IBMX

IBMX (Methylisobutylxanthine)  是一种广谱的磷酸二酯酶 (PDE) 抑制剂，对 PDE3、PDE4 和 PDE5 均有抑制活性,能够增强细胞内环腺苷酸（cAMP）水平，常用于细胞信号转导机制以及抗炎、代谢调节、心血管保护等相关研究。

作用机制

IBMX 的主要作用机制是抑制磷酸二酯酶 (PDE) 的活性。

PDE 是一类负责降解环腺苷酸 (cAMP) 和环鸟苷酸 (cGMP) 的酶类，通过调控细胞内的 cAMP/cGMP 浓度，PDE在多种信号通路中发挥关键作用。IBMX 非选择性地抑制多种类型的 PDE，阻止 cAMP 和 cGMP 的降解，从而提高它们在细胞中的浓度。因此IBMX 的主要作用机制主要可以分为以下2点：

1）cAMP/cGMP 的激活剂：

cAMP 和 cGMP 作为第二信使，在细胞内调控着诸多过程，如细胞增殖、分化、代谢等。IBMX 可增加 cAMP 水平，进而激活蛋白激酶A (PKA)，引发一系列细胞级别的响应[1]。

2）钙离子通道的影响：

IBMX 还能影响钙离子通道，可以通过cAMP/PKA通路间接影响钙离子内流，调控心脏和神经系统的生理功能[2]。

适用研究方向

细胞信号传导研究

IBMX作为一种PDE抑制剂，广泛用于研究细胞信号传导通路。

由于毛喉素(Forskolin)和 IBMX 可以通过细胞内第二信使 cAMP 引发广泛的作用，因此常用于药物在细胞中的信号转导机制相关研究。例如，有研究表明毛喉素和 IBMX 的神经诱导依赖于主转录调节因子、神经元限制性沉默因子 （NRSF） 及其下游靶基因表达的下调。这为理解间充质干细胞的神经分化机制提供了很好的思路和方向。

▲IBMX(FI)下调间充质干细胞 (MSC)中的 NRSF 蛋白

肿瘤生物学相关研究

三阴性乳腺癌 （TNBC） 是一种侵袭性、转移性、高度侵袭性的肿瘤。细胞毒性化疗代表了 TNBC 的当前治疗方法。然而，复发和化疗耐药非常频繁。因此，需要能够增加对细胞毒性药物敏感性的新治疗方法。

Forskolin是一种天然的 cAMP 提升剂，通过研究Forskolin对 MDA-MB-231 和 MDA-MB-468 TNBC 细胞对Doxorubicin(阿霉素)敏感性的影响。发现毛喉素通过细胞死亡诱导强烈增强阿霉素诱导的抗增殖作用。使用 IBMX 和异丙肾上腺素 cAMP 提升剂以及 8-Br-cAMP 类似物也能观察到类似的效果[4]。

药物开发和毒性测试

长期服用非甾体抗炎药双氯芬酸可能会诱发药物性肝损伤 （DILI），而cAMP 可保护肝细胞免受胆汁酸诱导的损伤。有研究发现使用IBMX作为cAMP 的激活剂，能保护肝细胞免受双氯芬酸诱导的细胞凋亡，阻断EPAC而非PKA会消除IBMX的保护作用，表明cAMP的保护机制主要依赖EPAC通路。揭示了cAMP/EPAC通路对抗双氯芬酸诱导的肝细胞死亡，可能成为DILI治疗的潜在靶点。

▲IBMX诱导的cAMP 升高会阻止 DF 诱导的原代大鼠肝细胞中的 caspase-3 激活

胰岛素分泌与糖代谢研究

在胰岛中，增加 cAMP 水平可增强葡萄糖诱导的胰岛素分泌 （GIIS）。IBMX 作为非选择性 PDE 抑制剂，可显著降低肝糖原储存量，通过提高环腺苷酸  cAMP 水平来促进胰岛β细胞分泌胰岛素。

有研究发现，在高血糖大鼠中，所有受试化合物均降低血糖，Glibenclamide(格列本脲)增强了Milrinone(米力农)的作用；Milrinone或 IBMX 不会改变血浆胰岛素水平，但Milrinone和Glibenclamide的组合会增强胰岛素水平。因此 IBMX的相关研究为了解糖尿病以及肥胖的机制和潜在治疗策略提供了新的见解[8]。

▲5种受测化合物中IBMX 对增加血浆葡萄糖的功效最高

此外，IBMX同样也可以影响干细胞的增殖和分化，因此在干细胞研究中具有重要应用。通过调节cAMP和cGMP的水平，研究人员可以探究干细胞的分化潜能和再生能力。如IBMX 在培养诱导多能干细胞 (iPSCs) 和人胚胎干细胞 (hESCs) 的过程中，能显著促进细胞存活[7]。

小结

综上，IBMX作为一种有效的磷酸二酯酶抑制剂，通过增加细胞内cAMP和cGMP的水平，影响多种细胞信号传导通路。其在抗炎、代谢调节、心血管保护、干细胞增殖分化等方面具有广泛的药理作用，被广泛应用于细胞信号传导、药物筛选、干细胞研究、糖代谢和肿瘤生物学等相关研究，为广大科研工作者提供了强大的工具和手段。

参考资料：

[1]Bernal-Ulloa SM, et al . Cyclic AMP Affects Oocyte Maturation and Embryo Development in Prepubertal and Adult Cattle. PLoS One. 2016 Feb 29;11(2):e0150264.

[2]Geisbuhler TP, et al. 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) sensitizes cardiac myocytes to anoxia. Biochem Pharmacol. 2002 Jun 1;63(11):2055-62. 

[3]Thompson R,et al. Forskolin and IBMX Induce Neural Transdifferentiation of MSCs Through Downregulation of the NRSF. Sci Rep. 2019 Feb 27;9(1):2969.

[4]Illiano M, et al. Forskolin improves sensitivity to doxorubicin of triple negative breast cancer cells via Protein Kinase A-mediated ERK1/2 inhibition. Biochem Pharmacol. 2018 Jun;152:104-113.

[5]Aguilar Mora FA, et al. Elevated cAMP Protects against Diclofenac-Induced Toxicity in Primary Rat Hepatocytes: A Protective Effect Mediated by the Exchange Protein Directly Activated by cAMP/cAMP-Regulated Guanine Nucleotide Exchange Factors. Mol Pharmacol. 2021 Apr;99(4):294-307.

[6]Salimi, A., et al. Comparison of different protocols for neural differentiation of human induced pluripotent stem cells. Mol Biol Rep 41, 1713–1721 (2014). 

[7]Crosswhite P, et al. Inhibition of phosphodiesterase-1 attenuates cold-induced pulmonary hypertension. Hypertension. 2013 Mar;61(3):585-92.

[8]Hosseini A, et al. Differential metabolic effects of novel cilostamide analogs, methyl carbostiryl derivatives, on mouse and hyperglycemic rat. Iran J Basic Med Sci. 2012 Jul;15(4):916-25.