公司開發(fā)的利拉魯肽注射劑(Liraglutide/Victoza)已獲得美國FDA批準(zhǔn),它與GLP-1只有一個氨基酸的不同,第34位的Lys變成了Arg,并在第26位Lys上增加了一個16碳棕櫚酰脂肪酸側(cè)鏈。Liraglutide保留了天然GLP-1的功效,同時由于脂肪酸側(cè)鏈的存在,不易被DPP-Ⅳ降解,并且能與白蛋白結(jié)合,使其具有較高的代謝穩(wěn)定性,半衰期長達12~24h,僅需每天注射一次就可以起到良好的降血糖效果。6生物活性肽的特點目前,用于治療糖尿病的藥物主要有:促進胰島素分泌的磺脲類、格列奈、GLP-1類似物;增加外周組織攝取和利用葡萄糖的雙胍類;抑制小腸葡萄糖吸收的糖苷酶抑制劑;提高靶細(xì)胞對自身胰島素的敏感性胰島素增敏劑等。長期服用會產(chǎn)生耐藥性、抗藥性、肝腎損傷等副作用。而生物活性肽大部分來源于天然動植物,具有生物活性高、副作用低等優(yōu)點