图1 致敬！为二甲双胍努力过的科学家们
二甲双胍（dimethyl biguanide，metformin）是抗糖尿病药物，也是经典口服降糖药老牌选手，自1957年问世，应用于临床已有60多年的历史，是当前全球应用最广泛的口服降糖药之一。近年来，虽然有多个新型降糖药物上市，但二甲双胍仍是全球使用量迅速增加的经典口服降糖药物。
如今，二甲双胍更是被国内外主流指南列为Ⅱ型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）首选药物，然而，“抗糖尿病大佬”的发现、上市和广泛应用的过程并不是一帆风顺的，甚至可以说是曲折的，那就让我们来回顾一下吧。
山羊豆，植物降糖种子选手
首先要出场的当然是二甲双胍的始祖——一种名为山羊豆的牧草，其原产于欧洲、亚洲西南部与非洲北部，现在已经遍布世界各地。
图 2 山羊豆
山羊豆（galega officinalis），又称山羊芸香、西班牙三叶草、意大利艾鼬、法国紫丁香和教授杂草。在中世纪的欧洲，野生的山羊豆是一种动物催奶剂（Galega 在希腊语中是“牛奶兴奋剂”的意思）。山羊豆还具有广泛的药用价值，人们将山羊豆的地上部分作为草药用于缓解多尿，这正是糖尿病的典型症状之一。
其实，早在公元前1500年，人们就已经认识到糖尿病的基本临床特征——烦渴、多尿和体重下降，尿液的甜味能吸引苍蝇和蚂蚁。
1891年，山羊豆还被用作饲料而被引入美国，在畜牧业中用于牲畜催乳，提高产乳量。然而有一天，食用山羊豆的牲畜出现肺水肿、低血压、麻痹等症状，更有甚者因此而死亡，人们才意识到这牧草有毒，并将其列入了《联邦有害杂草名单》（Federal Noxious Weed List）。为了铲除它，美国花费了大量的人力和物力。
那为什么如此梦幻如此温柔的法国紫丁香是一朵“带刺的玫瑰”呢？那是因为其中含有大量的胍类化合物（guanidines），这是一类含有3个N原子、碱性极强的小分子物质。19世纪初，动物研究发现胍类物质具有降血糖功效，但最初的乐观被失望所冲平，胍类物质毒性极强，不适合用于临床。
后来，一位名为Geoges Tanret的科学家在山羊豆中发现了一种低毒性的胍类生物碱，即山羊豆素。但是由于一战的爆发，研究不得不中止，战后，Tanret又重新开始了对山羊豆素的研究，1927年，他发表了在兔和狗中所进行的关于山羊豆素的临床前研究。实际上，此项研究已经很类似于现代的毒理学研究。在研究中，不断增加山羊豆素的剂量，直到动物出现类似低血糖的症状。结果中可以看出：山羊豆素和血糖的量效反应关系是陡直的。注射较高剂量的山羊豆碱，的确具有降血糖的作用，随后进行的人体试验验证了这一结论。
然而，“豆无完豆”，由于山羊豆碱的个体治疗效果反应不一以及降糖持续时间较短，山羊豆碱也没有成功应用于临床。
图3 山羊豆素和二甲双胍化学结构式
1922年，爱尔兰都柏林化学家Emil，Werner和James Bell首次成功合成了二甲双胍。直到1929年，德国的2篇报道偶然发现，在伴有发热的动物模型（兔子和狗）中使用这种化合物具有降血糖的生物学作用。然而，由于在非糖尿病动物中需要高剂量才能达到适度的降糖作用，二甲双胍不被看好，双胍类药物也没有被开发用于糖尿病治疗，在随后的十年中被渐渐遗忘。后来的后来，人们才对二甲双胍的研究越来越深入的时候，才知道二甲双胍的实际潜力在当时是被低估了的。
几乎同时期，一系列胍类衍生物被源源不断地合成出来，但这些研究主要关注的是胍类化合物的合成问题。
德国科学家Hesse和Taubmann则关注了这些化合物的药理作用，他们对烷基取代的双胍类的生物学作用进行了更为全面的研究，并用狗和兔进行了药理学方面的研究。结果发现，受试化合物中二甲双胍的降糖效果最强，对某些动物药效甚至可以延续到第2日。
通过疟疾和流感，再次被发现
虽然二甲双胍出生于1922年，却没能趁早出名，只奈何生不逢时，被同时代诞生的胰岛素抢去了光芒。在这样的潮流下，二甲双胍岌岌无名过了数十年，天无绝人之路，在其他医学领域的一次偶然，使人们重新关注起抗糖尿病治疗的药理学研究，关注到二甲双胍。
20世纪40年代中期，一种名为proguanil（白乐君）的胍类抗疟药的研发与使用，将重新燃起希望。据报道，这种药物在动物实验中可以降低血糖含量。
无独有偶，在地球的另一边，在对其他胍类抗疟药物的研究中，菲律宾的Eusebio Garcia 医生在进行抗疟活性实验时使用了二甲双胍。1949年，二甲双胍被发现有助于治疗当地爆发的流感。这就导致了盐酸二甲双胍被作为一种名为氟胺的抗流感药物被使用，在治疗过程中，部分流感患者出现了低血糖的症状。
这接二连三的“意外的低血糖事件”，仿佛不像是偶然，激起了人们在更大范围内研究抗糖尿病药物的兴趣。
Jean Sterne的一大步
二甲双胍的“贵人”当属是法国糖尿病学家的JeanSterne，是他慧眼识英雄，将二甲双胍由降血糖潜能转化为治疗现实。
1956年，在实验室老板Jan Aron的鼓励下，Sterne对氟胺的数据进行了批判性的评估，并回忆起他多年前作为实习生时参与的一项失败了的关于山羊豆碱的研究。
也许二甲双胍会更好？
于是，他同实验室的药剂师Denise Duval合作，首次对二甲双胍进行了基础和临床研究。首先，他们对一系列的胍类化合物在正常动物模型和糖尿病动物模型中的药效学进行了严格而系统的研究。在不知不觉中，他们重复并扩大了对胍类化合物的研究，并指出了胍类化合物具有高剂量、有限的降糖性能和高毒性等问题。
事实上，这一问题早有人已经提出，如果Sterne在进行早期研究时，阅读了Hesse和Taubmann研究的相关文献，很可能不必费力重复这些工作。
他们之所以挑选二甲双胍作为临床研究的对象，是因为其在正常和糖尿病动物模型中的降糖效果好且副作用最小，更重要的是，已经有报道人使用氟胺治疗疾病的案例。
试验对象有了，那到哪里去找合适的受试患者呢？
这就不得不提起Sterne的另一份在巴黎Laennec医院的工作，不仅如此，他还说服了就职于Beaujon医院的Elie Azerad博士一起合作完成二甲双胍的临床研究。万事俱备了，试验就如期开始了。
试验主要针对的是接受胰岛素治疗的患者，包括青少年糖尿病和成年后出现糖尿病的患者。结果表明，二甲双胍可以替代部分成年期糖尿病患者对胰岛素的需求，降低其他糖尿病患者的胰岛素水平，但不能满足青少年发病患者对胰岛素的需求。此时，他们还注意到，试验过程中没有发生明显的低血糖，(当时有报道称使用磺脲类药物发生了严重低血糖事件)，可见二甲双胍对非糖尿病患者没有或几乎没有影响。
对于二甲双胍的基础研究，他们从一开始就是严格而系统的，不像其他早期研究者那么随意。他们十分关注化合物的合成和提纯、给药途径（口服比静脉给药有更好的耐受性）、治疗的剂量和疗程等。
Aron实验室第一次确认了血糖下降和二甲双胍毒性与药物剂量之间存在的关系，发现该药治疗的安全剂量窗口很宽，在啮齿类动物狗和兔中进行了长期（1—2年）的、大剂量药物的安全性研究。
Sterne的研究工作的重点部分是研究二甲双胍的作用机制，其中最最重大发现是证实二甲双胍降糖作用的前提是动物或人的胰腺要有一定功能。以往的研究者对血糖正常的动物要使用非常大剂量的二甲双胍才能看到降糖效果，而这剂量很可能会引起糖尿病动物的毒副反应。而且以往的研究均在血糖正常的动物中进行，低估了二甲双胍真正的安全有效剂量范围。
Sterne的研究结果显示：与血糖正常的动物相比，二甲双胍对因胰腺被部分破坏而导致糖尿病的动物具有更强的降糖效果。也就是说，二甲双胍在非糖尿病患者中并没有降糖效应。
该研究结果于1961年发表于法国。在15名血糖控制不佳的糖尿病患者中，3000mg单剂量二甲双胍能显著降低血糖；而对于7名使用胰岛素治疗、血糖控制良好的糖尿病患者和10名非糖尿病受试者，二甲双胍几乎没有降糖作用。
图4 1961年Sterne研究结果
这是一个的突破性成就！
只有认识到二甲双胍具有选择降糖的能力，才能真正地确定它的有效降糖的剂量范围，这对于界定二甲双胍的有效治疗剂量和中毒剂量是多么可喜可贺的事。在以胰岛素或胰岛素促分泌剂的糖尿病治疗时代，Sterne、Aron及Aron实验室继承人充满热情、检测和科学的态度为二甲双胍的研究做出了卓越突出的贡献，可以说，没有Sterne，就没有今天的格华止！
Sterne医生一生发表过很多关于二甲双胍的文章，其中最最著名的就是1957年研究论文，首次将“氯胺”应用于糖尿病的临床治疗，并为其更名为“Glucophage”意为“噬葡萄糖者（glucose eater)”,中文译作“格华止”。
Sterne还曾预言：“二甲双胍口服耐受性很好，即使在长期应用后，也不会引起脏器的损害。小剂量口服具有抗高血糖作用，至于它的作用机制及其在糖尿病治疗中的最终地位还有待进一步的研究。”
这是一篇里程碑的飞跃——二甲双胍作为一种糖尿病治疗方法出现了！Sterne在研究和医师教育中发挥了突出的作用，帮助将二甲双胍从实验室阶段引入欧洲临床实践。
历史可能会倾向于认为二甲双胍的糖尿病症状是偶然发现的，但我们必须感激Sterne敏锐的求知欲、他的远见卓识、他惊人的实验技能和他敏锐的临床第六感。
一时间“一种新的可替代胰岛素的降糖口服药”风靡全球。
图5 格华止外包装图
双胍类的选择
尽管二甲双胍于1958年在英国上市，1972年在加拿大上市，却在欧洲没有得到应有的重视。上市的同一年，二甲双胍的兄弟们——苯乙双胍在美国上市，商品名DBI；丁二胍在德国成功上市，商品名为Silubin。由于苯乙双胍降糖效果较强：口服苯乙双胍100mg即有显著的降糖效果，而二甲双胍每日的用量则需要1000~2000mg。因此风靡一时，相比之下，二甲双胍仅在法国得到应用，关注的目光少之又少。
然而，令谁都没想到的是，成功，对于苯乙双胍来说可能只是黄粱一梦，上市后的第二年被报道其导致乳酸性酸中毒，尽管发生率低，但死亡率极高，而后在绝大多数国家逐渐被停用，而作为同一族系的手足兄弟，二甲双胍也受到人们对其可能也具有乳酸性中毒的猜测与质疑，名誉有损，在停药的边缘徘徊。
具有讽刺意味的是，在停用苯乙双胍后不久，发现约9%的欧洲人的CYP2D6基因是突变型，该基因编码的细胞色素CYP2D6酶，可能会导致未代谢苯乙双胍的积聚，从而引起乳酸酸中毒：这是一个现代药物基因组学可以解决的问题啊。（能解决为什么要退市？冤不冤？还不是没赶上好时候）
不同于传统的经验医学，在这个反正都要讲证据的循证医学的时代，细致的观察性研究无疑是伸在二甲双胍面前的一双援助之手。具有讽刺意味的是，一项大型临床研究——美国大学糖尿病研究（UGDP）的结果却是给二甲双胍的临床应用带来了生存的威胁。这项随机研究以安慰剂加饮食控制为对照组，评估在2型糖尿病患者中使用甲苯磺丁脲、苯乙双胍或胰岛素对血管终点事件的影响。在随访7年后发现，甲苯磺丁脲组和苯乙双胍组的死亡例数明显增加。毫无疑问，UGDP研究加速了在临床上淘汰苯乙双胍，但也引起了人们对应用双胍类和磺脲类药物治疗2型糖尿病的担忧。
直到30年后，1998年，糖尿病研究领域著名的“英国前瞻性糖尿病研究（United Kingdom Prospective Diabetes Study, UKPDS）”计划中，大量的临床试验充分肯定了二甲双胍的降血糖作用。而且出减轻高血糖所致的糖毒性外，二甲双胍还具有心血管保护作用。不仅如此，二甲双胍还是目前唯一在随机对照研究中被证明具有明确心血管保护的口服降糖药。
因苯乙双胍的退市，美国食品和药物管理局(FDA)曾对二甲双胍犹豫不决，但最终还是批准了，1994年12月29日，二甲双胍由百时美施贵宝公司生产正式在美国上市。
医生们使用后赞不绝口，二甲双胍作为一种安全、有效的降糖药物逐渐被医学界所认可。2000年，二甲双胍缓释制剂获得批准，缓释制剂相比于普通制剂胃肠道副作用有所减轻。
此外，二甲双胍与磺脲类药物的新组合，以及后来与其他类口服降糖药的新组合也出现了，当这些药物以不同的作用模式联合使用时，意想不到的疗效好。
与之前的联合用药的关键性的区别是，新组合是以二甲双胍为主要成分的，而其他药物的剂量则是为辅助二甲双胍和最大程度降低低血糖而量身打造的。
二甲双胍是目前最广泛使用的口服降糖药，2011年，被纳入WHO基本药物示范目录。2012年，二甲双胍被美国糖尿病协会（American Diabetes Association, ADA）与欧洲糖尿病研究协会（European Association for the Study of Diabetes, EASD）的专家联合推荐为治疗T2DM的一线首选药物。
图6 二甲双胍发现时间轴
其他适应症
图7 二甲双胍的降糖机制
二甲双胍在降糖治疗中是不寻常的，因为它似乎没有一个单一的机制靶点；相反，它能通过多个单独但总体上很重要的效应，影响胰岛素抵抗和代谢、血管和其他生理功能。
除了降血糖以外，二甲双胍在多个其他医学领域也展现了自己的风采。
其中较早被注意到的是其对心血管的保护作用。T2DM与心血管疾病终点时间紧密相关，UKPDS研究及其随后10年随访结果发现，二甲双胍主要通过降糖作用，改善胰岛素抵抗（insulinresistance, IR），降低基础与负荷后胰岛素水平，直接或间接地起到心血管保护作用。
多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome, PCOS)是导致育龄妇女不孕的最常见内分泌疾病。其发病机制是胰岛素抵抗作用，而二甲双胍恰是胰岛素增敏剂，可降低患者胰岛素水平，较少胰岛素对卵巢的刺激；还可以改善卵巢血供、改善月经周期及促进排卵等。
在英国，一项大型对照研究显示，二甲双胍治疗与降低癌症的发生风险具有相关性。目前，关于二甲双胍的抗肿瘤机制还在研究和讨论中。2009年，currie对62809例糖尿病患者进行回顾性队列研究时发现，二甲双胍组的肿瘤患病率均比其他各组底，提示二甲双胍联合胰岛素治疗比胰岛素弹药治疗更能延缓癌症发展。其后，更多的研究发现其还可以降低许多消化道肿瘤和前列腺终究等肿瘤风险。
二甲双胍对下丘脑中枢的直接调控作用表现为摄食量的减少和体中的减轻，除此之外二甲双胍还可能影响衰老过程中的分子和细胞机制，从而推迟机体老化并增加寿命，在自发性高血压鼠中，长期食物中加入二甲双胍能延长雌性杂交小鼠近40%，有望成为抗衰老药物。更有甚者“使用二甲双胍能活到120！”的说法。
二甲双胍的功效不可枚举，此处篇幅有限，就不一一列出了。
如今，二甲双胍已经上市62年了。从草药到受人尊敬的治疗药物的惊人之旅一直动荡不安。它被发现，被遗忘，被重新发现，被重新利用，被拒绝，被拯救，被证明无罪，并且可能有更多的秘密等待解开。每一个成功者的背后都有许多个不为人知的努力，Jean Sterne的一大步，是二甲双胍的关键性的一步。
如今，我们提到二甲双胍，就会想到“经典药物”“金标准”这些光环名词。然而，抛开这些，仅从二甲双胍的发现、埋没又发现的过程中，我们可以学习到什么呢？也许这个问题是一个哈姆雷特式的问题，答案可能有一千种。
但，我们都得思考，为什么它是经典，是金标准？怎么发现下一个经典？
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信息来源：萧月 药事纵横
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