陈敏 刘东方

[摘要]二甲双胍作为治疗2型糖尿病的一线用药，广泛受到各临床治疗指南的推荐。但是，二甲双胍的临床治疗效果及不良反应存在着显著的个体差异。有机阳离子转运蛋白与二甲双胍在体内的转运和代谢密切相关，研究表明，有机阳离子转运蛋白的基因多态性是影响二甲双胍疗效的重要因素。本文通过总结分析相关文献，综述二甲双胍疗效与有机阳离子转运蛋白基因多态性关系的研究進展，为二甲双胍在临床中的个体化使用提供参考。

[关键词]二甲双胍;有机阳离子转运蛋白;基因多态性;2型糖尿病

[中图分类号] R977          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2019）12（c）-0021-04

[Abstract] As a first-line drug for the treatment of type 2 diabetes， Metformin is widely recommended by various clinical treatment guidelines. However， there are significant individual differences in the clinical efficacy and adverse reactions of Metformin. Organic cation transporters are closely related to the transport and metabolism of Metformin in the body. Studies have shown that the gene polymorphism of organic cation transporters is an important factor influencing the efficacy of Metformin. The article will summarize the research progress on the relationship between efficacy of Metformin and the polymorphism of organic cation transporter by analyzing the latest literatures， so as to provide a reference for the individualized use of Metformin.

[Key words] Metformin; Organic cation transporter; Gene polymorphisms; Type 2 diabetes

二甲双胍因不增加体重、单独使用低血糖发生率低、潜在的心血管获益、价格相对较低等多种优点广泛应用于2型糖尿病的治疗中，其作用机制尚未完全明确，可能主要通过改善胰岛素的敏感性、抑制糖异生、增加骨骼肌对葡萄糖的利用、减少胃肠道对葡萄糖的吸收来改善高血糖[1-2]。二甲双胍已被证明可以预防或延迟糖尿病前期患者的2型糖尿病发病，也可用于多囊卵巢综合征、高胰岛素血症等代谢性疾病的治疗[3]。此外，二甲双胍还具有多种药理作用，包括降低脂肪肝、降低血管并发症、降低癌症发生率和癌症相关死亡率等[4-5]。

二甲双胍口服后从近端小肠缓慢吸收，主要分布于肝、肾，约90%未经显著的生物转化从尿液排出。二甲双胍的疗效个体差异较大，偶有严重不良反应，最常见的副作用是胃肠道反应，50%以上的患者能够耐受每日最大剂量，5%的患者无法耐受任何剂量[6]。荷兰的一项研究观察了2490例首次使用二甲双胍的患者，发现11.4%的患者用药后1年内停药，34.5%的患者发生至少一种可能与二甲双胍有关的药物不良反应[7]。二甲双胍的生物利用度也存在较大个体差异，一项以二甲双胍为单药起始治疗的研究，随访了1799例2型糖尿病患者，随访时间为2～5年，发现42%的患者出现了继发性失效，平均每年的失效率达17%[8]。药物基因组学的兴起和发展为药物精准化和个体化治疗提供了可能，也为二甲双胍在临床中的个体化应用提供了研究方向。研究发现基因多态性与二甲双胍治疗的个体效应之间存在密切关系，本文通过查阅文献，对二甲双胍疗效与有机阳离子转运蛋白基因多态性关系的研究进展进行总结。

1有机阳离子转运蛋白（organic cation transporter，OCT）的概述

溶质载体家族22A（SLC22A）中的转运蛋白在药物的吸收和排泄中起着关键作用，有机阳离子转运蛋白作为SLC22A家族的成员，是一种多特异性转运体，在肝脏和肾脏中表达最为显著，对药物的吸收和代谢有重要影响。二甲双胍具有亲水化学性质，因此在细胞膜上的被动扩散率较低，但二甲双胍是多种有机阳离子转运蛋白的底物，在人体内的口服吸收、肝脏摄取和肾脏排泄中主要由有机阳离子转运蛋白介导。有机阳离子转运蛋白主要有OCT1、OCT2、OCT3 3个亚型，其编码基因分别为SLC22A1-3，定位于染色体6q25-26。OCT1主要表达于肠上皮细胞的基底外侧膜和胞质、肝细胞基底外侧膜，参与二甲双胍在肠道和肝脏的摄取[9];OCT2主要表达于肾小管细胞基底外侧膜，参与二甲双胍在肾脏的转运和排泄[10];OCT3广泛分布于人体各组织，表达于肠上皮细胞的刷状缘及肝细胞基底外侧膜，可能介导二甲双胍在肠道的转运和肝脏的摄取[11]，但当pH值较低时，OCT3的转运活性显著降低，肠道的酸性环境可能限制了OCT3对药物的吸收[12-13]。

2二甲双胍疗效与有机阳离子转运蛋白的基因多态性

2.1 OCT1基因多态性与二甲双胍的药物效应

OCT1基因多态性是导致二甲双胍药物效应出现个体差异的重要原因。Dujic等[14]比较了251例不耐受二甲双胍和1915例完全耐受二甲双胍的T2DM患者的表型及OCT1突变类型，发现女性和老年人可能更易对二甲双胍不耐受，低活性的OCT1基因型及OCT1抑制剂均与二甲双胍不耐受相关，结果表明携带两个OCT1低活性等位基因的个体，同时使用OCT1抑制剂治疗，发生二甲双胍不耐受的可能性增加4倍以上。Christensen等[15]同样发现二甲双胍的血浆浓度与OCT1低活性等位基因的数量有关，证实OCT1的基因多态性影响二甲双胍药代动力学及治疗效果。Tarasova等[16]的研究表明OCT1 rs628031（1222A>G）、rs36056065（G160560908delinsGTAAGTTG）突变与二甲双胍的副作用有关。研究发现OCT1 rs622342（A>C）突变与二甲双胍的降糖效果相关，携带该内含子变异的患者对二甲双胍抗高血糖的反应降低[9]，且该位点与MATE1 rs2289669（G>A）之间存在相互作用，当两个位点基因型均为突变纯合子时，糖化血红蛋白降低最为明显[17]。Zhou等[18]研究了OCT1 rs1867351、rs4709400、rs628031、rs22973744等4个单核苷酸基因多态性对二甲双胍疗效的影响，发现这4种基因多态性对二甲双胍治疗后的血糖及糖化血紅蛋白产生影响，且存在地区差异。Shu等[19]以20名健康志愿者为研究对象，结果提示携带低活性等位基因R61C、G401S、M420del、G465R的个体，血浆浓度-时间曲线（AUC）下面积更大，最大血浆浓度（Cmax）更高，口服分布容积（V/F）更低，同时Shu等[19]进行了动物实验，分别测定了二甲双胍在OCT1基因敲除小鼠和携带OCT1基因小鼠体内的药代动力学，发现敲除OCT1基因的小鼠肝脏对二甲双胍的吸收显著减少，表明OCT1是小鼠体内二甲双胍的主要转运体。细胞学研究方面，Chen等[20]报道与OCT1野生型相比，OCT1 289C>A、350C>T、616C>T突变型的细胞对二甲双胍的摄取显著降低。因此，OCT1的基因多态性与二甲双胍在体内的药代动力学和药效学有关，是影响二甲双胍药物效应的重要原因之一。

2.2 OCT2基因多态性与二甲双胍的药物效应

据报道，与对照组比较，编码OCT2的SLC22A2的两个非同义单核苷酸多态性M165I（493A>G）、R400C（1198C>T）与转运蛋白的活性降低有关[21]。细胞学研究表明，T199I（596C>T）、T201M（602C>T）、A270S（808G>T）的遗传变异与OCT2转运功能的改变有关，而在韩国人群中的研究也证实这三个基因位点的多态性可影响OCT2对二甲双胍的转运[22]。Song等[23]的研究也表明，SLC22A2的遗传变异596 C>T、620C>T、808G>T导致二甲双胍药代动力学出现显著差异，具有这些变异的受试者二甲双胍肾清除率降低，血浆二甲双胍浓度增加。OCT2 808G>T是一种较常见的单核苷酸突变，在不同人群中等位基因的频率为7%～16%[21]。Yoon等[24]的研究表明OCT2 808 G>T基因多态性对二甲双胍的药代动力学有显著影响，携带突变基因的个体在血清时间-浓度曲线下产生更高的峰值浓度和更大的曲线下面积。Hou等[25]研究也认为，OCT2 808G>T基因多态性与肾脏对二甲双胍的清除降低有关，突变型个体可对二甲双胍表现出更好的疗效响应。OCT2 808G>T突变型的个体口服二甲双胍后，高乳酸血症的发生率较野生型升高[26]。在中国人群中的研究也表明，OCT2 808G>T的基因多态性影响二甲双胍的排泄，808GT、808TT基因型的受试者二甲双胍排泄量较808GG明显下降[27]。

2.3 OCT3基因多态性与二甲双胍的药物效应

有机阳离子转运蛋白3（OCT3）可表达于全身各器官组织，在二甲双胍的药物转运中起着重要作用，但迄今为止，OCT3基因多态性对二甲双胍药物效应影响的相关研究相对较少。Tzvetkov等[28]研究了OCT3的6个单核苷酸基因多态性：rs3120137、rs3123634、rs12194182、rs2292334、rs2504927、rs2457576，发现这些位点突变与二甲双胍肾脏清除无明显相关性。Hosseyni等[29]对OCT3 1233G>A基因多态性与2型糖尿病患者二甲双胍治疗后血糖反应的关系进行了研究，该研究纳入150例T2DM患者，接受二甲双胍治疗3个月，结果显示GA+AA基因型患者糖化血红蛋白值的平均降低幅度高于GG基因型患者。OCT3的基因多态性对二甲双胍的转运同样会产生一定的影响。Chen等[30]通过定量PCR和免疫染色结果显示，OCT3在二甲双胍作用的靶组织骨骼肌和肝脏中高表达，为识别OCT3的遗传变异，Chen等使用了来自1000个基因组和膜转运蛋白药物基因组学项目的数据，并进行了相应的功能测定，研究发现T400I（1199C>T）和V423F（1267G>T）的基因多态性使二甲双胍的摄取显著降低，而T44M（131C>T）使二甲双胍的摄取显著增加50%以上。此外，有研究认为OCT3 影响二甲双胍在唾液腺中的摄取和排泄，可能与二甲双胍引起的味觉障碍有关[31]。Shirasaka等[32]通过OCT3基因敲除小鼠对二甲双胍的药代动力学进行研究，结果发现二甲双胍在OCT3+/+小鼠体内的绝对生物利用度为46.8%，而在OCT3-/-小鼠体内下降为32.6%，提示小鼠肠道对二甲双胍的吸收至少部分是由OCT3介导的。Kwon等[33]以48名韩国人为研究对象，通过DNA测序确定了OCT3启动子的遗传变异，并通过体外实验首次评估了OCT3启动子单体型变异对二甲双胍药代动力学的影响。OCT3启动子变异对二甲双胍药代动力学个体间差异的贡献还需要更多的研究来证实，对糖尿病患者进行二甲双胍应答的研究对于确定该单体型变异的临床意义是有必要的。

3總结展望

二甲双胍作为一种经典的口服降糖药物，受到各大指南和专家共识的广泛推荐，针对不同年龄、性别、种族的个体，我们长期以来启用二甲双胍的用法和剂量相似，但患者对二甲双胍的应答却存在显著个体差异，目前尚无有效的方法能对二甲双胍的药物效应进行预测，从而准确的指导二甲双胍的临床用药。药物基因组学的迅速发展为药物的精准医疗和个体化治疗提供了方向，目前临床上已有部分药物的使用可通过基因检测进行选择，如通过检测HLA-B5801基因以减少使用别嘌呤醇导致的严重剥脱性皮炎，检测APOE基因选择更适合的降脂药物，从而增加药物疗效，减少不良反应。至今，许多单核苷酸基因多态性被发现可影响二甲双胍在体内的转运、代谢和排泄，从而影响二甲双胍的疗效和不良反应，但部分研究的样本量相对较少，局限于体外研究，故尚需更多多中心、多样本的体内研究来证实基因多态性与二甲双胍药物效应的关系。此外，基因多态性之间可能存在相互作用，需进一步的深入研究来明确。期望将来可通过基因多态性的检测来预测不同个体对二甲双胍的应答反应，制定更适合患者的个体用药方案，从而减少不良反应的发生，提高药物的疗效及安全性，增加患者的依从性，真正实现个体化治疗。

[参考文献]

[1]Kirpichnikov D，McFarlane SI，Sowers JR.Metformin：an update[J].Ann Intern Med，2002，137（1）：25-33.

[2]Hundal RS，Krssak M，Dufour S，et al.Mechanism by which metformin reduces glucose production in type 2 diabetes[J].Diabetes，2000，49（12）：2063-2069.

[3]Diabetes Prevention Program Research Group.Long-term safety，tolerability，and weight loss associated with metformin in the Diabetes Prevention Program Outcomes Study[J].Diabetes Care，2012，35（4）：731-737.

[4]Belda-Iniesta C，Pernía O，Simó R.Metformin：a new option in cancer treatment[J].Clin Transl Oncol，2011，13（6）：363-367.

[5]Viollet B，Guigas B，Sanz Garcia N，et al.Cellularand molecular mechanisms of metformin：an overview[J].Clin Sci （Lond），2012，122（6）：253-270.

[6]Bailey CJ，Turner RC.Metformin[J].N Engl J Med，1996，334（9）：574-579.

[7]DeJong L，H■rmark L，van Puijenbroek E.Time course，outcome and managementof adverse drug reactions associated with metformin from patient′s perspective：aprospective，observational cohort study in the Netherlands[J].Eur J Clin Pharmacol，2016，72（5）：615-622.

[8]Brown JB，Conner C，Nichols GA.Secondary failure of metformin monotherapy in clinical practice[J].Diabetes Care，2010，33（3）：501-506.

[9]Graham GG，Punt J，Arora M，et al.Clinical pharmacokinetics of metformin[J].Clin Pharmacokinet，2011，50（2）：81-98.

[10]Kimura N，Okuda M，Inui K.Metformin transport by renal basolateral organic cation transporter hOCT2[J].Pharm Res，2005，22（2）：255-259.

[11]Nies AT，Koepsell H，Winter S，et al.Expression of organic cation transporters OCT1（SLC22A1）and OCT3 （SLC22A3） is affected by genetic factors and cholestasis in human liver[J].Hepatology，2009，50（4）：1227-1240.

[12]Wright SH.Role of organic cation transporters in the renal handling of therapeutic agents and xenobiotics[J].Toxicol Appl Pharmacol，2005，204（3）：309-319.

[13]Müller J，Lips KS，Metzner L，et al.Drug specificity and intestinal membrane localization of human organic cation transporters（OCT）[J].Biochem Pharmacol，2005，70（12）：1851-1860.

[14]Dujic T，Zhou K，Donnelly LA，et al.Association of organic cation transporter 1 with intolerance to metformin in type 2 diabetes：a GoDARTS study [J].Diabetes，2015，64（5）：1786-1793.

[15]Christensen MM，Brasch-Andersen C，Green H，et al.The pharmacogenetics of metformin and its impact on plasma metformin steady-state levels and glycosylated hemoglobin A1c[J].Pharmacogenet Genomics，2011，21（12）：837-850.

[16]Tarasova L，Kalnina I，Geldnere K，et al.Association of genetic variation in the organic cation transporters OCT1，OCT2 and multidrug and toxin extrusion 1 transporter protein genes with the gastrointestinal side effects and lower BMI in metformin-treated type 2 diabetes patients[J].Pharmacogenet Genomics，2012，22（9）：659-666.

[17]Beeker ML，Visser LE，Van Schaik RH，et al.Interaction between olymorphisms in the OCT1 and MATEl transporter and metformin response[J].Pharrnacogenet Genommics，2010，20（1）：38-44.

[18]Zhou Y，Ye W，Wang Y，et al.Genetic variants of OCTl influence glycemic response to metformin in Han Chinese patients with type-2 diabetes mellitus in Shanghai[J].Int J Clin Exp Pathol，2015，8（8）：9533-9542.

[19]Shu Y，Brown C，Castro RA，et al.Effect of genetic variation in the organic cation transporter 1，OCT1，on metformin pharmacokinetics[J].Clin Pharmacol Ther，2008，83（2）：273-280.

[20]Chen L，Takizawa M，Chen E，et al.Genetic polymorphisms in organic cation transporter 1（OCT1） in Chinese and Japanese populations exhibit altered function[J].J Pharmacol Exp Ther，2010，335（1）：42-50.

[21]Leabman MK，Huang CC，Kawamoto M，et al.Polymorphisms in a human kidney xenobiotic transporter，OCT2，exhibit altered function[J].Pharmacogenetics，2002，12（5）：395-405.

[22]Kang HJ，Song IS，Shin HJ，et al.Identification and functional characterization of genetic variants of humanorganic cation transporters in a Korean population[J].Drug Metab Dispos，2007，35（4）：667-675.

[23]Song IS，Shin HJ，Shim EJ，et al.Genetic variants of the organic cation transporter 2 influence the disposition of metformin[J].Clin Pharmacol Ther，2008，84（5）：559-562.

[24]Yoon H，Cho HY，Yoo HD，et al.Influences of organic cation transporter polymorphisms on the population pharmacokinetics of metformin in healthy subjects[J].AAPS J，2013，15（2）：571-580.

[25]Hou W，Zhang D，Lu W，et al.Polymorphism of organic cation transporter 2 improves glucose-lowering effect of metformin via influencing its pharmacokinetics in Chinese type 2 diabetic patients[J].Mol Diagn Ther，2015，19（1）：25-33.

[26]Li Q，Liu F，Zheng TS，et al.SLC22A2 gene 808 G/T variant is related to plasma lactate concentration in Chinese type 2 diabetics treated with metformin[J].Acta Pharmacol Sin，2010，31（2）：184-190.

[27]Wang ZJ，Yin OQ，Tomlinson B，et al.OCT2 polymorphisms and in-vivo renalfunctional consequence：studies with metformin and cimetidine[J].Pharmacogenet Genomics，2008，18（7）：637-645.

[28]Tzvetkov MV，Vormfelde SV，Balen D，et al.The effects of genetic polymorphisms in the organiccation transporters OCT1，OCT2，and OCT3 on the renal clearance of metformin[J].Clin Pharmacol Ther，2009，86（3）：299-306.

[29]Hosseyni-Talei SR，Mahrooz A，Hashemi-Soteh MB，et al.Association between the synonymous variant organic cation transporter 3 （OCT3）-1233G>A and the glycemic response following metformin therapy in patients with type 2 diabetes[J].Iran J Basic Med Sci，2017，20（3）：250-255.

[30]Chen L，Pawlikowski B，Schlessinger A，et al.Role of organic cation transporter 3 （SLC22A3） and its missense variants in the pharmacologic action of metformin[J].Pharmacogenet Genomics，2010，20（11）：687-699.

[31]Lee N，Duan H，Hebert M F，et al.Taste of a pill：organic cation transporter-3 （OCT3） mediates metformin accumulation and secretion in salivary glands[J].J Biol Chem，2014， 289（39）：270 55-270 64.

[32]Shirasaka Y，Lee N，Zha W，et al.Involvement of organic cationtransporter 3 （OCT3/SLC22A3） in the bioavailability and pharmacokinetics of antidiabetic metformin in mice[J].Drug Metab Pharmacokinet，2016，31（5）：385-388.

[33]Kwon EY，Chung JY，Park HJ，et al.OCT3 promoter haplotype is associated with metformin pharmacokinetics in Koreans[J].Sci Rep，2018，8（1）：16 965.

（收稿日期：2019-10-14  本文編辑：焦曌元）