付 剛 龔 珉 徐為人

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種慢性高血糖綜合征，其中2型糖尿?。═2DM）占糖尿病患者群體的90%以上。世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)，到2030年，全球T2DM患者的數(shù)量將超過(guò)3億[1]。目前，常規(guī)治療T2DM的藥物包括胰島素、雙胍類、磺酰脲類以及噻唑啉二酮類。然而這些藥物很少能長(zhǎng)效控制血糖水平，且存在致低血糖、浮腫及體質(zhì)量增加等不良反映。胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide，GLP）-1是一種由腸L細(xì)胞分泌的腸促胰島素，具有促進(jìn)胰島素分泌和生物合成、抑制胰高血糖素分泌、促進(jìn)胰島細(xì)胞增殖等多種生理功能，具有良好的藥物應(yīng)用前景。

1 GLP-1的發(fā)現(xiàn)

人進(jìn)食后會(huì)通過(guò)神經(jīng)和激素信號(hào)激活一系列生理反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)消化和吸收過(guò)程，其中腸促胰島素在此過(guò)程中起重要作用。腸促胰島素的概念由Murce于20世紀(jì)初提出，1973年分離純化出第1個(gè)腸促胰島素—葡萄糖依賴性促胰島素多肽（glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP）。GIP主要由近端小腸K細(xì)胞合成并分泌，由42個(gè)氨基酸組成，多集中在十二指腸和上部空腸，能促進(jìn)胰島細(xì)胞分泌胰島素。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了第2種腸促胰島素多肽—GLP。GLP-1的發(fā)現(xiàn)源于對(duì)胰高血糖素原（proglucagon，PG）基因序列的分析，胰高血糖素原基因序列由6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)顯子組成，含有3個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域：胰高血糖素（PG33～61）、GLP-1（PG72～108）和GLP-2（PG126～158）。PG基因在胰島α細(xì)胞、腸L細(xì)胞及部分神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)，通過(guò)組織特異性翻譯后修飾，從而在不同組織結(jié)構(gòu)中形成不同的最終產(chǎn)物，見(jiàn)圖1。GLP有GLP-1和GLP-2兩種亞型，GLP-1是由末端空腸、回腸和結(jié)腸的朗格漢斯細(xì)胞分泌的一種多肽激素，具有葡萄糖依賴性的促進(jìn)胰島素分泌和生物合成、抑制胰高血糖素的分泌及抑制胃排空等多種功能；GLP-2能促進(jìn)正常小腸的生長(zhǎng)和發(fā)育，保護(hù)和修復(fù)各種腸道疾病中損傷的腸黏膜，抑制胃酸的分泌和胃腸的運(yùn)動(dòng)，增加腸道的血液供應(yīng)等。

2 GLP-1的結(jié)構(gòu)及生理功能

GLP-1（1-37）由胰高血糖素基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物剪切后表達(dá)生成，但其并非人體內(nèi)的活性形式，N端截短的GLP-1（7-36或7-37）是循環(huán)中的主要活性形式，其中GLP-1（7-36）約占80%[2]，此后絕大多數(shù)GLP-1類似物的開(kāi)發(fā)也是基于此種截短序列。GLP-1的N端區(qū)域和受體結(jié)合能力相關(guān)，尤其是 His7、Gly10、Thr13及 Asp15直接與受體結(jié)合，His7的喪失會(huì)導(dǎo)致GLP-1完全失去生物活性，同樣C端氨基酸殘基喪失也會(huì)導(dǎo)致GLP-1生物活性明顯下降。GLP-1的主要生理功能包括葡萄糖依賴性的促進(jìn)胰島素分泌和生物合成，抑制胰高血糖素的分泌，促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖，抑制胰島β細(xì)胞凋亡，保存β細(xì)胞對(duì)血糖的敏感性，抑制胃腸道蠕動(dòng)和胃液分泌，延遲胃排空等。GLP-1也能直接作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，誘導(dǎo)神經(jīng)復(fù)合體產(chǎn)生飽腹感，從而降低食欲，抑制食物的攝取。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)GLP-1還能降低心收縮壓（SBP），減少血液中三酰甘油、纖維蛋白溶酶原激活抑制子-1（PAI-1）和B型腦鈉肽（BNP）的濃度，具有一定保護(hù)心血管的功能[3]。另外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明GLP-1能夠防止心肌細(xì)胞缺血，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能和利尿等功能[4]。

GLP-1的分泌基于機(jī)體對(duì)能量的攝入，包括糖類、脂肪酸以及少量氨基酸[5]。有研究顯示，GLP-1的分泌與細(xì)胞內(nèi)ATP的生成、KATP通道的阻塞以及細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加有關(guān)[6]。另有研究則表明，在小鼠體內(nèi)一些神經(jīng)內(nèi)分泌多肽通過(guò)迷走神經(jīng)參與了GLP-1的分泌[7]。但目前對(duì)于人體內(nèi)GLP-1的快速響應(yīng)性分泌機(jī)制尚不確定。

GLP-1通過(guò)與其在β細(xì)胞上的特異性受體GLP-1R相結(jié)合發(fā)揮相應(yīng)的生理作用，其受體屬于7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）B家族。GLP-1R包括1個(gè)胞外N端結(jié)構(gòu)域（N-terminal domain，NT）、3個(gè)胞外環(huán)狀結(jié)構(gòu)域（EC1-3）、3個(gè)胞內(nèi)環(huán)狀結(jié)構(gòu)域（IC1-3）、7個(gè)跨膜核心結(jié)構(gòu)域（TM1-7）及胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域（CT）。根據(jù)多肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域模型分析結(jié)果[8]，NT結(jié)構(gòu)域主要負(fù)責(zé)提供多肽結(jié)合所需的能量，而核心結(jié)構(gòu)域TM1-7負(fù)責(zé)結(jié)合配體的N端并將信號(hào)傳遞至細(xì)胞內(nèi)的G蛋白。GLP-1受體與其配體的結(jié)合機(jī)制不是單一的，根據(jù)體外表達(dá)GLP-1R全長(zhǎng)和NT結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合結(jié)果，GLP-1R的NT結(jié)構(gòu)域（Ala21-Leu144）與GLP-1的結(jié)合能力很差，卻能和Exendin-4正常結(jié)合，表明2種多肽與GLP-1R的結(jié)合機(jī)制不同，Exendin-4與GLP-1R的結(jié)合更多的依賴于NT結(jié)構(gòu)域，而GLP-1與GLP-1R的結(jié)合與TM核心結(jié)構(gòu)域關(guān)系緊密。GLP-1R在胰島細(xì)胞中高度表達(dá)，通過(guò)原位雜交和免疫組化實(shí)驗(yàn)證實(shí)GLP-1R在胰島中主要存在于β細(xì)胞，在α細(xì)胞和δ細(xì)胞中表達(dá)較少[9]。除胰腺外，GLP-1R在腸、心臟、腦、肺及腎臟等組織中都有廣泛分布，用125I標(biāo)記的GLP-1（7-36）對(duì)人組織切片進(jìn)行的放射自顯影實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)中的GLP-1R含量很高，表明這些受體可能通過(guò)改變葡萄糖敏感性參與葡萄糖的代謝調(diào)節(jié)[10]。

GLP-1R激活后會(huì)增加細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度并激活蛋白激酶A（PKA），通過(guò)cAMP/PKA激酶通路增強(qiáng)β細(xì)胞內(nèi)胰島素基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，并提高對(duì)葡萄糖刺激信號(hào)的敏感性，從而增加胰島素分泌量[11]。Pdx-1基因?qū)σ葝u細(xì)胞增長(zhǎng)和胰島細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄具有重要作用，實(shí)驗(yàn)證實(shí)用GLP-1及其類似物注射大鼠和兔子能夠增加Pdx-1基因的表達(dá)水平[12]。GLP-1還通過(guò)與α細(xì)胞上的GLP-1R作用抑制胰高血糖素的分泌[13]，或者間接通過(guò)促進(jìn)胰島素和生長(zhǎng)抑素的分泌來(lái)抑制胰高血糖素的分泌[14]。GLP-1對(duì)于調(diào)節(jié)胃排空速率和餐后血糖濃度的動(dòng)態(tài)平衡可能是通過(guò)迷走神經(jīng)起作用[15]。研究發(fā)現(xiàn)GLP-1及其類似物能夠抑制胰島β細(xì)胞的凋亡，用GLP-1與人胰島細(xì)胞共同孵育能夠降低細(xì)胞內(nèi)凋亡基因的表達(dá)，抑制其死亡，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)在Zucker和db/db小鼠體內(nèi)注射GLP-1后，β細(xì)胞的凋亡數(shù)量比對(duì)照組減少了20%[16]。GLP-1在體內(nèi)能夠迅速地被二肽基肽酶4（DPP4）所降解而失去活性，見(jiàn)圖2，這是造成其半衰期縮短（約2 min）的直接原因。DPP4能夠識(shí)別并特異性切割GLP-1 N端的丙氨酸，造成GLP-1由活性形式GLP-1（7-37）變?yōu)槭Щ钚问紾LP-1（9-37）。而且由于其失活形式在體內(nèi)的代謝速率較慢，GLP-1與活性形式的GLP-1（7-37）競(jìng)爭(zhēng)性的與GLP-1R相結(jié)合，對(duì)胰島素分泌和釋放產(chǎn)生不利作用。另外，一種結(jié)合于膜上的鋅金屬肽酶NEP 24.11也能于6個(gè)可能的識(shí)別位點(diǎn)上降解GLP-1[17]，這種酶在腎臟中高度表達(dá)，而腎臟也是GLP-1被快速代謝而失活的重要場(chǎng)所[18]。據(jù)此可推斷，NEP 24.11也參與了GLP-1的體內(nèi)代謝。

3 GLP-1受體激動(dòng)劑

3.1 艾賽那肽（Exenatide） 艾賽那肽是由美國(guó)Amylin公司和Lilly公司聯(lián)合研制的基于Exendin-4的化學(xué)合成多肽，商品名為百泌達(dá)。Exendin-4是從毒蜥唾液中分離得到的一種多肽類物質(zhì)，全長(zhǎng)39個(gè)氨基酸，比GLP-1多9個(gè)氨基酸，見(jiàn)圖3。艾賽那肽與GLP-1有53%的同源性，N端的同源性更是高達(dá)80%。該多肽與GLP-1有同樣的促胰島素分泌的作用，相比原生GLP-1，其與GLP-1R有很強(qiáng)的結(jié)合能力（大于1 000倍）。由于Exendin-4 N端的第2個(gè)氨基酸為甘氨酸，能夠耐受血漿中DPP-IV的分解，C端比GLP-1多9個(gè)氨基酸，不易被肽鏈內(nèi)切酶降解，所以其穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于GLP-1。艾賽那肽同樣具有葡萄糖依賴性促進(jìn)胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌及減慢胃排空等生理功能，其血漿半衰期長(zhǎng)達(dá)60～90 min。2005年被美國(guó)和歐洲批準(zhǔn)用于口服二甲雙胍等糖尿病藥物無(wú)效的T2DM患者的輔助治療，給藥方式為每2 d 1次。艾賽那肽能夠顯著降低患者的糖化血紅蛋白（HbA1c），調(diào)節(jié)餐后及空腹血糖水平，增強(qiáng)胰島β細(xì)胞功能，降低體質(zhì)量[19]，且不會(huì)引起血糖過(guò)低。臨床數(shù)據(jù)顯示，2次/d注射10 mg艾賽那肽患者的HbA1c水平降低了0.8%～0.9%；2次/d注射5 mg艾賽那肽患者的HbA1c水平降低了0.4%～0.6%；安慰劑組患者的HbA1c水平上升了0.1%～0.2%[20]。1項(xiàng)為期3年的跟蹤研究結(jié)果顯示，2次/d注射10μg艾賽那肽的患者，其HbA1c水平一直保有1.0%左右的降低水平，46%患者的HbA1c水平始終保持在7%的降低水平以下，3年內(nèi)體質(zhì)量平均降低5.3 kg[21]。艾賽那肽還顯示出與胰島素的協(xié)同作用，實(shí)驗(yàn)證實(shí)注射艾賽那肽的患者降低了對(duì)速效胰島素的需求量[22]。盡管如此，臨床實(shí)驗(yàn)顯示其仍具有一定的不適反應(yīng)，如惡心（57%）、嘔吐（17%）等，降低藥量并持續(xù)治療后癥狀減輕；有極少數(shù)患者產(chǎn)生胰腺炎等嚴(yán)重不良反應(yīng)，但并沒(méi)有直接證據(jù)證明其與艾賽那肽有直接關(guān)系[23]。

3.2 艾賽那肽LAR 艾賽那肽LAR是由Amylin，Alkermes和EliLilly公司共同開(kāi)發(fā)的一種由聚合物微球包裹的Exena?tide長(zhǎng)效釋放制劑，目前在美國(guó)和加拿大已進(jìn)入Ⅲ期臨床研究階段，給藥方式為每周皮下注射1次。其采用多聚乳酸-羥基乙酸與艾賽那肽混合而成，這種微球顆?？杀蝗梭w自然降解，是一種用于緩釋藥物的成分，見(jiàn)圖3。包裹后的艾賽那肽表現(xiàn)出24 h緩釋效果，全天都能檢測(cè)到血液中治療濃度的藥物。根據(jù)一項(xiàng)295例患者參與的長(zhǎng)達(dá)30周的隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一周注射2 mg艾賽那肽LAR的患者與2次/d注射10 μg艾賽那肽的患者相比，艾賽那肽LAR能夠更有效的降低HbA1c（1.9%vs 1.5%）并降低體質(zhì)量（3.7 kg vs3.6 kg）[24]。然而一項(xiàng)30周的隨機(jī)對(duì)照研究顯示[25]，艾賽那肽LAR與艾賽那肽相比，惡心（26%vs35%）和嘔吐（11%vs19%）等典型不良反應(yīng)降低，但是抗體產(chǎn)生概率高于艾賽那肽，且注射部位瘙癢現(xiàn)象也更為明顯（18%vs1%）。

3.3 利拉魯肽（Liraglutide） 利拉魯肽又叫做NN2211，由諾和諾德公司研發(fā)，其氨基酸序列與人GLP-1具有97%的同源性，其34位的賴氨酸被精氨酸取代，并在26位賴氨酸上經(jīng)由γ-谷氨酸連接上了1個(gè)16碳脂肪酸，該脂肪酸能在進(jìn)入血漿后與白蛋白形成非共價(jià)結(jié)合，見(jiàn)圖3，使利拉魯肽抵抗DPP4的降解作用，同時(shí)起到緩釋作用，半衰期為10～14 h，給藥方式為1次/d。另外利拉魯肽還能在注射點(diǎn)形成微團(tuán)樣聚集物，從而降低對(duì)DPP4降解的分子易感性[26]。一項(xiàng)超過(guò)4 000名患者參與的Ⅲ期臨床實(shí)驗(yàn)表明，單用1.2 mg和1.8 mg利拉魯肽比格列美脲（8 mg）等口服降糖藥能夠更明顯地降低患者的HbA1c、空腹及餐后血糖，并減輕體質(zhì)量[27]。另有實(shí)驗(yàn)證實(shí)利拉魯肽比GLP-1能夠更明顯的抑制β細(xì)胞的凋亡[28]，也能增加人β細(xì)胞的功能[29]，增加胰島素的生物合成[30]。此外其還可以控制患者收縮壓，調(diào)節(jié)心血管功能[31]。利拉魯肽的不良反應(yīng)包括惡心、嘔吐和輕微頭痛，三分之二的患者在1～3 d內(nèi)癥狀消失。利拉魯肽與艾賽那肽相比有更低的抗體反應(yīng)，這可能是由于其與艾賽那肽相比，利拉魯肽與原生GLP-1有較高的同源性。

3.4 CJC-1131 CJC-1131是由ConjuChem公司利用其專利技術(shù)“藥物親和復(fù)合體”（drug affinity complex，DAC）開(kāi)發(fā)的一種GLP-1類似物，其C末端具有一個(gè)化學(xué)合成的連接子，皮下注射后可以與人血清白蛋白34位的賴氨酸共價(jià)結(jié)合，并能夠耐受DPP4的降解，體內(nèi)半衰期較長(zhǎng)（健康人約為8.9～14.7 d；T2DM患者約為9.1～13.8 d），目前處于Ⅲ期臨床階段。臨床數(shù)據(jù)顯示其能夠降低患者血糖和體質(zhì)量，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)其能夠增加cAMP水平，不良反應(yīng)包括惡心、嘔吐，多發(fā)生在給藥后。

3.5 其他GLP-1受體激動(dòng)劑 除上述GLP-1受體激動(dòng)劑外，還有一些處于研發(fā)及早期臨床階段的GLP-1受體激動(dòng)劑，這些新的激動(dòng)劑有望在延長(zhǎng)半衰期的同時(shí)進(jìn)一步減輕胃腸不良反應(yīng)。LY2189265是一種GLP-1類似物與Fc片段的融合蛋白，LY2428757是一種聚乙二醇GLP-1類似物，給藥周期都達(dá)到了1周1次，二者分別處于Ⅱ期和Ⅲ期臨床階段。CJC-1134-PC是Exendin-4與人血清白蛋白的融合蛋白，半衰期約為8 d；葛蘭素史克研發(fā)的Albiglutide也是GLP-1與白蛋白的復(fù)合物，正處于Ⅲ期臨床階段，二者給藥周期都達(dá)到了1周1次。Semaglutide（NN9535）是諾和諾德公司研發(fā)的另一長(zhǎng)效GLP-1類似物，已完成Ⅱ期臨床試驗(yàn)，預(yù)計(jì)給藥周期為1周1次[32]。同時(shí)諾和諾德公司還在研發(fā)口服型GLP-1類似物（NN9924）以增加患者適用度，計(jì)劃于2011年1月進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)[33]。另外，關(guān)于GLP-1受體的小分子激動(dòng)劑也在研究之中。2007年Chen等[34]通過(guò)高通量篩選方法獲得的取代環(huán)丁烷Boc5具有較好的降糖作用，其能夠促進(jìn)分離大鼠胰島中葡萄糖刺激的胰島素分泌，降低ob/ob小鼠糖化血紅蛋白，降低進(jìn)食量，并且這些作用均能被GLP-1降解產(chǎn)物GLP-1（9-39）競(jìng)爭(zhēng)性抑制，提示它可能是一種非肽類GLP-1受體激動(dòng)劑。Murphy等[35]發(fā)現(xiàn)另外一種GLP-1R小分子激動(dòng)劑Cpd1能夠與GLP-1R結(jié)合，且不被GLP-1類似物競(jìng)爭(zhēng)性抑制，推測(cè)其可能結(jié)合于GLP-1R活性中心外并激活受體，同時(shí)增加GLP-1與受體的親和力。Boc5等化合物的出現(xiàn)有可能會(huì)對(duì)GLP-1受體激動(dòng)劑的研發(fā)開(kāi)拓新思路。

4 GLP-1受體激動(dòng)劑的局限性

GLP-1及其類似物的相關(guān)研發(fā)雖然已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，多種類似物也進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段，然而由于多肽類藥物具有一個(gè)共同的弊端，即不能口服給藥，只能通過(guò)皮下注射，因此對(duì)于長(zhǎng)期用藥的T2DM患者來(lái)說(shuō)其依從性仍舊不高。而且由于多肽類藥物的特性，其穩(wěn)定性依賴于時(shí)間、溫度及pH值，如何保證這些GLP-1類似物的活性將會(huì)是個(gè)問(wèn)題（雖然艾賽那肽和利拉魯肽未出現(xiàn)穩(wěn)定性相關(guān)報(bào)道）。另外，由于這些激動(dòng)劑都為人體引入了外源蛋白，可能會(huì)引發(fā)機(jī)體的免疫反應(yīng)。

5 展望

GLP-1及其受體激動(dòng)劑所具有的諸如葡萄糖依賴性的促進(jìn)胰島素分泌和生物合成、抑制胰高血糖素的分泌、促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖、抑制胰島β細(xì)胞凋亡、保存β細(xì)胞對(duì)血糖的敏感性、抑制胃腸道蠕動(dòng)和胃液分泌、延遲胃排空等多種生理學(xué)特性，以及其較少的不良反應(yīng)使得其成為治療T2DM的核心藥物，近幾年各大藥物研發(fā)公司都在努力開(kāi)發(fā)新的GLP-1受體激動(dòng)劑。相信在不久的未來(lái)，必將出現(xiàn)更多更好的治療T2DM的GLP-1受體激動(dòng)劑藥物，造福廣大T2DM患者。

Figure1 Pruduct after Translation of Proglucagon Genein Different Tissue圖1 胰高血糖素原基因在不同組織中的翻譯后產(chǎn)物

Figure2 Schemeof GLP-1 degradation and inactivation by DPP4(A)and recognition siteof NEP24.11 in GLP-1(7-36)(B)圖2 A:GLP-1被DPP4降解而失活；B:NEP24.11對(duì)GLP-1（7-36）的識(shí)別位點(diǎn)

Figure3 Structuresof human GLP-1,liraglutide,exenatideand exenatide-LAR圖3 人GLP-1、利拉魯肽、艾賽那肽及艾賽那肽LAR的結(jié)構(gòu)

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