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内分泌医学史 l 二甲双胍:历史

 CK医学Pro 2020-09-14

昨天简单讲了讲二甲双胍降糖外的作用,让人对这个药物的未来产生无限遐想.....

这次就说说二甲双胍的历史


自然界生物在千百万年进化过程中合成了数量繁多、来源多样、结构丰富、活性新奇的天然产物。人类利用天然产物作为药物来治疗疾病的历史大致可以追溯到距今4 000多年前,现在天然产物仍然是发现治疗重大疾病的药物或重要先导化合物的主要来源,随着人们对天然产物生物合成途径研究的不断深入,以及基因组技术的广泛应用,天然药物开发又迎来一个新的黄金时期。作为化学和生物学之间一个天然的通道,许多天然产物可直接作为药物,如吗啡、奎宁、青霉素、青蒿素、紫杉醇、雷帕霉素等,这些天然药物的发现和使用为人类健康做出了重大贡献,甚至被认为改变了人类历史的发展进程;同时,对天然产物进行结构改造和修饰也是新药开发的重要手段之一。对天然产物进行衍生优化,不仅可以通过改变化合物的溶解度、稳定性等理化性质来改善其体内动态规律,还可以提高其作为药物的活性与选择性,并降低人体毒性。天然产物作为药物半合成的前体、药物化学合成的模板为药物设计提供了广阔的思路



从山羊豆到二甲双胍

二甲双胍的传奇故事起源于一种名为山羊豆Galega officinalis Linn.植物,其原产于欧洲、亚洲西南部与非洲北部,现在已经遍布世界各地,又被称作山羊芸香(Goat’s rue)、法国紫丁香(French lilac)、西班牙红豆草(Spanish sainfoin)、意大利艾鼬(Italian fitch)等。在中世纪的欧洲,人们已经将山羊豆的地上部分作为草药用于缓解多尿,这正是糖尿病典型症状之一,在畜牧业中这种植物还被用于牲畜催乳。山羊豆的拉丁名Galega officinalis一词中,Galega是希腊语gala-(奶)和ega(引起)的组合,officinalis在拉丁语中则有“在店铺售卖”和“药用”的含义。

山羊豆

  • 17世纪,英国植物学家、医师Nicholas Culpeper16161654)提出山羊豆有抗糖尿病的功效,他的观点引起了英国医学界的关注并广为传播

  • 19世纪,山羊豆曾被作为牧草引入美国,但是人们很快发现其对牲畜具有很强的毒性,甚至能够致死,因此被列入美国《联邦有害杂草名单》(FederalNoxious Weed List),同时山羊豆对人体也存在危害

  • 在这一时期,人们发现山羊豆中含有大量胍类化合物(guanidines),这是一类含3N原子、碱性极强的小分子物质。

  • 1914年,法国科学家Tanret首先从山羊豆种子中提取得到山羊豆碱(galegine),并对这一生物碱进行了初步研究

  • 1918年通过动物实验,胍类物质具有降血糖功效(hypoglycemic effect)被发现并发表;

  • 1922年,二甲双胍诞生,爱尔兰化学家WernerBell首先制备得到了这一化合物;

  • 1923年英国爱丁堡的BargerWhite确定了山羊豆碱的化学结构

  • 1925年,德国科学家SpäthSpitzy完成了山羊豆碱的化学合成。

山羊豆碱

  • 1926年,Frank报道了一种双胍类(diguanide)化合物十烷双胍(decamethylenediguanide)的降血糖活性;

十烷双胍与十二烷双胍的结构

  • 同年(1926)德国先灵(Schering)公司将其推上市场,商品名为Synthalin A。为了降低其毒性,先灵公司的另一产品十二烷双胍(dodecamethylenediguanide)很快问世,商品名为Synthalin B,虽然活性与安全性均有所改善,但其毒性却是始终无法消除的一个严重问题。尽管如此,Synthalin A直到20世纪30年代初才退出临床应用,而Synthalin B在德国的使用则一直持续到了20世纪40年代中期。

  • 1927年,Tanret继续对山羊豆碱进行了药理研究,在实验动物(兔与犬)身上山羊豆碱表现出持续的降血糖作用和严重毒性反应;同年,德国科学家MüllerReinwein发表了山羊豆碱人体临床试验结果,3名受试者服用山羊豆碱后均可见血糖降低,血糖正常者降血糖效果较弱,而糖尿病人血糖降低效果较为明显。此后,许多学者对改善山羊豆碱的用药安全性进行了研究与探索,也取得了一些进展。但是总体而言,因山羊豆碱治疗效果的差异性以及作用时间较短,限制了其在糖尿病治疗中的临床应用

  • 在此期间,数项关于二甲双胍的动物实验验证了其降糖活性,并且试验中并未表现出毒性,但并未进行人体实验。

  • 二甲双胍有点生不逢时,1922年加拿大科学家班廷发现了胰岛素。胰岛素是个时代巨星,如耀眼的太阳几乎完全掩盖了二甲双胍发出的微弱光芒。几乎所有医生都沉浸在对胰岛素的欣喜和狂热中,他们甚至信心满满地认为:糖尿病被完全攻克了,以后的工作就是修修补补。

  • 同一时期,加拿大科学家班廷发现了胰岛素(1922年),胰岛素一跃成为那个时代的巨星,其光芒完全掩盖了二甲双胍,可参考胰岛素的发现(内分泌医学史 l 现代内分泌学诞生简史(下)-内分泌医学体系的建立);人们曾一度认为通过使用胰岛素将彻底终结糖尿病,在这样的情况下,二甲双胍和其他胍类衍生物自然很难得到研究者足够的重视。


双胍三兄弟

二甲双胍重归人们视野时,已经又过去了近20年时间。1949年,菲律宾医生Garcia认为二甲双胍具有抗感染、抗病毒、抗疟疾与退热、止痛作用,并将其用于治疗流感,同时发现其能够降低患者血糖且未引起其他不良反应。

真正使二甲双胍获得重视的关键人物当属法国糖尿病学家Sterne(1909—1997)。

Jean Sterne与二甲双胍

他早年求学时曾研究过山羊豆碱的降血糖作用,1956年在法国医药公司AronLaboratories与Laennec医院(Hôpital Laennec)供职时就对双胍类药物的降糖功效进行了研究,1957年Sterne通过临床试验证实了二甲双胍的降血糖功效,并发表了相关论文。他为二甲双胍起名为“Glucophage”,意为“噬葡萄糖者(glucose eater)”,中文译作“格华止”,此名称使用至今。这一成果很快引起了医学界的关注,同年二甲双胍开始作为胰岛素的替代药物在法国上市用于治疗T2DM,1958年二甲双胍在英国获得使用批准,1972年又成功在加拿大上市。

就在此时,另外2种双胍类药物开始登场。1957年,美国维生素公司(US Vitamin Corporation)的Ungar、Freedman与Shapiro发现了苯乙双胍(phenformin),并报道了其降血糖效果的临床试验结果;1958年Mehnert与Seitz报道了丁双胍(buformin)的研究结果。

苯乙双胍和丁双胍

美国汽巴-嘉基(Ciba-Geigy)公司很快将苯乙双胍推上市场,商品名为DBI,而丁双胍也在德国成功上市,商品名为Silubin。

二甲双胍在法国上市,苯乙双胍在美国和北欧国家上市,丁双胍则在德国上市。在最初的竞争中,由于降糖作用较弱,与降糖作用强大的苯乙双胍相比,二甲双胍几乎没有什么竞争力,其应用几乎只限于法国。苯乙双胍在60年代大出风头,但“人无千日好,花无百日红”,美国科学家逐渐发现其导致乳酸酸中毒的风险较高,而这种并发症死亡率较高。

1968年,美国大学联合糖尿病研究计划(University Group DiabetesProgram,UGDP)的研究结果显示,苯乙双胍可增加心血管疾病的病死率,70年代苯乙双胍导致乳酸中毒的风险被美国科学家发现,其并发症致死率很高,从1973年起苯乙双胍的销量开始减少,1976年美国FDA对苯乙双胍提出退市建议,并于1977年正式启动法律程序,至1978年底苯乙双胍在美国退市。由于同为双胍类化合物,二甲双胍也受到了这一不良反应事件的严重影响,再次陷入了艰难处境之中。


东山再起和循证医学

苯乙双胍退市之后,Sterne等研究者没有打退堂鼓,仍然坚持进一步探索,随后陆续进行的研究发现,二甲双胍与磺脲类口服降糖药具有完全不同的作用机制——由于分子结构与苯乙双胍不同,它不会抑制乳酸的释放和氧化,导致的乳酸酸中毒发生率也远远低于它的两个兄弟,只是当时这一顾虑被主观夸大而已。

当人们对二甲双胍还持有偏见的时候,关于这一药物认知的最终改变已经伴随着科学思维的变革悄然而生。循证医学(evidence-based medicine)的观念逐渐深入人心,其思想的实践为科学研究与临床治疗提供了大量的实证依据,不仅极大地影响了世界各国的与科研、医疗活动与卫生决策,也使人们对疾病、药物与医疗的认识发生了革命性的改变。虽然循证医学的概念20世纪90年代才正式被提出,但是一些长时间、大样本、多中心、随机对照的大型临床研究其实在此前很早就已经开始进行了。

一般认为,循证医学方法完整应用于临床实践研究的起步标志之一就是在糖尿病研究领域著名的“英国前瞻性糖尿病研究(United Kingdom Prospective Diabetes Study,UKPDS)”,这项计划由英国牛津大学Turner教授与Holman教授主持,从1976年开始设计筹备,于1977年正式启动,对英国23个临床试点5 102名T2DM患者(发表研究报告中选取患者人数为3 867)进行了研究,整个过程至1997年结束,共持续20年,是迄今为止时间最长的一次医学研究,也是糖尿病治疗研究乃至人类医学史上一座划时代的里程碑。1998年,UKPDS官方报告在英国著名医学杂志《柳叶刀》(Lancet)上发表,其中通过大量的临床实验充分肯定了二甲双胍的降血糖作用,同时其心血管保护效果也得到证实。这一报告为此后世界范围内糖尿病的防治规范和指南的制定带来了深远的影响,也推动二甲双胍成为治疗T2DM的一线药物。

1994年,美国FDA批准二甲双胍用于治疗T2DM,1995年由百时美施贵宝公司(Bristol-Myers Squibb Co.)生产正式在美国上市。


续写神话

至今二甲双胍已上市60余年,重新审视二甲双胍的发展历程,总会给我们带来一些启示。随着研究深入,二甲双胍也被冠以众多降糖外的功效,真可谓老树发新芽......

关于该药物降糖之外的作用可参考昨日的文章:


参考:

  • 中草药, 2017, 48(22):4591-4600.


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