有時候，改變世界只需要很平常的事物，比如一棵蘋果樹。
正如伊甸園的蘋果樹誘惑了夏娃，劍橋三一學院的蘋果樹啟發了牛頓；在醫學領域也存在那麼一棵蘋果樹，孕育了那些被稱作「格列凈」的降糖葯。
而這背後的一切要從 200 年前說起。
蘋果樹根皮中的「格列凈之母」
19 世紀初的歐洲瘧疾橫行，儘管法國人從金雞納樹皮中分離得到了奎寧，但是由於金雞納原產於南美洲，用得起奎寧的只是那些非富即貴的人。
為了解決原材料短缺的問題，英國人選擇僱傭奴隸到安第斯山脈收集金雞納種子，走私回英國，還順手賣給了荷蘭人；愛做生意的荷蘭人則把這些種子種到了殖民地印尼的爪哇島，甚至還一度壟斷了 19 世紀末的全球金雞納樹市場[1]1835 年，法國化學家 von Chr. Petersen 首次從蘋果樹根皮中分離得到根皮苷（phlorizin）[2]。這是一種由 1 個葡萄糖基、2 個芳香環和 1 個烷基組成的黃酮類物質。僅僅因為根皮苷有類似於奎寧的苦味，就有人推測根皮苷興許也有退熱的特性；於是，根皮苷就被用來治療瘧疾了[2]又過了半個世紀，德國醫生 Joseph von Mering 觀察到，給狗注射根皮苷可以引起糖尿癥狀。由於那時人們對糖尿病的認知還停留在糖尿癥狀上，甚至認為糖尿病是一種腎臟疾病；根皮苷也自然成為了誘發動物「糖尿病」的工具——長期注射根皮苷可以讓狗產生糖尿、多尿、體重減輕等類似於糖尿病病人的癥狀 [2]。故事講到這裡，根皮苷終於跟糖尿病搭上了關係，但這時的根皮苷似乎走到了治療糖尿病的反面。
接下來的 20 世紀，在糖尿病治療領域最風光的莫過於胰島素和二甲雙胍，而科學家們對根皮苷的研究似乎與糖尿病治療漸行漸遠。
30 年代，美國生理學家 Homer Smith 將靜脈注射根皮苷作為非侵入性方法，用於測量人腎小球濾過率和腎血流量。在體外試驗中證實根皮苷可以抑製葡萄糖進入紅細胞、小腸細胞等細胞[2]後，美國醫生 Harry Leveen，還曾在 70 年代嘗試給癌症病人靜脈注射根皮苷，希望藉助根皮苷阻斷腫瘤細胞攝取葡萄糖，餓死腫瘤[4]。
儘管上述種種都與用根皮苷治療糖尿病沒有什麼關係，卻是在人體試驗中的大膽嘗試。而根皮苷真正走入降糖葯研究領域則要到 80 年代前後。
80 年代，糖尿病現代分型已經成為國際共識[5]，人們認識到 2 型糖尿病是非胰島素依賴型的。與此同時，科學家們發現，原來腎臟近端腎小球通過鈉-葡萄糖共轉運載體（SGLT）完成葡萄糖的重吸收，而根皮苷恰好作用於 SGLT 且對 SGLT 的親和性是葡萄糖的 1000-3000 倍。更重要的是，1987 年，耶魯大學的 Luciano Rossetti 等人採用糖尿病大鼠模型，首次證明根皮苷可以增加尿液中的葡萄糖濃度，同時在沒有低血糖發生的情況下使血糖水準正常化 [7]。這意味著，根皮苷理論上是可以用作降糖葯治療 2 型糖尿病的。那麼，為什麼經尿液排出葡萄糖就能治療 2 型糖尿病了呢？這是因為腎臟在葡萄糖穩態中起著非常重要的作用。
人體內的血液流經腎臟，其中的葡萄糖經由腎小球自由過濾並且經過近端腎小管刷狀緣的 SGLT 重吸收。
腎小球每 24 小時約過濾 160-180 g 葡萄糖，這些葡萄糖幾乎 100% 在腎小管中被重吸收。這也就是為什麼健康人尿液中幾乎不含葡萄糖的原因[8]。而當 SGLT 被抑製後，腎臟重新收被阻斷，葡萄糖會經由尿液排出，這樣就能降低血糖水準了。
道理雖是如此簡單，但是在 90 年代，隨著人們對 SGLT 功能認識的不斷深入，科學家們發現根皮苷並不能應用於糖尿病的臨床治療。
原來，在人的腎臟中主要分布著兩種 SGLT，一種是 SGLT2，負責腎臟對葡萄糖重吸收的約 90%；另一種是 SGLT1，負責腎臟重吸收的約 10%[9]
根皮苷不僅能抑製 SGLT2 還能抑製 SGLT1，而這種非選擇性阻礙了根皮苷的臨床應用。
因為相對於比較專一、僅在腎臟表達的 SGLT2，SGLT1 分布很廣泛，在腎臟、肝臟、肺、骨骼肌和心臟都有表達，而且 SGLT1 主要分布在小腸中，在小腸葡萄糖和半乳糖吸收中起到重要作用。研究發現，SGLT1 基因突變會導致葡萄糖和半乳糖吸收不良、脫水和腹瀉[9]因此，當根皮苷抑製小腸中的 SGLT1 後，很容易引起包括腹瀉和脫水在內的胃腸道不良事件。
此外，根皮苷還很容易被小腸中的酶降解成根皮素，這意味著根皮苷只能通過靜脈注射給葯[2]。總而言之，兜兜轉轉了 100 多年，根皮苷最終沒能成為真正的降糖葯，不過卻成為了名副其實的「格列凈之母」。
不斷升級的降糖葯
在過去的二三十年間，科學家們以根皮苷為基礎，經過一步步改造，從 O-糖苷類似物（簡單理解就是糖基與芳香環之間是靠氧連接的）到 C-糖苷類似物（簡單理解就是糖基與芳香環之間是靠碳連接的），最終讓越來越多的 SGLT2 抑製劑邁入糖尿病治療市場。
最先出手的是日本人。
90 年代末，日本田邊製藥的研究團隊在根皮苷的基礎上，研發出來了一種代號為 T-1095 的化合物[10]。T-1095 是一種口服前葯，在肝臟中代謝成活性形式 T-1095A，T-1095A 對人的 SGLT1 和 SGLT2 的 IC50 分別為 200nM、50nM，儘管選擇性不是很明顯，但這與根皮苷相比已經算得上很大進步了。
在糖尿病動物模型中，T-1095 可以明顯增加尿液中葡萄糖的排泄，同時降低血糖水準。
這一時期的 O-糖苷藥物，比如舍格列凈 (sergliflozin)、瑞格列凈 (remogliflozin) 還邁入了臨床研究。
然而由於其葯代動力學穩定性差、對 SGLT2 的選擇性不強，科學家們開始尋求新的 SGLT2 抑製劑。21 世紀伊始，美國雅培的科學家首次合成了根皮苷的 C-糖苷類似物 [12]。
此後，越來越多的 C-糖苷類似物被合成出來，比如達格列凈（dapagliflozin）、卡格列凈（canagliflozin）和恩格列凈（empagliflozin）。
達格列凈先後在 2012 年、2014 年獲得歐洲藥品管理局（EMA）和美國 FDA 批準上市，卡格列凈在 2013 年獲得 FDA 批準上市，恩格列凈在 2014 年同時獲得 EMA 和 FDA 批準上市。
這幾種藥物都是用於 2 型糖尿病治療的非常優秀的 SGLT2 抑製劑。
其中，卡格列凈對 SGLT2 的選擇性約是 SGLT1 的 400 倍；達格列凈對 SGLT2 的選擇性約是 SGLT1 的 1200 倍；恩格列凈對 SGLT2 的選擇性約是 SGLT1 的 2700 倍。頗令人驚喜的是，恩格列凈的降糖效果顯著，單葯治療中可顯著降低高基線患者的 HbA1c 達 1.44%。除此之外，早先大型心血管結局臨床試驗 EMPA-REG OUTCOME 研究，不僅證明了恩格列凈的心血管安全性，而且還觀察到與安慰劑相比，恩格列凈治療顯著降低了心血管死亡風險，而這又是來自於 FDA 犯下的一個美麗錯誤。
FDA 的美麗錯誤
2007 年，《新英格蘭醫學雜誌》上的一篇論文 [14] 驚動了 FDA，研究者對 42 項臨床試驗的 Meta 分析顯示，相對於沒有接受羅格列酮治療的 2 型糖尿病患者，羅格列酮治療組心梗風險升高 43%，心血管死亡風險上升 64%。心血管疾病和糖尿病本來就是手牽手，風險升高這麼多可還得了？在這篇論文發表的當天，FDA 就發出了警告。
2008 年底 FDA 還頒布了強製性的行業指南，要求此後申報上市 2 型糖尿病治療藥物，必須在經過臨床試驗的驗證，確認不會增加心血管疾病死亡風險後才能獲批[15]這一指南讓許多葯企不得不加大投入開展臨床試驗。截至 2016 年，共有 14 萬名受試者參與到 17 項大型的前瞻性隨機對照試驗，這些臨床試驗涉及的 3 類降糖葯——GLP-1 受體激動劑、SGLT2 抑製劑和 DPP-4 抑製劑都達到了 FDA 的要求[15]。這樣的結果讓很多人質疑當年 FDA 的決定，甚至認為這項指南本身就是個錯誤。
然而始料未及的是，2015 年在《新英格蘭醫學雜誌》上刊登的恩格列凈大型心血管結局研究 [16] 的論文讓 FDA 的這個「錯誤」變成了驚喜。在這項有 7000 多名 2 型糖尿病成年患者參與、中位觀察時間 3.1 年的臨床研究中，相比於安慰劑對照組，恩格列凈治療組心血管死亡風險下降 38%、因心力衰竭住院風險下降 35%、全因死亡風險下降 32%。
這一臨床結果讓恩格列凈成為第一個被 FDA 認可，能夠將「降低糖尿病患者心血管死亡風險」寫入美國說明書的降糖葯。
2017 年，恩格列凈也被批準在中國大陸上市，該葯可單葯、聯合二甲雙胍或聯合二甲雙胍和磺脲類藥物，用於改善 2 型糖尿病患者的血糖控制。
SGLT2 抑製劑之所以能在 2 型糖尿病治療領域佔有重要的地位，自然是與藥物研發者分不開的。其中，在恩格列凈的研發過程中，有一位名叫 Michael Mark 的老爺爺可以算得上「恩格列凈之父」。
Mark 博士在代謝疾病尤其是糖尿病研究領域經驗非常豐富，在研發恩格列凈之前，他已經參與研發了瑞格列奈、利格列汀等多種降糖葯[17]當談及恩格列凈的上述表現時，他表示：「我們從未孤立地研究糖尿病和葡萄糖代謝，而是始終將其作為人體整個代謝的一部分」。2018 年，恩格列凈因其創新性獲得了國際蓋倫獎的「最佳藥品」稱號[18]，蓋倫獎被認為是製藥研究與創新領域的諾貝爾獎，再一次證明了恩格列凈的實力。最近幾年，越來越多的 SGLT2 抑製劑已經在不同國家獲批上市，比如埃格列凈（ertugliflozin）、伊格列凈（ipragliflozin）、托格列凈（tofogliflozin）等等，它們還在不斷給 2 型糖尿病的治療帶來更多的驚喜。
回顧 SGLT2 抑製劑兩個世紀的發展史，從根皮苷被盲目地用於瘧疾治療到歪打正著地用於糖尿病研究，再到 SGLT2 抑製劑的不斷升級，那棵不知名的蘋果樹默默改變了 2 型糖尿病的治療。
可是，我們彷彿找不到一個科學家去代表這棵樹所帶來的偉大變革。
或許，醫學領域中的每一個進步，都需要無數的科學家、無數關心人類健康的人，一代又一代的不斷努力吧。
參考資料：
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_malaria#19th_century
[2] Ehrenkranz J R L, Lewis N G, Ronald Kahn C, et al. Phlorizin: a review[J]. Diabetes/metabolism research and reviews, 2005, 21(1): 31-38.
[3] Chasis H, Jolliffe N, Smith H W. The action of phlorizin on the excretion of glucose, xylose, sucrose, creatinine and urea by man[J]. The Journal of clinical investigation, 1933, 12(6): 1083-1090.
[4] Leveen H H, Leveen R F, LeVeen E G. Treatment of cancer with phlorizin and its derivatives: U.S. Patent 4,840,939[P]. 1989-6-20.
[5] Polonsky K S. The past 200 years in diabetes[J]. New England Journal of Medicine, 2012, 367(14): 1332-1340.
[6] Vick H, Diedrich D F, Baumann K. Reevaluation of renal tubular glucose transport inhibition by phlorizin analogs[J]. American Journal of Physiology-Legacy Content, 1973, 224(3): 552-557.
[7] Rossetti L, Smith D, Shulman G I, et al. Correction of hyperglycemia with phlorizin normalizes tissue sensitivity to insulin in diabetic rats[J]. The Journal of clinical investigation, 1987, 79(5): 1510-1515.
[8] Nauck M A. Update on developments with SGLT2 inhibitors in the management of type 2 diabetes[J]. Drug design, development and therapy, 2014, 8: 1335.
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[10] T-1095, an inhibitor of renal Na-glucose cotransporters, may provide a novel approach to treating diabetes. Diabetes 1999; 48: 1794–1800.
[11] Choi C I. Sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors from natural products: Discovery of next-generation antihyperglycemic agents[J]. Molecules, 2016, 21(9): 1136.
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[13] Grempler R, Thomas L, Eckhardt M, et al. Empagliflozin, a novel selective sodium glucose cotransporter‐2 (SGLT‐2) inhibitor: characterisation and comparison with other SGLT‐2 inhibitors[J]. Diabetes, Obesity and Metabolism, 2012, 14(1): 83-90.
[14] Nissen S E, Wolski K. Effect of rosiglitazone on the risk of myocardial infarction and death from cardiovascular causes[J]. New England Journal of Medicine, 2007, 356(24): 2457-2471.
[15] Smith R J, Goldfine A B, Hiatt W R. Evaluating the cardiovascular safety of new medications for type 2 diabetes: time to reassess?[J]. Diabetes Care, 2016, 39(5): 738-742.
[16] Zinman B, Wanner C, Lachin J M, et al. Empagliflozin, cardiovascular outcomes, and mortality in type 2 diabetes[J]. New England Journal of Medicine, 2015, 373(22): 2117-2128.
[17]https://www.boehringer-ingelheim.us/sites/us/files/innovation/bi_ar_2017_michael_mark.pdf
[18]https://medpharm.co.za/jardiance-declared-best-international-pharmaceutical-product-2018/
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