「瘦瘦針」身世揭祕:3科學巨擘接力半世紀,改寫全球糖尿病、肥胖治療史
近幾年紅透半邊天的「瘦瘦針」起源,有賴於3名分別來自美國及丹麥的科學家。他們在早年研究中,發現了腸泌素GLP-1,藉此開發出治療糖尿病及肥胖症的革命性方法。
全球80億人口中,有高達5億人罹患糖尿病,肥胖人口更高達近10億,而台灣除了已有200多萬糖友,每年還以2.5萬名速度增加。糖尿病成新國病,衍生的心血管、腎臟、神經系統等病變,無論是對患者,還是醫療體系,都是沈重的負擔。
近年GLP-1療法及瘦瘦針風靡全球,不僅嘉惠糖尿病患者,也對肥胖族群有不小幫助。最近更發現GLP-1甚至能拓展至關節修復領域,前途不可限量。
不過,這一扇人體奧秘之門之所以得以開啟,要歸功於3名在2024年獲得唐獎生技醫藥獎的生物醫學專家:哈佛大學醫學院教授哈本能(Joel Habener)、洛克斐勒大學研究副教授莫依索夫(Svetlana Mojsov),以及哥本哈根大學生醫科學系教授霍斯特(Jens Juul Holst)。3人解開醫學及科學界困惑已久的腸泌素之謎,為糖尿病與肥胖治療找到新方法,除了被視為跨時代創舉,也為促進人類健康邁進一步。
因緣際會研究鮟鱇魚,開啟通往解密GLP-1之路
在唐獎得獎人專題影片中,波士頓喬斯林糖尿病中心綜合生理學與代謝科主任坎恩(Ronald Kahn)表示,當攝取相同劑量的葡萄糖,與靜脈注射相比,口服會刺激更多胰島素分泌。這現象代表,消化道中有某些特殊激素,會加強人體釋出胰島素,而這些激素就是大家熟知的腸泌素。
不過,腸泌素的作用機轉直到1960年代後期,才逐漸被了解。腸泌素種類多元,其中由小腸K細胞分泌的「胃抑素(GIP)」是第一個被發現的種類。胃抑素可以抑制胃酸分泌,也具葡萄糖依賴性,在人體血糖升高時,可刺激胰島素分泌,但效果有限,意味著可能還有其他尚未被發掘的腸泌素,會參與胰島素分泌。
而GLP-1的發現,必須由哈本能說起。他從原本在麻省理工從事副甲狀腺研究,轉向鑽研升糖素,探索細胞如何製造升糖素。因當時禁止使用溫血動物做研究,在某次因緣際會下,哈本能團隊於波士頓海港常出沒的鮟鱇魚身上,選殖出升糖素前驅蛋白(proglucagon protein),更從中發現升糖素相關胜肽(GRP),也就是另一段成分接近升糖素的神祕胜肽序列。
後續哈本能團隊在整個過程中不只找到升糖素序列,還找到了GLP-1及GLP-2胜肽片段,同時也發現小鼠身上的GLP-1,竟也與GRP高度相似。而目前在芝加哥大學擔任醫學院教授的貝爾(Graeme Bell)團隊,在當時則透過倉鼠的cDNA,確定了GLP-1的存在。
靠理論推測及人體實驗,2學者同時找到GLP-1(7-37)
在GLP-1被發現後,實際作用機轉的研究,則由塞爾維亞共和國的莫依索夫「接棒」。她在1970年研究生時期就對升糖素有興趣,還曾以指導教授麥瑞費爾德(Bruce Merrifield)發明的固相合成法,製造升糖素。
莫依索夫在當時也看到了哈本能團隊研究鮟鱇魚的論文,在1983年至麻省總醫院主導胜肽合成,了解該胜肽的37個胺基酸序列,確認GLP-1(7-37)的存在。他說:「我馬上注意到第6個胺基酸是精胺酸(Arg),所以如果從那裡切割,就能拿到一段比較短、只有30個胺基酸的胜肽。這個具有生物活性的胜肽,我把它叫做7-37。」
接著哈本能邀請莫依索夫加入研究,於1986年共同發表發現GLP-1(7-37)的論文。該論文確認腸道及胰臟雖然有相同的升糖素前驅蛋白,但GLP-1只在腸道中分泌,而升糖素則僅由胰臟分泌,一個降血糖、一個升血糖,十分有趣。
「兩個不同器官有相同的升糖素前驅蛋白,但製造出的卻是完全不一樣的激素,」哈本能接受唐獎專訪時表示。透過將合成的GLP-1(7-37)注入小鼠胰臟內發現,確實可刺激胰島素分泌,為糖尿病治療開啟新紀元。
同一時間,霍斯特也看了貝爾團隊的研究,發現自己在腸道中找到的,是升糖素前驅蛋白的前半段,後半段則是GLP-1與GLP-2。除了腸道,胰臟中也有GLP-1及GLP-2,但沒有被分泌。他決定從腸道中找到像是GLP-1的胜肽後純化,再注入胰臟,才成功讓胰島素分泌。
這個胜肽在基因定序後,與莫依索夫的研究結果相同,但不同的是,霍斯特純化的是人體的胜肽,莫依索夫則是透過假設進行合成。
愈鑽研發現它愈厲害!GLP-1可助抗糖、減重也護臟器
後續經人體實驗證明,GLP-1(7-37)能透過身體自然機制調節血糖,無論是在健康受試者及第二型糖尿病患者身上,皆能發揮促進胰島素分泌的效果,也能減少像是胰島素注射過多,會引發低血糖等副作用。此外,使用GLP-1也被證實,能調節生理功能,從下視丘調節食慾,到維持心臟、肝臟、腎臟等臟器健康的效果。
不過,一開始GLP-1面臨半衰期極短的問題,臨床難以順利應用,也不被藥界看好。自1986年發現GLP-1(7-37)到研發出藥物,間隔了一段時間。直到1992年,終於有科學家從美國毒蜥唾液中,分離出類似GLP-1的激素Exenatide,更從中找到可抵抗專門分解GLP-1的酵素DPP-4,成功讓藥效延長在體內達數小時。
該研究後來經美國食品藥物管理局於2005年核可,成為市面上第一款GLP-1受體促效劑,也證實GLP-1對於調控血糖及肥胖有其療效。
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