葡萄糖苷酶抑制剂课件.ppt
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1、葡萄糖苷酶抑制剂陆彩鹏 11101054内容引言糖尿病(DM,Diabetes Mellitus)是一种多病因的代谢疾病,其特点是餐后高血糖,餐后高血糖是由于胰腺的-细胞分泌的胰岛素减少或胰岛素敏感性的降低所引起的,高血糖能进一步抑制胰腺分泌胰岛素,减少胰岛素调节外周组织葡萄糖吸收的能力,伴随因胰岛素(Insulin)分泌及作用缺陷引起的糖,脂肪和蛋白质代谢紊乱1。随着患糖尿病时间的延长,导致眼、肾、神经、血管和心脏等组织器官的慢性并发症,以致最终发生失明、尿毒症、脑中风、心肌梗塞等,最后危及生命2。临床观察统计证实,糖尿病并发症高发是造成死亡的主要原因,其死亡率也上升到继心脑血管病,肿瘤之
2、后的第三位。糖尿病因其病因的复杂,并发症多,治愈率低,成为国内国际一大医学难题,被世界卫生组织(WHO)称为不死的癌症。世界卫生组织发布的统计数字表明,2000年全球共有15亿糖尿病患者(2型糖尿病患者占90%以上,其中我国现有糖尿病患者2000多万人,仅次于美国,居全球第二),预计到2025年将突破3亿3,4由于糖尿病患者的大量增加,糖尿病的治疗已经成为全球性的卫生保健问题。持续的高血糖引起并发症是糖尿病患者致残、致死的主要原因,因此保持正常水平的血糖并预防糖尿病并发症十分重要。目前,治疗糖尿病的药物主要有胰岛素(INS)及其类似物,胰岛素分泌促进剂,INS增敏剂等5,虽都能达到短期内降糖的
3、目的,但久用此类药物会加速胰岛组织的老,损害身体各种器官,诱发并发症。-葡萄糖苷酶抑制剂是治疗糖尿病的新途径。20世纪九十年代以来,已有阿卡波糖,米格列醇,伏格列波糖三个-葡萄糖苷酶抑制剂应用于临床。1.糖尿病及其治疗1.1 糖尿病的分类胰岛素依赖型糖尿病(I型)约占糖尿病患者的10%非胰岛素依赖型糖尿病(型)约占90%1.2 糖尿病的治疗 I型糖尿病是由于胰岛受损或先天缺陷引起的,对这类患者只能通过补充胰岛素(如肌肉注射或口服)的方式加以治疗,但久用此类药物会加速胰岛组织的老化,损害身体各种器官,诱发并发症。型糖尿病(NIDDM)治疗的长期目标是长期稳定血糖使其处于正常水平,防止各种并发症。
4、理想的血糖水平是3.3-5.6mmol/L,餐后血糖水平不超过10mmol/L6。目前常用食疗,口服降糖药或胰岛索治疗,见表1。表1:型糖尿病的治疗途径药物类别药物类别作用机理作用机理药物效果与副作用药物效果与副作用胰岛素(INS)分泌促进剂磺酰脲(SU)类,如:格列美脲;非磺酰脲类如瑞格列奈该类药物可与胰腺-细胞上的调整蛋白(也称SU受体)结合,特异性阻滞胰岛-细胞上ATP敏感性钾通道,使膜去极化,促使电压依赖Ca2+通道开放,引起胞浆内Ca2+浓度升高,从而增加胰岛素分泌和释放。降血糖活性较好,口服吸收快,但可引发低血糖,粒细胞减少以及心血管等不良反应。-肾上腺素受体拮抗剂,如:咪格列唑有
5、靶受体阻滞作用亦能抑制胰岛细胞上ATP敏感性钾通道,胰岛细胞上亦有咪唑啉结合位点。使空腹血糖和餐后血糖降低,不良反应有腹泻、腹胀等,此类药还可引发高血压,故其应用受到一定限制。升血糖素样肽一1(GLP-1)GLP-L由肠道L-细胞合成并分泌,进餐时由肠道释放,本品断裂物可强有力地促进INS分泌。血糖浓度高时刺激胰岛素分泌,但在低血糖期则不会,可以使葡萄糖水平和餐后胰岛素反应正常化,其缺点是必须注射,而长期皮下注射可降低体重。药物类别药物类别作用机理作用机理药物效果与副作用药物效果与副作用胰岛素增敏剂噻唑烷二酮类化合物,如曲格列酮、罗格列酮本类药因能增强胰岛素的作用,纠正糖及脂质代谢异常,降低空
6、腹及餐后血糖井能改善高糖毒性,治疗时不引起体重增加及低血糖而受人注目。能改善胰岛素抵抗状态,纠正糖及脂质代谢异常。但曲格列酮等有肝毒性等不良反应,至今其不良反应机理还未弄清。3-受体激动剂,如:乙醇胺类和苯氧丙醇胺类药物3-受体主要参与机体的脂肪分解和产热过程。3-受体激动剂可明显减少白色脂肪组织,并促进棕色脂肪组织的产热过程,从而减轻体重,增加脂肪组织的胰岛素受体数,改善高血糖及高胰岛素血症,对肥胖型糖尿病作用效果好。这类药物对胰岛素分泌没有影响,因而患者并不是胰岛素绝对不足,而是胰岛素相对缺乏,即对受体靶组织的敏感性降低,导致胰岛素不能充分发挥作用。药物类别药物类别作用机理作用机理药物效果
7、与副作用药物效果与副作用改善脂肪代谢物如:奥林司他Orlistat脂肪分解增强和长链脂肪酸氧化加速,可使葡萄糖氧化减弱及糖原异生增加,这是餐后血糖升高的原因之一,游离脂肪酸分泌增强则是胰岛素抵抗的主要因素。该类药物用于改善肥胖症患者的脂肪代谢。治疗糖尿病性肥胖症方面也发挥着重要作用。但有文献报道Orlistat可能与直肠癌的产生有关。钒化合物,如:麦芽酚氧钒钒酸盐化合物在体内外均有类似于INS的特性,在脂肪组织和骨骼肌刺激葡萄糖吸收,糖原合成和葡萄糖氧化酵解,减少食物吸收。钒的过氧化物还是氧钒的有机配合物口服后都具有降糖能力。不过,其较低的胃肠道吸收率限制了它们进一步的临床研究。药物类别药物类
8、别作用机理作用机理药物效果与副作用药物效果与副作用影响碳水化合物吸收的药物-葡萄糖苷酶抑制剂,如:阿卡波糖,伏格列波糖,米格列醇抑制小肠上段的-葡萄糖苷酶,阻断碳水化合物分解成单个葡萄糖,未分解的碳水化合物到达小肠的中下段,并使得这些部位的-葡萄糖苷酶抑制剂活性增加,分解碳水化合物成单个的葡萄糖并吸收入血。目前主要有3个-葡萄糖苷酶抑制剂用于临床。它们可以使血糖平稳且缓慢地维持在一定水平。此类药物对,-型糖尿病均适用。可以单独使用,也可与磺酰脲类,双胍类或胰岛素联合使用,减少后者用量。其主要的不良反应为腹部不适,胀气,排气等消化道反应。双胍类,如:二甲双胍主要通过增强外周组织糖的无氧酵解,增加
9、组织细胞对糖的利用。抑制肝糖原异生及肝糖生成,抑制或延迟肠壁细胞对葡萄糖的摄取从而降低餐后高血糖。能降低餐后高血糖,改善组织对INS的敏感性,如增强INS与其外周组织受体的亲和力,降低胰岛素抵抗,促进葡萄糖的摄取和利用。胰岛淀粉蛋白类似物减慢胃肠道排空及对营养物质的吸收,也可能是减少食物诱发的胰高血糖素释放。目前处于期临床研究中。药物类别药物类别作用机理作用机理药物效果与副作用药物效果与副作用NO合成酶抑制剂如氨基胍能选择性地抑制诱导型一氧化氮合酶(NOS),阻止白细胞介素-1(IL-1)诱导的胰岛素分泌不足,减轻糖尿病引起的血管机能障碍。主要缺点是短期和长期不良反应的发生率较高,而且用一种生
10、长因子进行长期治疗的做法尚存疑问。胰岛素及其类似物如赖脯胰调节糖代谢,弥补机体胰岛素不足。可弥补机体胰岛素分泌不足,但长期使用使胰岛机能钝化,产生依赖性。2.-葡萄糖苷酶抑制剂主要成分是淀粉,麦芽糖和蔗糖。淀粉和蔗糖(双糖)均不能直接被肠壁细胞吸收。2.1 -葡萄糖苷酶抑制剂的作用机理葡萄糖苷酶抑制剂的作用机理 小肠上皮绒毛膜刷状缘上的-葡 萄糖苷酶的作用2.22.2-葡萄糖苷酶抑制剂的筛选方法葡萄糖苷酶抑制剂的筛选方法 2.2.1 PNPG 2.2.1 PNPG法法1717 2.2.2 2.2.2 葡萄糖氧化法葡萄糖氧化法1818,1919 2.2.3 2.2.3 高血糖动物筛选模型高血糖动
11、物筛选模型PNPGPNPG法法 以PNPG为底物测定中草药提取物或降糖活性成分对-葡萄糖苷酶抑制活性大小,从中草药中筛选强活性降糖活性因子是目前最常用、最经典的筛选方法。这一筛选方法的建立为-GI的体外筛选奠定了基础,被公认对-GI的研究具有里程碑式意义。筛选过程经济、快捷,并可进行体外直接筛选,因此,这一筛选模型特别适用于-GI的初步筛选。由于该模型只能筛选到对麦芽糖酶有强活性的抑制类药物,无法筛选到同时对-淀粉酶、蔗糖酶、麦芽糖酶等-糖苷酶具有抑制作用的-GI,更是无法直接评价筛选得到的降糖物质在体内的药效作用。因此。该方法筛选得到的-GI假阳性率高、体内外活性差异较大或体内活性低、临床效
12、果不理想。葡萄糖氧化法葡萄糖氧化法以淀粉、蔗糖、麦芽糖等-葡萄糖苷酶直接水解物为底物的筛选模型的具体筛选过程与以PNPG为底物的筛选模型基本相同,只是所用底物不同。具有以下优点:(1)具有PNPG底物筛选模型的经济、快捷,可在体外进行筛选等优点;(2)筛选得到的-GI靶向作用具体,作用机制确切。-淀粉酶、蔗糖酶、麦芽糖酶等-葡萄糖苷酶是体内碳水化合物消化吸收的关键酶,其作用底物分别为淀粉、蔗糖、麦芽糖等。如果一种物质抑制-淀粉酶水解淀粉、或抑制蔗糖酶水解蔗糖、或抑制麦芽糖酶水解麦芽糖,则该物质就具有相应酶抑制活性;如果同时具有2种或2种以上的酶抑制作用,则该物质就具有2种或2种以上相应酶的抑制
13、活性;(3)与PNPG底物筛选模型相比,假阳性率较低。另外,这种筛选模型还具有定向筛选的特点。基于上述优点,第二代酶-抑制剂筛选模型是一种行之有效的筛选方法。虽然早已有从人胰腺和唾液中成功分离纯化出-淀粉酶的报道,但由于其材料来源有限,无法形成规模化生产,价格极其昂贵。因此,近年来的以淀粉、蔗糖、麦芽糖为底物的酶-抑制剂筛选模型所使用的-淀粉酶大多为猪胰型酶,蔗糖酶、麦芽糖酶等,其他-葡萄糖苷酶大多来源于酵母。猪、酵母的遗传型存在的差异造成它们所表达的酶也必然有差异。这一事实使该筛选模型无法做到与糖尿病患者体内情况完全一致,也无法直接评价-GI的体内药效,最终还需要高血糖动物做药理试验研究。高
14、血糖动物筛选模型思路:首先构建高血糖动物模型,然后将待筛样品注射或灌胃该动物模型,通过观察动物血糖浓度的变化评价该样品的药效作用大小,最后进行作用机制和作用靶位的研究。其主要包括四氧嘧啶、肾上腺素、氨基葡萄糖等所致的动物高血糖模型和原发性糖尿病小鼠(NOD小鼠)模型。采用该筛选模型筛选药物的突出困难是:实验周期长,耗资大15、化合物用量大、难度大,无法做到同时进行上百种中草药或其成分筛选,更不能阐明其作用的有效成分及作用特定靶点。但具有检测方法比较深入细致、结果相对可靠等优点。因此基于高血糖动物模型的方法不太适合大量筛选的要求,但可用于进一步的生物活性验证。3.不同来源的-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡
15、波糖阿卡波糖米格列醇米格列醇伏格列波糖伏格列波糖陆生动植物陆生动植物海洋生物海洋生物天然产物或微生物天然产物或微生物发酵产物为母体发酵产物为母体,通过化学半合成的通过化学半合成的方法方法3.1 微生物来源阿卡波糖1977年,德国拜尔公司在游动防线(Actinoplanes)SE50,SE82和SE18的代谢产物中提取出近似低聚糖(寡糖)的抑制-葡萄糖苷酶活性物质20。经过深入研究,德国拜耳(Bayer)公司1990年在欧洲和拉丁美洲推出了第一个-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡波糖(Acarbose),商品名拜糖平21,22。阿卡波糖(图1-1)是一种低聚糖(假性四糖),它由一个不饱和的环多醇,一个脱氧己
16、糖和一个麦芽糖组成。其中不饱和的环多醇起主要的抑制作用,它能有效的抑制淀粉酶,糖感酶及糖基转移酶的活性23。动物实验结果表明,阿卡波糖延缓了肠道内多糖,寡糖或双糖的降解使来自碳水化合物的葡萄糖的降解和吸收入血速度变缓,从而降低了餐后血糖的升高,使餐后平均血糖值下降。阿卡波糖也能阻止或降低糖耐量低减者的餐后血糖,主要用于防治型糖尿病。在老年糖尿病人中,阿卡波糖可以通过增加胰岛素的敏感性而起到控制餐后高血糖和改善HbA1C(糖化血红蛋白)含量的作用24。另外Lilliana C.等人通过临床研究发现,阿卡波糖可以通过调节胰岛素及性激素水平治疗胰岛素分泌过多患者的粉刺和多囊卵巢综合症25。Peter
17、S.等人报道阿卡波糖对先天性高血糖反应的控制有良好的疗效26。YamagishiS.等报道阿卡波糖能够通过改善甘油三酸酯水平,改善体重和血管收缩压,从而阻止型糖尿病患者发生心肌梗塞。由于阿卡波糖能通过延缓碳水化合物水解改善餐后高血糖并增加胰岛素的敏感性,这与非酒精脂肪肝炎(NASH)和胰岛素抵抗有病理方面的联系,通过临床实验Yamagishi S.等人初步证明了阿卡波糖对NASH的疗效,因此,阿卡波糖治疗NASH是一条很有希望的途径27。米格列醇米格列醇(图1-3)的发现过程:1966年野尻酶素(Nojirimycin,图1-2)作为第一个葡萄糖环上的氧原子被氮原子所取代的葡萄糖相似物被发现2
18、9。米格列醇是第二代-葡萄糖苷酶抑制剂,它是1-脱氧野尻霉素的衍生物,其主要化学成分为N-羟乙基-1-脱氧野尻霉素(图1-3)。它对-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和葡糖淀粉酶有强效抑制作用,与第一代-葡萄糖苷酶抑制剂相比,米格列醇在小肠内几乎能被完全吸收,而且副作用更小。它通过抑制碳水化合物水解从而降低餐后的血糖波动,因而降低了低血糖症的发生,并降低餐后的胰岛素水平31。Fischer P等的研究表明,米格列醇可以通过作用于病毒外壳组成成分,从而阻止病毒参与CD4后期的连接,证明其是艾滋病病毒体外表达和合成的一种潜在的抑制剂32。Johnston P等报道,米格列醇能有效的对抗餐后高血糖症,同时能降低餐
19、后高胰岛素,高血糖,高胆固醇症,同时还能防止微动脉扩张,是预防糖尿病并发症的好选择33。伏格列波糖1984年,有效酶素产生菌Streptomyces hygroxcopicusUar.limoneus被报道能产生对猪小肠麦芽糖酶(IC50=2.2m)和蔗糖(IC50=0.049m)有抑制活性的有效醇胺(Valiolamine,图1-4)通过化学合成最终得到了比有效醇胺有更强抑制活性的衍生物伏格列波糖(图1-5)在相同的体系下,其对麦芽糖酶和蔗糖酶的IC50值为0.015m,0.0046m34。伏格列波糖由Takeda公司1994年在日本上市。它是由有效霉素产生菌发酵得到的。主要作用是抑制饭后高
20、血糖的升高,还可以预防糖尿病并发症的发生和发展,不良反应主要为腹胀和排气。Yoshimi Y等人报道伏格列波糖能减少颈动脉扩张的恶化,可能成为型糖尿病人的一种抗动脉粥样硬化药35。三种具有-葡萄糖苷酶抑制剂作用药物对糖代谢的影响伏格列波糖主要抑制麦芽糖酶和蔗糖酶,在碳水化合物消化的最后一步,抑制双糖降解为单糖,对淀粉的抑制作用较小。阿卡波糖它主要竞争抑制小肠上皮刷状缘葡萄糖淀粉酶、蔗糖酶及胰腺-淀粉酶,阻止-1,4糖苷键的水解,延缓淀粉和蔗糖的消化吸收。米格列醇具有更广泛的抑制作用,其原因可能是米格列醇与葡萄糖结构更为相似,更易接近酶的活性中心。它对各种-葡萄糖苷酶均有强烈的抑制作用,其中对蔗
21、糖酶和葡萄糖淀粉酶的抑制效率最高。三种-葡萄糖苷酶抑制剂临床疗效比较从表3看,服用阿卡波糖和伏格列波糖均可以使空腹血糖及餐后血糖降下来,但在治疗前和治疗后4周,阿卡波糖组和伏格列波糖组空腹及餐后血糖差异不显著,治疗后8周,空腹及餐后血糖差异无显著性,但餐后2h血糖则以阿卡波糖组为低(p0.05)。从表4可看出,服用阿卡波糖和伏格列波糖后,HbA1c的值均有所下降,从统计学的角度看差异不显著。临床证明,服用这三类药后,绝大多数型糖尿病人均可出现餐后血糖水平降低,糖基化血红蛋白含量降低,空腹血糖及脂肪水平和所需胰岛素有时也会降低的效果,但各类数值的降低程度因药的种类、服用剂量和个体差异而有所不同。
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