鸭嘴兽毒液、鸡心螺毒液:糖尿病患者的福音!
中国生物技术网 · 2016/12/06
澳大利亚研究人员发现,他们国家标志性动物鸭嘴兽和针鼹鼠,在它们胰岛素调节的进化过程中经历了难以置信的变化,此外含有剧毒的海洋生物鸡心螺(Cone Snail)产生的“武器化胰岛素”相比于传统的药物对于高血糖治疗更加有效。


澳大利亚研究人员发现,他们国家标志性动物鸭嘴兽和针鼹鼠,在它们胰岛素调节的进化过程中经历了难以置信的变化。这一发现或将带来全新的糖尿病疗法。这一研究已发表在近日的《Scientific Reports》上,点击左下角阅读原文。

研究团队发现,鸭嘴兽的消化系统所产生的一种调节血糖的激素同样出现在它们的毒液里。这种激素叫做胰高血糖素样肽,简称GLP-1,人类和动物都会产生它。它在肠道内分泌,进而触发胰岛素释放,以维持体内血糖水平。但根据研究表明,GLP-1在人类体内会快速分解。因此,当II型糖尿病患者由于GLP-1刺激分泌胰岛素时,并不足以确保血糖水平。这就需要药物延续胰岛素的释放。

“我们的研究团队已经发现,单孔目动物——我们国宝级动物鸭嘴兽和针鼹鼠已经进化超常的能力,它们的GLP-1可以抵御快速降解。”研究合著者,阿德莱德大学生物科学院教授Frank Grutzner补充说。“我们发现GLP-1在这类单孔目动物身上以一种完全不同的机制降解。基因分析发现,GLP-1的功能之间似乎正在进行一场分子大战。”

毒液在求爱中帮助抗击竞争对手

在繁殖期,雄性鸭嘴兽会为了雌性相互争斗。为了辅助战斗,它们会制造一种含有GLP-1的毒液。

针鼹鼠的毒液中也含有GLP-1,但是它们后肢没有刺,也就无法施展这种毒液。

“针鼹鼠后肢刺的缺乏一直是进化史上的谜团,但是鸭嘴兽和针鼹鼠同时进化出延时持久的GLP-1本身就是一个激动人心的发现,”Grutzner教授解释道。

“我们已经发现鸭嘴兽体内存在冲突的GLP-1功能:在肠道内它作为调节血糖含量的管理者,在毒液中它对抗其他雄性。这种不同功能间的左右互搏可能导致GLP-1系统产生巨大变化,”研究合著者助理教授Briony Forbes说。“毒液的功能最有可能触发了GLP-1进化出稳定性。这种稳定GLP-1对II型糖尿病患者是巨大的福音。”

Grutzner教授总结说:“这是一个不可思议的例子,数百万的进化历程可以改变分子的结构并优化其功能。这些发现或将改变糖尿病治疗,这也是我们最大的挑战,未来我们的研究将致力于将这些发现转化为一种疗法。”

鸡心螺毒液:糖尿病患者的福音


鸡心螺(Cone Snail)又叫“芋螺”,是一种含有剧毒的海洋生物,因为它的尖端部分隐藏着一个很小的开口,可以很快速地从这里射出来一支毒针,以使其目标一命呜呼。但这个对于鱼类而言的坏消息,却是糖尿病患者的福音。新的研究表明,这种海洋生物产生的“武器化胰岛素”相比于传统的药物对于高血糖治疗更加有效。

在捕食中,一些鸡心螺会分泌胰岛素,同时伴有其他有毒成分。当鱼类游过时,这些有毒物质会使它们的血糖大幅下降,使鱼类进入血糖过低的状态。这些不知所措的鱼类就轻易地成为了鸡心螺的猎物。这也是海洋生物学家将其称为“武器化胰岛素”的原因。

在一项发表在《自然结构和分子生物学(Nature Structural & Molecular Biology)》上的新研究中(点击左下角阅读原文),澳大利亚和美国的研究团队表明,这种海底武器可以被利用开发出用于人类糖尿病治疗的快速作用药物。一项对鸡心螺毒液的分子分析表明了它的潜力,它比目前最好的治疗用快速反应胰岛素还要快,进入人体后5分钟就可以起作用,而目前最好的药物也要在15分钟后才起作用。

犹他大学的生物学家Helena Safavi说:“动物产生的毒液可以影响猎物的生理机能,可以将这作为一个起点,从这些毒液中找到新的灵感,利用已经形成了的东西,这是一个巨大的优势。”

像鸡心螺一样,人类也会生成胰岛素。但人类并不使用胰岛素作为毒液,而是用来调节血糖。当身体无法生成足够的胰岛素(糖尿病)时,就会导致高血糖。为了防止这种情况发生,糖尿病患者必须接受合成胰岛素注射(自然胰岛素由胰腺生成)。

Safavi和她的同事发现,鸡心螺的胰岛素和人类的以及合成的胰岛素不同之处在于:它缺少一种可以使它粘附在其他胰岛素分子上的分子片段。这使得它可以在身体内快速作用,通过使用胰岛素受体的测试表明,鸡心螺的胰岛素并不比人类胰岛素要好,但是它的快速作用能力使得它可以成为未来糖尿病治疗方法的替代品。当然,这还得需要更多的实验来验证鸡心螺的胰岛素如何在人体中起作用,以及它是否可以按照研究人员预期的那样。

Safavi说:“人们认为开发一种药物很容易。但是从哪里开始呢?首先必须要想到这种药物应该是什么样子,有哪些特性,所以设计出一种新药的难度是相当大的。”她的同事Danny Chou也指出:“实际上,我们还是应该从大自然中学习。”

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