天津医药2012年2月第4O卷第2期 l8l doi:lO.3969/j.issn.0253-9896.2012.02.033 综述 付刚龚珉 徐为人 综述 胰高血糖素样肽1及其受体激动剂研究进展 关键词糖尿病,2型胰高血糖素样肽1受体激动剂糖尿病(diabetes mellitus,DM)是一种慢性高血糖综合 征,其中2型糖尿病(rI’2DM)占糖尿病患者群体的90%以上。 世界卫生组织预测,到2030年,全球T2DM患者的数量将超 过3亿n 。目前,常规治疗T2DM的药物包括胰岛素、双胍类、 磺酰脲类以及噻唑啉二酮类。然而这些药物很少能长效控 制血糖水平,且存在致低血糖、浮肿及体质量增加等不良反 映。胰高血糖素样肽(glucagon—like peptide,GLP)一1是一种 由肠L细胞分泌的肠促胰岛素,具有促进胰岛素分泌和生物 合成、抑制胰高血糖素分泌、促进胰岛细胞增殖等多种生理 功能,具有良好的药物应用前景。 l GLP一1的发现 人进食后会通过神经和激素信号激活一系列生理反应, 从而调节消化和吸收过程,其中肠促胰岛素在此过程中起重 要作用。肠促胰岛素的概念由Murce于2O世纪初提出,1973 年分离纯化出第1个肠促胰岛素一葡萄糖依赖性促胰岛素多 肽(glucose—dependent insulinotropie polypeptide,GIP)。GIP 主要由近端小肠K细胞合成并分泌,由42个氨基酸组成,多 集中在十二指肠和上部空肠,能促进胰岛细胞分泌胰岛素。 后来人们发现了第2种肠促胰岛素多肽一GLP。GLP一1的发 现源于对胰高血糖素原(proglueagon,PG)基因序列的分析, 胰高血糖素原基因序列由6个外显子和5个内显子组成,含 有3个主要的结构域:胰高血糖素(PG33—61)、GLP一1(PG72— 108)和GLP一2(PG126—158)。PG基因在胰岛0【细胞、肠L细 胞及部分神经细胞中表达,通过组织特异性翻译后修饰,从 而在不同组织结构中形成不同的最终产物,见图1。GLP有 GLP一1和GLP一2两种亚型,GLP一1是由末端空肠、回肠和结 肠的朗格汉斯细胞分泌的一种多肽激素,具有葡萄糖依赖性 的促进胰岛素分泌和生物合成、抑制胰高血糖素的分泌及抑 制胃排空等多种功能;GLP一2能促进正常小肠的生长和发 育,保护和修复各种肠道疾病中损伤的肠黏膜,抑制胃酸的 分泌和胃肠的运动,增加肠道的血液供应等。 2 GLP-1的结构及生理功能 GLP一1(1-37)由胰高血糖素基因的转录产物剪切后表 达生成,但其并非人体内的活性形式,N端截短的GLP一1 (7—36或7—37)是循环中的主要活性形式,其中GLP一1 (7—36)约占80% ,此后绝大多数GLP一1类似物的开发也是 基于此种截短序列。GLP一1的N端区域和受体结合能力相 关。尤其是His7 Glf.Thr 及Asp 直接与受体结合,His 的丧 失会导致GLP一1完全失去生物活性,同样c端氨基酸残基丧 失也会导致GLP—l生物活性明显下降。GLP一1的主要生理 功能包括葡萄糖依赖性的促进胰岛素分泌和生物合成,抑制 胰高血糖素的分泌,促进胰岛 细胞增殖,抑制胰岛 细胞凋 亡。保存13细胞对血糖的敏感性,抑制胃肠道蠕动和胃液分 泌。延迟胃排空等。GLP—l也能直接作用于中枢神经系统,诱 导神经复合体产生饱腹感,从而降低食欲,抑制食物的摄取。 相关研究发现GLP一1还能降低心收缩压(SBP),减少血液中 三酰甘油、纤维蛋白溶酶原激活抑制子一1(PAl一1)和B型脑钠 肽(BNP)的浓度,具有一定保护心血管的功能 1。另外,动物 实验表明GLP—l能够防止心肌细胞缺血,保护内皮细胞功能 和利尿等功能州。 GLP一1的分泌基于机体对能量的摄人,包括糖类、脂肪酸 以及少量氨基酸 。有研究显示,GLP—I的分泌与细胞内ATP 的生成、K 通道的阻塞以及细胞内ca2 浓度的增加有关柳。 另有研究则表明,在小鼠体内一些神经内分泌多肽通过迷走 神经参与了GLP一1的分泌 。但目前对于人体内GLP-1的快 速响应性分泌机制尚不确定。 GLP一1通过与其在B细胞上的特异性受体GLP一1R相结 合发挥相应的生理作用,其受体属于7次跨膜的G蛋白偶联 受体(GPCR)B家族。GLP一1R包括1个胞外N端结构域 (N—terminal domain。NT)、3个胞外环状结构域(ECI一3)、3个 胞内环状结构域(IC1—3)、7个跨膜核心结构域(TM1—7)及胞 内c末端结构域(cT)。根据多肽结合结构域模型分析结果嘲, NT结构域主要负责提供多肽结合所需的能量,而核心结构域 TM1—7负责结合配体的N端并将信号传递至细胞内的G蛋 白。GLP一1受体与其配体的结合机制不是单一的,根据体外 表达GLP一1R全长和NT结构域的配体结合结果,GLP一1R的 NT结构域(Ala ̄-Leu )与GLP一1的结合能力很差,却能和 Exendin一4正常结合,表明2种多肽与GLP一1R的结合机制不 同,Exendin一4与GLP一1R的结合更多的依赖于NT结构域,而 GLP一1与GLP一1R的结合与TM核心结构域关系紧密。 GLP一1R在胰岛细胞中高度表达,通过原位杂交和免疫组化 实验证实GLP一1R在胰岛中主要存在于B细胞,在 细胞和8细 +国家十一五重大新药创新课题基金资助项目(项目编号: 2009ZX69301—008一P一05) 作者单位:300071天津药物研究院 审校者 182 胞中表达较少 ’。除胰腺外,GLP一1R在肠、心脏、脑、肺及肾 脏等组织中都有广泛分布,用 I标记的GLP一1(7-36)对人组 织切片进行的放射自显影实验发现中枢神经中的GLP一1R含 量很高,表明这些受体可能通过改变葡萄糖敏感性参与葡萄 糖的代谢调节 。 GLP一1R激活后会增加细胞内cAMP浓度并激活蛋白激 酶A(PKA),通过cAMP ̄KA激酶通路增强B细胞内胰岛素基 因的转录和翻译,并提高对葡萄糖刺激信号的敏感性,从而 增加胰岛素分泌量㈣。Pdx一1基因对胰岛细胞增长和胰岛细 胞基因转录具有重要作用,实验证实用GLP一1及其类似物注 射大鼠和兔子能够增加Pdx一1基因的表达水平 。GLP一1还 通过与q细胞上的GLP一1R作用抑制胰高血糖素的分泌 ,或 者间接通过促进胰岛素和生长抑素的分泌来抑制胰高血糖素 的分泌 。GLP一1对于调节胃排空速率和餐后血糖浓度的动 态平衡可能是通过迷走神经起作用t 1。研究发现GLP一1及其 类似物能够抑制胰岛B细胞的凋亡,用GLP-1与人胰岛细胞共 同孵育能够降低细胞内凋亡基因的表达,抑制其死亡,动物实 验也证实在Zucker和db/db小鼠体内注射GLP一1后,B细胞的 凋亡数量比对照组减少了20% 。GLP一1在体内能够迅速地 被二肽基肽酶4(DPP4)所降解而失去活性,见图2,这是造成 其半衰期缩短(约2 min)的直接原因。DPP4能够识别并特异 性切割GLP一1 N端的丙氨酸,造成GLP一1由活性形式GLP一1 (7-37)变为失活形式GLP一1(9—37)。而且由于其失活形式在 体内的代谢速率较慢,GLP一1与活性形式的GLP一1(7-37)竞 争性的与GLP-1R相结合,对胰岛素分泌和释放产生不利作 用。另外,一种结合于膜上的锌金属肽酶NEP 24.11也能于6 个可能的识别位点上降解GLP一1t”l,这种酶在肾脏中高度表 达,而肾脏也是GLP一1被快速代谢而失活的重要场所n 1。据 此可推断,NEP 24:11也参与了GLP一1的体内代谢。 3 GLP一1受体激动剂 3.1艾赛那肽(Exenatide)艾赛那肽是由美国Amylin公司 和Lilly公司联合研制的基于Exendin一4的化学合成多肽,商 品名为百泌达。Exendin一4是从毒蜥唾液中分离得到的一种 多肽类物质,全长39个氨基酸,比GLP—l多9个氨基酸,见图 3。艾赛那肽与GLP一1有53%的同源性,N端的同源性更是高 达80%。该多肽与GLP一1有同样的促胰岛素分泌的作用,相 比原生GLP一1,其与GLP一1R有很强的结合能力(大于1 000 倍)。由于Exendin一4 N端的第2个氨基酸为甘氨酸,能够耐 受血浆中DPP—IV的分解,c端比GLP一1多9个氨基酸,不易 被肽链内切酶降解,所以其稳定性远高于GLP一1。艾赛那肽 同样具有葡萄糖依赖性促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分 泌及减慢胃排空等生理功能,其血浆半衰期长达60~90 arin。2005年被美国和欧洲批准用于口Ht ̄z.甲双胍等糖尿病 药物无效的T2DM患者的辅助治疗,给药方式为每2 d 1次。 艾赛那肽能够显著降低患者的糖化血红蛋白(HbAlc),调节 餐后及空腹血糖水平,增强胰岛B细胞功能,降低体质量u , 且不会引起血糖过低。临床数据显示,2次/d注射10 mg艾赛 Tianjin Med J,Feb 2012,Vol 40 No 2 那肽患者的HbAlc水平降低了0.8%~0.9%;2次/d注射5 mg 艾赛那肽患者的HbAlc水平降低了0.4%一0.6%;安慰剂组患 者的HbAlc水平上升了0.1%一0.2%t2o]。1项为期3年的跟踪 研究结果显示,2次/d注射l0 g艾赛那肽的患者,其HbAlc 水平一直保有1.O%左右的降低水平,46%患者的HbAlc水平 始终保持在7%的降低水平以下,3年内体质量平均降低5.3 k ”。艾赛那肽还显示出与胰岛素的协同作用,实验证实注 射艾赛那肽的患者降低了对速效胰岛素的需求量∞1。尽管如 此,临床实验显示其仍具有一定的不适反应,如恶心(57%)、 呕吐(17%)等,降低药量并持续治疗后症状减轻;有极少数 患者产生胰腺炎等严重不良反应,但并没有直接证据证明其 与艾赛那肽有直接关系 1。 3.2艾赛那肽LAR艾赛那肽LAR是由Amylin,Alkermes 和EliLilly公司共同开发的一种由聚合物微球包裹的Exena. tide长效释放制剂,目前在美国和加拿大已进入Ⅲ期临床研 究阶段,给药方式为每周皮下注射1次。其采用多聚乳酸一羟 基乙酸与艾赛那肽混合而成,这种微球颗粒可被人体自然降 解,是一种用于缓释药物的成分,见图3。包裹后的艾赛那肽 表现出24 h缓释效果,全天都能检测到血液中治疗浓度的药 物。根据一项295例患者参与的长达30周的随机对照实验 结果,一周注射2mg艾赛那肽LAR的患者与20rJd注射10 g艾赛那肽的患者相比,艾赛那肽LAR能够更有效的降低 HbAlc(1.9%郴1.5%)并降低体质量(3.7 kg s 3.6 kg)t 。然 而一项30周的随机对照研究显示 ,艾赛那肽LAR与艾赛那 肽相比,恶心(26%椰35%)和呕吐(11% s 19%)等典型不良 反应降低,但是抗体产生概率高于艾赛那肽,且注射部位瘙 痒现象也更为明显(18%135 1%)。 3.3利拉鲁肽(Liraglutide)利拉鲁肽又叫做NN221 1,由诺 和诺德公司研发,其氨基酸序列与人GLP—l具有97%的同源 性,其34位的赖氨酸被精氨酸取代,并在26位赖氨酸上经由 一谷氨酸连接上了1个16碳脂肪酸,该脂肪酸能在进入血浆 后与白蛋白形成非共价结合,见图3,使利拉鲁肽抵抗DPP4 的降解作用,同时起到缓释作用,半衰期为10~14 h,给药方 式为1次,d。另外利拉鲁肽还能在注射点形成微团样聚集 物,从而降低对DPP4降解的分子易感性口 。一项超过4 000 名患者参与的Ⅲ期临床实验表明,单用1.2 mg和1.8 mg利拉 鲁肽比格列美脲(8 ms)等口服降糖药能够更明显地降低患 者的HbAlc、空腹及餐后血糖,并减轻体质量 。另有实验证 实利拉鲁肽比GLP一1能够更明显的抑制B细胞的凋亡 ,也 能增加人B细胞的功能 ,增加胰岛素的生物合成 。此外其 还可以控制患者收缩压,调节心血管功能n l。利拉鲁肽的不 良反应包括恶心、呕吐和轻微头痛,三分之二的患者在1-3 d 内症状消失。利拉鲁肽与艾赛那肽相比有更低的抗体反应, 这可能是由于其与艾赛那肽相比,利拉鲁肽与原生GLP一1有 较高的同源性。 3.4 CJC一1131 CJC一1131是由ConjuChem公司利用其专利 技术“药物亲和复合体”(drug affinity complex,DAC)开发的一 种GLP一1类似物,其C末端具有一个化学合成的连接子,皮下 天津医药2012年2月第4O卷第2期 l83 注射后可以与人血清白蛋白34位的赖氨酸共价结合,并能够 耐受DPP4的降解,体内半衰期较长(健康人约为8.9—14.7 d; T2DM患者约为9.1~13.8 d),目前处于Ⅲ期临床阶段。临床数 激动剂。相信在不久的未来,必将出现更多更好的治疗 T2DM的GLP一1受体激动剂药物,造福广大T2DM患者。 (图1-3见插页) 据显示其能够降低患者血糖和体质量,体外实验证实其能够 增加cAMP水平,不良反应包括恶心、呕吐,多发生在给药后。 3.5其他GLP一1受体激动剂 除上述GLP一1受体激动剂 外,还有一些处于研发及早期临床阶段的GLP一1受体激动 剂,这些新的激动剂有望在延长半衰期的同时进一步减轻胃 肠不良反应。LY2189265是一种GLP—t类似物与Fc片段的 参考文献 【1】Zimmet P,Albe ̄i KG,Shaw J.Global and societal implications of the diabetes epidemic[J].Nature,2001,414(6865):782-787. 【2]Kieffer TJ,Habener JF.The glueagon like peptides[J].Endocr Rev, 1999,20(6):876-913. [3】Vilsboll T,Zdravkovic M,Le-Thi T,et a1.Liraglutide,a long-acting 融合蛋白,LY2428757是一种聚乙二醇GLP一1类似物,给药 周期都达到了1周1次,二者分别处于Ⅱ期和Ⅲ期临床阶 段。CJC一1 134一PC是Exendin一4与人血清白蛋白的融合蛋 白,半衰期约为8 d;葛兰素史克研发的Albiglutide也是 GLP一1与白蛋白的复合物,正处于Ⅲ期临床阶段,二者给药 周期都达到了1周1次。semaglutide(NN9535)是诺和诺德公 司研发的另一长效GLP一1类似物,已完成Ⅱ期临床试验,预 计给药周期为1周1次 。同时诺和诺德公司还在研发口服 型GLP一1类似物(NN9924)以增加患者适用度,计划于2011 年1月进入I期临床试验 1。另外,关于GLP一1受体的小分 子激动剂也在研究之中。2007年Chen等[341通过高通量筛选 方法获得的取代环丁烷Boc5具有较好的降糖作用,其能够促 进分离大鼠胰岛中葡萄糖刺激的胰岛素分泌,降低ob/ob小 鼠糖化血红蛋白,降低进食量,并且这些作用均能被GLP一1 降解产物GLP一1(9-39)竞争性抑制,提示它可能是一种非肽 类GLP一1受体激动剂。Murphy等 】发现另外一种GLP一1R小 分子激动剂Cpdl能够与GLP一1R结合,且不被GLP一1类似物 竞争性抑制,推测其可能结合于GLP一1R活性中心外并激活 受体,同时增加GLP一1与受体的亲和力。Boc5等化合物的出 现有可能会对GLP一1受体激动剂的研发开拓新思路。 4 GLP-1受体激动剂的局限性 GLP一1及其类似物的相关研发虽然已经取得了不错的 进展,多种类似物也进入了临床试验阶段,然而由于多肽类 药物具有一个共同的弊端,即不能口服给药,只能通过皮下 注射,因此对于长期用药的T2DM患者来说其依从性仍旧不 高。而且由于多肽类药物的特性,其稳定性依赖于时间、温 度及pH值,如何保证这些GLP一1类似物的活性将会是个问 题(虽然艾赛那肽和利拉鲁肽未出现稳定性相关报道)。另 外,由于这些激动剂都为人体引入了外源蛋白,可能会引发 机体的免疫反应。 5展望 GLP一1及其受体激动剂所具有的诸如葡萄糖依赖性的促 进胰岛素分泌和生物合成、抑制胰高血糖素的分泌、促进胰岛 p细胞增殖、抑制胰岛p细胞凋亡、保存B细胞对血糖的敏感 性、抑制胃肠道蠕动和胃液分泌、延迟胃排空等多种生理学特 性,以及其较少的不良反应使得其成为治疗T2DM的核心药 物,近几年各大药物研发公司都在努力开发新的GLP一1受体 human GLP一1 analog,given as mono therapy significantly improves glycemic control and lowers body weight without risk of hypoglyce— mia in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Diabetes Care,2007, 3O(6):1608-1610. 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(2011—03—26收稿2011-05—17修回) (本文编辑同娟)