胰高血糖素样肽―1及其受体激动剂治疗2型糖尿病的研究进展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 胰高血糖素样肽1 及其受体激动剂 治疗 2 型糖尿病的研究进展 【摘 要】胰高血糖素样肽 - 1（Glucagon-like peptide-1， GLP-1） 是小肠 L 细胞分泌的一种内源性活性多 肽，以葡萄糖依赖的方式促进胰岛素分 泌，具有降低血糖作用。与口服糖尿病 治疗药物相比，GLP-1 优点突出：控制 血糖效果良好，可避免低血糖的发生、 保护胰岛 细胞功能等。因此，以 GLP-1 为研究对象，开发糖尿病治疗药 物具有良好的前景。本文就笔者在长效 多肽 GLP-1 受体激动剂的研究过程中就 胰高血糖素样肽-1 及其受体激动剂治疗 2 型糖尿病的研究进展进行了阐述，为 后续的进一步开发研究提供了思路。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /8/view-12933313.htm 【关键词】2 型糖尿病；胰高血 糖素样肽-1 ；GLP-1 受体激动剂 中图分类号： R587.1 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）32-0009-004 【Abstract】Glucagon-like peptide-1 （GLP-1） is an endogenous active peptide secreted by small intestine L cells and promotes insulin secretion in a glucose-dependent manner with a hypoglycemic effect. Compared with oral diabetes treatment， GLP-1 has the following advantages： good blood sugar control， avoidance of hypoglycemia， protection of pancreatic -cell function and etc. Therefore， taking GLP-1 as the research object， development of diabetes therapeutic drugs has a good prospect. In this paper， the authors have described the process of research on glucagon-like -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 peptide-1 and its receptor agonist for the treatment of type 2 diabetes mellitus for further follow-up study. 【Key words】Type 2 diabetes mellitus； Glucagon-like peptide-1； GLP-1 receptor agonist 0 前言 随着经济的发展和生活方式的改 变，肥胖、高脂血症和糖尿病等代谢疾 病的发病率逐年升高，尤其是糖尿病， 随着病程的进展，胰岛 细胞功能出现 损伤直至凋亡，严重危害人类的健康。 现有的口服糖尿病药物虽然可以控制血 糖，但是存在低血糖风险，副作用较多， 且无法逆转糖尿病的病因，对于胰岛 细胞的生长、分化和增殖无明显作用， 因此，寻找安全降糖且可逆转病因的药 物是目前研究的热点。 胰高血糖素样肽-1（Glucagon- like peptide-1， GLP-1）是小肠 L 细胞 分泌的一种内源性活性多肽，以葡萄糖 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 依赖的方式促进胰岛素分泌，具有降低 血糖作用。与口服糖尿病治疗药物相比， GLP-1 优点突出：控制血糖效果良好， 可避免低血糖的发生、保护胰岛 细胞 功能并促进其增殖、减缓胃排空、抑制 食欲等1。因此，以 GLP-1 为研究对 象，开发糖尿病治疗药物具有良好的前 景。 1 GLP-1 的结构以及生理效应 1.1 GLP-1 的结构 GLP-1 的发现源于 1983 年 Mclntyre 对胰高血糖素原 （proglucagon，PG ）基因的序列分析 56。胰高血糖素原基因位于 2 号染色 体长臂，由 6 个外显子和 5 个内含子组 成，外显子分别编码不同的功能区域， 主要在胰腺和小肠中表达2。PG 由 160 个氨基酸组成，可在胰腺和肠道中 裂解，生成不同产物。PG 在胰腺 细 胞中的主要裂解产物为：胰高血糖素 （glucagon： PG33-61） 、肠高血糖素相 关胰多肽（GRPP，PG1-30） 、主要 PG -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 片段（MPGF，PG72-158）以及无活性 的 GLP-1（1-36） 。PG 在回肠、结肠和 直肠 L 细胞中的主要裂解产物为：肠高 血糖素（Glicentin ：PG1-69 ） 、胃泌酸 调节素（Oxyntomodulin：PG33-69） 、 GLP-1（1-37）-OH （PG72-108 ） 、胰高 血糖素样肽-2（GLP-2：PG126-158）和 插入肽-2 （IP-2：PG111-123） 。无活性 肽链 GLP-1（1-37）-OH 经酶解，切除 N 端 6 肽转化为 GLP-1（7-37）-OH 后 则具有较高的生理活性，GLP-1（7- 37）-OH 的氨基酸序列为 HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWL VKGRG-OH，C 末端酰胺化后生成 HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWL VKGR-NH2。人体内 GLP-1 主要形式 为 GLP-1（7-36）-NH2 ，约占 80%，而 GLP-1（7-37）-OH 约占 20%，两者具 有相同的生理功能3。 GLP-1 的各项生理作用主要通过 激动 GLP-1 受体而发挥。GLP-1 受体属 于 B 族 G 蛋白偶联受体，由 463 个氨 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 基酸组成，含有 7 螺旋跨膜结构 （TM1-TM7） ，胞外环（EC1， EC2， EC3） ，胞内环（IC1， IC2， IC3） ，N 端胞外区和 C 端胞内区。GLP-1 受体的 N 端位于细胞外，具有 3 个保守的二硫 桥键，可与配体结合，C 端位于细胞内， 可与偶联的 G 蛋白作用来传导信号4。 GLP-1 与受体结合时，GLP-1 的 C 端与受体的 N 端首先发生相互作用， 接着与包括跨膜螺旋和回环结构在内的 受体中心域相互作用，进而激活受体并 传导信号。在 GLP-1 与受体的结合过程 中，GLP-1 N 端的 His7 残基可与受体 区域 EC2 的 Asn302 产生作用，GLP-1 的 Thr13 残基可与 TM2 和 EC1 产生相 互作用5。此外，还有研究表明 GLP- 1N 端的 His7 残基还可与受体跨膜螺旋 细胞外区域的 Asp198 残基发生氢键相 互作用。GLP-1 的 Phe12 残基可与受体 7 个跨膜螺旋腔体内的残基发生疏水作 用，GLP-1 的 Tyr19 残基可与与受体的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 Lys288 和 Arg227 残基发生静电相互作 用，GLP-1 的 Phe28，Ile29 和 Leu32 残 基可与受体的 Trp39 发生疏水作用。此 外，GLP-1 的 Gly10、Asp15、Glu21、Gln23 和 Ala24 残基可稳定结合象6-7。 1.2 GLP-1 的生理效应 GLP-1 分泌主要依赖于葡萄糖， 同时对食物的消化也存在响应，这可能 与食物中的脂肪和蛋白与葡萄糖具有协 同作用相关8。近期研究表明，L 细胞 和 GLUTag 细胞在葡萄糖作用下，K+ 通道抑制，SGLT-1 转运体活化而出现 去极化，甜味受体（T1R2/T1R3） 、Gq 和 PLC 激活，刺激 GLP-1 的分泌9。 食物中的游离脂肪酸可作用于 GPR43、GPR119 、GPR120 和 FFAR 受体10，蛋白质可通过 Ca2+传感受体 （CaSR）或者多肽转运体 PepT111， 引起细胞内的 cAMP 和 Ca2+升高，进 而介导 GLP-1 分泌12 。 GLP-1 最明显直观的生理效应就 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 是在高血糖环境下，促进胰岛素的释放， 抑制胰高血糖素的生成，从而降低血糖 13。此外， GLP-1 还具有降血糖的附 加效应，包括提高中枢神经系统对饱腹 感的感应14 ，从而减少患者的摄食量； 增加骨骼肌和肝脏对葡萄糖的摄取15， 生成糖原储存能量，从而加快葡萄糖的 利用；增加脂肪细胞对葡萄糖的作用， 加快脂肪分解16 。 除了可血糖依赖性地促胰岛素分 泌外，GLP-1 最吸引关注的优点是可通 过促进细胞再生并抑制细胞凋亡来增加 细胞数量17。GLP-1 受体激动活化 后，细胞内 cAMP 水平升高，通过 PKA 依赖的信号通路，增加胰岛素基因 转录与合成，阻止 细胞凋亡，同时激 活 cAMP 依赖的蛋白激酶 A 和磷酸化 酶，刺激胰岛素基因的转录和翻译，进 而刺激 细胞的增值和分化。另外， GLP-1 可激活 GLUT2 转运蛋白和葡萄 糖激酶，从而增加 细胞对葡萄糖的敏 感性；激活 PKA 和 PI3 激酶等一系列 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 的信号激酶，增加 细胞的活性；通过 CREB 促进胰岛素受体底物 2（IRS-2） 表达，进而激活 PI3-激酶/Akt/PKB 信号 通路，实现促进 细胞增殖的作用18。 近期研究表明，GLP-1 对心血管 系统的具有一定保护作用，GLP-1 受体 激动剂可激活 Epac2 来促进动脉 ANP 的分泌。ANP 可介导 GC-A/cGMP 信号 通路，增加内皮细胞通透性，引起血管 平滑肌舒张，增强钠排泄和抑制肾脏钠 离子重吸收来降低血压，激活脂肪细胞 脂解和能量消耗来改善代谢平衡19。 为了确认该激动剂通过 GLP-1 受体发挥 降血压效果，研究人员还在 GLP-1 受体 基因敲除的小鼠上进行研究，结果表明， GLP-1 受体激动剂不能降低基因敲除小 鼠的血压，而对野生型小鼠的血压具有 一定的控制效果。由于 GLP-1 受体激动 剂无血管扩张剂乙酰胆碱作用，也无一 氧化氮信号传导，表明该类药物可通过 舒缓血管平滑肌来实现降压效果20。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 2 GLP-1 受体激动剂 与现有的口服糖尿病治疗药物相 比，GLP-1 以葡萄糖依赖的方式促进胰 岛素分泌，具有避免低血糖和促进 细 胞增殖等突出优点21-22。但是，GLP- 1 易被血浆蛋白酶生物降解并且经肾脏 快速滤过代谢，生物半衰期极短，临床 应用受限23 。近年来，研究人员基于 天然 GLP-1 进行了降糖药物的广泛研究 和开发，研究方向主要分为抑制 GLP-1 主要代谢酶 DPP IV 的小分子抑制剂和 GLP-1 受体激动剂。DPP IV 抑制剂可 以单独使用，也可以联合用药，用于降 低空腹和餐后血糖值，低血糖风险小， 体重增加少。到目前为止，已经开发了 多种 DPP IV 抑制剂，包括西他列汀、 沙克列汀、维格列汀和利拉列汀等。 GLP-1 受体激动剂主要可分为多肽和小 分子 GLP-1 受体激动剂24。 2.1 多肽类 GLP-1 受体激动剂 目前， GLP-1 受体激动剂的主 要长效化策略包括1：（1）对 N 端酶 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 切位点进行氨基酸替换修饰，抵抗 DPP IV 的降解，典型代表如艾塞纳肽 （exenatide）和利西拉来（lixisenatide） 。 然而，由于肾脏快速滤过消除作用，该 策略延长 GLP-1 半衰期的效果较为有限 25。此外，艾塞纳肽和利西拉来常见 恶心和呕吐等副作用1（2）利用蛋白 长效化系统，促进 GLP-1 多肽与白蛋白 的非共价结合或者将多肽与白蛋白直接 融合，如利拉鲁肽（liraglutide） 、阿必 鲁肽（albiglutide ） 、CJC-1131 和 CJC- 1134。杜拉鲁肽（dulaglutide）也采用 相似的策略，将多肽与 IgG 的 Fc 片段 融合。该方法不但可以防止 DPP IV 的 降解，而且由于复合物分子量较大，可 阻止肾脏快速滤过消除。利拉鲁肽的半 衰期约为 1113h，每日给药一次，阿 必鲁肽、杜拉鲁肽、CJC-1131 和 CJC- 1134 半衰期均长达 5-10 天。临床研究 表明，糖尿病患者接受上述长效化 GLP-1 受体激动剂长期治疗后，血糖控 制较好，糖化血红蛋白数值降低，平均 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 体重也减轻，但是部分患者会出现恶心 等胃肠道副作用，其中 CJC-1131 由于 给药剂量大且副作用较多，其临床研究 已经终止，此外，阿必鲁肽易在注射部 位产生局部皮肤反应，杜拉鲁肽治疗后 可能导致心率增加等问题（3）将 GLP- 1 与锌离子等促进多肽聚集的离子同时 使用，从而延缓皮下组织吸收，如他司 鲁肽（taspoglutide ）26 ，但其存在严 重的超敏反应和胃肠道不良反应，已于 2010 年停止临床研究27。 （4）采用药 剂学手段，将 GLP-1 制成微球，亩 延缓皮下的吸收及释放，如 exenatide- LAR28，皮下注射后，微球体的破裂， exenatide 从微球中扩散，达到缓释效果， 人体半衰期约为 56 天，临床研究表 明，糖尿病患者使用 exenatide-LAR 治 疗后，平均糖化血红蛋白下降，尽管血 糖控制较好，但是同样出现恶心和呕吐 等胃肠道不良反应，皮下注射部位会产 生红疹、囊肿或瘙痒等皮肤反应，心率 轻微增加29 。 （5）结合白蛋白长效化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 系统和药剂手段，semaglutide 是在利拉 鲁肽的基础上进行了结构改造，Ala8 替 换为 Aib8，Lys34 替换为 Arg34，同时 在 26 位的 Lys 上通过连接臂缀合了末 端为羧基的 18C 脂肪酸，可增强白蛋白 结合能力和降低肾清除率，结合药剂辅 料的作用，其半衰期可达 120h30。此 外，Novo Nordisk 制药公司还以 semaglutide 为活性成分，采用药剂学手 段，进行口服给药研究，尽管达到了临 床研究指标，但是高达 40mg 的给药剂 量仍不有利于该剂型的发展31。 采用上述不同的多肽修策略，研究人 员开发的多种产品部分已上市或正处于 临床研究阶段（Table 1） 。根据作用时 间的长短，可将其分为短效激动剂和长 效激动剂。短效 GLP-1 受体激动剂的特 点是血药浓度波动幅度较大，长效 GLP-1 受体激动剂在该方面优于短效激 动剂，给药期间血药浓度较为稳定，能 更有效地控制血糖。 3.2 小分子 GLP-1 受体激动剂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 32 除了对天然 GLP-1 进行结构改造 与优化得到长效化 GLP-1 受体激动剂外， 研究人员还着手开发了对 GLP-1 受体具 有激动作用的非肽类激动剂，结构如 Figure1 所示，尽管该类药物的受体激 动活性较低，但是小分子可以口服，克 服了目前多肽类药物需要注射给药的顺 应性问题，因此，小分子 GLP-1 受体激 动剂具有很大的开发潜力33。2007 年， Knudsen 等人对 50 万个化合物进行筛 选，发现化合物 1 是 GLP-1 受体的选择 性变构激活剂，在正常小鼠体内，该衍 生物的促进胰岛素分泌作用具有血糖依 赖性，而对 GLP-1 受体敲除小鼠体则无 明显作用34 。Sloop 等人基于嘧啶环设 计了 GLP-1 受体激动剂 2，该衍生物可 激动 GLP-1 受体，改变 cAMP 水平， 从而血糖依赖性地刺激胰岛素分泌，尽 管亲和力仍较低35 。Gong 等人对 1000 种杂环小分子进行筛选后发现咪唑 吡啶类衍生物 3 和 4 在过表达 GLP-1 受 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 体的 HEK293 细胞上具有较高活性36。 Sexton 等人设计了w 皮素样黄酮类衍 生物 5，其对 GLP-1 受体具有正向变构 调节作用，在高活性激动剂 GLP-1 和 Ex-4 的诱导下选择性调节