GLP－1調(diào)控胰島細(xì)胞增殖、凋亡的信號(hào)分子機(jī)制及中西藥的研究

鄭遠(yuǎn)燕 施 紅 崔 乙

(福建中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，福建省福州閩侯上街大學(xué)城華佗路1號(hào)，350108)

1 GLP－1的基本性質(zhì)

早在上世紀(jì)80年代，McIntyre和Elrick等人就發(fā)現(xiàn)，口服葡萄糖對(duì)胰島素分泌的促進(jìn)作用明顯高于靜脈注射，這主要由腸促胰素引起，即由胰高血糖素樣肽－1(Glucagon－like Peptide－1，GLP－1)和糖依賴性胰島素釋放肽(Glucose－Dependent Insulintropic Polypeptide，GIP)組成的腸肽所致，其中GLP－1在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起著更為重要的作用。GLP－1有2種生物活性形式，即GLP－1(7－37)和GLP－1(7－36)酰胺，二者僅有一個(gè)氨基酸序列不同。其中，約80%的循環(huán)活性來(lái)自GLP－1(7－36)酰胺［1］。GLP－1主要由胃腸黏膜 L細(xì)胞分泌，易被二肽基肽酶(Dipeptidyl peptidase 4，DPP－Ⅳ)降解，半衰期約為2min，主要通過(guò)與GLP－1受體特異性結(jié)合而發(fā)揮生物作用。

2 GLP－1的主要生物學(xué)作用

GLP－1受體屬于β受體家族的G蛋白偶聯(lián)受體，分布廣泛，使GLP－1作用呈多效性。1)作用于胰島β細(xì)胞，保護(hù)β細(xì)胞，促進(jìn)胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、胰島素的合成和分泌，刺激胰島β細(xì)胞的增殖和分化，抑制胰島β細(xì)胞凋亡，增加胰島β細(xì)胞數(shù)量;2)作用于胰島α細(xì)胞，強(qiáng)烈地抑制胰高血糖素的釋放;3)作用于胰島δ細(xì)胞，促進(jìn)生長(zhǎng)抑素的分泌，通過(guò)旁分泌間接抑制胰高血糖素的分泌;4)作用于胃，抑制胃腸蠕動(dòng)、胃酸分泌，延緩胃排空;5)作用于中樞，可保護(hù)神經(jīng)，抑制攝食和食欲，增強(qiáng)學(xué)習(xí)、記憶能力;6)作用于肝，減少肝糖原的輸出;7)作用于心血管，可增強(qiáng)心功能，血管內(nèi)皮依賴性擴(kuò)血管;8)作用于肌肉、脂肪組織，可增加葡萄糖的攝取和利用［2］。簡(jiǎn)言之，即GLP－1可以降低血糖、血脂、血壓，減輕體重。

3 GLP－1調(diào)控胰島細(xì)胞增殖、凋亡的信號(hào)分子機(jī)制

3.1 GLP－1調(diào)控胰島細(xì)胞增殖 GLP－1作為β細(xì)胞的有絲分裂因子，具有誘導(dǎo)β細(xì)胞增殖和分化的直接作用。崔岱等［3］人用GLP－1與大鼠胰島細(xì)胞瘤細(xì)胞株RINm5f共育，結(jié)果GLP－1可呈劑量與時(shí)間依賴性地促進(jìn)大鼠胰島細(xì)胞瘤細(xì)胞RINm5f的增殖，而敲除胰腺－十二指腸同源盒因子1(PDX－1)基因的小鼠，GLP－1促進(jìn)胰島細(xì)胞增殖的作用消失。PDX－1基因的表達(dá)產(chǎn)物是胰腺生長(zhǎng)發(fā)育的主要調(diào)控因子，在胚胎發(fā)育9.5～13.5d時(shí)可促進(jìn)胰腺小芽生長(zhǎng)與發(fā)育，使其具有正常的形態(tài)和細(xì)胞數(shù)量，隨后移向內(nèi)分泌部位，誘導(dǎo)胰腺干細(xì)胞分化為不同的內(nèi)分泌細(xì)胞，是β細(xì)胞分化和成熟的核心調(diào)控因子［4］。GLP－1可以影響PDX－1的DNA結(jié)合活性、反式激活潛能以及PDX－1的基因表達(dá)［5］。GLP－1作為化學(xué)信息與細(xì)胞膜上的G蛋白偶聯(lián)受體相結(jié)合，使Gs變構(gòu)后與ATP結(jié)合激活，進(jìn)而激活細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶(Adenylate Cyclase，AC)，生成cAMP，cAMP作為第二信使，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)激活蛋白激酶A，刺激PDX－1和依賴半乳糖的激活蛋白4(GAL4)的DNA結(jié)合區(qū)連接的載體活性，上調(diào)PDX－1的基因表達(dá)［5］。無(wú)論在體外還是在體內(nèi)，GLP－1均能促進(jìn)PDX－1的合成，提高PDX－1含量并加速其轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核中，上調(diào)PDX－1的基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)β細(xì)胞增殖。GLP－1還可以誘導(dǎo)2種胰腺導(dǎo)管細(xì)胞系A(chǔ)RIP和PANC－1分化為能合成并分泌胰島素的細(xì)胞，但GLP－1的促分化作用需要轉(zhuǎn)錄因子PDX－1的表達(dá)，因?yàn)锳RIP只有在轉(zhuǎn)染PDX－1基因后才會(huì)分化，這說(shuō)明GLP－1和PDX－1在調(diào)節(jié)β細(xì)胞增殖和分化的作用方面存在內(nèi)在的聯(lián)系。GLP－1還可以通過(guò)cAMP/PKA使Ras超家族中的GTP酶活化，激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs);此外cAMP還可以以不依賴PKA的方式，通過(guò)與β細(xì)胞中cAMP調(diào)節(jié)的鳥苷酸交換因子(GEF)相互作用，激活Ras/MAPK信號(hào)通路，促進(jìn)β細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化［6］。最近有研究者發(fā)現(xiàn)，GLP－1可以使肥胖的高血糖大鼠出現(xiàn)胰島的生長(zhǎng)，使β細(xì)胞的增殖增加［7］。在胰島功能實(shí)驗(yàn)中獲知經(jīng)典WNT信號(hào)通路能促進(jìn)胰島增殖。在分離的胰島和胰腺β細(xì)胞系，大鼠胰島素細(xì)胞(INS－1)中，GLP－1可以激活Wnt信號(hào)通路，促進(jìn)β細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活。GLP－1通過(guò)自身受體GLP－1R激活PI3K－AKT通路，使葡萄糖合成酶3β激酶(Glycogen Synthase Kinase—3β，GSK3β)磷酸化失活而穩(wěn)定β－環(huán)連蛋白(β－catenin)，促進(jìn)β－catenin/TCF7L2表達(dá)，誘導(dǎo)β細(xì)胞增殖［8］。

綜上可見在調(diào)控β細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中，GLP－1處于網(wǎng)絡(luò)的頂端，發(fā)出β細(xì)胞增殖的啟動(dòng)信號(hào)，調(diào)節(jié)β細(xì)胞增殖，主要途徑有三條:1)GLP1—GLP1R—AC—cAMP—PKA—MAPK/PI3K—PDX － 1;2)GLP1—GLP1R—AC—cAMP—GEF—Ras/MAPK;3)GLP1—GLP1R—PI3K—AKT—GSK3β—β － catenin—TCF—Cyclin D2。

3.2 GLP－1調(diào)控胰島細(xì)胞凋亡 GLP－1可降低血糖和游離脂肪酸，抑制糖毒性和脂肪毒性，間接保護(hù)β細(xì)胞，維持β細(xì)胞量。崔岱等［9］研究發(fā)現(xiàn)GLP－1促進(jìn)胰腺轉(zhuǎn)錄因子如NKX2.2、PAX以及葡萄糖激酶(GK)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體2(GLUT2)的基因表達(dá)，改善糖脂毒性對(duì)β細(xì)胞功能的影響，抑制β細(xì)胞凋亡。主要通過(guò)以下幾個(gè)途徑:1)降低血糖，間接減少促凋亡基因Bad、Bid、Bik的表達(dá)，增加Bcl－xl抗凋亡基因的表達(dá)［9］;2)抑制活性氧簇(ROS)、活性氮簇(RNS)等對(duì)DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、大分子物質(zhì)的損傷及其下游的核因子κB(NF－κB)、p38 MAPK、NH3末端 Jun激酶應(yīng)激活化蛋白激酶(JNK/SAPK)、己糖胺等［10－12］;3)下調(diào)Fas受體、抑制 FasL表達(dá)，從而使促凋亡基因caspase表達(dá)降低［13］;4)抑制?；蚀籍a(chǎn)物、NF－KB等［14］。

此外，GLP－1還能直接作用于β細(xì)胞或胰島前體細(xì)胞GLP－1R，激活受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以抑制β細(xì)胞凋亡。GLP－1與其受體結(jié)合后，通過(guò)cAMP激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3－kinases，PI3K)及其絲裂原活化蛋白激酶(MAPK/ERK)、蛋白激酶 A(PKA)、蛋白激酶B(PKB/Akt)等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，抑制促凋亡蛋白，如胱冬酶(caspase－3)表達(dá)和促進(jìn)抗凋亡蛋白，如Bc1－2、Bcl－xl表達(dá)，從而抑制了β細(xì)胞的凋亡［15－16］。Wang等［17］研究證實(shí) GLP －1 還可通過(guò)激活PKB途徑抑制胰島細(xì)胞系INS－1的凋亡。此外，GLP－1還能通過(guò)激活斯里蘭卡肉桂堿受體(RyR2)和抑制鈣蛋白酶的活性抑制 β細(xì)胞的凋亡［18］，通過(guò)cAMP—CREB(cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白)—IRS2(胰島素受體底物2)—Akt途徑促進(jìn)細(xì)胞存活［19］。

可見GLP－1抑制胰島細(xì)胞凋亡主要通過(guò)三個(gè)方面:1)抑制炎癥應(yīng)激白細(xì)胞介素－1β(IL－1β)、腫瘤壞死因子α(TNF－α)、γ干擾素(IFN－γ)等誘導(dǎo)的凋亡;2)抑制促凋亡基因caspase3的表達(dá)，增強(qiáng)抗凋亡基因Bcl－2、Bcl－xl的表達(dá);3)直接降低血糖、游離脂肪酸(FFA)，抑制糖脂毒性引起的細(xì)胞凋亡。

4 中西藥的研究

4.1 GLP－1相關(guān)西藥 鑒于GLP－1的作用，其相關(guān)新藥的研發(fā)顯然已成為2型糖尿病藥物治療研究的新熱點(diǎn)，研究者主要從2個(gè)方面開發(fā)GLP－1的相關(guān)新藥:1)GLP－1類似物，讓其既保留有GLP－1的功效，又能抵抗降解;2)DPP－Ⅳ抑制劑以提高內(nèi)源性GLP－1的半衰期。

4.1.1 利拉魯肽 利拉魯肽(Liraglutide)為GLP－1受體激動(dòng)劑，與GLP－1的同源性達(dá)97%，保留天然GLP－1功效，同時(shí)克服了其易被DPP－Ⅳ降解的缺點(diǎn)，半衰期達(dá)12～14h，成為長(zhǎng)效藥物，僅需每日1次皮下注射就能起到良好效果，還可激活其他GLP－1受體，產(chǎn)生降糖以外的多種有益效應(yīng)［20］。1)降糖效應(yīng)無(wú)論單獨(dú)應(yīng)用還是與其他降糖藥聯(lián)合應(yīng)用，都具有顯著的降糖效應(yīng)。降糖機(jī)制:促進(jìn)胰島β細(xì)胞分泌胰島素，增加肝臟、肌肉和脂肪組織對(duì)葡萄糖的利用，有效降低餐后高血糖;抑制胰島α細(xì)胞分泌胰高血糖素，抑制糖原異生，減少肝糖輸出，有效降低空腹高血糖;增強(qiáng)中樞性飽食感及延遲胃排空，導(dǎo)致主動(dòng)進(jìn)食量減少而降低血糖［21］。2)β細(xì)胞保護(hù) 直接激活β細(xì)胞膜上的GLP－1受體，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)β細(xì)胞增殖，減少β細(xì)胞凋亡。增強(qiáng)胰島素合成:增加C肽分泌，降低胰島素原/胰島素比值，逆轉(zhuǎn)糖尿病前期，顯著減少糖尿病患病率［22］。3)減輕體重 單獨(dú)應(yīng)用或與其他降糖藥聯(lián)合應(yīng)用，均能減輕2型糖尿病患者的體重，而且呈體重依賴性，因此有學(xué)者提出用利拉魯肽治療肥胖癥。4)心血管保護(hù) 通過(guò)降糖、降脂、降壓等，降低心血管的危險(xiǎn)因素，增強(qiáng)心功能，保護(hù)心血管。在糖尿病前期及早期應(yīng)用利拉魯肽，不但能有效控制血糖、延緩并發(fā)癥的發(fā)生，甚至可逆轉(zhuǎn)β細(xì)胞功能衰退，降低2型糖尿病發(fā)生率，尤其對(duì)伴有肥胖、高脂血癥、高血壓的患者更為適用［23］。

4.1.2 磷酸西他列汀 西他列汀(Sitagliptin)為選擇性降解GLP－1的DPP－IV的抑制劑，已用于T2DM治療的臨床試驗(yàn)。雖然尚未發(fā)現(xiàn)DPP－IV抑制劑可降低體重和減緩胃排空，但DPP－IV抑制劑的許多生物活性與GLP－1R競(jìng)爭(zhēng)藥物類似，包括增加胰島素分泌，減少胰高血糖素分泌，通過(guò)增加β細(xì)胞增殖和抑制β細(xì)胞凋亡而提升β細(xì)胞質(zhì)量。對(duì)控制空腹和餐后高血糖作用明顯，并且對(duì)糖基化血紅蛋白的降低也具有顯著的臨床意義［24］。

4.2 GLP－1相關(guān)中藥

4.2.1 蜈蚣 蜈蚣為節(jié)肢動(dòng)物門唇足綱整形目蜈蚣科動(dòng)物，具辛溫走竄、通經(jīng)逐邪之功效，為熄風(fēng)鎮(zhèn)痙、攻毒散結(jié)之要藥，主治小兒驚風(fēng)、瘡瘍、腫毒、燙傷、風(fēng)癬等［25］，有研究采用SRB法檢測(cè)細(xì)胞活性的方法來(lái)篩選具有促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖的中藥，發(fā)現(xiàn)中藥蜈蚣對(duì)胰島β細(xì)胞株RINm5f有顯著的促進(jìn)增殖作用，且有劑量依賴關(guān)系，經(jīng)中藥蜈蚣治療的糖尿病小鼠胰島素水平與模型對(duì)照組相比顯著增加。對(duì)其進(jìn)行了糖尿病模型小鼠的體內(nèi)藥效評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示在體內(nèi)中藥蜈蚣具有促進(jìn)胰島素分泌，修復(fù)β細(xì)胞損傷和降低血糖的功能［26］。

4.2.2 大黃素 周麗嫦［27］以高糖培養(yǎng)基培養(yǎng)小鼠腸道腫瘤內(nèi)分泌細(xì)胞株(STC－1)進(jìn)行體外的實(shí)驗(yàn)研究，以ELISA法檢測(cè)GLP－1含量，探索大黃素體外對(duì)STC－1分泌GLP－1的影響，結(jié)果大黃素可劑量依賴性地促進(jìn)STC－1細(xì)胞株分泌GLP－1;利用C57BL/6J小鼠進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，分析小鼠給予大黃素灌胃對(duì)口服葡萄糖負(fù)荷的小鼠分泌GLP－1及胰島素的影響，結(jié)果大黃素灌胃可提高口服負(fù)荷葡萄糖小鼠血漿GLP－1的水平。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)都證實(shí)，大黃素可促進(jìn)GLP－1分泌。

4.2.3 黃連素 呂秋菊等［28］人的前期研究證實(shí)黃連素可能通過(guò)促糖尿病小鼠胰腺釋放胰島素來(lái)降血糖，后通過(guò)體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)灌服黃連素的老鼠血清GLP－1水平明顯增高，故推測(cè)黃連素可能通過(guò)誘導(dǎo)GLP－1釋放來(lái)間接促進(jìn)胰島B細(xì)胞分泌胰島素，從而降血糖。

4.2.4 復(fù)方 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，茶葉多糖、枸杞多糖、杜仲水提物等中藥提取物復(fù)方也能促進(jìn)體外培養(yǎng)的大鼠胰島細(xì)胞增殖和胰島素分泌釋放，增強(qiáng)胰島細(xì)胞內(nèi)SOD的活性，降低MDA的生成量，從而提高胰島細(xì)胞的抗氧化能力，說(shuō)明復(fù)方對(duì)離體大鼠胰島細(xì)胞有一定的保護(hù)作用，這可能為該復(fù)方能降低血糖、預(yù)防糖尿病并發(fā)癥的作用機(jī)理之一［29］。陶楓等［30－31］報(bào)道健胰方(黃芪、黃精、葛根、黃連、黃芩、山藥)和消渴湯方(天花粉、葛根、生地黃、藕汁、黃連、黃芩、知母)亦有促進(jìn)2型糖尿病患者GLP－1表達(dá)和分泌的作用。鄭燕芳等［32－33］通過(guò) MTT，Annexin V/PI法發(fā)現(xiàn)石斛合劑含藥血清可減少體外培養(yǎng)的STZ損傷后的胰島細(xì)胞凋亡，且對(duì)高脂高糖飲食+STZ造模的糖尿病大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，石斛合劑具有顯著降低高血糖大鼠的血糖，降低胰高血糖素，促進(jìn)胰島素分泌;升高GLP－1，上調(diào)大鼠胰腺組織內(nèi) Bcl－2表達(dá)，下調(diào) Bax、iNOS、P53表達(dá)水平，起到抑制胰島細(xì)胞凋亡，促進(jìn)胰島體積增大及增加胰島內(nèi)β細(xì)胞數(shù)目的作用。

5 展望

目前，GLP－1調(diào)控胰島細(xì)胞增殖、凋亡的完整信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制尚未完全清楚，還需要進(jìn)一步研究探索。但GLP－1作為一個(gè)極具潛力的β細(xì)胞生長(zhǎng)因子，必然是糖尿病治療的一大亮點(diǎn)，是糖尿病患者最大的希望之一，但GLP－1類新藥仍存在:1)作為一種新藥其較廣泛的作用靶點(diǎn)，臨床療效和安全性有待時(shí)間的考驗(yàn);2)費(fèi)用昂貴，大大限制了臨床的使用;3)部分作用機(jī)理尚未完全清楚。故對(duì)GLP－1及其類似物應(yīng)用的普遍性還需要進(jìn)行持續(xù)深入的研究，而中醫(yī)藥以整體調(diào)整、辨證論治為顯著優(yōu)勢(shì)特色，近年來(lái)的研究已逐步發(fā)現(xiàn)，一些中藥復(fù)方或中藥亦具有促進(jìn)GLP－1分泌或表達(dá)的作用。因此，對(duì)中醫(yī)藥作用機(jī)制的闡明，亦將為中醫(yī)藥的臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)。

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