苦瓜中提取的植物胰島素研究進展

王麗英,劉素芬,孟惠茹

（河北省保定市第一中心醫院,河北 保定 071000）

胰島素是由胰島β細胞分泌的調節血糖、脂肪及蛋白質代謝的物質,當其分泌或功能缺陷時會發生糖尿病。口服磺脲類、雙胍類、葡萄糖苷酶抑制劑等降糖藥物會產生乳酸中毒、肝腎損傷等一系列不良反應。近年來,動物來源的胰島素已廣泛應用于臨床,但需注射給藥,臨床應用不便。因此,迫切需要研發使用方便、療效好、不良反應小、可長期安全使用的糖尿病治療藥物。1981年,Khanna等[1]首次從苦瓜果實和種子中,采用有機酸和醇提取、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物胰島素相似,薄層層析遷移率也一致,故稱為植物胰島素。目前,已成功研究出利用苦瓜大量制備植物胰島素的方法,植物胰島素口服應用已初見成效。

1 胰島素

人胰島素是由胰島β細胞分泌的含51個氨基酸的小分子蛋白質,相對分子質量為6000。胰島素分子由21個氨基酸A鏈與30個氨基酸B鏈組成,兩鏈之間具有二硫鍵。胰島素可促進組織細胞對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,促進葡萄糖轉變為脂肪酸,貯存于脂肪組織,可使血糖水平下降。胰島素缺乏時,會引起糖尿病。

目前,胰島素可從豬、牛的胰腺中提取,應用DNA重組技術和酶轉化技術已成功制成了與人體氨基酸序列相同的胰島素。動物胰島素的使用方式為注射給藥,適應證主要有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,糖尿病合并重癥感染、消耗性疾病、視網膜病變、腎病、神經病變、急性心肌梗死、腦卒中,需外科治療的圍手術期,妊娠和分娩,2型糖尿病經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性糖尿病。人體多次接受胰島素注射1個月后,血中可出現抗胰島素抗體,因此所需胰島素劑量逐漸增加。其嚴重的不良反應為低血糖,與劑量過大和飲食失調有關,如不及時處理可致命。

因此,迫切需要研發使用方便、療效好、不良反應小、可長期安全使用的治療新藥。近年來一些學者從苦瓜中成功提取了被稱為降糖多肽的植物胰島素,并對其口服應用進行了嘗試性研究。

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。苦瓜具有降血糖[2]、調血脂[3]的功效,目前大多數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,其相對分子質量約為11×103。Bishwajit等[5]從苦瓜中發現了幾種被稱為MC6的水溶性活性多肽,相對分子質量小于10×103,經口服可有效降糖,可用于治療糖尿病。張世榮等[6]從苦瓜中成功分離出相對分子質量為 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,相對分子質量為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個氨基酸殘基,且含有牛胰島素中沒有的甲硫氨酸。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]報道的相似,并首次報道了其氨基酸序列。寧萍等[9]發現,從苦瓜濃縮液中提取的多肽類物質可與胰島素抗體結合,因而推測此多肽物質具有與人胰島素相似的氨基酸序列；或在空間結構上存在與胰島素抗體結合的抗原位點,且有一部分位點由于空間位阻效應而被掩蓋,當用木瓜蛋白酶水解處理后,有更多的抗原位點被暴露出來,使其胰島素樣的活性增強。

徐軍等[10]用有機醇、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,實現了苦瓜植物胰島素的大量制備。其制備的降糖多肽相對分子質量約為11×103,與Khanna等[1]報道的相近。

3 植物胰島素的基礎研究

3.1 降糖活性

盛清凱等[11]研究發現,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]發現,植物胰島素可升高正常大鼠和糖尿病大鼠的胰島素水平,對糖尿病大鼠降糖作用的起效時間為4 h。關于植物胰島素對正常動物血糖的影響,不同研究得出了不同的結論。盛清凱等[11]和Yibchok-Anun等[12]認為,皮下注射苦瓜降糖多肽可降低正常小鼠的血糖值,起效時間約為6 h。而顧俊峰等[13]對采用Khanna的方法提取的苦瓜降糖多肽進行了研究,發現口服該降糖多肽對正常動物空腹、餐后血糖值均無影響。

3.2 作用機制

苦瓜降糖多肽通過其特有的空間結構,增強胰島素A鏈和B鏈間2個二硫鍵的穩定性,誘導低活性胰島素恢復有活性的空間結構,從而激活胰島素；同時可增強胰島素對細胞膜上胰島素受體的親合性。細胞結合了有活性的胰島素后,可使細胞表面的葡萄糖載體GLUT4的數量增加、親合力增強,使血液中葡萄糖被攝入組織細胞內,從而使血糖降低。因此,苦瓜降糖多肽既不增加胰腺負擔,又可修復胰腺分泌功能。

3.3 毒性試驗

顧俊峰等[13]的研究顯示,苦瓜降糖多肽在急性經口毒性試驗中屬實際無毒級,連續服用安全可靠,是一種值得深入研究和推廣的可食用降糖物質。

4 植物胰島素的口服應用研究

胰島素口服給藥應用方便,無注射給藥帶來的痛苦。胰島素口服后經腸道吸收進入門靜脈至肝臟,肝臟中濃度較高,可抑制肝糖原分解而降低血糖,同時可避免高胰島素血癥,減少低血糖的發生,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。研究發現,從苦瓜中提取的降糖多肽經口服給藥治療有效,有望解決這一難題。

權建新等[14]用醇、醚、酸堿等從新鮮苦瓜中粗提,再經分離純化、冷凍干澡,得到了2.5%白色植物胰島素精品,該藥經皮下注射和灌胃給藥對正常小鼠及化學性糖尿病大鼠均有非常明顯的降血糖作用,首次克服了動物性或人工合成的胰島素不能口服給藥的難題。徐軍等[15]實現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苦瓜降糖多肽口服降糖活性的保護作用并取得了較好效果,其降血糖作用較平緩,作用持續時間也較長；抑制劑對降糖多肽的活性保護作用與濃度有關,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時降血糖效果更好,過多地提高抑制劑的比例對降糖多肽的活性表現無特別的作用。

山西中醫學院及北京協和生物工程研究所聯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制,發現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,推測其可能具有改善胰島β細胞分泌功能的作用[17]。孫福慶等[18]對苦瓜含片進行了臨床研究,發現其可降低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]利用聚合酶鏈式反應（PCR）技術,成功地探討了體外拼裝苦瓜降糖多肽P基因的方法,經鑒定,其與設計的降糖多肽P基因序列完全一致,對四氧嘧啶致糖尿病小鼠具有降糖活性。

6 結語

綜上所述,植物胰島素具有一些動物胰島素不具備的優點,如可口服,降糖平穩持久,不出現低血糖,無不良反應,可改善胰島素抵抗。其可經腸道吸收的機制還需進一步深入研究。現階段口服植物胰島素在我國研制成功,多家醫院建立了其臨床試驗基地,正在推廣應用中。口服植物胰島素服用方便,給糖尿病患者帶來了巨大福音,具有廣闊的發展前景。

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