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文章来源:中华内分泌代谢杂志, 2026,42(04):328-332.DOI:10.3760/cma.j.cn311282-20250605-00298
作者:翟羽佳 邓欣如 袁慧娟
摘要
科学血糖控制能有效改善临床预后已获循证医学证实,大量新型降糖药物在临床得到广泛应用。然而,临床实践中普遍存在的药物反应个体异质性现象,已成为制约治疗效果的关键。本综述系统阐述了降糖药物疗效存在差异的潜在机制,推动糖尿病精准医学的临床转化进程。
糖尿病作为全球公共卫生危机,已被世界卫生组织列为重大慢性非传染性疾病 [ 1 ],其病理特征表现为胰岛素分泌缺陷和(或)作用障碍引发的持续性高血糖 [ 2 ]。进行性发展的糖尿病可导致多系统器质性损害,包括微血管并发症(视网膜病变、肾病、神经病变)和大血管并发症(动脉粥样硬化性心血管疾病) [ 3 ],其中心血管疾病占糖尿病相关死亡的50%以上 [ 4 ]。根据国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation, IDF)统计,2021年全球糖尿病相关医疗支出达9 660亿美元,预计到2045年将突破10 540亿美元 [ 5 ],凸显其对可持续发展目标的重大威胁。当前糖尿病管理遵循"血糖控制为中心,多靶点干预并行"的治疗原则。生活方式干预联合药物治疗是临床基石,但传统口服降糖药(如磺脲类、双胍类)、新型制剂[胰升糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1, GLP-1)受体激动剂、钠-葡萄糖协同转运蛋白2(sodium-glucose cotransporter 2, SGLT2)抑制剂]及胰岛素在不同患者中呈现出不同的疗效差异 [ 6 ]。这种药物反应异质性涉及药物代谢酶基因多态性(如CYP2C9)、靶点敏感性变异(如KCNJ11突变)及肠道菌群介导的药效调节等多层次机制 [ 7 , 8 ]。现对药物疗效个体差异的相关机制进行综述,旨在为临床实践中实施个体化用药策略提供理论依据。
一、降糖药物
预防和延缓糖尿病并发症进展需严格控制血糖 [ 9 ],合理选择降糖药物至关重要。目前,临床上常用的降糖药物包括磺脲类药物、二甲双胍、二肽基肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4, DPP-4)抑制剂、SGLT2抑制剂、α-糖苷酶抑制剂、GLP-1受体激动剂等 [ 10 ],随着医学研究的不断进步,过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors, PPAR)泛激动剂 [ 11 ]、葡萄糖激酶激活剂(glucokinase activator, GKA) [ 12 ]、GLP-1/葡萄糖依赖性促胰岛素多肽受体激动剂(glucagon-like peptide-1/glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor agonist, GLP-1/GIP RA) [ 13 ]等新型降糖药物不断涌现,为患者提供了更多治疗选择。由于个体在遗传背景、疾病状态、身体指标等方面存在差异,不同降糖药物在个体间的疗效和安全性表现不一 [ 14 ],这也凸显了探讨降糖药物个体差异的重要性。
二、药物个体疗效差异
药物疗效与安全性的个体差异,一直是临床实践及药物研发的核心挑战。降糖药物的疗效与安全性在个体间存在显著差异的机制多样,如TCF7L2的2个单核苷酸多态性与磺脲类药物反应相关,携带该基因T风险等位基因的纯合子对磺脲类药物的响应较差,治疗失败风险显著升高 [ 15 ];对ABCC8/KCNJ11风险变异携带者避免使用磺脲类药物以降低低血糖风险 [ 16 ]等。这与其在体内的吸收、分布、排泄及代谢过程紧密相关,任何一环的微小变动都可能影响药物的最终疗效。在此背景下,精准医疗作为一种新兴的治疗策略应运而生,其强调依据患者的独特治疗反应来量身定制治疗方案 [ 17 ],整合个体临床及肠道菌群特征与药物作用机制。一方面,精准医学聚焦识别影响药物反应的关键预测因子,如体重指数、性别、胰岛素抵抗状态、肾功能及基线菌群组成等,这些因素与药物作用机制密切关联,例如,噻唑烷二酮类对肥胖女性的更优疗效,与该类药物作用于脂肪组织的机制及脂肪细胞分布差异相关 [ 18 ];SGLT2抑制剂的疗效随肾小球滤过率改变,与其尿糖排泄机制直接相关 [ 19 ];阿卡波糖和小檗碱对肠道菌群的重塑作用强于二甲双胍,且其疗效与基线菌群中拟杆菌属、双歧杆菌等菌属丰度密切相关 [ 20 ]。另一方面,通过宏基因组测序解析个体菌群特征,预测药物响应并优化治疗方案,借助常规临床数据与试验数据的整合框架,开发个体化预测模型,结合菌群调控与药物治疗,实现糖尿病管理的个体化突破,推动降糖治疗从基于群体平均效应转向基于个体特征的精准优化 [ 21 ]。深入探究降糖药物的遗传学特性、药物动力学规律及其作用机理,对制定糖尿病及其并发症的个体化治疗方案至关重要。
三、降糖药物疗效个体差异的相关机制
(一)遗传因素
口服降糖药物治疗糖尿病的效果在不同患者间存在着较大的差异,其中患者的遗传背景差异是导致疗效不一的一个重要因素。其中,药物基因组学整合分子药理学与功能基因组学,系统阐明基因多态性对药物代谢的调控作用。其专注于探究药物代谢、转运以及药物作用受体相关基因中的单核苷酸多态性如何影响药物疗效。这些候选基因涵盖了药物代谢酶、转运体以及受体基因等多个关键领域 [ 22 ],基于药物基因组学发现降糖药物疗效差异的新机制。
1.磺脲类药物:
该药的个体疗效差异可由常见的遗传变异解释。Pearson等 [ 23 ]纳入了4 469例2型糖尿病患者,并确定了其TCF7L2基因型,把治疗失败定义为在开始治疗后3至12个月内HbA 1C>7%,结果携带风险等位基因(rs12255372T/T)的患者对磺脲类药物治疗失败的概率是携带野生型等位基因(G/G)患者的1.95倍,说明TCF7L2基因变异影响2型糖尿病患者对磺脲类药物的治疗反应。磺脲类药物在体内的药物动力学和药效学特性也展现出显著差异,因其代谢过程主要发生在肝脏,CYP2C9 [ 24 ]与SLCO1B1基因变异 [ 25 ]通过影响肝脏药物摄取,显著改变其血药浓度及安全性。
2.双胍类:
二甲双胍作为一线治疗药物,主要通过抑制肝脏糖异生来降低血糖水平 [ 26 ],其降糖效果具有遗传异质性 [ 27 ],其机制与有机阳离子转运蛋白1(organic cation transporter 1, OCT1)的多态性密切相关 [ 28 ]。OCT1介导肝脏对二甲双胍的摄取,其基因变异可显著影响药物代谢动力学。编码OCT1的基因SLC22A1,是血糖反应的调节剂。一项研究二甲双胍的药物动力学和药效学的实验表明,不同SLC22A1基因型的人体内二甲双胍药物动力学存在显著差异,SLC22A1变异等位基因使血浆浓度-时间曲线下面积增加约20%,最大血浆浓度增加15%。二甲双胍口服清除率也显著降低。在药效学方面,携带SLC22A1变异等位基因的患者接受二甲双胍治疗后的口服葡萄糖耐量试验结果与基线相比无差异,而携带OCT1功能多态性较低的患者其葡萄糖浓度-时间曲线下的面积减少了15% [ 29 ]。
3.GLP-1受体激动剂:
适用于合并动脉粥样硬化性心血管疾病、慢性肾病或心力衰竭的2型糖尿病患者,或者虽无这些合并症但急需降低血糖和体重的患者 [ 30 ]。Dawed等 [ 31 ]纳入了4 571例接受GLP-1受体激动剂治疗的2型糖尿病患者来评估GLP-1的疗效,研究通过基因分析发现,4%的人群因携带ARRB1有利变异而对GLP-1受体激动剂反应最佳,HbA 1C降低幅度显著高于其他群体。这项关于GLP-1受体激动剂的全基因组药物基因组学研究提供了新的临床见解,其疗效与ARRB1基因变异相关。
4.DPP-4抑制剂:
现已成为广泛应用的口服降糖药,DPP-4抑制剂通过阻断肠促胰岛素降解改善血糖 [ 32 ]。一项招募了246例2型糖尿病患者的研究证实了GLP-1受体的多态性影响2型糖尿病患者对DPP-4抑制剂的反应,且其疗效差异与遗传变异有关,与主要基因型(GG)相比,具有次要等位基因基因型(GA/AA)的患者在使用DPP-4抑制剂后血糖血脂有所改善的比例更大,并且HbA 1C降幅更大 [ 33 ]。
5.SGLT2抑制剂:
SGLT2基因的遗传变异会改变其功能和表达水平,影响药物与靶点的结合能力和药物疗效。参与药物代谢和转运的基因,如UGT1A9、UGT2B4等,其多态性影响药物在体内的代谢速度和清除率,从而导致个体间药物浓度和疗效差异 [ 34 ]。某些SGLT2基因变异可能导致转运蛋白结构改变,使药物无法有效抑制其功能,降低降糖效果,如SLC5A2基因的某些突变可以影响SGLT2的表达、膜定位或转运体功能,这些变异可能在葡萄糖稳态中发挥作用,并可能影响糖尿病患者对SGLT2抑制剂治疗的反应 [ 35 ]。
综上所述,遗传因素通过调控药物代谢、靶点功能及信号通路,成为降糖药物个体疗效差异的核心机制之一。现有研究表明药物基因组学与口服降糖药疗效不同之间密切相关,这一领域仍值得更深入探索。
(二)种族差异
越来越多的证据表明,2型糖尿病的病理生理因种族而异 [ 36 ],亚洲2型糖尿病患者胰岛素分泌缺陷更为显著,其原因尚不清楚,可能与胰岛素抵抗或β细胞功能损伤的相对程度不同有关 [ 37 ]。有研究显示,东亚和高加索人群新型降糖药物的疗效和安全性存在种族差异 [ 38 ]。因此,不同种族的糖尿病患者可能要更加重视降糖药物的选择。
1.双胍类:
通过多族裔队列研究(包括非洲、欧洲和拉丁裔血统),发现非洲血统特异性变异与二甲双胍的血糖应答显著相关,推测非洲裔人群的胰岛素抵抗以肌肉胰岛素抵抗为主,而亚洲和欧洲人群以肝脏胰岛素抵抗为主,可能影响二甲双胍的作用靶点 [ 39 ]。在一项针对非洲裔美国人与白人的二甲双胍疗效进行对比的研究中发现,非洲裔患者的HbA 1C降低幅度显著更大(平均差异达0.5%),提示非洲裔患者对二甲双胍的反应可能更敏感 [ 40 ]。青少年2型糖尿病的治疗选择研究表明,非西班牙裔黑人与非西班牙裔白人和西班牙裔相比,二甲双胍+罗格列酮、二甲双胍、二甲双胍+生活方式三种联合治疗的血糖失败率更高 [ 41 ]。血糖控制失败者与非失败者比较,高分子量脂联素明显更低。
2.GLP-1受体激动剂:
接受GLP-1受体激动剂治疗的日本患者发生胃肠道不良事件的概率高于非日本患者 [ 42 , 43 ]。DeSouza等 [ 44 ]在SUSTAIN事后试验中分析了不同种族(亚洲人、白人、西班牙裔、黑人等)2型糖尿病患者使用司美格鲁肽的疗效与安全性差异,发现该药在不同种族中虽表现出一致的降糖和减重效果,但亚洲人群需关注胃肠道不良反应。
3.DPP-4抑制剂:
在一项分析不同种族人群对西格列汀治疗2型糖尿病的血糖差异的研究中发现,治疗4个月后,东亚人群的HbA 1C降低幅度最大,显著优于白种人及其他亚洲人群,这可能与种族的不同代谢特征(如β细胞功能、胰岛素敏感性)相关 [ 45 ]。 Meta分析显示,DPP-4抑制剂降低血糖的幅度在亚洲人群中较非亚洲人群更高 [ 46 , 47 ]。另一项研究表明,与非日本人相比,DPP-4抑制剂更能降低日本糖尿病患者的HbA 1C水平 [ 48 ]。
不同种族的胰岛素敏感性和β细胞分泌差异可能是药物治疗反应存在差异的另一机制。因此,了解种族差异对2型糖尿病患者降糖药物疗效和安全性的影响具有科学和实际意义。
(三)肠道菌群
既往研究报道肠道菌群失调参与糖尿病的病理生理机制 [ 49 ]。最新证据表明,肠道菌群影响降糖药物的药理学,药物产生的代谢物反过来又改变肠道菌群的结构 [ 50 ]。人们逐渐认识到肠道微生物组是人类的第二基因组,药物微生物组学又作为药物基因组学的扩展被引入,其有助于人类研究微生物组变异与药物反应的相互作用 [ 51 ]。目前肠道菌群与降糖药物疗效的相互作用尚未完全阐明。
1.双胍类:
为了探索肠道菌群组成对二甲双胍治疗的血糖稳定性之间的关系,Hung等 [ 52 ]共招募375例2型糖尿病患者,收集粪便样本后通过16S rRNA基因测序分析肠道菌群推断微生物功能差异。结果表明,2型糖尿病患者对二甲双胍单药治疗有不同的肠道菌群组成和独特的微生物代谢途径,推测肠道菌群可能通过改变基因表达或调节自身代谢途径增加硫胺素的生物合成,来弥补因二甲双胍抑制转运蛋白而导致的硫胺素获取不足,以满足机体在葡萄糖代谢过程中对硫胺素的需求,进而维持血糖的稳定。Zhang等 [ 53 ]通过构建人源化小鼠模型进行粪菌移植实验表明,补充肠道菌群相关代谢物琥珀酸可逆转部分患者对二甲双胍的无应答现象,提出肠道微生态免疫是二甲双胍疗效个体差异的关键因素。
2.α-葡萄糖苷酶抑制剂:
α-葡萄糖苷酶抑制剂通过抑制小肠中的α-葡萄糖苷酶,阻止长链碳水化合物的水解,减少单糖进入血液,从而避免高血糖的发生 [ 54 ]。研究发现,该药的临床疗效因人而异,但原因尚不清楚 [ 55 ]。Tian等 [ 56 ]揭示了阿卡波糖的降解新机制,其在393例口服阿卡波糖的2型糖尿病患者中发现,对阿卡波糖反应弱的患者, Klebsiella grimontii TD1的丰度较高,进一步研究发现,该菌编码一种还未被报道的阿卡波糖优选糖苷酶,其可以降解阿卡波糖,破坏阿卡波糖的药效。有研究已经表明人类微生物组可以编码阿卡波糖耐药性。Balaich等 [ 57 ]基于宏基因组学,发现人的肠道和口腔微生物可以通过编码酶选择性磷酸化阿卡波糖。
3.DPP-4抑制剂:
肠道菌群可以产生与宿主类似功能的酶,即微生物-宿主同工酶 [ 58 ],影响药物反应。DPP-4是2型糖尿病的重要治疗靶点。DPP-4通过降解GLP-1,协调餐后葡萄糖稳态 [ 59 ]。在一项西格列汀临床试验中发现2型糖尿病患者对西格列汀存在高反应和低反应的现象 [ 60 ],为寻找其中的原因,Wang等 [ 61 ]将粪便相关微生物群移植到高脂喂养的小鼠中,发现肠道微生物来源的DPP-4可能限制西格列汀对2型糖尿病患者和葡萄糖不耐受小鼠的疗效。
这些结果表明,肠道菌群不仅可以受到降糖药物的影响,而且反过来也会影响个体对这些药物的反应。肠道菌群与降糖药物之间的相互作用是复杂且双向的。
但目前仍缺乏关于新型降糖药物个体疗效差异的机制研究,日后有关药物遗传学、种族、微生物等方面研究的补充,可为个性化糖尿病管理提供依据。
降糖药物疗效个体差异的相关机制总结如 表1 所示。
四、结语
糖尿病给全球社会经济发展带来了巨大负担,个体化用药是糖尿病治疗的核心策略。本文综述了降糖药物个体疗效差异的相关机制。在可预见的未来,通过综合分析糖尿病患者的个体特征,预先精准识别其对不同降糖药物的反应差异,进而构建基于多组学技术的糖尿病精准治疗体系。
参考文献 (略)
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