GLP-1受體激動劑對2型糖尿病患者胰島β細胞保護機制的研究進展

吳夢夢 周迪夷

2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，β 細胞功能障礙和胰島素抵抗是其發(fā)病的主要機制[1]。T2DM易合并多種并發(fā)癥，對患者的身心健康造成嚴重損害，并給醫(yī)療系統(tǒng)帶來巨大的經(jīng)濟負擔。近幾十年，由于人們生活方式的轉(zhuǎn)變，T2DM 發(fā)病率顯著增高，尤其是超重和肥胖患者[2]。胰高血糖素樣肽-1（glucagon like peptide-1，GLP-1）是一種腸促胰島素激素，由腸L 細胞分泌，具有促進胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延緩胃排空、減少胰島素介導的葡萄糖攝取等功效[3]，其在體內(nèi)主要通過激活胰高糖素樣肽-1 受體（glucagon like peptide-1 receptor，GLP-1R）發(fā)揮作用。胰高血糖素樣肽-1 受體激動劑（glucagon like peptide-1 receptor agonist，GLP-1RA）作為一種兼具減重、降低糖化血紅蛋白、心血管保護作用的新型降糖藥物,已廣泛應(yīng)用于T2DM 的治療。本文就GLP-1RA 對胰島β 細胞發(fā)揮保護作用的相關(guān)機制作一綜述。

1 對胰島β 細胞產(chǎn)生保護作用的4 條通路

T2DM 患者除血糖水平升高外，堆積的脂肪組織還會將大量的游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）釋放到血液中。研究表明，高糖、高脂環(huán)境會導致胰島素抵抗和胰島β 細胞衰竭，這個過程被稱為“糖脂毒性”[4]。糖脂毒性導致胰島β 細胞凋亡的主要原因在于其可以觸發(fā)線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激等多種應(yīng)激途徑。而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidases，GPx）和過氧化氫酶（catalase，CAT）在胰島β 細胞中的表達遠低于其他胰腺細胞，這導致β 細胞抗氧化能力嚴重不足，因此胰島β 細胞極易受氧化應(yīng)激的影響而發(fā)生功能障礙甚至凋亡。反之，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙又可導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成過多，進一步加劇氧化應(yīng)激，由此表明這些應(yīng)激途徑可相互影響，共同作用于胰島β 細胞，導致胰島β 細胞功能障礙甚至衰竭[5]。已有研究表明，GLP-1RA 能促進胰腺組織膽固醇外排并增強胰島β 細胞抗氧化能力，減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，促進胰島β 細胞增殖，進而對胰島β 細胞產(chǎn)生保護作用，相關(guān)通路有以下4 條。

1.1 核因子紅系2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）/抗氧化反應(yīng)元件（anti-oxidant response element，ARE）通路 ROS 對細胞信號轉(zhuǎn)導起著重要作用，但高糖、高脂水平引起的ROS 過度累積會導致“氧化應(yīng)激”反應(yīng),破壞正常的細胞功能，甚至引起細胞凋亡[6]。研究表明，GLP-1RA 可增強胰島β 細胞抗氧化能力，其主要機制是對Nrf2/ARE 通路的激活。Nrf2 是調(diào)節(jié)細胞抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵分子，在正常情況下，Nrf2 通過Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白1（kelch-like ECH associated protein 1，Keap1）不斷泛素化，并在蛋白酶體中降解。而GLP-1RA 可促進Nrf2 磷酸化，磷酸化的Nrf2 積聚在細胞核中并與抗氧化蛋白的ARE 位點結(jié)合，調(diào)節(jié)其下游許多抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，包括血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）、NAD（P）H 脫氫酶、醌氧化還原酶（quinone oxidoreductase 1，NQO1）、c-谷氨酰半胱氨酸合成酶、GPx1、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（glutathione-S-transferase，GST）、谷胱甘肽還原酶（gluathione reductase，GR）和SOD 等，從而使胰島β 細胞抗氧化應(yīng)激能力大大增強[7]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)GLP-1RA 治療12 個月后，糖尿病患者氧化應(yīng)激的生物標志物硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平顯著降低[8]。研究表明，GLP-1RA 可顯著降低各種不利因素誘導的氧化應(yīng)激標志物水平，包括SOD、GR、CAT、GPx、谷胱甘肽（glutathione，GSH），減少脂質(zhì)過氧化和非酶糖基化蛋白水平[9]。Min 等[10]通過細胞實驗發(fā)現(xiàn)100 nmmol/L 利拉魯肽可使高糖誘導的大鼠胰島細胞瘤細胞凋亡減少63.1%，并且降低瘤細胞ROS 表達。由此可見，GLP-1RA 對增強β 細胞抗氧化能力有確切作用。

1.2 AMPK/聚ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）通路 膽固醇代謝紊亂是導致胰島β細胞功能障礙的重要機制，維持膽固醇穩(wěn)態(tài)有助于改善胰島β 細胞的功能。ATP 結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白A1（ATPbinding cassette transporter A1，ABCA1）可使巨噬細胞中的膽固醇外排，并使之轉(zhuǎn)變成高密度脂蛋白（highdensity lipoprotein，HDL）顆粒，肝臟X 受體（liver X receptor,LXR）可以轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)ABCA1 表達[11]。PARP 是誘導糖尿病胰島細胞損傷的基因之一，其活性受GLP-1 下游信號AMPK 的抑制[12]，PARP 與ABCA1表達呈負相關(guān)，其可通過抑制LXR 介導的ABCA1 表達來調(diào)節(jié)巨噬細胞中的膽固醇外排[13]。在胰島β 細胞中，PARP 表達出同樣的效應(yīng)：GLP-1 及其下游信號AMPK 激活后抑制PARP，PARP 活性的下調(diào)增加了LXR 轉(zhuǎn)錄活性，促使ABCA1 表達增加，促進膽固醇流出并降低膽固醇誘導的細胞毒性[14]。

研究表明，GLP-1RA 可降低正在接受他汀類藥物治療的T2DM 患者的血清LDL-C[15]；動物實驗發(fā)現(xiàn)，肥胖糖尿病大鼠體內(nèi)ABCA1 表達明顯降低，與注射0.9%氯化鈉溶液相比，向肥胖糖尿病大鼠的胰島組織中注射艾塞那肽可明顯提高ABCA1 表達，且可顯著減少大鼠胰腺組織中的脂質(zhì)沉積和膽固醇含量[16]；皮下注射利拉魯肽（8 μg/kg）連續(xù)8 周、2 次/d 可顯著降低高糖、高脂喂養(yǎng)的db/db 小鼠血糖、TC、TG 和LDL-C 水平，減少肝臟脂質(zhì)沉積。此外，腹腔注射利拉魯肽后，小鼠巨噬細胞、血漿和糞便中的膽固醇標志物水平顯著增高[17]。這表明，GLP-1RA 可通過促進膽固醇外排，進而減少脂質(zhì)對胰島β 細胞的損害，但GLP-1RA 能否使脂質(zhì)譜發(fā)生改變尚不明確。

1.3 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路 mTOR 是一種絲氨酸和蘇氨酸蛋白激酶，由雷帕霉素敏感的mTORC1 和雷帕霉素不敏感的mTORC2 兩個復合物組成，GLP-1 和Ex4 均可促進mTOR 途徑組分的磷酸化[18]，而β 細胞中mTOR1 的激活可以促進細胞增長和增殖[19]。真核翻譯起始因子4E 結(jié)合蛋白（eIF4E-binding proteins,4EBPs）和核糖體蛋白S6 激酶1（S6 kinase 1，S6K1）是mTORC1 信號傳導的主要效應(yīng)子，前者控制細胞增殖，后者及其下游靶標調(diào)節(jié)細胞大小。4E-BPs 主要通過調(diào)節(jié)細胞周期實現(xiàn)對細胞增殖的影響：一方面4E-BPs 能選擇性地抑制調(diào)控細胞增殖的蛋白，另一方面其可調(diào)控影響細胞分裂周期的相關(guān)蛋白質(zhì)的信使RNA 來抑制細胞增殖。S6K1 的磷酸化可激活真核翻譯起始因子4A1（eukaryotic translation initiation factor 4A，eIF4A）解旋酶活性，進而磷酸化各種核糖體蛋白并促進翻譯[20]。兩個效應(yīng)子的激活可共同促進β 細胞增殖、增長。

另有研究表明，艾塞那肽可完全逆轉(zhuǎn)氯氮平給藥導致的小鼠急性高血糖，并且隨著艾塞那肽的使用，由氯氮平引起胰島β 細胞凋亡增加、細胞增殖受抑制、細胞質(zhì)量損失完全恢復[21]。

1.4 AMPK/ULK1/2 通路 自噬是一種高度保守的細胞內(nèi)循環(huán)途徑，可在營養(yǎng)缺乏時回收受損的細胞器、蛋白質(zhì)或多余的營養(yǎng)物質(zhì)，為維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)和維持核心代謝功能提供能量[22]。營養(yǎng)過剩時，自噬可去除有毒的聚集體，或在蛋白質(zhì)合成增加的情況下清除未折疊的蛋白質(zhì)，以改善慢性炎癥反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進而促使細胞存活[23]。β 細胞自噬可通過防止內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎癥和氧化應(yīng)激來預防β 細胞損傷和死亡，已有研究證明β 細胞自噬受GLP-1RA 的影響[24]。GLP-1RA 的應(yīng)用會增加胰島β 細胞內(nèi)的Ca2+，使細胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶（Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKK）激活，進而磷酸化AMPK[25-26]。AMPK 進一步磷酸化由ULK-1/2、Atg13、Atg101 和FIP200 組成的ULK 復合體，其激活標志著自噬的開始。活化的ULK-1/2 復合體依次激活由Beclin1、Vsp15、Vsp34、Atg14L 和Ambra1 組成的PtdIns3K復合體。激活的PtdIns3K 復合體轉(zhuǎn)運到吞噬體組裝位點并在那里產(chǎn)生PI3P，將PI3P 結(jié)合蛋白如DFCP1 和WIPI2b 招募到PIP3 富集區(qū)，進一步形成自噬體，開始自噬過程[27-28]。

LC3B-Ⅱ是一種自噬體膜標志蛋白，已被確定為自噬標志物，p62 則是自噬活性受到抑制的標志，1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-Methyl-4-phenyl-1，2，3，6-t etrahydro pyridine，MPTP）處理可導致小鼠自噬受損，表現(xiàn)為LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值降低，p62 積累。而GLP-1RA 給藥能夠降低組織中p62 的積累，并增加自噬通量，改善LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值[29]。另有實驗證實，皮下注射利拉魯肽0.3 kg/mg，2 次/d，連續(xù)16 周可增加血漿中GLP-1 水平和組織GLP-1R 的表達[30]。細胞實驗表明，GLP-1RA 可使自噬誘導信號ULK1 磷酸化水平增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中自噬體數(shù)量增加，且自噬標志物LC3 含量顯著增高[31]。

2 小結(jié)

GLP-1RA 能夠通過Nrf2/ARE、AMPK/PARP、mTOR1、AMPK/ULK1/2 等通路發(fā)揮作用，提高胰島β 細胞抗氧化能力、降低糖脂毒性對β 細胞的損害、促進β 細胞功能性自噬和細胞增殖等，以提高胰島β 細胞的功能及存活率，延緩T2DM 進展。因此GLP-1RA 作為新型降糖藥物，在發(fā)揮胰島β 細胞保護作用方面具有重要作用。但上述相關(guān)實驗多為動物和細胞實驗，人體研究數(shù)據(jù)較少，并且這些通路的長期激活是否仍對胰島β 細胞產(chǎn)生保護作用尚不能完全明確，有待進一步深入研究。