胰高血糖素樣肽1對(duì)胰腺β細(xì)胞的作用及其機(jī)制

宋曉艷，何文俊 ，孫曉雅,，郝好杰 ，韓為東，母義明

1.解放軍總醫(yī)院 a.內(nèi)分泌科；b.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)所分子生物室；北京 100853；

2.解放軍總參謀部總醫(yī)院 內(nèi)分泌科，北京 100091

糖尿病已成為全球性的公共衛(wèi)生問題，據(jù)估計(jì)，到2030年全球糖尿病患者將超過4.39億[1]。糖尿病的特征是胰島β細(xì)胞數(shù)目及功能的絕對(duì)和相對(duì)不足，治療糖尿病的關(guān)鍵是恢復(fù)有胰島素分泌功能的β細(xì)胞的數(shù)目及其功能。然而，目前的傳統(tǒng)治療手段并不能從根本上解決糖尿病患者β細(xì)胞數(shù)目及功能下降的問題，糖尿病患者隨著病程進(jìn)展最終均需長(zhǎng)期胰島素替代治療，因而需要更有效的治療方式，以恢復(fù)有功能的胰島β細(xì)胞的數(shù)目及功能[2]。

胰高血糖素樣肽1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）是由小腸和結(jié)腸內(nèi)L細(xì)胞受到消化后食物刺激所分泌的一種腸促胰素。GLP-1能以葡萄糖依賴的模式刺激胰腺β細(xì)胞分泌胰島素，同時(shí)還有刺激胃排空、抑制食物攝取、改善胰島素敏感性、抑制胰高血糖素分泌、刺激胰島素生物合成等作用。GLP-1還能通過促進(jìn)β細(xì)胞增殖、再生并抑制其凋亡，對(duì)β細(xì)胞起保護(hù)作用。

在此，我們主要就目前GLP-1在糖尿病治療中的作用，特別是對(duì)β細(xì)胞的作用及其機(jī)制進(jìn)行討論。

1 GLP-1概述

1902年，Bayliss和Starling首次發(fā)現(xiàn)了一種經(jīng)食物刺激后腸道分泌并能促進(jìn)胰液分泌的激素，即分泌素（secretin）。大約30年后，Zunz和La Barre從腸道內(nèi)提取出一種可以刺激胰島素分泌從而降低血糖的物質(zhì)，命名為腸促胰素（incretin）。與靜脈輸注葡萄糖相比，口服葡萄糖能引起更加顯著的胰島素分泌反應(yīng)，這被稱為腸促胰素效應(yīng)（incretin effect）。這種效應(yīng)是腸道受到糖及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)刺激后產(chǎn)生腸促胰素所致[3-4]。

目前已知腸促胰素主要包括抑胃多肽（gastric inhibitor polypeptide，GIP）［又稱葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽（glucose dependent insulinotropic peptide，GIP）］和 GLP-1。GLP-1是胰高血糖素原（proglucagon）基因的編碼產(chǎn)物之一。在不同組織中，胰高血糖素原在具有組織表達(dá)特異性的激素原轉(zhuǎn)化酶（prohormone convertases，PC）作用下被剪切成不同的產(chǎn)物：在胰島α細(xì)胞中，在激素原轉(zhuǎn)化酶PC2的作用下，胰高血糖素原的主要翻譯后處理產(chǎn)物是胰高血糖素（glucagon）；而在腸道L細(xì)胞中，則在激素原轉(zhuǎn)化酶PC1/3的作用下，主要產(chǎn)物為GLP-1[5]。體內(nèi)GLP-1呈雙相分泌：進(jìn)餐后10～15 min為早期分泌相，繼以30～60 min的較長(zhǎng)期二相分泌。GLP-1（7-37）多肽和 GLP-1（7-36）酰胺為活性GLP-1多肽形式，是由無活性的GLP-1（1-37）和GLP-1（1-36）酰胺經(jīng)酶切去除N端6個(gè)氨基酸殘基和C端酰胺化后轉(zhuǎn)變而來的[6-7]。

GLP-1通過作用于細(xì)胞膜上的GLP-1受體（GLP-1R）起作用。GLP-1R為7次跨膜鳥苷酸蛋白偶聯(lián)受體，廣泛分布于胰腺β細(xì)胞、胰腺導(dǎo)管、腎、肺、心臟、皮膚、下丘腦、大腦皮質(zhì)及免疫細(xì)胞中，這提示GLP-1在胰腺外亦發(fā)揮重要作用[8]。

GLP-1在體內(nèi)半衰期極短（1.5～5 min），分泌后迅速被血液中的蛋白水解酶二肽基肽酶4（dipepti?dyl peptidase-4，DPP-4）降解失活。因此，基于GLP-1的糖尿病藥物主要為長(zhǎng)效GLP-1R激動(dòng)劑和DPP4抑制劑。

2 GLP-1對(duì)胰島β細(xì)胞的作用

2.1 GLP-1促進(jìn)胰島素分泌

靜脈葡萄糖輸注后正常的胰島素呈雙相分泌，第一相分泌迅速而短暫，第二相稍遲緩慢而持久[9]。早相分泌主要是由于β細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的胰島素顆粒出胞所致，第二相分泌則是由于新合成的胰島素釋放所致。

1型糖尿病是因胰島β細(xì)胞自身免疫性損傷引起胰島素分泌絕對(duì)不足所致，而2型糖尿病則是因胰島素抵抗引起胰島素分泌相對(duì)不足所致。2型糖尿病末期，因β細(xì)胞數(shù)目明顯下降，胰島素分泌也幾乎完全消失。2型糖尿病早期胰島素分泌功能不足主要表現(xiàn)為早相分泌缺失而第二相分泌延遲并減少[10]。

GLP-1以葡萄糖依賴的模式刺激胰島素分泌（glucose induced insulin secretion，GSIS）。GLP-1與GLP-1R結(jié)合后激活腺苷酸環(huán)化酶（adenylyl cy?clase，AC）并進(jìn)而提高胰島β細(xì)胞內(nèi)cAMP的水平，繼而通過激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）-磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）通路和直接被cAMP活化的交換蛋白2（cAMP-activated guanine nucleotide exchange fac?tors for Raslike GTPases 2，Epac2）通路，引發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)事件，包括改變離子通道活性、提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度并促進(jìn)胰島素顆粒出胞，最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)依賴葡萄糖濃度模式的胰島素分泌[11-14]。

此外，GLP-1還可通過中樞（下丘腦等）及外周（迷走神經(jīng)）神經(jīng)系統(tǒng)間接刺激胰島素分泌[15]。其機(jī)制尚未完全明確。

2.2 GLP-1促進(jìn)胰島素的合成

GLP-1可促進(jìn)胰島素原（proinsulin）的基因表達(dá)和合成，并維持其RNA穩(wěn)定性[16]。

GLP-1通過cAMP-PKA依賴性及非依賴性信號(hào)通路及Ca2+信號(hào)通路參與了胰島素基因的轉(zhuǎn)錄和胰島素的合成。其中轉(zhuǎn)錄因子——活化T細(xì)胞的核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）與胰腺十二指腸同源異形盒1（panereatic duodenumho?meobox-1，PDX1）發(fā)揮了重要作用[17-18]。

GLP-1還可通過表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）和 PI3K/PKB 通路使FOXO1發(fā)生磷酸化并促發(fā)其出細(xì)胞核，繼而活化FOXA2使之結(jié)合于PDX1基因啟動(dòng)子，最終活化的PDX1結(jié)合于胰島素啟動(dòng)子的cAMP位點(diǎn)，從而增加了胰島素的轉(zhuǎn)錄與合成[19]。

此外，GLP-1還增加了β細(xì)胞上的葡萄糖感受器——葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2（glucose transporter，GLUT-2）和葡萄糖激酶（glucokinase）的表達(dá)，從而增加了β細(xì)胞接受葡萄糖刺激后分泌胰島素的敏感性[20-21]。

2.3 GLP-1對(duì)胰島β細(xì)胞增生及凋亡的影響

盡管相對(duì)于嚙齒類動(dòng)物，正常人體胰島β細(xì)胞復(fù)制率非常低，但在特定條件下，如懷孕、肥胖、新發(fā)的1型糖尿病及胃泌素瘤，可以發(fā)現(xiàn)β細(xì)胞的復(fù)制。這提示，研究β細(xì)胞在成體內(nèi)的生長(zhǎng)，有助于發(fā)現(xiàn)新的重建胰島的治療手段[22-23]。

β細(xì)胞數(shù)量的維持處于新生（neogenesis）［包括增生（proliferation）及分化（differentiation）］和凋亡（apoptosis）之間的動(dòng)態(tài)平衡中。糖尿病患者中胰島β細(xì)胞數(shù)目因凋亡大于新生而進(jìn)行性下降。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GLP-1可促進(jìn)β細(xì)胞新生并抑制β細(xì)胞凋亡，從而有利于β細(xì)胞數(shù)目的維持[24]，但人體內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)類似作用。

GLP-1與β細(xì)胞膜上的GLP-1R結(jié)合后，通過c-Src-EGFR-PI3K-PKC或PKB-FOXO1通路結(jié)合于PDX1啟動(dòng)子促進(jìn)其表達(dá)，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)β細(xì)胞的促進(jìn)其增殖及新生的作用[25]。

此外，CREB介導(dǎo)的IRS2、胰島素樣生長(zhǎng)因子1受 體（insulin-like growth factor-1 receptor，IGF1R）、周期蛋白 D、Epac1、Wnt/β-catenin/TCFL2等通路也參與了促進(jìn)β細(xì)胞的新生[26-30]。

2型糖尿病中β細(xì)胞的損傷主要由于糖毒性和脂毒性，并最終使β細(xì)胞消亡。研究發(fā)現(xiàn)GLP-1可作用于離體人胰島細(xì)胞，通過降低活性caspase3并增加Bcl2的表達(dá)而抑制β細(xì)胞的凋亡[31]。其中PI3K和PKB信號(hào)通路及FOXO1均參與了抗凋亡作用。

此外，GLP-1R激動(dòng)劑通過直接調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮維持β細(xì)胞生存的作用；還可通過mTOR/AMPK/p70S6信號(hào)通路作用于β細(xì)胞上對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的感應(yīng)信號(hào)，從而間接減少糖脂毒性對(duì)β細(xì)胞的損傷[32]。

另一方面，GLP-1對(duì)β細(xì)胞促增殖的作用引發(fā)了人們對(duì)其致癌及胰腺炎的擔(dān)心，但目前這種作用存在較大爭(zhēng)議，需要更大規(guī)模的隨機(jī)臨床試驗(yàn)以明確。

2.4 GLP-1對(duì)β細(xì)胞分化與新生的作用

正常人胰島β細(xì)胞復(fù)制率極低，但在胰腺大部切除、β細(xì)胞損傷及妊娠、肥胖時(shí)出現(xiàn)自身復(fù)制增生。盡管譜系追蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)新生的β細(xì)胞大多源于現(xiàn)存的β細(xì)胞復(fù)制，但在胰腺導(dǎo)管及胰島內(nèi)仍能發(fā)現(xiàn)胰腺多能干細(xì)胞。這說明除了β細(xì)胞復(fù)制外，新生β細(xì)胞還可能源于胰腺導(dǎo)管、胰腺泡細(xì)胞及α細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化（transdifferentiaiton）。體外研究發(fā)現(xiàn)GLP-1及exendin-4可通過PKC-MAPK通路作用于PDX1，從而促使胰腺腺泡細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為胰島素分泌細(xì)胞[33]。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GLP-1治療糖尿病大鼠后β細(xì)胞數(shù)目的增加遠(yuǎn)大于體積增加，提示GLP-1可引起β細(xì)胞新生。這一作用是通過促進(jìn)PDX1的表達(dá)完成的[34]。

還發(fā)現(xiàn)GLP-1可通過hedgehog、cAMP、PI3K等通路促使人胚胎干細(xì)胞HUES1分化為胰島素分泌細(xì)胞[35]。這種促分化作用使其在干細(xì)胞誘導(dǎo)分化移植及1型糖尿病胰腺移植方面有更多應(yīng)用空間。

但目前為止在人類體內(nèi)試驗(yàn)尚未發(fā)現(xiàn)GLP-1促進(jìn)胰島β細(xì)胞新生的證據(jù)。

2.5 胰島內(nèi)GLP-1的作用

正常情況下胰高血糖素原在腸道和大腦的L細(xì)胞中PC1/3作用下分解生成GLP-1，而在胰島α細(xì)胞的PC2酶作用下分解生成胰高血糖素。但在新生大鼠及離體的α細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)，在高糖條件下，胰島α細(xì)胞增生伴隨PC1基因表達(dá)增多亦可生成GLP-1（這種α細(xì)胞被認(rèn)為是一種不成熟的α細(xì)胞）[36-37]。這種胰島內(nèi)源性的GLP-1很可能促進(jìn)了胰島素分泌、β細(xì)胞增生及抑制其凋亡，其具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

近年來，GLP-1因其獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)，成為一種新的糖尿病治療手段。由于GLP-1半衰期短，臨床應(yīng)用主要為GLP-1R激動(dòng)劑和DPP4抑制劑兩大類。雖然其對(duì)β細(xì)胞的促再生等作用目前仍難以在人體內(nèi)得到驗(yàn)證，但隨著新的非創(chuàng)胰島影像學(xué)研究手段的發(fā)展，將可能使人們進(jìn)一步研究其功能。在應(yīng)用GLP-1治療的同時(shí)，還要注意觀察其遠(yuǎn)期效應(yīng)及可能帶來的副作用，如急性胰腺炎及胰腺腫瘤等。

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