以過氧化物酶體增殖物激活受體為靶點治療2型糖尿病的藥物研究進展

李意奇，高健美，龔其海

(1.成都中醫(yī)藥大學 藥學院，四川 成都 611137；2.遵義醫(yī)科大學 基礎藥理教育部重點實驗室暨特色民族藥教育部國際合作聯合實驗室，貴州 遵義 563099；3.遵義醫(yī)科大學 藥學院，貴州 遵義 563099)

過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)屬于核激素受體超家族成員，是配體調節(jié)的轉錄因子。自1990年科學家發(fā)現并成功克隆PPARs后，目前已經從小鼠、非洲爪蟾、大鼠和人類分離出3種PPAR亞型，分別是PPARα、PPARβ(PPARδ)和PPARγ，其中PPARγ包含4種異構體，即PPARγ1 ～ 4[1]。PPARs有3個主要功能區(qū)：①N末端轉錄激活域，具有配體獨立的轉錄激活功能；②C區(qū)，含DNA結合域；③C末端配體結合域，其中包含配體依賴的活化轉錄結構域[2]。當配體與PPARs配體結合域結合導致構象改變，促進PPARs與維甲酸X受體a(Retinoic X receptor a,RXRa)結合形成PPAR-RXR異二聚體，這種構象改變有助于招募一系列協同因子，如p300、環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白、類固醇受體輔激活因子-1等。協同因子在過氧化物酶體增殖物反應元件特定基因的啟動子區(qū)域同異二聚體相結合，最終促進特定靶基因的表達來維持細胞功能，包括葡萄糖穩(wěn)態(tài)、胰島素敏感性、脂肪酸氧化、線粒體生物合成，以及細胞的增殖與分化[3]，參與人類多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，如2型糖尿病，非酒精性脂肪肝，心肌纖維化及癌癥等[4]。

2型糖尿病是外周組織(如脂肪、肝臟、肌肉)胰島素抵抗和胰島β細胞功能衰竭共同作用的結果[5]。隨著研究的不斷深入，已經發(fā)現多種PPARs激動劑具有調節(jié)機體血糖的作用，且以PPARs為靶點的抗2型糖尿病新藥不斷涌現。PPARα、PPARβ和PPARγ有80%的同源性，在功能和作用機制上雖有相似之處，但由于每種亞型都具有獨特的組織表達譜和配體結合域，經配體激活后的生理效應存在差異，對2型糖尿病治療的藥理作用不完全一致[6]?，F對近年來國內外以PPARs為靶點治療2型糖尿病藥物及化合物的研究進展進行綜述(見表1)。

表1 以PPARs為靶點治療2型糖尿病的藥物及化合物

1 PPARα激動劑

PPARα是脂肪代謝的關鍵性轉錄調節(jié)因子，主要表達于能量需求高的組織，如肝臟、棕色脂肪組織、腎臟、心臟、骨骼肌和腸黏膜，可以被長鏈不飽和脂肪酸、類花生酸和降血脂藥物激活[2,7]。PPARα激活可編碼肉堿棕櫚酰轉移酶1、中鏈?；o酶A脫氫酶、酰基輔酶A氧化酶、脂肪?；o酶A合酶等酶的基因參與脂肪酸β-氧化，進而改善機體脂代謝異常。由于2型糖尿病患者早期機體攝入過多的熱量不能及時被分解利用，使游離脂肪酸(Free fatty acids,FFA)水平升高，大量FFA進入體循環(huán)導致細胞內甘油三酯(Triglyceride,TG)的合成和釋放增多，引起低密度脂蛋白(Low-density lipoprotein,LDL)升高，高密度脂蛋白(High-density lipoprotein,HDL)降低，形成高甘油三酯血癥[8]。細胞內脂質沉積和FFA的增加直接影響胰島素和細胞表面的受體結合,導致血糖升高[9]。因此，通過激動PPARα調節(jié)血脂水平有利于控制和延緩2型糖尿病進展。

近年研究發(fā)現，一些新型PPARα靶向藥物對2型糖尿病治療有潛在作用。PPARα激動劑WY14,643增加β氧化并且減少肝糖異生酶的mRNA水平，用于治療小鼠脂肪萎縮性糖尿病[10-11]。源自中東、印度和巴基斯坦的傳統藥物黑種草(Nigellasativa)提取物在糖尿病動物模型中和HepG2細胞模型中，以PPARα為靶點調控脂肪酸氧化酶以及脂肪生成信號轉導途徑，逆轉葡萄糖和脂代謝異常，對糖尿病、心血管疾病和代謝綜合征等均有潛在的益處[12]。miR-518d通過PPARα調控核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路對妊娠期糖尿病小鼠的發(fā)生發(fā)展有阻遏作用[13]。PPARα激動劑環(huán)丙貝特(Ciprofibrate)可逆轉脂肪酸誘導和葡萄糖刺激的人胰島細胞的胰島素分泌、細胞凋亡和甘油三酯積累的損害。這些結果表明PPARα激動劑既能改善糖脂代謝紊亂，又能提高胰腺β細胞對病理狀況的適應性反應[14]。

貝特類藥物是臨床最具代表性的PPARα激動劑，包括吉非貝齊(Gemfibrozil)、非諾貝特(Fenofibrate)和苯扎貝特(Bezafibrate)，用于治療動脈粥樣硬化和血脂異常。然而，早期的貝特類藥物并不能調節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)[15]。培馬貝特(Pemafibrate)是一種新型PPARα激動劑，在Ⅲ期臨床試驗中被證明可以顯著降低TG，提高HDL水平，降低LDL，效果優(yōu)于非諾貝特，肝腎功能的影響小于非諾貝特。培馬貝特對胰島素抵抗也有改善作用，為合并脂代謝異常的2型糖尿病治療提供了有效線索，但培馬貝特對2型糖尿病血糖控制標記物是否有直接影響，目前尚未得到充分的臨床證據[16-17]。此外，一些新型PPARα激動劑在胰島β細胞功能的保護作用已被陸續(xù)發(fā)現，為2型糖尿病治療藥物和協同治療藥物提供了更廣泛的選擇。

2 PPARβ激動劑

PPARβ在全身廣泛表達，尤其是與脂肪酸分解代謝密切相關的組織，包括骨骼肌、心肌、腹部脂肪、肺、腦和皮膚[2]。PPARβ通過促進肌肉和脂肪組織中脂肪酸代謝以及增加棕色脂肪組織的產熱來增強能量消耗，繼而控制肥胖的發(fā)展，提高胰島素敏感性，并抑制巨噬細胞M2表型向M1表型轉化，發(fā)揮免疫調節(jié)和抗炎作用[4,18]。PPARβ的內源性配體包括飽和及不飽和脂肪酸、花生四烯酸和前列腺素。研究發(fā)現，某些合成的PPARβ激動劑在治療2型糖尿病及相關代謝疾病治療中效果突出，如PPARβ激動劑GW0742通過單磷酸腺苷激活的蛋白激酶信號通路，增加葡萄糖轉運體(Glucose transporters,GLUT)4和GLUT5的表達和膜轉位，促進葡萄糖的吸收，同時抑制NF-κB活化，增加誘導型一氧化氮合酶和細胞間粘附分子-1的表達，影響多個炎癥級聯反應，改善肥胖小鼠的糖脂代謝，具有潛在的抗2型糖尿病作用[19-20]。PPARβ激動劑GW501516可通過調控固醇調節(jié)元件結合蛋白1c/ GLUT2通路減輕胰島組織損傷、增加胰島素含量，具有降低血糖作用[21]，且臨床前試驗已肯定了GW501516對代謝綜合征的治療效果。然而，由于其對嚙齒動物的致癌作用，現已停止使用[22]。目前，尚無針對PPARβ的藥物應用于臨床。

3 PPARγ激動劑

PPARγ在白色和棕色脂肪組織中高度表達，骨骼肌、心臟、結腸、肝臟、腎臟、脾臟、腸道中的表達量相對較少[2]。PPARγ控制生物體內的關鍵過程，包括脂肪生成、胰島素敏感性、細胞周期調節(jié)和細胞分化。PPARγ還參與葡萄糖和脂質代謝，以及免疫反應和炎癥的調節(jié)。PPARγ的內源性配體包括脂肪酸和前列腺素類。配體激活PPARγ可促進脂肪生成和前脂肪細胞分化，激活脂蛋白脂酶和轉運脂肪酸，提高脂肪細胞中脂肪酸的攝取和儲存，降低循環(huán)中的脂肪酸水平，減輕脂肪毒性，提高脂肪組織胰島素敏感性[23-24]。PPARγ經配體激活還可上調肌肉組織中GLUT1的表達，增加葡萄糖利用率，誘導脂肪因子(脂聯素和瘦素)分泌，繼而增加肝臟和骨骼肌對胰島素的敏感性[25-26]。

PPARγ激動劑在臨床治療中作為抗2型糖尿病藥物使用。噻唑烷二酮類是臨床最具代表性的PPARγ激動劑，其降血糖作用并不局限于激動PPARγ，如吡格列酮(Pioglitazone)可以結合線粒體內靶點(即線粒體丙酮酸載體1和線粒體丙酮酸載體2)促進葡萄糖的吸收，還能與線粒體外膜蛋白CDGSH鐵硫簇結構域1結合控制線粒體呼吸速率，從而改善脂質和葡萄糖穩(wěn)態(tài)[27-28]。此外，PPARγ激動劑可保護胰腺β細胞功能阻遏2型糖尿病進展。遺憾的是，噻唑烷二酮類藥物的臨床應用由于安全性問題受到限制，如曲格列酮(Troglitazone)因肝毒性而停止使用；羅格列酮(Rosiglitazone)因體重增加、液體潴留、骨密度降低和充血性心力衰竭在許多國家已經下架；吡格列酮也有增加水鈉潴留、骨折、膀胱癌的風險，故臨床應用要注意排除使用禁忌[29-30]。目前認為噻唑烷二酮類藥物副作用的產生是因為藥物對PPARγ完全激動效應導致PPARγ控制基因的系統性上調，從而出現正常生理過程失調[31]，由于臨床中有一部分患者存在胰島素抵抗，該類藥物可以顯著增加胰島素敏感性，故臨床上仍有PPARγ激動劑存在的空間。但是需要進一步尋找減少其副作用的靶點或分子結構。

由于之前的PPARγ激動劑是基于化合物對PPARγ的完全激動作用而設計，認為激動作用越強，對胰島素的增敏效果越好，但后來有學者發(fā)現非激動型PPARγ配體，PPARγ部分激動劑雖只是部分激活轉錄基因，也能發(fā)揮良好的降血糖作用。且PPARγ部分激動劑恢復胰島素敏感性的效果和完全激動劑相當，但不會引發(fā)與完全激動劑激活相關的副作用[32]。隨著對PPARγ降血糖機制研究的深入，研究者認為位于PPARγ的配體結合域內的Ser 273是治療2型糖尿病的關鍵，在肥胖和胰島素抵抗中的動物體內發(fā)現PPARγSer 273磷酸化水平升高[32-33]。噻唑烷二酮類藥物胰島素增敏作用是由于其對細胞周期素依賴蛋白激酶5介導的PPARγSer 273磷酸化的抑制，而不良反應是由于其對PPARγ的激動活性。因此，現今以PPARγ為靶點的藥物設計理念已摒棄了提高PPARγ的激動效應，新型PPARγ靶向藥物以具有結合力而無全部激動活性，具有胰島素增敏作用而無不良反應為新導向[34-36]。

天然產物是新型PPARγ配體較為豐富的資源庫，近年來的藥用植物或食物中發(fā)現了多種PPARγ激動劑。有趣的是，大多數已鑒定的天然化合物具有較弱的PPARγ激動效應，激活模式不同于噻唑烷二酮類的全激動劑，通常作為部分激動劑激活PPARγ。Δ9-四氫大麻酚酸(Δ9-tetrahydrocannabinol)是從大麻中分離出的四氫大麻的前體，是PPARγ部分激動劑，通過熒光素酶報告物分析，Δ9-四氫大麻酚酸以濃度依賴的方式激活PPARγ，能改善葡萄糖和能量代謝，防止肝臟脂肪變性、脂肪生成和巨噬細胞浸潤。此外，Δ9-四氫大麻酚酸干擾NF-κB介導的促炎細胞因子轉錄，在高脂飲食誘導的肥胖小鼠中顯示出強大的抗炎和降血糖作用[37]。和厚樸酚通過部分激活PPARγ介導AMPK信號通路降低2型糖尿病大鼠的血糖[38]。此外，紫穗槐提取物作為PPARγ部分激動劑也能改善糖尿病模型代謝參數，且副作用較噻唑烷二酮類藥物少[2,39]。

某些植物來源的烹飪香料、飲料的提取物也是PPARγ部分激動劑的重要來源，由于其具有更高的安全性，可作為潛在的膳食補充劑應用于2型糖尿病患者，目前被廣泛研究。

4 PPARs雙重激動劑

4.1 PPARα/γ雙重激動劑 由于臨床上使用的選擇性PPARα激動劑貝特類藥物(苯扎貝特和非諾貝特)具有較好的調脂效果，但并不能維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)；選擇性PPARγ激動劑噻唑烷二酮類藥物(如羅格列酮和吡格列酮)具有良好的胰島素增敏效應，但對脂代謝紊亂的調節(jié)作用較弱。PPARα/γ雙重激動劑能夠互相協同并發(fā)揮補充作用，同時調節(jié)2型糖尿病患者的血糖和血脂，在新藥研發(fā)領域備受關注。

研究表明，植物中的多種成分對PPARα/γ有激活作用，從作用溫和、毒副作用小的天然植物提取物中尋找以PPARα/γ為靶點的抗2型糖尿病藥物已成為國內外學者的研究熱點。脫氫樅酸(Dehydroabietic acid)是從松樹和針葉樹物種(如胡楊和大冷杉)中分離出來的化合物。熒光素酶報告分析表明，脫氫樅酸對PPARα/γ激動具有劑量依賴性，通過減少促炎細胞因子，如腫瘤壞死因子α和單核細胞趨化蛋白-1，抑制巨噬細胞RAW264.7和3T3-L1脂肪細胞內的炎癥反應[40]。脫氫樅酸還能改善高脂飲食誘導的肥胖/糖尿病KK-Ay小鼠的肥胖、高血糖和高血脂[41]。源自草甘膦果實的補骨脂二氫黃酮甲醚(Bavachinin)，植物(如桃子、番茄、草莓、玉米和檸檬草)提取物法尼醇(Farnesol)，以及香葉基香葉醇(Geranylgeraniol)均改善了 2型糖尿病小鼠的糖脂代謝，腎臟和肝臟功能，且不會降低空腹血糖水平，對降低糖尿病并發(fā)癥發(fā)生至關重要[42-44]。

PPARα/γ雙重激動劑的臨床研究已有數十年的歷史，莫格他唑(Muraglitazar)和替格列扎(Tesaglitazar)是曾經受關注度較高的PPARα/γ雙重激動劑，莫格他唑可以降低糖化血紅蛋白和調節(jié)血脂，對2型糖尿病及其并發(fā)癥有防治作用[45-46]。然而，在Ⅲ期臨床研究中發(fā)現其能導致水腫、心力衰竭、心梗和中風而終止研究[47]。替格列扎能夠降低低密度脂蛋白受體缺乏小鼠的動脈粥樣硬化程度[48]，抑制高血糖，調控血脂。但是，在Ⅲ期臨床研究中發(fā)現其會導致腎小球濾過率減少和腎衰竭而停止研究。有研究者將替格列扎與胰高糖素樣肽-1(Glucagon-like peptide-1,GLP-1)受體激動劑共價連接，發(fā)現其能改善飲食誘導的肥胖型小鼠的高血糖癥狀，控制效果優(yōu)于單獨使用GLP-1受體激動劑或替格列扎，表明該偶聯物可能對急性高血糖和胰島素抵抗具有治療價值[49]。新型PPARα/γ雙重激動劑沙羅格列扎于2013年在印度獲批上市，用于治療2型糖尿病患者合并經非他汀類藥物無法控制的高甘油三酯血癥和血脂異常。2020年，沙羅格列扎獲得治療2型糖尿病患者的批準，目前，已有超過一百萬患者受益于沙羅格列扎。

由于PPARα/γ天然激動劑能夠較好地調節(jié)糖脂代謝水平，在肥胖、糖尿病、高脂血癥等代謝紊亂疾病中都具有較好的前景。從天然產物中發(fā)現高效低毒的PPARα/γ激動劑成為目前研究的主要趨勢和重要方向。

4.2 PPARβ/γ雙重激動劑 ZLY06是PPARβ/γ的部分激動劑，通過促進小鼠脂肪酸β-氧化和抑制肝臟脂肪生成減輕脂肪肝，與PPARβ/γ完全激動劑比較，沒有增加體重的副作用，對代謝綜合征表現出潛在的益處[50]。黑茶是中國的傳統茶類，具有調脂減肥、調節(jié)糖代謝、抗動脈粥樣硬化等良好的保健作用。研究表明，黑茶熱水提取成分對PPARβ和PPARγ有激動作用，為黑茶防治2型糖尿病的作用提供理論基礎[51]。

5 PPARα/β/γ全激動劑

PPARα/β/γ全激動劑是目前PPARs激動劑的研究焦點，拉尼蘭諾(Lanifibranor)具有PPARα/β/γ激動效應，對失代償性肝硬化的臨床前模型有治療作用。在隨機雙盲，含安慰劑對照的臨床試驗中，拉尼蘭諾改善了患者的肝纖維化，降低糖化血紅蛋白和血脂水平，且安全耐受性良好[52-53]。

2021年10月19日，由我國自主研發(fā)的新一代胰島素增敏劑類候選藥物、國家1類新藥——西格列他鈉(Chiglitazar sodium)，獲中國國家藥品監(jiān)督管理局批準上市，也是全球首個獲批用于治療2型糖尿病的PPARα/β/γ全激動劑。西格列他鈉的化學結構完全不同于噻唑烷二酮類，能適度激活PPARα、PPARβ和PPARγ，更有效地抑制由炎癥因子和肥胖導致的CDK5激活對PPARγSer 273的磷酸化，從而選擇性地改變一系列與胰島素敏感性相關的基因表達，提高胰島素敏感性，對血糖、血脂和能量代謝紊亂都有調控作用，有益于糖尿病和相關并發(fā)癥的預防和控制，被列為新型、綜合型的2型糖尿病潛在治療藥物[54]。

6 展望

隨著對PPARs研究的不斷深入，以及現代醫(yī)學、藥學、生物、化學等多學科的融合發(fā)展，以PPARs為靶點的抗2型糖尿病新型藥物不斷涌現。藥物研究大部分從設計或尋找PPARs單一激動劑向PPARs雙重激動劑或全激動劑轉變。PPARs雙重激動劑或全激動劑可以通過調控2型糖尿病的多個環(huán)節(jié)，提高療效，減少不良反應，呈現出良好的應用前景。

然而，PPARs雙重激動劑或全激動劑研發(fā)也存在諸多挑戰(zhàn)，首先，PPARs雙重激動劑或全激動劑在分子層面對靶點活性之間的均衡性和協同性有更高的要求，需要大量的實驗論證。其次，原有的PPARs單一激動劑的藥性規(guī)則、經驗參數可能不一定和其對應的雙重激動劑或全激動劑相匹配，不適用于判斷新藥的安全性，因此，需要研究者在大量的理論數據和臨床試驗中去發(fā)現和解決問題。最后，PPARs雙重激動劑或全激動劑在使用過程中是否會產生新的毒性代謝產物，以及靶點協同如何影響給藥劑量，這些因素都會因為靶點的增加變得更為復雜，需要在研究中開展有針對性的評估，才能在有效性和安全性中尋求平衡。