胰高血糖素样肽—1的生物学及相关药物研究

李磊 李立安

[摘要] 19世纪60年代发现了肠道对葡萄糖具有调节作用。这种生理现象主要是由两个被称为“肠促胰素”的肠内因子：胰高糖素样肽-1（7-37）/（7-36）酰胺和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（1-42）介导的。GLP-1与GLP-1受体的结合，刺激cAMP生成，增加葡萄糖依赖性胰岛素分泌。研究还证明在体外人的胰岛制备中，GLP-1介导β-细胞凋亡的减弱和胰岛素反应性增强。很明显GLP-1/GLP-1受体轴是葡萄糖代谢的关键性生理调节器，因此GLP-1受体激动剂和DPP-4抑制剂成为治疗糖尿病药物研发的焦点。

[关键词] 肠促胰素效应；葡萄糖依赖性促胰岛素多肽；胰高血糖素样肽-1；GLP-1受体激动剂；二肽基肽酶-4抑制剂；糖尿病

[中图分类号] R977.1???[文献标识码] A???[文章编号] 2095-0616（2012）21-58-02

Botanical and pharmaceutical research on glucagon-like peptide-1

LI?Lei1??LI?Li'an2

1.Outpatient Department， Art College of the PLA， Beijing 100081，China；2.Department of Gynaecology and Obstetrics， PLA General Hospital， Beijing 100853，China

[Abstract] The regulating effect of intestinal on glucose was found in 1960s.This physiologic phenomenon is primarily mediated by two enteric factors going by the name of the incretins： glucagon-like peptide-1 （7-37）/（7-36）-amide （GLP-1） and glucose dependent insulinotropic polypeptide （1-42）. The combination of GLP-1 with GLP-1 receptor stimulates the production of cAMP and enhances the secretion of Glucose dependent insulin. It also demonstrates GLP-1 mediateds the attenuation of β-cell apoptosis and enhances the responsiveness of insulin in an?ex vivo?human islet preparation. It is clear the GLP-1/GLP-1 receptor axis is a key physiologic regulator of glucose metabolism. Therefore GLP-1 agonists and DPP-4 inhibitor become the focus of reserch and development on diabetes drugs.

[Key words] Incretin effect；Gastric inhibitory polypeptide；Glucagon-like peptide-1；GLP-1 receptor agonists； Ddipeptidyl peptidase-4 inhibitors； Diabetes mellitus

肠促胰素（incretin）的发现开启了糖尿病治疗的新篇章，早在上世纪60年代，Mcintyre N等[1-2]发现，口服葡萄糖对胰岛素分泌的促进作用明显高于静脉注射，证明了肠道对葡萄糖的调节作用，提出了“肠促胰素效应”（incretin effect）。而Perley等证实，这种“肠促胰素效应”所产生的胰岛素占进食后胰岛素总量的50%以上。肠促胰素由两种多肽组成。一种命名为葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（gastric inhibitory polypeptide，GIP）（1-42）。另一种为胰高血糖素样多肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）。T2DM肠促胰岛素效应降低表现为对GIP的治疗的抵抗[3]和进餐后GLP-1浓度升高幅度较正常人减小。而注射GLP-1引起强大的胰岛素分泌反应并使血糖正常化[4]，因此GLP-1及其类似物可以作为2型糖尿病治疗的一个重要靶点。本资料仅就GLP-1的生物学及有关的药物研究做一下介绍。

1?GLP-1的生理作用

释放进入血液循环的GLP-1直接作用于胰岛，以葡萄糖浓度依赖性方式促进胰岛β细胞分泌胰岛素（insulin），主要通过以下几方面发挥降糖作用。（1）GLP-1通过G蛋白激活腺苷酸环化酶（AC），使cAMP水平升高，促进胰岛素基因的转录、胰岛素的合成和分泌，并可刺激胰岛β细胞的增殖和分化，抑制胰岛β细胞凋亡，增加胰岛β细胞数量[5]。作用于胰岛α细胞，抑制胰高血糖素的释放，作用于胰岛δ细胞，促进生长抑素的分泌，而生长抑素又可作为旁分泌激素参与抑制胰高血糖素的分泌。（2）GLP-1作用于中枢神经系统，抑制胃肠道蠕动和胃液分泌，抑制食欲及摄食，延缓胃内容物排空，使人产生饱胀感和食欲下降，从而使体重减轻。（3）GLP-1对心血管的作用已吸引了极大注意力。降低血压、改善脂质和内皮/心肌功能，而且有可能改善心血管疾病的预后。最新动物模型的数据表明，GLP-1的心脏保护和血管舒张作用（7-36）是不依赖于已知的GLP-1R，而是至少部分是由其代谢物GLP-1（9-36）介导的[6]。更令人兴奋的是它对中枢神经系统的影响。最新的临床前数据显示了GLP-1的神经保护/神经营养功能，或许有可能停止/或逆转中枢神经系统疾病如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease）的神经退行性疾病[7]。

2?GLP-1受体（GLP-1R）

GLP-1的生理功能主要是通过激活细胞表面的GLP-1受体（GLP-1R）而引发的。GLP-1是α-螺旋肽，通过与GLP-1R的细胞外多个接触点结合并相互作用引起受体信号[8]。GLP-1R是B族G蛋白偶联受体（GPCRs），包括N端区域和中心区域两部分。GLP-1R的N端区域保存了α-β-βα蛋白质组成的3层折叠的B1级GPCRs，这种结构，简称为“胞外域”（ECD）。GLP-1R利用N-末端的胞外域（ECD）作为“亲和力陷阱（affinity trap）”以识别并结合肽类配体[8]。GLP-1与受体结合过程可归为两步走：第1步是GLP-1的C端与受体N端结合，第2步则是N端与受体中心区域结合而激活受体。GLP-1的His7等残基为其与受体结合的关键位点[9]，而GLP-1R的N端的Trp残基对配体的亲和力有重要影响。

3?作用于GLP-1R的药物研究

随着肠促胰岛素激素领域取得的重要进展及对GLP-1葡萄糖依赖性促胰岛素的分泌和在2型糖尿病病理学中的作用的认识，以及天然的GLP-1被无处不在的蛋白酶DPP-4迅速降解的发现，导致了对DPP-4降解抵抗的GLP-1R激动剂和DPP-4活性的选择性抑制剂作为治疗药物的研发。

3.1?GLP-1受体肽类激动剂

改善GLP-1类似物代谢特性的常见方法是在N-末端引入取代基团进行修饰以减少对DPP-4的灵敏度[10]。到目前为止，通过置换天然的GLP-1肽链中的氨基酸，以研发作用时间长的分子已取得了成功。艾塞那肽（exenatide）和利拉鲁肽（liraglutide）已获得多个政府监管机构批准上市用于治疗T2DM。

艾塞那肽是一个39个氨基酸肽的GLP-1R激动剂，在细胞分析和与天然GLP-1受体竞争性结合研究中证明是充分有效的[11]。它较GLP-1有更长的作用时间，生物半衰期约为4 h。2005年4月，艾塞那肽以商品名Byetta成为第1个由美国食品和药物管理局（FDA）批准用于治疗T2DM的GLP-1类似物。利拉鲁肽这种分子，“脂肪酸衍生”策略被用来延长GLP-1在体内的作用。利拉鲁肽的血浆消除半衰期为11～15 h[12]。利拉鲁肽商品名Victoza，在2010年1月由FDA批准上市用于治疗T2DM。

3.2?二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂

现在已研发的DPP-4抑制剂有西他列汀（sitagliptin）、维格列汀（vildagliptin）、沙格列汀（saxagliptin）和利格列汀（linagliptin）。与GLP-1受体激动剂必须按时皮下注射不同，它们的共同特点是口服有效，因而倍受糖尿病患者的欢迎。

DPP-4抑制剂没有GLP-1受体激动剂减缓胃排空、增加果腹感、促进适度减肥的作用[13]。可能是由于DPP-4抑制剂阻断了多肽如GIP和神经肽Y的降解，以及对胃蠕动和中枢神经系统（CNS）对食欲的控制发挥相反的影响[14]，故DPP-4抑制剂vildagliptin能显著降低低血糖的发病率，老年患者（年龄>65岁）此作用更为明显。从目前的临床数据看，GLP-1类似物升高GLP-1水平、降低HbA1C和餐后血糖的效果很可能优于DPP-4抑制剂，并可较DPP-4抑制剂更有效地发挥延迟胃排空、减少热量摄入和改善胰岛功能等作用。

随着肠促胰素，特别是胰高血糖素样肽-1的生物学的进一步阐明，以及新的以胰高血糖素样肽-1为靶点的药物的不断涌现，为糖尿病的治疗产生了新的理念。血糖达标率低是全球面临的共同难题，我国糖尿病患者中仅有不到1/3的人达标。世界范围内大约80%的2型糖尿病患者糖化血红蛋白无法控制在7%以内。原因是传统降糖药物不能有效地保护β-细胞，使得β-细胞分泌胰岛素的功能逐渐减退。而以GLP-1为靶点的药物能够刺激胰岛β细胞的增殖和分化，抑制胰岛β细胞凋亡，增加胰岛β细胞数量，促进胰岛素的合成和分泌，因而可长期稳定的控制血糖水平，为糖尿病患者带来了新的希望。

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（收稿日期：2012-09-14）