苦瓜中提取的植物胰岛素研究进展

王丽英,刘素芬,孟惠茹

（河北省保定市第一中心医院,河北 保定 071000）

胰岛素是由胰岛β细胞分泌的调节血糖、脂肪及蛋白质代谢的物质,当其分泌或功能缺陷时会发生糖尿病。口服磺脲类、双胍类、葡萄糖苷酶抑制剂等降糖药物会产生乳酸中毒、肝肾损伤等一系列不良反应。近年来,动物来源的胰岛素已广泛应用于临床,但需注射给药,临床应用不便。因此,迫切需要研发使用方便、疗效好、不良反应小、可长期安全使用的糖尿病治疗药物。1981年,Khanna等[1]首次从苦瓜果实和种子中,采用有机酸和醇提取、薄层层析方法分离出苦瓜降糖多肽P,皮下注射该成分后可降低鼠、猴及糖尿病患者的血糖。该多肽的提取方式与动物胰岛素相似,薄层层析迁移率也一致,故称为植物胰岛素。目前,已成功研究出利用苦瓜大量制备植物胰岛素的方法,植物胰岛素口服应用已初见成效。

1 胰岛素

人胰岛素是由胰岛β细胞分泌的含51个氨基酸的小分子蛋白质,相对分子质量为6000。胰岛素分子由21个氨基酸A链与30个氨基酸B链组成,两链之间具有二硫键。胰岛素可促进组织细胞对葡萄糖的摄取和利用,加速葡萄糖合成糖原,贮存于肝和肌肉中；并可抑制糖异生,促进葡萄糖转变为脂肪酸,贮存于脂肪组织,可使血糖水平下降。胰岛素缺乏时,会引起糖尿病。

目前,胰岛素可从猪、牛的胰腺中提取,应用DNA重组技术和酶转化技术已成功制成了与人体氨基酸序列相同的胰岛素。动物胰岛素的使用方式为注射给药,适应证主要有1型糖尿病,糖尿病酮症酸中毒、高渗性昏迷和乳酸酸中毒伴高血糖时,糖尿病合并重症感染、消耗性疾病、视网膜病变、肾病、神经病变、急性心肌梗死、脑卒中,需外科治疗的围手术期,妊娠和分娩,2型糖尿病经饮食及口服降糖药治疗未得到良好控制,全胰腺切除引起的继发性糖尿病。人体多次接受胰岛素注射1个月后,血中可出现抗胰岛素抗体,因此所需胰岛素剂量逐渐增加。其严重的不良反应为低血糖,与剂量过大和饮食失调有关,如不及时处理可致命。

因此,迫切需要研发使用方便、疗效好、不良反应小、可长期安全使用的治疗新药。近年来一些学者从苦瓜中成功提取了被称为降糖多肽的植物胰岛素,并对其口服应用进行了尝试性研究。

2 植物胰岛素的提取

植物胰岛素是从植物中提取的降糖多肽的总称。苦瓜具有降血糖[2]、调血脂[3]的功效,目前大多数研究是从苦瓜中提取植物胰岛素,苦瓜的果肉和种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种。1981年,Khanna等[1]分离出苦瓜降糖多肽P,其相对分子质量约为11×103。Bishwajit等[5]从苦瓜中发现了几种被称为MC6的水溶性活性多肽,相对分子质量小于10×103,经口服可有效降糖,可用于治疗糖尿病。张世荣等[6]从苦瓜中成功分离出相对分子质量为 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]从苦瓜中提取的降血糖蛋白,相对分子质量为38×103,皮下注射可降低糖尿病小鼠的血糖。

Khanna等[1]分离出的苦瓜降糖多肽P含有17种氨基酸,共166个氨基酸残基,且含有牛胰岛素中没有的甲硫氨酸。盛清凯等[8]采用凝胶柱层析和反相高效液相色谱技术代替薄层层析,分离出的苦瓜植物胰岛素的氨基酸组成与Khanna等[1]报道的相似,并首次报道了其氨基酸序列。宁萍等[9]发现,从苦瓜浓缩液中提取的多肽类物质可与胰岛素抗体结合,因而推测此多肽物质具有与人胰岛素相似的氨基酸序列；或在空间结构上存在与胰岛素抗体结合的抗原位点,且有一部分位点由于空间位阻效应而被掩盖,当用木瓜蛋白酶水解处理后,有更多的抗原位点被暴露出来,使其胰岛素样的活性增强。

徐军等[10]用有机醇、酸提取,丙酮沉淀,沉淀物用水稀释,透析收集上清液,以盐析和离子交换层析、纯化,实现了苦瓜植物胰岛素的大量制备。其制备的降糖多肽相对分子质量约为11×103,与Khanna等[1]报道的相近。

3 植物胰岛素的基础研究

3.1 降糖活性

盛清凯等[11]研究发现,皮下注射苦瓜降糖多肽可降低糖尿病小鼠的血糖值,胰岛素敏感指数及肝糖原、肌糖原含量增加,总胆固醇、高密度脂蛋白及甘油三酯水平下降。Yibchok-Anun等[12]发现,植物胰岛素可升高正常大鼠和糖尿病大鼠的胰岛素水平,对糖尿病大鼠降糖作用的起效时间为4 h。关于植物胰岛素对正常动物血糖的影响,不同研究得出了不同的结论。盛清凯等[11]和Yibchok-Anun等[12]认为,皮下注射苦瓜降糖多肽可降低正常小鼠的血糖值,起效时间约为6 h。而顾俊峰等[13]对采用Khanna的方法提取的苦瓜降糖多肽进行了研究,发现口服该降糖多肽对正常动物空腹、餐后血糖值均无影响。

3.2 作用机制

苦瓜降糖多肽通过其特有的空间结构,增强胰岛素A链和B链间2个二硫键的稳定性,诱导低活性胰岛素恢复有活性的空间结构,从而激活胰岛素；同时可增强胰岛素对细胞膜上胰岛素受体的亲合性。细胞结合了有活性的胰岛素后,可使细胞表面的葡萄糖载体GLUT4的数量增加、亲合力增强,使血液中葡萄糖被摄入组织细胞内,从而使血糖降低。因此,苦瓜降糖多肽既不增加胰腺负担,又可修复胰腺分泌功能。

3.3 毒性试验

顾俊峰等[13]的研究显示,苦瓜降糖多肽在急性经口毒性试验中属实际无毒级,连续服用安全可靠,是一种值得深入研究和推广的可食用降糖物质。

4 植物胰岛素的口服应用研究

胰岛素口服给药应用方便,无注射给药带来的痛苦。胰岛素口服后经肠道吸收进入门静脉至肝脏,肝脏中浓度较高,可抑制肝糖原分解而降低血糖,同时可避免高胰岛素血症,减少低血糖的发生,因此口服给药一直是患者的期望。蛋白多肽药物可被消化道蛋白酶水解,这是胰岛素口服给药的最大障碍。研究发现,从苦瓜中提取的降糖多肽经口服给药治疗有效,有望解决这一难题。

权建新等[14]用醇、醚、酸碱等从新鲜苦瓜中粗提,再经分离纯化、冷冻干澡,得到了2.5%白色植物胰岛素精品,该药经皮下注射和灌胃给药对正常小鼠及化学性糖尿病大鼠均有非常明显的降血糖作用,首次克服了动物性或人工合成的胰岛素不能口服给药的难题。徐军等[15]实现了苦瓜植物胰岛素的大量制备,并制成了壳聚糖包封的口服制剂,口服该制剂可降低糖尿病小鼠的血糖。刘红雨等[16]研究了苦瓜蛋白酶抑制剂对苦瓜降糖多肽口服降糖活性的保护作用并取得了较好效果,其降血糖作用较平缓,作用持续时间也较长；抑制剂对降糖多肽的活性保护作用与浓度有关,降糖多肽与抑制剂之比为1∶1～4∶1且降糖多肽剂量为100mg/kg时降血糖效果更好,过多地提高抑制剂的比例对降糖多肽的活性表现无特别的作用。

山西中医学院及北京协和生物工程研究所联合研究了口服苦瓜提取物治疗糖尿病的临床疗效及可能机制,发现口服苦瓜制剂可有效降低血糖,可使胰岛素与血糖的比值升高,推测其可能具有改善胰岛β细胞分泌功能的作用[17]。孙福庆等[18]对苦瓜含片进行了临床研究,发现其可降低2型糖尿病患者的空腹及餐后血糖,降低血脂,升高血胰岛素及C肽水平。

5 其他

张文姬等[19]利用聚合酶链式反应（PCR）技术,成功地探讨了体外拼装苦瓜降糖多肽P基因的方法,经鉴定,其与设计的降糖多肽P基因序列完全一致,对四氧嘧啶致糖尿病小鼠具有降糖活性。

6 结语

综上所述,植物胰岛素具有一些动物胰岛素不具备的优点,如可口服,降糖平稳持久,不出现低血糖,无不良反应,可改善胰岛素抵抗。其可经肠道吸收的机制还需进一步深入研究。现阶段口服植物胰岛素在我国研制成功,多家医院建立了其临床试验基地,正在推广应用中。口服植物胰岛素服用方便,给糖尿病患者带来了巨大福音,具有广阔的发展前景。

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