PNAS：新型“合成性铰链”或是革命性智能胰岛素疗法开发的关键

2021年8月4日 讯 /生物谷BIOON/ --胰岛素信号的传递需要构象的改变，尽管游离激素及其受体各自会采用自抑制的构象，但其结合往往会导致结构重组。对于依赖胰岛素的糖尿病患者而言，血糖的控制是一项全职的工作，但如果他们的药物能为其做这些工作（血液中的胰岛素能对血糖水平做出反应并适时调整），那又会怎样呢？近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Insertion of a synthetic switch into insulin provides metabolite-dependent regulation of hormone–receptor activation”的研究报告中，来自印第安纳大学医学院等机构的科学家们通过研究发现，合成性的铰链结构或为开发智能性的胰岛素疗法带来革命性的进展。

图片来源：https://www.pnas.org/content/118/30/e2103518118

文章中，研究人员描述了如何利用一种简单的糖类传感器来开启或关闭合成性的“开关”，他们所提出的概念是利用一种机体的自然机制，即“保护性的铰链”（protective hinge），这种机制存在于脊椎动物的胰岛素中；保护性的铰链结构是一种自然的结构特征，其在5亿年前就已经进行了进化，从而就能保持激素在封闭状态下的稳定性，但在开放状态下却是可折叠的且具有一定的功能性。研究者Weiss说道，葡萄糖反应性的胰岛素之所以重要是因为其是有效利用胰岛素的最大屏障，尤其是在1型糖尿病中，而该屏障则是患者机体血糖过低后果的恐惧。

严重低血糖（低血糖症）的直接后果就是会诱导谵妄、抽搐和意识丧失，而反复发作的低血糖症则可能会导致认知功能下降；从另一方面来讲，长期高血糖会导致失明、中风或截肢；保持在理想的血糖范围内是胰岛素依赖型糖尿病患者每天都要面对的一种微妙平衡。研究者设想，未来人们或许并不必为了保护自己伸手严重低血糖的直接危害而选择面对长期的健康风险。

这种“智能性”胰岛素的作用就是能改变糖尿病的护理，因此人们不必过于担心；基于这项研究发明，研究者认为，当机体血糖较低时，铰链结构会关闭；但要将这种原理证明转化为FDA批准的产品，研究人员还有许多工作要做。在胰岛素被发现后100年的今天，其作为糖尿病的治疗方法经历了许多重要的变化，而葡萄糖反应性的胰岛素或许就是下一个。文章中，研究人员看到了胰岛素发展的令人兴奋的例子，即开发一种胰岛素类似物，其能通过化学修饰来感知血液中存在的糖类的水平；似乎相同的方法还能用来开发感知果糖的类似物，但这种类似物是否能足够敏感性地被生理范围内的改变所调控，还有待于进一步研究确定，如果是这样的话，其或将成为糖尿病管理的重要新型工具。

图片来源：Indiana University School of Medicine

其它类型的葡萄糖反应性胰岛素正在其它地方进行开发，而研究者Weiss所开发的新型智能胰岛素的独特之处在与其简单性，合成性的铰链结构能利用自然发生的过程，与其它方法相比，其引入的外部或人工元素较少。尽管本文研究中，研究人员以果糖作为模型（像葡萄糖一样单糖的代表），但研究结果证明Weiss的“合成铰链”概念是可行的，其领导的团队如今正在研究葡萄糖反应性的候选胰岛素，这些胰岛素会在所需的较高和较低的葡萄糖阈值时打开或关闭，这些阈值分别为70-180mg/dL；而通过利用葡萄糖传感器来取代果糖传感器，一种革命性的胰岛素疗法可能要比我们想象中更为接近。

综上，本文研究结果表明，利用类似的葡萄糖传感器来取代目前的果糖传感器，或有望促进智能行胰岛素类似物的转化开发，从而减轻糖尿病疗法中患者出现低血糖的风险。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Yen-Shan Chen, Jeremy Gleaton, Yanwu Yang, et al. Insertion of a synthetic switch into insulin provides metabolite-dependent regulation of hormone–receptor activation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2103518118