GLP-1參與下丘腦室旁核小細(xì)胞神經(jīng)元及心血管活動(dòng)的研究進(jìn)展

趙晏逵 李玉子 (延邊大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，吉林 延吉 133000)

隨著人們物質(zhì)與生活水平的提高、飲食的改善、生活壓力的增大、肥胖及不規(guī)律的生活方式，2型糖尿病與心血管疾病發(fā)生率不斷升高，且2型糖尿病合并心血管疾病事件的風(fēng)險(xiǎn)較非糖尿病患者概率增大；近年來(lái)，胰高血糖素樣肽(GLP)-1，一種新被發(fā)現(xiàn)的肽類(lèi)激素，引起了臨床廣泛的關(guān)注，本文就GLP-1參與下丘腦室旁核(PVN)小細(xì)胞神經(jīng)元(PvC)及心血管活動(dòng)的研究進(jìn)展進(jìn)行論述。

1 GLP-1概述

GLP-1是由末端回腸和結(jié)腸內(nèi)的L細(xì)胞分泌的一種胃腸肽激素〔1〕；它具有葡萄糖依賴(lài)性促胰島素分泌的功能〔2〕，能夠促進(jìn)胰島素分泌、抑制胃排空，減少饑餓感、抑制促胰高血糖素的分泌，有效降低血糖的同時(shí)減輕體重，降低臨床服用藥物后的低血糖反應(yīng)，為 2型糖尿病的治療及預(yù)后提供了廣泛的前景〔3〕。作為一種腦腸肽，GLP-1也參與下丘腦PVN PvC調(diào)節(jié)下的神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)；此外，GLP-1及其受體激動(dòng)劑可以通過(guò)保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、抑制心肌細(xì)胞凋亡、抗炎、抗氧化應(yīng)激、舒張血管、改善血脂等來(lái)實(shí)現(xiàn)心血管保護(hù)作用〔4〕；因此廣泛應(yīng)用于臨床相關(guān)治療。

2 GLP-1及其受體的分布

GLP-1在回腸L細(xì)胞、胰腺、中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中產(chǎn)生；這些外周細(xì)胞及中樞神經(jīng)元中含有大量的胰高血糖素原基因(PPG)〔5〕，PPG具有高度特異性，在胰腺中的胰島細(xì)胞中表達(dá)胰高血糖素；在回腸L細(xì)胞及中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中翻譯并表達(dá)GLP-1〔6〕。然而，天然的GLP-1 在體內(nèi)會(huì)迅速被二肽基肽酶(DPP)Ⅳ快速降解而失去生物活性，其半衰期極為短暫(不足2 min)〔7〕。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，編碼GLP-1的PPG細(xì)胞主要位于孤束核的尾(內(nèi)臟)部、延髓腹外側(cè)區(qū)和大腦嗅球的小球?qū)印?〕。GLP-1通過(guò)作用于GLP-1受體來(lái)發(fā)揮其特異性作用；GLP-1受體系G蛋白耦聯(lián)受體，在外周(心臟、血管平滑肌、血管內(nèi)皮細(xì)胞、胰腺、脂肪細(xì)胞等)和中樞系統(tǒng)均有分布〔8〕；在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中由神經(jīng)細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)〔9〕，編碼GLP 1型受體(GLP-1R)的DNA、mRNA在下丘腦神經(jīng)核團(tuán)〔如PVN、視上核、弓狀核(Arc)和視前區(qū)〕中高度表達(dá)〔10〕，而這些核團(tuán)又是機(jī)體應(yīng)激、新陳代謝、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)、甚至神經(jīng)、心血管效應(yīng)調(diào)節(jié)的重要中樞，由此可見(jiàn)，GLP-1及其受體對(duì)下丘腦PVN介導(dǎo)的機(jī)體高級(jí)整合活動(dòng)起決定性作用。

3 下丘腦PVN解剖及重要生理功能

下丘腦PVN是腦內(nèi)自主調(diào)控和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)最主要的整合部位，在心血管活動(dòng)、自主神經(jīng)活動(dòng)、體液調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用〔11〕。PVN位于第三腦室下丘腦部的上端兩側(cè)，是下丘腦前區(qū)最顯著的核團(tuán)之一，包括延髓頭端腹外側(cè)區(qū)、 孤束核和腦橋的藍(lán)斑核等〔12〕。PVN中主要存在兩種功能的細(xì)胞群，PvC群與大細(xì)胞神經(jīng)元群(MgC)。PvC群體積較小，發(fā)出的軸突終止于下丘腦基底部正中隆起，與初級(jí)毛細(xì)血管群密切接觸，其分泌的肽類(lèi)可直接釋放到垂體門(mén)脈血管中，參與機(jī)體的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)。PVN小細(xì)胞部被稱(chēng)為自主神經(jīng)和內(nèi)分泌反應(yīng)的重要整合中樞，是GLP-1介導(dǎo)下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)的重要整合部位。PvC可分為兩類(lèi)：(1)表達(dá)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)的PvC；它們能接受和整合多種興奮性和抑制性傳入信號(hào)，最終決定是否啟動(dòng)CRH的合成和釋放〔13〕；還有一些CRH的PvC直接投射到延髓頭端腹外側(cè)區(qū)(RVLM)和脊髓灰質(zhì)中間外側(cè)柱(IML)，通過(guò)調(diào)節(jié)這些區(qū)域的自主神經(jīng)核團(tuán)，發(fā)揮調(diào)節(jié)交感輸出的作用〔14〕。(2)投射到中樞自主神經(jīng)核團(tuán)的PvC，這些自主神經(jīng)合團(tuán)能直接發(fā)揮節(jié)交感輸出的作用〔15〕。PVN 的MgC，它們的軸突延伸投射終止于神經(jīng)垂體，形成下丘腦-垂體束，可合成縮宮素(OT)和加壓素 (VP)，VP 與 OT 經(jīng)長(zhǎng)軸突運(yùn)輸終止于神經(jīng)垂體的末梢并儲(chǔ)存，當(dāng)機(jī)體需要時(shí)，OT 與 VP 在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下釋放入血，參與心血管活動(dòng)與體液平衡調(diào)節(jié)〔16〕。

4 GLP-1對(duì)下丘腦PVN PvC的支配作用

在正常大鼠腹腔或靜脈注射GLP-1后，用免疫熒光雙標(biāo)技術(shù)對(duì)其下丘腦PVN神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記后發(fā)現(xiàn)，下丘腦PVN PvC群中免疫雙標(biāo)陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)量明顯增多；在離體小鼠下丘腦切片中灌流GLP-1后，PVN 小細(xì)胞神經(jīng)元產(chǎn)生可逆性膜電位去極化和放電頻率明顯增加；解剖學(xué)研究證明，GLP-1免疫反應(yīng)性神經(jīng)元向多重腦區(qū)投射，用電鏡顯示和逆行追蹤顯示技術(shù)發(fā)現(xiàn)，電鏡顯示下孤束核的GLP-1神經(jīng)元直接上行性投射到室旁核；逆行追蹤顯示，PVN PvC向孤束核區(qū)域形成的投射與GLP-1免疫反應(yīng)性末梢分布是一致的〔17〕。以上結(jié)果表明，GLP-1對(duì)參與多重生理性調(diào)控的下丘腦PVN PvC有支配作用〔18〕。在外周腸道L細(xì)胞分泌的GLP-1，可由迷走傳入神經(jīng)元傳至中樞，激活孤束核神經(jīng)元產(chǎn)生GLP-1；外周GLP-1可以直接通過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦，與下丘腦PVN的GLP-1R結(jié)合，進(jìn)而激活PVN PvC〔19〕。在中樞，GLP-1直接激活下丘腦PVN PvC，參與機(jī)體的應(yīng)激反應(yīng)、新陳代謝、體溫調(diào)節(jié)、甚至神經(jīng)、心血管等高級(jí)功能。

5 GLP-1在下丘腦PVN PvC參與下對(duì)機(jī)體的調(diào)控作用

中樞及外周產(chǎn)生的GLP-1直接激活PVN PvC群中兩類(lèi)神經(jīng)元：表達(dá)CRH的PvC和投射到中樞自主神經(jīng)核團(tuán)的PvC；前者產(chǎn)生CRH，CRH進(jìn)入垂體門(mén)脈系統(tǒng)，并作用于垂體前葉的CRH受體1(CRHR1)(主要分布在大腦皮質(zhì)、下丘腦、小腦、海馬、杏仁核)誘導(dǎo)產(chǎn)生促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)釋放入血，發(fā)揮重要的神經(jīng)內(nèi)分泌功能；此外，另一部分被激活的CRH的PvC直接投射到RVLM和IML，通過(guò)調(diào)節(jié)這些區(qū)域的自主神經(jīng)核團(tuán)，發(fā)揮調(diào)節(jié)交感輸出的作用。后者投射到中樞自主神經(jīng)核團(tuán)能直接發(fā)揮交感輸出的作用。由此可見(jiàn)，GLP-1在下丘腦PVN PvC參與下對(duì)機(jī)體的調(diào)控作用主要表現(xiàn)為CRH對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的調(diào)控作用及自主神經(jīng)核團(tuán)發(fā)揮的交感輸出作用。

5.1GLP-1在下丘腦PVN CRH PvC參與下對(duì)機(jī)體的調(diào)控作用 CRH是1981年Vale等〔20〕從羊的下丘腦中發(fā)現(xiàn)的，其化學(xué)本質(zhì)是41個(gè)氨基酸組成的多肽。它是ACTH、內(nèi)啡肽等多種肽類(lèi)合成和釋放的調(diào)節(jié)物，在機(jī)體的多項(xiàng)調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵性作用。在正常大鼠腹腔或靜脈注射GLP-1，循環(huán)血中皮質(zhì)酮水平增加，健康志愿者注射后GLP-1后，體內(nèi)皮質(zhì)醇水平也相應(yīng)升高。由此可見(jiàn)，注射GLP-1可誘導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)，CRH在GLP-1誘導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)中HPA軸的活動(dòng)起關(guān)鍵性作用〔21〕；CRH作用于垂體前葉的CRHR1誘導(dǎo)產(chǎn)生ACTH釋放入血，進(jìn)一步刺激腎上腺皮質(zhì)大量分泌糖皮質(zhì)激素(GC)，以提高機(jī)體對(duì)應(yīng)激性刺激的耐受能力，如此形成完整的HPA軸。除GC分泌外，兒茶酚胺、生長(zhǎng)激素、血管升壓素等也大量分泌；CRH介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)短期內(nèi)可以使心率加快、血壓升高、心肌收縮力加強(qiáng)、降低毛細(xì)血管通透性，維持循環(huán)血量；大劑量的GC還有抗炎、抗過(guò)敏、抗毒、抗休克的作用。然而，慢性應(yīng)激有很多病理效應(yīng)，如高血壓、消化性潰瘍、神經(jīng)性厭食、抑郁癥、焦慮癥等〔22〕；此外，解剖學(xué)研究表明，PVN的CRH神經(jīng)元有血管緊張素(Ang)ⅡⅠ型受體(AT1-R)表達(dá)，原位雜交雙標(biāo)顯示，CRH mRNA陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)AT1-R mRNA；因此，GLP-1可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RASS)，生成Ang Ⅱ增加，進(jìn)而導(dǎo)致血管收縮、交感神經(jīng)末梢分泌神經(jīng)遞質(zhì)、血管升壓素、縮宮素、醛固酮的分泌增加。

5.2GLP-1參與的自主神經(jīng)核團(tuán)的交感輸出作用 CRH的PvC和投射到中樞自主神經(jīng)核團(tuán)的PvC可以激活交感神經(jīng)節(jié)前神經(jīng)纖維支配的腎上腺髓質(zhì)嗜鉻細(xì)胞，分泌腎上腺素、去甲腎上腺素及少量多巴胺〔23〕。此外，CRH誘導(dǎo)產(chǎn)生的ACTH能提高嗜鉻細(xì)胞中相關(guān)合成酶的活性，促進(jìn)兒茶酚胺的合成〔24〕。上述產(chǎn)生的兒茶酚胺會(huì)使心率加快，血壓升高，心輸出量增加，全身血流重新分布。生成的腎上腺素、去甲腎上腺素又能正反饋調(diào)節(jié)PVN中CRH的PvC合成CRH〔25〕。交感神經(jīng)活動(dòng)的增強(qiáng)也能使腎素分泌增加，腎素可將肝臟分泌的血管緊張素原水解生成Ang Ⅰ，Ang Ⅰ水解后生成Ang Ⅱ。

綜上，GLP-1通過(guò)對(duì)下丘腦PVN PvC的支配參與機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)及自主神經(jīng)調(diào)節(jié)；神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)中以HPA軸介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)最為重要，短期的應(yīng)激反應(yīng)可以使心率加快、血壓升高、心肌收縮力加強(qiáng)等正性作用，然而，慢性應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致高血壓、消化性潰瘍、神經(jīng)性厭食、抑郁癥、焦慮癥等不良反應(yīng)。自主神經(jīng)調(diào)節(jié)以交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)為主，表現(xiàn)為腎上腺素、去甲腎上腺素分泌增加，進(jìn)一步使心率加快，血壓升高，心輸出量增加，全身血流重新分布。此外，GLP-1可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活RASS系統(tǒng)，交感神經(jīng)活動(dòng)的增強(qiáng)也能使腎素分泌增加，兩者均能使Ang Ⅱ生成增加，使血管收縮，全身血容量增加，還能調(diào)節(jié)心臟血管張力和內(nèi)皮功能，參與血管重塑與心臟重構(gòu)。

6 GLP-1參與的心血管活動(dòng)

6.1GLP-1在心血管活動(dòng)中的保護(hù)作用 GLP-1及其受體激動(dòng)劑具有心血管保護(hù)作用。(1)GLP-1能有效抑制心肌細(xì)胞凋亡；心肌細(xì)胞凋亡是心肌梗死、心肌炎、心肌病等病因?qū)е碌男墓δ懿蝗闹饕±頇C(jī)制；心肌梗死(AMI)患者經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(PCI)中持續(xù)注射艾塞那肽6 h后，心肌梗死的面積及壞死程度明顯減輕〔26〕；目前關(guān)于GLP-1抑制心肌細(xì)胞凋亡機(jī)制目前尚未明確：相關(guān)研究證實(shí)，GLP-1通過(guò)改變磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲氨酸激酶(AKT)/B淋巴細(xì)胞瘤-2基因相關(guān)啟動(dòng)子(Bad)信號(hào)通路來(lái)抑制細(xì)胞凋亡〔27〕；也有實(shí)驗(yàn)證明GLP-1通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體功能，改善線粒體損傷，抑制線粒體氧化應(yīng)激及鈣離子超負(fù)荷來(lái)抑制心肌細(xì)胞凋亡〔28〕。(2)保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、抑制炎性反應(yīng)：炎癥導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞受損、血管平滑肌增厚，遷移、泡沫細(xì)胞的形成是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成的主要原因；心臟血管內(nèi)皮細(xì)胞中廣泛存在GLP-1R，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，長(zhǎng)期使用GLP-1受體激動(dòng)劑可以明顯減少內(nèi)皮細(xì)胞受損及內(nèi)膜平滑肌增厚導(dǎo)致的粥樣斑塊形成〔29〕；具體機(jī)制可能通過(guò)增加一氧化氮(NO)生成、抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、抑制核因子(NF)-κB信號(hào)傳導(dǎo)通路〔30〕，減少炎癥反應(yīng)所生成的腫瘤壞死因子(TNF)α、白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的損害。(3)抗氧化應(yīng)激：氧化應(yīng)激所產(chǎn)生的超氧陰離子、線粒體受損、血管內(nèi)皮細(xì)胞受損、神經(jīng)元的激活是導(dǎo)致心肌受損、心室重構(gòu)、心肌肥厚、高血壓的主要原因。GLP-1通過(guò)抑制線粒體氧化磷酸化、減少氧化酶的表達(dá)進(jìn)而減少超氧陰離子的產(chǎn)生以此減少線粒體、心肌細(xì)胞的損傷〔31〕。(4)改善心功能指數(shù)：GLP-1能夠改善心室功能，預(yù)防心室重構(gòu)，降低心房腦鈉肽水平，降低外周血管阻力，增加心肌細(xì)胞能量的攝取與利用，改善早期心力衰竭患者心功能指數(shù)。臨床研究顯示：靜脈注射GLP-1，短期內(nèi)可增加心力衰竭患者射血分?jǐn)?shù)(EF)值〔32〕；在前壁心肌梗死患者中通過(guò)持續(xù)72 h的GLP-1R激動(dòng)劑(GLP-1RA)后，左心室功能未明顯下降；夾閉大鼠冠狀動(dòng)脈前降支后設(shè)立實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組連續(xù)注射1個(gè)月的天然 GLP-1后發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組較實(shí)驗(yàn)組心肌細(xì)胞凋亡明顯增多，左室收縮功能明顯下降。(5)降低血壓：高血壓常與其他心血管疾病共存，是最重要的心腦血管疾病的危險(xiǎn)因素；目前GLP-1的降壓機(jī)制尚未明確，GLP-1可能通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低血壓：GLP-1可以直接作用于血管平滑肌細(xì)胞，介導(dǎo)血管擴(kuò)張，通過(guò)改變壓力負(fù)荷降低血壓；此外，GLP-1可以通過(guò)抑制抗利尿激素、抑制AngⅡ、增加腎小管排鈉排水、增加心房鈉尿肽(ANP)的分泌來(lái)減低容量負(fù)荷，以此實(shí)現(xiàn)血壓的下降；在一項(xiàng)隨機(jī)臨床對(duì)照實(shí)驗(yàn)〔33〕中，實(shí)驗(yàn)組接受GLP-1類(lèi)藥物治療，對(duì)照組接受安慰劑治療后，接受GLP-1類(lèi)藥物治療組收縮壓平均降低5.24 mmHg，舒張壓平均降低5.91 mmHg；對(duì)照組收縮壓、舒張壓未見(jiàn)明顯下降。(6)降脂、減重作用：流行病學(xué)表明，血脂異常、肥胖與心血管疾病的發(fā)生有很強(qiáng)的相關(guān)性；血脂異常主要包括三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDH)的升高、高密度脂蛋白(HDL)的降低；LDH的增高與泡沫細(xì)胞的形成有著密切關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)靜脈/腹腔注射GLP-1可降低小鼠餐后TG、乳糜微粒和載脂蛋B48的水平顯著降低，且這些作用于胃排空速率無(wú)關(guān)。GLP-1可明顯降低餐后TG及LDH水平，并通過(guò)抑制胃排空，增加保腹感、誘導(dǎo)脂肪重新分布、減少內(nèi)臟脂肪來(lái)降低體重。

6.2GLP-1在心血管活動(dòng)中的不利因素 神經(jīng)體液系統(tǒng)的激活是心力衰竭患者預(yù)后不良、心室重構(gòu)、心肌損傷、心功能惡化的主要原因。神經(jīng)體液系統(tǒng)的激活包括交感神經(jīng)系統(tǒng)、RASS激活。GLP-1通過(guò)對(duì)下丘腦PVN PvC的支配參與激活了體內(nèi)的交感神經(jīng)系統(tǒng)和HPA軸介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)，交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)是導(dǎo)致心律失常、猝死的主要原因。交感神經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)激活，血中腎上腺素、去甲腎上腺素水平增高，機(jī)體血壓升高、心率加快，外周血管收縮，心臟后負(fù)荷增加，均使心肌耗氧量最大；此外，去甲腎上腺素對(duì)心肌細(xì)胞有直接毒性作用，促使心肌細(xì)胞凋亡，心室重塑。GLP-1激活的應(yīng)激反應(yīng)，短期內(nèi)能增加心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期的應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致頑固性高血壓的形成。GLP-1還可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活RASS系統(tǒng)，導(dǎo)致周?chē)苁湛s，壓力負(fù)荷加重，醛固酮分泌，水鈉潴留，心臟容量負(fù)荷增加；此外，RASS激活促進(jìn)心臟和血管重構(gòu)，加重心肌損傷和心功能的惡化。

綜上，GLP-1由于優(yōu)秀的降糖作用及心血管保護(hù)作用，被廣泛應(yīng)用于糖尿病合并心血管疾病的患者；GLP-1通過(guò)對(duì)下丘腦PVN PvC的支配參與機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)及自主神經(jīng)調(diào)節(jié)，其產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)、交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活、兒茶酚胺的大量生成，RASS系統(tǒng)的激活、高血壓的形成，對(duì)心力衰竭、冠心病的患者都是極為不利的；到目前為止，GLP-1對(duì)心血管患者究竟是利大于弊，還是弊大于利，還沒(méi)有準(zhǔn)確的定論；因此，臨床心內(nèi)科在使用GLP-1相關(guān)藥物時(shí)，一定要注意考慮GLP-1對(duì)下丘腦PVN PvC支配的相關(guān)影響，注意監(jiān)測(cè)相關(guān)重要指標(biāo)，注意藥物的使用劑量和使用時(shí)間，擇優(yōu)去弊，有效利用其優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，避免不良反應(yīng)。