苦瓜中提取的植物胰島素研究進(jìn)展

王麗英,劉素芬,孟惠茹

（河北省保定市第一中心醫(yī)院,河北 保定 071000）

胰島素是由胰島β細(xì)胞分泌的調(diào)節(jié)血糖、脂肪及蛋白質(zhì)代謝的物質(zhì),當(dāng)其分泌或功能缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生糖尿病?？诜请孱?lèi)、雙胍類(lèi)、葡萄糖苷酶抑制劑等降糖藥物會(huì)產(chǎn)生乳酸中毒、肝腎損傷等一系列不良反應(yīng)。近年來(lái),動(dòng)物來(lái)源的胰島素已廣泛應(yīng)用于臨床,但需注射給藥,臨床應(yīng)用不便。因此,迫切需要研發(fā)使用方便、療效好、不良反應(yīng)小、可長(zhǎng)期安全使用的糖尿病治療藥物。1981年,Khanna等[1]首次從苦瓜果實(shí)和種子中,采用有機(jī)酸和醇提取、薄層層析方法分離出苦瓜降糖多肽P,皮下注射該成分后可降低鼠、猴及糖尿病患者的血糖。該多肽的提取方式與動(dòng)物胰島素相似,薄層層析遷移率也一致,故稱(chēng)為植物胰島素。目前,已成功研究出利用苦瓜大量制備植物胰島素的方法,植物胰島素口服應(yīng)用已初見(jiàn)成效。

1 胰島素

人胰島素是由胰島β細(xì)胞分泌的含51個(gè)氨基酸的小分子蛋白質(zhì),相對(duì)分子質(zhì)量為6000。胰島素分子由21個(gè)氨基酸A鏈與30個(gè)氨基酸B鏈組成,兩鏈之間具有二硫鍵。胰島素可促進(jìn)組織細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用,加速葡萄糖合成糖原,貯存于肝和肌肉中；并可抑制糖異生,促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?貯存于脂肪組織,可使血糖水平下降。胰島素缺乏時(shí),會(huì)引起糖尿病。

目前,胰島素可從豬、牛的胰腺中提取,應(yīng)用DNA重組技術(shù)和酶轉(zhuǎn)化技術(shù)已成功制成了與人體氨基酸序列相同的胰島素。動(dòng)物胰島素的使用方式為注射給藥,適應(yīng)證主要有1型糖尿病,糖尿病酮癥酸中毒、高滲性昏迷和乳酸酸中毒伴高血糖時(shí),糖尿病合并重癥感染、消耗性疾病、視網(wǎng)膜病變、腎病、神經(jīng)病變、急性心肌梗死、腦卒中,需外科治療的圍手術(shù)期,妊娠和分娩,2型糖尿病經(jīng)飲食及口服降糖藥治療未得到良好控制,全胰腺切除引起的繼發(fā)性糖尿病。人體多次接受胰島素注射1個(gè)月后,血中可出現(xiàn)抗胰島素抗體,因此所需胰島素劑量逐漸增加。其嚴(yán)重的不良反應(yīng)為低血糖,與劑量過(guò)大和飲食失調(diào)有關(guān),如不及時(shí)處理可致命。

因此,迫切需要研發(fā)使用方便、療效好、不良反應(yīng)小、可長(zhǎng)期安全使用的治療新藥。近年來(lái)一些學(xué)者從苦瓜中成功提取了被稱(chēng)為降糖多肽的植物胰島素,并對(duì)其口服應(yīng)用進(jìn)行了嘗試性研究。

2 植物胰島素的提取

植物胰島素是從植物中提取的降糖多肽的總稱(chēng)。苦瓜具有降血糖[2]、調(diào)血脂[3]的功效,目前大多數(shù)研究是從苦瓜中提取植物胰島素,苦瓜的果肉和種子是用于提取的主要部位[4]。

目前提取的降糖多肽分子有多種。1981年,Khanna等[1]分離出苦瓜降糖多肽P,其相對(duì)分子質(zhì)量約為11×103。Bishwajit等[5]從苦瓜中發(fā)現(xiàn)了幾種被稱(chēng)為MC6的水溶性活性多肽,相對(duì)分子質(zhì)量小于10×103,經(jīng)口服可有效降糖,可用于治療糖尿病。張世榮等[6]從苦瓜中成功分離出相對(duì)分子質(zhì)量為 8×103～6×103,2.5×103～2.1×103,2×103～0.8×103的降糖多肽,均能降低高血糖小鼠的血糖。王敬文等[7]從苦瓜中提取的降血糖蛋白,相對(duì)分子質(zhì)量為38×103,皮下注射可降低糖尿病小鼠的血糖。

Khanna等[1]分離出的苦瓜降糖多肽P含有17種氨基酸,共166個(gè)氨基酸殘基,且含有牛胰島素中沒(méi)有的甲硫氨酸。盛清凱等[8]采用凝膠柱層析和反相高效液相色譜技術(shù)代替薄層層析,分離出的苦瓜植物胰島素的氨基酸組成與Khanna等[1]報(bào)道的相似,并首次報(bào)道了其氨基酸序列。寧萍等[9]發(fā)現(xiàn),從苦瓜濃縮液中提取的多肽類(lèi)物質(zhì)可與胰島素抗體結(jié)合,因而推測(cè)此多肽物質(zhì)具有與人胰島素相似的氨基酸序列；或在空間結(jié)構(gòu)上存在與胰島素抗體結(jié)合的抗原位點(diǎn),且有一部分位點(diǎn)由于空間位阻效應(yīng)而被掩蓋,當(dāng)用木瓜蛋白酶水解處理后,有更多的抗原位點(diǎn)被暴露出來(lái),使其胰島素樣的活性增強(qiáng)。

徐軍等[10]用有機(jī)醇、酸提取,丙酮沉淀,沉淀物用水稀釋,透析收集上清液,以鹽析和離子交換層析、純化,實(shí)現(xiàn)了苦瓜植物胰島素的大量制備。其制備的降糖多肽相對(duì)分子質(zhì)量約為11×103,與Khanna等[1]報(bào)道的相近。

3 植物胰島素的基礎(chǔ)研究

3.1 降糖活性

盛清凱等[11]研究發(fā)現(xiàn),皮下注射苦瓜降糖多肽可降低糖尿病小鼠的血糖值,胰島素敏感指數(shù)及肝糖原、肌糖原含量增加,總膽固醇、高密度脂蛋白及甘油三酯水平下降。Yibchok-Anun等[12]發(fā)現(xiàn),植物胰島素可升高正常大鼠和糖尿病大鼠的胰島素水平,對(duì)糖尿病大鼠降糖作用的起效時(shí)間為4 h。關(guān)于植物胰島素對(duì)正常動(dòng)物血糖的影響,不同研究得出了不同的結(jié)論。盛清凱等[11]和Yibchok-Anun等[12]認(rèn)為,皮下注射苦瓜降糖多肽可降低正常小鼠的血糖值,起效時(shí)間約為6 h。而顧俊峰等[13]對(duì)采用Khanna的方法提取的苦瓜降糖多肽進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)口服該降糖多肽對(duì)正常動(dòng)物空腹、餐后血糖值均無(wú)影響。

3.2 作用機(jī)制

苦瓜降糖多肽通過(guò)其特有的空間結(jié)構(gòu),增強(qiáng)胰島素A鏈和B鏈間2個(gè)二硫鍵的穩(wěn)定性,誘導(dǎo)低活性胰島素恢復(fù)有活性的空間結(jié)構(gòu),從而激活胰島素；同時(shí)可增強(qiáng)胰島素對(duì)細(xì)胞膜上胰島素受體的親合性。細(xì)胞結(jié)合了有活性的胰島素后,可使細(xì)胞表面的葡萄糖載體GLUT4的數(shù)量增加、親合力增強(qiáng),使血液中葡萄糖被攝入組織細(xì)胞內(nèi),從而使血糖降低。因此,苦瓜降糖多肽既不增加胰腺負(fù)擔(dān),又可修復(fù)胰腺分泌功能。

3.3 毒性試驗(yàn)

顧俊峰等[13]的研究顯示,苦瓜降糖多肽在急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)中屬實(shí)際無(wú)毒級(jí),連續(xù)服用安全可靠,是一種值得深入研究和推廣的可食用降糖物質(zhì)。

4 植物胰島素的口服應(yīng)用研究

胰島素口服給藥應(yīng)用方便,無(wú)注射給藥帶來(lái)的痛苦。胰島素口服后經(jīng)腸道吸收進(jìn)入門(mén)靜脈至肝臟,肝臟中濃度較高,可抑制肝糖原分解而降低血糖,同時(shí)可避免高胰島素血癥,減少低血糖的發(fā)生,因此口服給藥一直是患者的期望。蛋白多肽藥物可被消化道蛋白酶水解,這是胰島素口服給藥的最大障礙。研究發(fā)現(xiàn),從苦瓜中提取的降糖多肽經(jīng)口服給藥治療有效,有望解決這一難題。

權(quán)建新等[14]用醇、醚、酸堿等從新鮮苦瓜中粗提,再經(jīng)分離純化、冷凍干澡,得到了2.5%白色植物胰島素精品,該藥經(jīng)皮下注射和灌胃給藥對(duì)正常小鼠及化學(xué)性糖尿病大鼠均有非常明顯的降血糖作用,首次克服了動(dòng)物性或人工合成的胰島素不能口服給藥的難題。徐軍等[15]實(shí)現(xiàn)了苦瓜植物胰島素的大量制備,并制成了殼聚糖包封的口服制劑,口服該制劑可降低糖尿病小鼠的血糖。劉紅雨等[16]研究了苦瓜蛋白酶抑制劑對(duì)苦瓜降糖多肽口服降糖活性的保護(hù)作用并取得了較好效果,其降血糖作用較平緩,作用持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)；抑制劑對(duì)降糖多肽的活性保護(hù)作用與濃度有關(guān),降糖多肽與抑制劑之比為1∶1～4∶1且降糖多肽劑量為100mg/kg時(shí)降血糖效果更好,過(guò)多地提高抑制劑的比例對(duì)降糖多肽的活性表現(xiàn)無(wú)特別的作用。

山西中醫(yī)學(xué)院及北京協(xié)和生物工程研究所聯(lián)合研究了口服苦瓜提取物治療糖尿病的臨床療效及可能機(jī)制,發(fā)現(xiàn)口服苦瓜制劑可有效降低血糖,可使胰島素與血糖的比值升高,推測(cè)其可能具有改善胰島β細(xì)胞分泌功能的作用[17]。孫福慶等[18]對(duì)苦瓜含片進(jìn)行了臨床研究,發(fā)現(xiàn)其可降低2型糖尿病患者的空腹及餐后血糖,降低血脂,升高血胰島素及C肽水平。

5 其他

張文姬等[19]利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù),成功地探討了體外拼裝苦瓜降糖多肽P基因的方法,經(jīng)鑒定,其與設(shè)計(jì)的降糖多肽P基因序列完全一致,對(duì)四氧嘧啶致糖尿病小鼠具有降糖活性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,植物胰島素具有一些動(dòng)物胰島素不具備的優(yōu)點(diǎn),如可口服,降糖平穩(wěn)持久,不出現(xiàn)低血糖,無(wú)不良反應(yīng),可改善胰島素抵抗。其可經(jīng)腸道吸收的機(jī)制還需進(jìn)一步深入研究?，F(xiàn)階段口服植物胰島素在我國(guó)研制成功,多家醫(yī)院建立了其臨床試驗(yàn)基地,正在推廣應(yīng)用中?？诜参镆葝u素服用方便,給糖尿病患者帶來(lái)了巨大福音,具有廣闊的發(fā)展前景。

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