HEXA-FC 蛋白疗法：为 2 型糖尿病治疗开辟新路径

《Diabetologia》：HEXA-FC protein therapy increases skeletal muscle glucose uptake and improves glycaemic control in mice with insulin resistance and in a mouse model of type 2 diabetes

为解决 2 型糖尿病治疗难题，墨尔本大学研究人员开展了关于 HEXA-FC 蛋白疗法的研究。结果显示，该疗法可改善胰岛素抵抗小鼠和 2 型糖尿病小鼠的血糖控制。这为 2 型糖尿病治疗提供了新方向，有望成为潜在联合疗法。

　　在全球范围内，糖尿病的阴影正不断蔓延，其发病率持续攀升，严重威胁着人类的健康。2021 年，全球糖尿病患病率达 10%，这一疾病更是导致了 670 万人死亡。其中，2 型糖尿病作为一种常见的慢性代谢疾病，以胰岛素抵抗和持续性高血糖为主要特征，它就像一颗隐藏在身体里的定时炸弹，引发了一系列严重的并发症，如失明、肾衰竭、心脏病发作和中风等。

目前，针对 2 型糖尿病的治疗手段虽多样，但却存在诸多问题。现有的药物主要针对脂肪组织、肠道、肝脏、肾脏或胰腺等，然而，骨骼肌作为胰岛素刺激下葡萄糖代谢的主要场所，同时也是 2 型糖尿病胰岛素抵抗的关键部位，却被现有疗法忽视了。此外，传统药物还会带来低血糖、体重增加、胃肠道不适、心血管风险增加以及骨密度降低等不良反应。因此，寻找一种能够直接作用于骨骼肌、有效改善血糖控制且副作用小的治疗方法，成为了医学领域亟待解决的问题。

在这样的背景下，墨尔本大学（The University of Melbourne）的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于己糖胺酶 A（hexosaminidase A，HEXA），发现其作为一种由肝脏分泌的内分泌因子，能够调节骨骼肌中的鞘脂代谢，在葡萄糖代谢过程中发挥着重要作用。基于此，研究人员设计并合成了长效的 HEXA-FC 融合蛋白（由小鼠 HEXA 和 IgG1 的可结晶片段 [FC] 区域组成），并对其在糖尿病治疗中的效果进行了评估。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，通过动物实验，选用雄性 C57BL/6 小鼠和雄性纯合 db/db 小鼠构建实验模型。对 C57BL/6 小鼠进行高脂饮食（HFD）喂养诱导肥胖和胰岛素抵抗，db/db 小鼠本身为严重 2 型糖尿病模型。其次，采用蛋白质免疫印迹（Western blot）、酶联免疫吸附测定（ELISA）等方法检测蛋白表达和含量；利用稳定同位素标记的葡萄糖耐量试验（GTT）、放射性标记的 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2DG）摄取实验评估血糖代谢和组织葡萄糖摄取情况；借助脂质组学和蛋白质组学分析技术，研究肌肉脂质和蛋白质表达变化。

研究结果如下：

1. 慢性 HEXA-FC 给药改善肥胖胰岛素抵抗小鼠的血糖控制：给雄性 C57BL/6 小鼠高脂饮食喂养 4 周后，再每两周给予 HEXA-FC 或 FC（1mg/kg 体重）持续 8 周。结果显示，HEXA-FC 处理显著增加了血浆和股四头肌中的 HEXA 含量，降低了随机血糖和空腹血糖水平，改善了葡萄糖耐量，且该过程不依赖胰岛素。
2. 慢性 HEXA-FC 增加外周葡萄糖向骨骼肌的处置：通过稳定同位素标记的 GTT 实验发现，HEXA-FC 处理倾向于增加外周葡萄糖处置，但不影响内源性葡萄糖输出。2DG 摄取实验进一步证实，HEXA-FC 处理使股四头肌和腓肠肌的葡萄糖摄取增加，同时增强了肌肉中 Akt S⁴⁷³的磷酸化水平，提高了葡萄糖氧化能力。
3. HEXA-FC 处理增加肌肉 GM₃和 IGF1 靶基因的表达：对股四头肌进行靶向 LC/MS 神经节苷脂分析发现，HEXA-FC 处理使总 GM₃含量和特定 GM₃物种增加。蛋白质组学分析表明，HEXA-FC 处理改变了肌肉蛋白质表达，上调了许多线粒体相关蛋白和 IGF1 受体（IGF1R）靶基因。
4. HEXA-FC 在 2 型糖尿病小鼠模型中重现了血糖改善效果：在 db/db 小鼠中，每两周给予 HEXA-FC 或 FC（1mg/kg 体重）持续 8 周。结果显示，HEXA-FC 处理显著降低了随机血糖和空腹血糖水平，改善了葡萄糖耐量，虽然增加了空腹血浆胰岛素和葡萄糖刺激的血浆胰岛素水平，但胰岛素耐受性未受影响。
5. HEXA-FC 处理增强 db/db 小鼠的肌肉葡萄糖处置并增加肌肉大小：稳定同位素标记的 GTT 和 2DG 摄取实验表明，HEXA-FC 处理增加了外周葡萄糖处置，提高了股四头肌、腓肠肌以及附睾和腹股沟脂肪组织的葡萄糖摄取，同时增加了肌肉中 Akt S⁴⁷³的磷酸化水平、葡萄糖氧化和脂肪酸氧化，还增加了瘦体重和个别肌肉的大小。
6. HEXA-FC 处理增加肌肉 GM₃含量和线粒体蛋白：在 db/db 小鼠中，HEXA-FC 处理显著增加了总 GM₃含量和 GM₃神经节苷脂物种，蛋白质组学分析显示线粒体蛋白显著增加，脂质组学分析发现心磷脂水平升高，表明线粒体容量可能增加。
7. 急性 HEXA 处理抑制胰岛胰岛素分泌并重塑胰岛脂质筏组成：对分离的胰岛进行实验发现，急性 HEXA 处理（10ng/ml，1h）抑制了葡萄糖刺激的胰岛素分泌，慢性 24h 孵育后该效应消失。此外，HEXA 处理还导致胰岛脂质筏中 44 种蛋白质缺失，这些蛋白质与免疫系统和细胞应激相关。

研究结论和讨论部分指出，慢性给予 HEXA-FC 可降低血糖水平，改善肥胖、轻度高血糖、胰岛素抵抗小鼠以及严重肥胖和 2 型糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。其作用机制主要是增加骨骼肌 GM₃含量，增强葡萄糖向骨骼肌的处置，同时提高线粒体蛋白水平，改善骨骼肌线粒体功能。此外，HEXA-FC 在增加肌肉质量方面也有积极作用，这为其作为潜在的联合治疗药物提供了有力依据。不过，HEXA 在胰腺中的作用还需进一步研究。总体而言，该研究凸显了 HEXA-FC 在治疗胰岛素抵抗和 2 型糖尿病方面的巨大潜力，有望开发成单独使用或与其他药物联合使用的治疗方法，为 2 型糖尿病患者带来新的希望。