胰高血糖素樣肽—1及其相關(guān)藥物與神經(jīng)保護

[摘要]胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）是機體在血糖升高狀態(tài)下由胃腸道L細胞釋放的一種胃腸道激素，通過與胰高血糖素樣肽受體（GLP-1R）結(jié)合發(fā)揮多種作用，目前臨床上主要用于降低2型糖尿病病人血糖。但研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1不僅具有降低血糖的作用，還能夠穿過血一腦脊液屏障，進而在帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化癥、外周神經(jīng)病變、缺血和腦卒中等疾病中具有神經(jīng)保護作用。當前對其神經(jīng)保護作用展開了一系列的研究，并取得了一定的進展。本文對其研究進展進行綜述。

[關(guān)鍵詞]胰高血糖素樣肽1；神經(jīng)系統(tǒng)疾??；神經(jīng)保護；綜述

胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）及其相關(guān)藥物具有顯著的降糖作用，臨床上已用于治療2型糖尿?。═2DM）。人們在研究糖尿病的同時發(fā)現(xiàn)，糖尿病與某些神經(jīng)病變具有一些相似的病變機制，如T2DM是阿爾茨海默?。ˋD）和帕金森?。≒D）的危險因素，胰島素抵抗（IR）可能是激發(fā)或加快神經(jīng)損傷進程的一個因素。一項研究顯示，85%的AD病人合并T2DM或者空腹血糖偏高，而年齡匹配的非癡呆病人這一比例僅占42%。推測GLP-1對神經(jīng)系統(tǒng)功能具有一定的調(diào)控作用。本文就GLP-1及其相關(guān)藥物對某些神經(jīng)病變的保護作用及其可能的作用機制研究進展進行綜述。

1GLP-1及其類似物的特點與作用

GLP-1是在進食后由胰升糖素原在腸道L細胞經(jīng)激素原轉(zhuǎn)化酶1/3（PCI/3）作用下裂解形成的一種胃腸道激素。在大腦神經(jīng)元中胰升糖素原同樣加工為GLP-1。GLP-1通過與胰腺β細胞、中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）神經(jīng)元和周圍神經(jīng)元上表達的胰高血糖素樣肽受體（GLP-1R，由463個氨基端組成）結(jié)合發(fā)揮作用。GLP-1與GLP-1R結(jié)合后經(jīng)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷（cAMP）等信號通路發(fā)揮生物學效應。GLP-1R被激活后可以促進8細胞分化、促使胰島素釋放，從而改善T2DM病人的胰腺功能。而內(nèi)源性GLP-1的生物半衰期很短，僅2～5 min即會被二肽基肽酶Ⅳ（DDP-Ⅳ）所分解。而通過對GLP-1進行修飾延長GLP-1半衰期，便產(chǎn)生了GLP-1相關(guān)藥物，目前最常用的有艾塞那肽（Exendin-4）、利拉魯肽（Liraglutide）、利司那肽（Lixisennatide）、索瑪魯肽（Se-meglutide）、利格列汀（Linagliptin）、沙格列汀（Saxagliptin）、西格列?。⊿itagliptin）等。

GLP-1R在外周、中樞系統(tǒng)中均廣泛分布，如胰腺、肺、胃、心臟、腸、下丘腦、腦干、紋狀體和室管膜下層等區(qū)域。同時，外周來源的GLP-1及其類似物可經(jīng)簡單擴散通過血一腦脊液屏障，這為GLP-1治療中樞病變提供了有利條件。

2 GLP-1的神經(jīng)保護作用

2.1 GLP-1與PD

PD是第二大常見的神經(jīng)退行性疾病，全球65歲以上的人群約1.5%受其影響。PD涉及眾多發(fā)病機制，如氧化應激損傷、興奮性神經(jīng)毒性、a突觸核蛋白（a-synuclein）異常、泛素一蛋白酶體系統(tǒng)與自噬異常等。a-synuclein的異常聚集是Lewy體形成的標志，而Lewy體的形成是PD病理形態(tài)學的標志。同時，β淀粉樣蛋白（Aβ）是PD認知衰退的獨立預測因子。而刺激GLP-1R具有改善因Aβ（25～35）所致學習和記憶赤字的潛力。體外研究表明，GLP-1類似物可以改變細胞Aβ沉積物的產(chǎn)生和積累，減少Aβ誘導的細胞死亡數(shù)目和降低淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）的水平，并降低人神經(jīng)母細胞瘤中分泌的A8的水平。同時，GLP-1R激動劑利拉魯肽也被證明可以修復大鼠Aβ所誘導的空間記憶損傷。

在一項活體研究中，注射醋酸艾塞那肽可以增加室管膜下區(qū)的5-溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）陽性祖細胞和神經(jīng)元前體細胞的數(shù)量。最近研究顯示，雙重GLP-1/GIP受體激動劑可以降低1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）PD模型小鼠中的多巴胺能細胞死亡數(shù)目。在廣泛使用毒素致黑質(zhì)紋狀體變性的PD動物模型中觀察到，實驗動物使用艾塞那肽治療可以終止6羥基多巴胺（6-OHDA）、MPTP和脂多糖（LPS）誘導的多巴胺能（DA）神經(jīng)元變性并恢復DA失衡，并顯著改善動物的行為和運動能力、恢復PD所減少的其他神經(jīng)遞質(zhì)的水平。一個涉及45例PD病人使用艾塞那肽的小型單盲隨機對照試驗顯示，在經(jīng)過12個月的洗脫期后，MDS-UPDRS第三部分評分呈現(xiàn)平均7.0分的優(yōu)勢，同時馬蒂斯癡呆評定量表評分以及其他非運動區(qū)功能得到改善。雖然這項單盲試驗設計尚未確定其證據(jù)的有效性，但是讓人們對GLP-1R激動劑治療PD病人的臨床作用看到了希望。

2.2GLP-1與AD

AD是一種慢性的、年齡相關(guān)的、不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)變性疾病，全球超過4000萬人患該病，其特征是進行性認知功能障礙和日?；顒邮茏?。AD的標志之一是在海馬和大腦皮質(zhì)中存在由Aβ形成的高密度老年斑。據(jù)報道，Aβ能夠抑制蛋白激酶A/cAMP反應元件，而GLP-1和GLP-1R激動劑可以增加星形膠質(zhì)細胞和下丘腦神經(jīng)元中的cAMP濃度。同時，艾塞那肽可以降低AD轉(zhuǎn)基因小鼠內(nèi)源性Aβ水平。Aβ1-42寡聚體在大腦中的積累被認為是導致AD學習和記憶下降的原因。研究顯示，艾塞那肽通過調(diào)節(jié)Bcl-2、Bax和caspase-3的表達，劑量依賴性地阻止Aβ1-42誘導的大鼠空間學習和記憶缺陷。

GLP-1類似物可以改善糖尿病相關(guān)AD大鼠模型的損傷。最近研究顯示，AD病人腦中胰島素信號傳導敏感性降低。受損的胰島素信號傳導對認知和淀粉樣蛋白生成具有顯著的有害作用。有研究結(jié)果顯示，利拉魯肽短期和長期治療對不同年齡的野生型AD病理學動物的祖細胞增殖和分化有影響。tau蛋白異常高磷酸化是神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFT）的主要成分，是AD腦損傷的標志。tau的異常過度磷酸化由幾種細胞信號傳導和代謝異常所致，包括蛋白磷酸酶的下調(diào)、GSK-3β及cdk5的上調(diào)和O-GlcNAc糖基化蛋白的下調(diào)。而通過皮下給予利拉魯肽，能以時間依賴的方式逆轉(zhuǎn)了肥胖T2DM模型大鼠大腦中胰島素信號傳導的降低、GSK=38的激活、AD相關(guān)性磷酸位點tau的過度磷酸化過程。由此可推測，AD和T2DM存在聯(lián)系，GLP-1及其相關(guān)藥物將有希望用于防治AD。

2.3 GLP-1與腦卒中和腦缺血

GLP-1在腦卒中和腦缺血中發(fā)揮作用。在短暫大腦局部缺血的沙鼠模型中，GLP-1R不僅表達于錐體細胞，同時也表達于y-氨基丁酸（GABA）能的中間神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞中，使用醋酸艾塞那肽治療后GLP-1R表達增加，減輕了神經(jīng)元的損失。局灶性腦缺血60 min后注射醋酸艾塞那肽降低了梗死面積和保護了老鼠運動能力。同時，醋酸艾塞那肽可以減少腦卒中所致的大腦變性區(qū)域。

最近一項前瞻性研究表明，使用DDP-4酶抑制劑治療能夠改善T2DM腦卒中病人的預后和降低其死亡率。然而有研究顯示，利拉利汀預防腦卒中的作用是通過長期治療而不是短期治療實現(xiàn)的，長期治療顯示缺血面積有顯著縮小的趨勢，獨立于GLP-1R。這一系列的研究結(jié)果均表明了GLP-1及其相關(guān)藥物在腦卒中和腦缺血中的作用，但是其機制尚不清楚，同時缺乏臨床證據(jù)，需要進一步研究。

3GLP-1及其類似物對神經(jīng)保護可能的作用機制

3.1GLP-1與糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）

AGEs是一種干擾葡萄糖代謝的重要毒性物質(zhì)，在糖尿?。―M）病人中AGEs形成和積累速度加快。已在DM病人的視網(wǎng)膜血管、外周神經(jīng)、腎臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)AGEs的沉積。甚至發(fā)現(xiàn)AGEs為AD發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，在AD病人的淀粉樣蛋白斑、NFTS中發(fā)現(xiàn)了AGEs的病理性積累。AGEs能夠加速Aβ的聚集和積累、增強細胞表面Aβ結(jié)合位點的表達，從而形成淀粉樣蛋白斑及增強淀粉樣蛋白的結(jié)合。研究顯示，艾塞那肽可以增強DM小鼠腦中神經(jīng)元祖細胞的增殖。

AGEs/RAGE和Aβ關(guān)系的本質(zhì)在于AGEs和tau蛋白之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，從而促進NFTS的形成。研究結(jié)果顯示，在老鼠大腦海馬CA3區(qū)注射AGEs后AD樣tau蛋白高度磷酸化并且記憶受損。而在一系列AD模型中使用GLP-1類似物艾塞那肽、利拉魯肽和利昔沙肽治療，可降低tau蛋白高磷酸化、淀粉樣蛋白斑塊負荷和可溶性Aβ的水平，抵消其毒性作用，并提高記憶和學習能力。此外，GLP-1/Ex-4通過抑制核因子-β（NF-xβ）而減弱AGEs誘導的RAGE上調(diào)。推測GLP-1及其相關(guān)藥物的神經(jīng)保護作用與改善AGEs代謝相關(guān)。

3.2 GLP-1與氧化應激

DM和持續(xù)進展的中樞損傷疾病均與氧化應激相關(guān)。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，下游反應過程通過激活炎癥細胞產(chǎn)生炎癥因子進一步損傷神經(jīng)。這些炎癥因子包括一氧化氮、氧自由基、白細胞介素-1（IL-1）。而研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1可阻止活化的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞所誘導的炎癥反應中生長因子IL-lb的釋放。氧化應激是tau蛋白誘導的神經(jīng)退行性病變的致病因素，而上調(diào)抗氧化應激可以顯著改善神經(jīng)毒性。磷酸化細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（pERK）的生理調(diào)節(jié)在抗氧化應激神經(jīng)保護中有重要作用。GLP-1可降低pERK水平從而減少因暴露于H₂0₂所致的神經(jīng)元細胞的死亡。

激活的小膠質(zhì)細胞在神經(jīng)退化類疾病的發(fā)病機制中起到十分重要的作用，如PD、多發(fā)性硬化和AD等。但是小膠質(zhì)細胞的過度激活或失控會引起神經(jīng)毒性，同時在慢性神經(jīng)退行性疾病中是促炎因子和氧化應激的重要來源。而毒素誘導的黑質(zhì)紋狀體損傷后給予嚙齒動物艾塞那肽可防止毒素誘導的小膠質(zhì)神經(jīng)細胞的活化并抑制促炎細胞因子，包括腫瘤壞死因子-a（TNF-a）和IL-1b的產(chǎn)生。GLP-1介導的對小膠質(zhì)細胞的抑制作用表現(xiàn)如下：卒中模型中腦梗死的面積縮小和神經(jīng)元細胞凋亡減少；外傷性腦損傷的嚙齒動物模型認知和行為障礙的逆轉(zhuǎn)；可以預防APP/早老素-1（PSEN1）AD模型鼠以及腦室內(nèi)鏈脲霉素模型鼠中的海馬突觸的損失。

總之，GLP-1及其相關(guān)藥物對神經(jīng)的保護作用可能是通過其抗氧化應激實現(xiàn)的，這為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新的研究思路。

3.3 GLP-1與線粒體功能

線粒體作為細胞能量穩(wěn)態(tài)和細胞死亡信號傳導的調(diào)節(jié)因子，其持續(xù)的完整性對維持機體正常的運轉(zhuǎn)非常重要。而人們發(fā)現(xiàn)許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病涉及線粒體功能及完整性受損。例如，PD發(fā)病機制涉及線粒體自噬的缺陷、a-synuclein、線粒體鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)和氧化應激的增加等。此外，這一系列的損害均可以促進相鄰線粒體的進一步損傷，從而形成惡性循環(huán)。一系列的實驗模型證實，GLP-1R的激活對線粒體有多種有益作用。在PD大鼠魚藤酮模型中應用沙格列汀可提高復合物I和抗細胞凋亡蛋白Bcl-2的表達，同時新型GLP-1R激動劑梔子苷酸可以上調(diào)Bcl-2的表達，使PD的MPTP小鼠模型中DA神經(jīng)元得到保護。而艾塞那肽可增加大鼠胰島瘤細胞線粒體的形成，抑制其凋亡，導致脊髓損傷的大鼠模型的功能得到改善。

GLP-1R的激活有助于穩(wěn)定線粒體外膜，阻止細胞色素C進入細胞質(zhì)并抑制胱天蛋白酶9和3的活化，隨后通過減少細胞凋亡和氧化應激來保護線粒體功能。過氧化物酶體增殖物激活的受體-y共激活因子1a（PGO-la）是線粒體生物形成的主要調(diào)節(jié)劑，其失調(diào)在PD發(fā)病過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究表明，GLP-1R激活可以間接影響PGC-la的活性。對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型研究顯示，使用艾塞那肽治療后去乙酰化酶1（SIRT1）水平升高，表明GLP-1相關(guān)藥物能調(diào)節(jié)神經(jīng)元中SIRT1的表達，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。GLP-1/Ex-4處理細胞可降低線粒體膜電位的變化，同時能夠恢復海馬線粒體抗氧化酶的活性，從而改善AGE/ROS介導的線粒體損傷。由此可見，GLP-1及其類似物對神經(jīng)保護的重要機制之一是維持線粒體的完整性和功能。

綜上所述，GLP-1及其相關(guān)藥物通過多種機制對神經(jīng)病變發(fā)揮有益作用，但目前的研究大多基于動物實驗，尚缺乏改善神經(jīng)病變的臨床證據(jù)。