以过氧化物酶体增殖物激活受体为靶点治疗2型糖尿病的药物研究进展

李意奇，高健美，龚其海

(1.成都中医药大学 药学院，四川 成都 611137；2.遵义医科大学 基础药理教育部重点实验室暨特色民族药教育部国际合作联合实验室，贵州 遵义 563099；3.遵义医科大学 药学院，贵州 遵义 563099)

过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)属于核激素受体超家族成员，是配体调节的转录因子。自1990年科学家发现并成功克隆PPARs后，目前已经从小鼠、非洲爪蟾、大鼠和人类分离出3种PPAR亚型，分别是PPARα、PPARβ(PPARδ)和PPARγ，其中PPARγ包含4种异构体，即PPARγ1 ～ 4[1]。PPARs有3个主要功能区：①N末端转录激活域，具有配体独立的转录激活功能；②C区，含DNA结合域；③C末端配体结合域，其中包含配体依赖的活化转录结构域[2]。当配体与PPARs配体结合域结合导致构象改变，促进PPARs与维甲酸X受体a(Retinoic X receptor a,RXRa)结合形成PPAR-RXR异二聚体，这种构象改变有助于招募一系列协同因子，如p300、环磷腺苷效应元件结合蛋白、类固醇受体辅激活因子-1等。协同因子在过氧化物酶体增殖物反应元件特定基因的启动子区域同异二聚体相结合，最终促进特定靶基因的表达来维持细胞功能，包括葡萄糖稳态、胰岛素敏感性、脂肪酸氧化、线粒体生物合成，以及细胞的增殖与分化[3]，参与人类多种疾病的发生和发展，如2型糖尿病，非酒精性脂肪肝，心肌纤维化及癌症等[4]。

2型糖尿病是外周组织(如脂肪、肝脏、肌肉)胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能衰竭共同作用的结果[5]。随着研究的不断深入，已经发现多种PPARs激动剂具有调节机体血糖的作用，且以PPARs为靶点的抗2型糖尿病新药不断涌现。PPARα、PPARβ和PPARγ有80%的同源性，在功能和作用机制上虽有相似之处，但由于每种亚型都具有独特的组织表达谱和配体结合域，经配体激活后的生理效应存在差异，对2型糖尿病治疗的药理作用不完全一致[6]。现对近年来国内外以PPARs为靶点治疗2型糖尿病药物及化合物的研究进展进行综述(见表1)。

表1 以PPARs为靶点治疗2型糖尿病的药物及化合物

1 PPARα激动剂

PPARα是脂肪代谢的关键性转录调节因子，主要表达于能量需求高的组织，如肝脏、棕色脂肪组织、肾脏、心脏、骨骼肌和肠黏膜，可以被长链不饱和脂肪酸、类花生酸和降血脂药物激活[2,7]。PPARα激活可编码肉碱棕榈酰转移酶1、中链酰基辅酶A脱氢酶、酰基辅酶A氧化酶、脂肪酰基辅酶A合酶等酶的基因参与脂肪酸β-氧化，进而改善机体脂代谢异常。由于2型糖尿病患者早期机体摄入过多的热量不能及时被分解利用，使游离脂肪酸(Free fatty acids,FFA)水平升高，大量FFA进入体循环导致细胞内甘油三酯(Triglyceride,TG)的合成和释放增多，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，形成高甘油三酯血症[8]。细胞内脂质沉积和FFA的增加直接影响胰岛素和细胞表面的受体结合,导致血糖升高[9]。因此，通过激动PPARα调节血脂水平有利于控制和延缓2型糖尿病进展。

近年研究发现，一些新型PPARα靶向药物对2型糖尿病治疗有潜在作用。PPARα激动剂WY14,643增加β氧化并且减少肝糖异生酶的mRNA水平，用于治疗小鼠脂肪萎缩性糖尿病[10-11]。源自中东、印度和巴基斯坦的传统药物黑种草(Nigellasativa)提取物在糖尿病动物模型中和HepG2细胞模型中，以PPARα为靶点调控脂肪酸氧化酶以及脂肪生成信号转导途径，逆转葡萄糖和脂代谢异常，对糖尿病、心血管疾病和代谢综合征等均有潜在的益处[12]。miR-518d通过PPARα调控核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路对妊娠期糖尿病小鼠的发生发展有阻遏作用[13]。PPARα激动剂环丙贝特(Ciprofibrate)可逆转脂肪酸诱导和葡萄糖刺激的人胰岛细胞的胰岛素分泌、细胞凋亡和甘油三酯积累的损害。这些结果表明PPARα激动剂既能改善糖脂代谢紊乱，又能提高胰腺β细胞对病理状况的适应性反应[14]。

贝特类药物是临床最具代表性的PPARα激动剂，包括吉非贝齐(Gemfibrozil)、非诺贝特(Fenofibrate)和苯扎贝特(Bezafibrate)，用于治疗动脉粥样硬化和血脂异常。然而，早期的贝特类药物并不能调节葡萄糖稳态[15]。培马贝特(Pemafibrate)是一种新型PPARα激动剂，在Ⅲ期临床试验中被证明可以显着降低TG，提高HDL水平，降低LDL，效果优于非诺贝特，肝肾功能的影响小于非诺贝特。培马贝特对胰岛素抵抗也有改善作用，为合并脂代谢异常的2型糖尿病治疗提供了有效线索，但培马贝特对2型糖尿病血糖控制标记物是否有直接影响，目前尚未得到充分的临床证据[16-17]。此外，一些新型PPARα激动剂在胰岛β细胞功能的保护作用已被陆续发现，为2型糖尿病治疗药物和协同治疗药物提供了更广泛的选择。

2 PPARβ激动剂

PPARβ在全身广泛表达，尤其是与脂肪酸分解代谢密切相关的组织，包括骨骼肌、心肌、腹部脂肪、肺、脑和皮肤[2]。PPARβ通过促进肌肉和脂肪组织中脂肪酸代谢以及增加棕色脂肪组织的产热来增强能量消耗，继而控制肥胖的发展，提高胰岛素敏感性，并抑制巨噬细胞M2表型向M1表型转化，发挥免疫调节和抗炎作用[4,18]。PPARβ的内源性配体包括饱和及不饱和脂肪酸、花生四烯酸和前列腺素。研究发现，某些合成的PPARβ激动剂在治疗2型糖尿病及相关代谢疾病治疗中效果突出，如PPARβ激动剂GW0742通过单磷酸腺苷激活的蛋白激酶信号通路，增加葡萄糖转运体(Glucose transporters,GLUT)4和GLUT5的表达和膜转位，促进葡萄糖的吸收，同时抑制NF-κB活化，增加诱导型一氧化氮合酶和细胞间粘附分子-1的表达，影响多个炎症级联反应，改善肥胖小鼠的糖脂代谢，具有潜在的抗2型糖尿病作用[19-20]。PPARβ激动剂GW501516可通过调控固醇调节元件结合蛋白1c/ GLUT2通路减轻胰岛组织损伤、增加胰岛素含量，具有降低血糖作用[21]，且临床前试验已肯定了GW501516对代谢综合征的治疗效果。然而，由于其对啮齿动物的致癌作用，现已停止使用[22]。目前，尚无针对PPARβ的药物应用于临床。

3 PPARγ激动剂

PPARγ在白色和棕色脂肪组织中高度表达，骨骼肌、心脏、结肠、肝脏、肾脏、脾脏、肠道中的表达量相对较少[2]。PPARγ控制生物体内的关键过程，包括脂肪生成、胰岛素敏感性、细胞周期调节和细胞分化。PPARγ还参与葡萄糖和脂质代谢，以及免疫反应和炎症的调节。PPARγ的内源性配体包括脂肪酸和前列腺素类。配体激活PPARγ可促进脂肪生成和前脂肪细胞分化，激活脂蛋白脂酶和转运脂肪酸，提高脂肪细胞中脂肪酸的摄取和储存，降低循环中的脂肪酸水平，减轻脂肪毒性，提高脂肪组织胰岛素敏感性[23-24]。PPARγ经配体激活还可上调肌肉组织中GLUT1的表达，增加葡萄糖利用率，诱导脂肪因子(脂联素和瘦素)分泌，继而增加肝脏和骨骼肌对胰岛素的敏感性[25-26]。

PPARγ激动剂在临床治疗中作为抗2型糖尿病药物使用。噻唑烷二酮类是临床最具代表性的PPARγ激动剂，其降血糖作用并不局限于激动PPARγ，如吡格列酮(Pioglitazone)可以结合线粒体内靶点(即线粒体丙酮酸载体1和线粒体丙酮酸载体2)促进葡萄糖的吸收，还能与线粒体外膜蛋白CDGSH铁硫簇结构域1结合控制线粒体呼吸速率，从而改善脂质和葡萄糖稳态[27-28]。此外，PPARγ激动剂可保护胰腺β细胞功能阻遏2型糖尿病进展。遗憾的是，噻唑烷二酮类药物的临床应用由于安全性问题受到限制，如曲格列酮(Troglitazone)因肝毒性而停止使用；罗格列酮(Rosiglitazone)因体重增加、液体潴留、骨密度降低和充血性心力衰竭在许多国家已经下架；吡格列酮也有增加水钠潴留、骨折、膀胱癌的风险，故临床应用要注意排除使用禁忌[29-30]。目前认为噻唑烷二酮类药物副作用的产生是因为药物对PPARγ完全激动效应导致PPARγ控制基因的系统性上调，从而出现正常生理过程失调[31]，由于临床中有一部分患者存在胰岛素抵抗，该类药物可以显着增加胰岛素敏感性，故临床上仍有PPARγ激动剂存在的空间。但是需要进一步寻找减少其副作用的靶点或分子结构。

由于之前的PPARγ激动剂是基于化合物对PPARγ的完全激动作用而设计，认为激动作用越强，对胰岛素的增敏效果越好，但后来有学者发现非激动型PPARγ配体，PPARγ部分激动剂虽只是部分激活转录基因，也能发挥良好的降血糖作用。且PPARγ部分激动剂恢复胰岛素敏感性的效果和完全激动剂相当，但不会引发与完全激动剂激活相关的副作用[32]。随着对PPARγ降血糖机制研究的深入，研究者认为位于PPARγ的配体结合域内的Ser 273是治疗2型糖尿病的关键，在肥胖和胰岛素抵抗中的动物体内发现PPARγSer 273磷酸化水平升高[32-33]。噻唑烷二酮类药物胰岛素增敏作用是由于其对细胞周期素依赖蛋白激酶5介导的PPARγSer 273磷酸化的抑制，而不良反应是由于其对PPARγ的激动活性。因此，现今以PPARγ为靶点的药物设计理念已摒弃了提高PPARγ的激动效应，新型PPARγ靶向药物以具有结合力而无全部激动活性，具有胰岛素增敏作用而无不良反应为新导向[34-36]。

天然产物是新型PPARγ配体较为丰富的资源库，近年来的药用植物或食物中发现了多种PPARγ激动剂。有趣的是，大多数已鉴定的天然化合物具有较弱的PPARγ激动效应，激活模式不同于噻唑烷二酮类的全激动剂，通常作为部分激动剂激活PPARγ。Δ9-四氢大麻酚酸(Δ9-tetrahydrocannabinol)是从大麻中分离出的四氢大麻的前体，是PPARγ部分激动剂，通过荧光素酶报告物分析，Δ9-四氢大麻酚酸以浓度依赖的方式激活PPARγ，能改善葡萄糖和能量代谢，防止肝脏脂肪变性、脂肪生成和巨噬细胞浸润。此外，Δ9-四氢大麻酚酸干扰NF-κB介导的促炎细胞因子转录，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中显示出强大的抗炎和降血糖作用[37]。和厚朴酚通过部分激活PPARγ介导AMPK信号通路降低2型糖尿病大鼠的血糖[38]。此外，紫穗槐提取物作为PPARγ部分激动剂也能改善糖尿病模型代谢参数，且副作用较噻唑烷二酮类药物少[2,39]。

某些植物来源的烹饪香料、饮料的提取物也是PPARγ部分激动剂的重要来源，由于其具有更高的安全性，可作为潜在的膳食补充剂应用于2型糖尿病患者，目前被广泛研究。

4 PPARs双重激动剂

4.1 PPARα/γ双重激动剂 由于临床上使用的选择性PPARα激动剂贝特类药物(苯扎贝特和非诺贝特)具有较好的调脂效果，但并不能维持葡萄糖稳态；选择性PPARγ激动剂噻唑烷二酮类药物(如罗格列酮和吡格列酮)具有良好的胰岛素增敏效应，但对脂代谢紊乱的调节作用较弱。PPARα/γ双重激动剂能够互相协同并发挥补充作用，同时调节2型糖尿病患者的血糖和血脂，在新药研发领域备受关注。

研究表明，植物中的多种成分对PPARα/γ有激活作用，从作用温和、毒副作用小的天然植物提取物中寻找以PPARα/γ为靶点的抗2型糖尿病药物已成为国内外学者的研究热点。脱氢枞酸(Dehydroabietic acid)是从松树和针叶树物种(如胡杨和大冷杉)中分离出来的化合物。荧光素酶报告分析表明，脱氢枞酸对PPARα/γ激动具有剂量依赖性，通过减少促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化蛋白-1，抑制巨噬细胞RAW264.7和3T3-L1脂肪细胞内的炎症反应[40]。脱氢枞酸还能改善高脂饮食诱导的肥胖/糖尿病KK-Ay小鼠的肥胖、高血糖和高血脂[41]。源自草甘膦果实的补骨脂二氢黄酮甲醚(Bavachinin)，植物(如桃子、番茄、草莓、玉米和柠檬草)提取物法尼醇(Farnesol)，以及香叶基香叶醇(Geranylgeraniol)均改善了 2型糖尿病小鼠的糖脂代谢，肾脏和肝脏功能，且不会降低空腹血糖水平，对降低糖尿病并发症发生至关重要[42-44]。

PPARα/γ双重激动剂的临床研究已有数十年的历史，莫格他唑(Muraglitazar)和替格列扎(Tesaglitazar)是曾经受关注度较高的PPARα/γ双重激动剂，莫格他唑可以降低糖化血红蛋白和调节血脂，对2型糖尿病及其并发症有防治作用[45-46]。然而，在Ⅲ期临床研究中发现其能导致水肿、心力衰竭、心梗和中风而终止研究[47]。替格列扎能够降低低密度脂蛋白受体缺乏小鼠的动脉粥样硬化程度[48]，抑制高血糖，调控血脂。但是，在Ⅲ期临床研究中发现其会导致肾小球滤过率减少和肾衰竭而停止研究。有研究者将替格列扎与胰高糖素样肽-1(Glucagon-like peptide-1,GLP-1)受体激动剂共价连接，发现其能改善饮食诱导的肥胖型小鼠的高血糖症状，控制效果优于单独使用GLP-1受体激动剂或替格列扎，表明该偶联物可能对急性高血糖和胰岛素抵抗具有治疗价值[49]。新型PPARα/γ双重激动剂沙罗格列扎于2013年在印度获批上市，用于治疗2型糖尿病患者合并经非他汀类药物无法控制的高甘油三酯血症和血脂异常。2020年，沙罗格列扎获得治疗2型糖尿病患者的批准，目前，已有超过一百万患者受益于沙罗格列扎。

由于PPARα/γ天然激动剂能够较好地调节糖脂代谢水平，在肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢紊乱疾病中都具有较好的前景。从天然产物中发现高效低毒的PPARα/γ激动剂成为目前研究的主要趋势和重要方向。

4.2 PPARβ/γ双重激动剂 ZLY06是PPARβ/γ的部分激动剂，通过促进小鼠脂肪酸β-氧化和抑制肝脏脂肪生成减轻脂肪肝，与PPARβ/γ完全激动剂比较，没有增加体重的副作用，对代谢综合征表现出潜在的益处[50]。黑茶是中国的传统茶类，具有调脂减肥、调节糖代谢、抗动脉粥样硬化等良好的保健作用。研究表明，黑茶热水提取成分对PPARβ和PPARγ有激动作用，为黑茶防治2型糖尿病的作用提供理论基础[51]。

5 PPARα/β/γ全激动剂

PPARα/β/γ全激动剂是目前PPARs激动剂的研究焦点，拉尼兰诺(Lanifibranor)具有PPARα/β/γ激动效应，对失代偿性肝硬化的临床前模型有治疗作用。在随机双盲，含安慰剂对照的临床试验中，拉尼兰诺改善了患者的肝纤维化，降低糖化血红蛋白和血脂水平，且安全耐受性良好[52-53]。

2021年10月19日，由我国自主研发的新一代胰岛素增敏剂类候选药物、国家1类新药——西格列他钠(Chiglitazar sodium)，获中国国家药品监督管理局批准上市，也是全球首个获批用于治疗2型糖尿病的PPARα/β/γ全激动剂。西格列他钠的化学结构完全不同于噻唑烷二酮类，能适度激活PPARα、PPARβ和PPARγ，更有效地抑制由炎症因子和肥胖导致的CDK5激活对PPARγSer 273的磷酸化，从而选择性地改变一系列与胰岛素敏感性相关的基因表达，提高胰岛素敏感性，对血糖、血脂和能量代谢紊乱都有调控作用，有益于糖尿病和相关并发症的预防和控制，被列为新型、综合型的2型糖尿病潜在治疗药物[54]。

6 展望

随着对PPARs研究的不断深入，以及现代医学、药学、生物、化学等多学科的融合发展，以PPARs为靶点的抗2型糖尿病新型药物不断涌现。药物研究大部分从设计或寻找PPARs单一激动剂向PPARs双重激动剂或全激动剂转变。PPARs双重激动剂或全激动剂可以通过调控2型糖尿病的多个环节，提高疗效，减少不良反应，呈现出良好的应用前景。

然而，PPARs双重激动剂或全激动剂研发也存在诸多挑战，首先，PPARs双重激动剂或全激动剂在分子层面对靶点活性之间的均衡性和协同性有更高的要求，需要大量的实验论证。其次，原有的PPARs单一激动剂的药性规则、经验参数可能不一定和其对应的双重激动剂或全激动剂相匹配，不适用于判断新药的安全性，因此，需要研究者在大量的理论数据和临床试验中去发现和解决问题。最后，PPARs双重激动剂或全激动剂在使用过程中是否会产生新的毒性代谢产物，以及靶点协同如何影响给药剂量，这些因素都会因为靶点的增加变得更为复杂，需要在研究中开展有针对性的评估，才能在有效性和安全性中寻求平衡。