二甲雙胍被譽(yù)為神藥，但它依舊神秘。

大量的研究證實(shí)二甲雙胍能降糖、防癌抗癌，甚至還能抗衰老、抗霧霾；但遺憾的是，這些功效背后的分子機(jī)制至今鮮為人知。

近日，加拿大蒙特利爾大學(xué)的StephenW.Michnick教授團(tuán)隊(duì)，憑借他們開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，讓我們得以一窺二甲雙胍在分子層面對(duì)生命體的神奇影響。

基于這項(xiàng)技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍至少能影響745種蛋白的活性，而這些蛋白按照功能分屬代謝、信號(hào)傳遞、轉(zhuǎn)運(yùn)等4大類。在一定程度上，讓我們明白了二甲雙胍兼具降糖、防癌抗癌和延緩衰老的原因。他們的這項(xiàng)研究成果刊登在頂級(jí)期刊《細(xì)胞》雜志上[1]。

從1656年，英國(guó)植物學(xué)家兼醫(yī)生Culpeper首次報(bào)道山羊豆能降血糖[2]；到1922年，愛爾蘭化學(xué)家首次合成出二甲雙胍[3]；再到2011年，二甲雙胍被列入世界衛(wèi)生組織基本藥物清單[4]。

二甲雙胍已經(jīng)成為全世界處方量最大的口服降糖藥。不過，二甲雙胍進(jìn)入人體之后，結(jié)合的靶點(diǎn)到底是啥，目前還不清楚，有研究說可能是單靶點(diǎn)，有研究說應(yīng)該是多靶點(diǎn)[5]。

搞不清楚藥物的作用靶點(diǎn)，就不能深入地認(rèn)識(shí)疾病，難以開發(fā)更加有效的藥物。其實(shí)啊，目前不少藥物都面臨這樣的問題。

Michnick教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，目前的技術(shù)手段都不好使啊。于是他們基于蛋白片段互補(bǔ)分析（PCA）技術(shù)，開發(fā)了“同源物動(dòng)力學(xué)”蛋白片段互補(bǔ)分析（hdPCA）技術(shù)。

這個(gè)技術(shù)看名字挺復(fù)雜，實(shí)際上啊，也確實(shí)非常復(fù)雜。

簡(jiǎn)單來說，是這樣的。在自然界中啊，有些蛋白質(zhì)比較獨(dú)特，把它切成兩段，這兩段都沒有功能，一旦這兩段蛋白相遇，它們就會(huì)結(jié)合在一起，組成完整蛋白，對(duì)應(yīng)的功能就會(huì)恢復(fù)正常。這就是所謂的蛋白片段互補(bǔ)。

例如，對(duì)細(xì)胞存活和增殖至關(guān)重要，催化二氫葉酸還原成四氫葉酸，為嘌呤和胸苷酸合成提供前體的二氫葉酸還原酶（dihydrofolatereductase，DHFR）。

如果奇點(diǎn)糕想研究某兩個(gè)蛋白質(zhì)（X和Y）之間是否有相互作用，我可以在DHFR已經(jīng)缺失的細(xì)菌里，把DHFR的前半截連在X上，把DHFR的后半截連在Y蛋白上，然后在培養(yǎng)基里加入二氫葉酸。你應(yīng)該已經(jīng)猜到了。如果這個(gè)細(xì)菌活下來了，那就說明，X蛋白和Y蛋白勾搭在一起了，DHFR的功能恢復(fù)了；如果細(xì)菌都死了，那就說明X蛋白和Y蛋白沒有結(jié)合。

這個(gè)就是蛋白片段互補(bǔ)分析（PCA）技術(shù)了。

不過呢，Michnick教授團(tuán)隊(duì)要研究的不是蛋白質(zhì)之間的相互作用，而是在藥物的處理下，單個(gè)蛋白質(zhì)的狀態(tài)。所以他們對(duì)PCA技術(shù)做了改進(jìn)，將報(bào)告基因的兩段都連在同一個(gè)蛋白上，然后通過有性生殖獲得雜合子（如上圖）。如果某種蛋白起作用需要自身聚合，那么這種聚合就會(huì)讓細(xì)胞生存；如果這個(gè)蛋白發(fā)揮作用恰巧不需要自身聚合，那么就死亡。

你可能也看出來了，這種方法會(huì)漏掉那些發(fā)揮作用不需要聚合的蛋白。當(dāng)然這就是這個(gè)方法的缺陷，不過有研究表明，生物體內(nèi)的蛋白復(fù)合物比例可能并不低，有些生物至少有50%的蛋白質(zhì)要形成同源聚合物[6]。

技術(shù)平臺(tái)在酵母體內(nèi)搭建好之后，研究人員首先用免疫抑制劑雷帕霉素作為檢驗(yàn)平臺(tái)可靠性的藥物。這個(gè)藥物不僅作用靶點(diǎn)明確，而且還有比較齊全的數(shù)據(jù)庫可以用來驗(yàn)證這個(gè)平臺(tái)的分析結(jié)果[7]。

雷帕霉素的分析結(jié)果不僅驗(yàn)證了hdPCA平臺(tái)的可靠性，并且還發(fā)現(xiàn)蛋白片段互補(bǔ)信號(hào)低，也就是某個(gè)蛋白形成同源聚合體的能力弱，與蛋白活性降低相關(guān)；反之，與蛋白活性增強(qiáng)相關(guān)。

這些研究成果，為研究靶點(diǎn)不明確的二甲雙胍奠定了良好的基礎(chǔ)。

當(dāng)研究人員用二甲雙胍來篩選時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)有342個(gè)蛋白的信號(hào)增強(qiáng)，403個(gè)蛋白的信號(hào)減弱。研究人員把這745個(gè)蛋白分成了代謝、信號(hào)傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)運(yùn)和其他過程等4大類。

從糖代謝的角度而言，之前有研究表明，二甲雙胍可以刺激細(xì)胞攝取葡萄糖，降低糖異生和細(xì)胞呼吸能力，并增加甘油和乳酸的濃度[8]。hdPCA篩選顯示，參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白信號(hào)增加，降解糖異生酶的蛋白信號(hào)增加，以及甘油和乙醇生產(chǎn)的酶信號(hào)增加；而檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化相關(guān)的蛋白hdPCA信號(hào)降低。這與之前的發(fā)現(xiàn)相吻合。

從衰老和癌癥的角度而言。二甲雙胍處理之后，與衰老有關(guān)的蛋白hdPCA信號(hào)降低，這與之前在長(zhǎng)壽酵母中觀察到的結(jié)果一致。而且，促進(jìn)乳腺癌的TOR通路信號(hào)也降低，說明也受到了二甲雙胍的抑制。有趣的是，二甲雙胍似乎可以促進(jìn)DNA的修復(fù)，因?yàn)榕cDNA修復(fù)相關(guān)的蛋白信號(hào)顯著升高?？磥恚纂p胍抗癌防癌是有依據(jù)的。

最后，讓研究人員感到驚喜的是，二甲雙胍對(duì)細(xì)胞鐵代謝的影響。從hdPCA信號(hào)的變化來看，二甲雙胍似乎導(dǎo)致細(xì)胞表現(xiàn)出全面的鐵缺乏現(xiàn)象。實(shí)際上，在鐵被限制的情況下，研究人員已經(jīng)在多種生物中觀察到呼吸能力降低、葡萄糖攝取增加、甘油產(chǎn)量增加、TOR途徑抑制、壽命增加和DNA修復(fù)激活。這也暗示，鐵代謝途徑，可能是二甲雙胍作用的重要靶點(diǎn)。

總之，Michnick教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究，讓我們對(duì)二甲雙胍之神，有了一定的認(rèn)識(shí)。后面想要進(jìn)一步研究二甲雙胍對(duì)具體疾病的作用機(jī)制，這個(gè)研究里面有豐富的材料值得去挖掘。