防治糖尿病的新靶点-胰高血糖素

防治糖尿病的新靶点-胰高血糖素,报 告 人：林树梅 单 位：沈阳农业大学 时 间：2012年8月,动物生理生化学分会第十二次学术交流会,双重激素假说,一直以来胰高血糖素作为胰岛素的拮抗激素， 其主要功能仅限于对抗胰岛素引起的低血糖症。,但八十年代后胰岛素抵抗作用的发现使糖尿病研究者们曾一度忽略了胰高血糖素分泌异常在糖尿病发生发展中的作用。而坚持双重激素异常学说的学者们不懈的努力使人们逐渐认识到胰高血糖素分泌水平异常增高和胰岛素分泌水平异常降低两种情况同时出现才能产生糖尿病，即在糖尿病发病中二者居于同样重要的地位（Chastain MA, 2001；Toft I, et al, 2002）。此后越来越多的证据表明，高胰高血糖素血症所致的肝葡萄糖生成过多是高血糖发病机制的重要环节， 因而调节胰高血糖素分泌及其受体功能成为糖尿病治疗的新靶向。,20 世纪70 年代，Unger 等发现糖尿病的高血糖症、酮症等主要代谢紊乱均伴有胰高血糖素水平升高， 胰岛素缺乏和胰高血糖素分泌抑制受损的糖尿病“双激素异常假说”应运而生。,一、受体前干预法,Science. 1975 Feb 14;187(4176):544-7.Glucagon: role in the hyperglycemia of diabetes mellitus.Dobbs R, Sakurai H, Sasaki H, Faloona G, Valverde I, Baetens D, Orci L, Unger R.AbstractGlucagon suppression by somatostatin reduces or abolishes hyperglycemia in dogs made insulin-deficient by somatostatin, alloxan, or total pancreatectomy.,1.摘除胰腺,2.注射生长抑素,Sherwin RS, Hendler R, DeFronzo R, Wahren J, Felic P. Glucose homeostasis during prolonged suppression of glucagon and insulin secretion by somatostatin.Proc Natl Acad Sci U S A. 1977 Jan;74(1):348-52.,3.胰高血糖素中和抗体,此法是利用外源性胰高血糖素抗体与体内的胰高血糖素结合，从而阻断内生胰高血糖素的效应，最终降低血糖。Brand等于1996年用一种高容量、高亲和力的胰高血糖素单克隆抗体(GlumAb)分别在正常、四氧嘧啶(ALx)诱导的轻度和重度糖尿病的兔模型中进行实验，结果提示：这种抗体在正常动物中可以完全阻断外源性胰高血糖素诱导的高血糖；在轻度高血糖动物中，降低血糖也很明显；在血糖很高的l型糖尿病兔子，GlumAb仍然可以明显的降低肝脏葡萄糖输出，降低实验兔的空腹血糖(从2 12 mmol1降至127mmoL1)。此外，Sorensen还在肥胖糖尿病小鼠中进行了研究，结果显示：在口服葡萄糖耐量试验中，急性的GlumAb干预可以使小鼠血糖曲线下面积明显下降；亚急性(5天)的GlumAb干预后可以使小鼠血糖下降、血浆甘油三酯浓度下降；而在慢性(14天)GlumAb干预后，小鼠的糖化血红蛋白下降了1。以上实验均较有力的证明，胰高血糖素在2型糖尿病的空腹及餐后高血糖形成机制中有重要的作用，运用胰高血糖素抗体来降低胰高血糖素的效应，可以较好的达到控制2型糖尿病的效果。,4.激素原转化酶（PC2）,PC2,PC1/3,PC2基因敲除,Webb等的研究显示：PC2基因敲除的小鼠出现血胰高血糖素明显降低，出现轻度持续的低血糖，并出现代偿性胰岛A细胞增生，当用微量渗透泵或者腹腔内小剂量注射胰高血糖素后，血糖恢复正常，且较长时间应用后，胰岛A细胞的形态恢复至与野生型小鼠类似。（Webb等，2002）,Wideman研究表明，将胰岛A细胞仅表达PC1/3，A 细胞将增加GLP-I和GLP-2的分泌，从而将A细胞由升血糖的细胞转变为降血糖的细胞。,二、受体干预法,1.受体阻断剂胰高血糖素受体阻断剂的作用机制主要是通过与机体内源性胰高血糖素竞争性的结合，从而抑制胰高血糖素介导的腺苷酸环化酶的活性、减少肝糖输出、降低空腹血糖水平、改善糖耐量。受体阻断剂根据分子结构分为肽类化合物和非肽类小分子化合物。Johnson等于1982年首次报道了THG(一种肽类胰高血糖素阻断剂)，可以明显降低糖尿病大鼠的血糖(Johnson等1982)。Yang等研究显示：给小鼠腹膜内注射desHis-胰高血糖素(一种肽类胰高血糖素受体阻断剂)可结合约78的肝胰高血糖素受体；口服给予10 mgk g和30 mgkg的A化合物(一种非肽类小分子胰高血糖素受体阻断剂)，可占据肝脏6570的胰高血糖素受体，两者均可显著减少外源性胰高血糖素诱导的血糖升高。值得注意的是，如果仅给予口服3mgkg小剂量A化合物时，仅能占据肝脏约39的胰高血糖素受体，不能阻止外源性胰高血糖素诱导的血糖升高效应(Yang等2002)。此研究说明：胰高血糖素受体主要分布在肝脏，若能有效的阻断大部分肝脏胰高血糖素受体，就可达到理想的降糖效果。更令人可喜的是，Petersen等发现一种非肽类小分子化合物Bay 27-9955在健康成年男性中，可以有效地阻断外源性胰高血糖素引起的葡萄糖生成增多和血糖升高(Petersen等2001)。这也是迄今唯一在人类进行的胰高血糖素受体拮抗剂的药物，虽然还需要更多的临床试验来证明疗效，但是无疑给学者们探寻有效的人类胰高血糖素受体拮抗剂增加了信心。以上研究表明，无论肽类还是非肽类的胰高血糖素受体拮抗剂都能阻断肝脏胰高血糖素受体，发挥降糖效果。,2.受体基因表达抑制剂,这类药物的作用原理是使胰高血糖素靶受体基因表达受阻，使胰高血糖素受体mRNA表达减少，从而达到治疗糖尿病的作用。S100p等用阻断胰高血糖素受体的反义寡核苷酸(AsO)治疗2型糖尿病动物，发现治疗后胰高血糖素受体RNA表达下降，血浆胰高血糖素浓度明显升高，糖耐量改善，甘油三酯和游离脂肪酸明显下降。胰岛形态学上，治疗组胰岛细胞面积明显增大，且有明显的但是可逆的胰岛仅细胞增生和肥大(slo叩等2004)。意外的是，作者还发现接受AsO治疗的动物的血浆GLP一1和胰岛素浓度都明显上升。ASO的研究结果不禁让我们思考：ASO是通过直接影响胰高血糖素通路来改善糖耐量的，还是通过增加GLPl来实现的呢?还是两者的作用兼有呢?还有待于进一步研究。,3胰高血糖素受体基因敲除,：理论上讲，胰高血糖素受体基因敲除(Gcgr一)的动物是可以完全阻断胰高血糖素信号途径进而降低血糖的。Gelling等报道：与野生型小鼠相比，Gc舒一小鼠出现轻度低血糖、高胰高血糖素血症、胰岛d细胞增生(Gelling等2003)。Lee等协1报道，即使在1型糖尿病小鼠，相对于野生型小鼠，Gc铲一小鼠存活率要高得多。conarello等1用高脂饮食和链脲佐菌素(吼)诱导胰岛B细胞损伤，并分析血清代谢表型和胰岛形态学，发现胰高血糖素基因敲除小鼠不仅能够有效对抗高脂饮食诱导的体重增加、高胰岛素血症和高瘦素血症，还能够有效对抗sTZ诱导的胰岛p细胞损伤，口服和腹膜内葡萄糖耐量均得到改善。同样，这个研究也发现：和野生型小鼠比较，基因敲除小鼠出现了明显的GLP-1小鼠的表型：血浆GLP-1明显上升及明显的GLPl增多效应，如体重和摄食均减少，胃排空时间减少，体重下降。这些表现和GLP1受体敲除的小鼠表现是完全相反的m J，这提示：葡萄糖稳态的改善主要是依赖于血浆GLP1的升高。前已述及，胰高血糖素与GLPl的前体物质胰高血糖素原是完全相同的，那么干扰胰高血糖素途径是不是通过某些机制影响GLPl的表达呢?目前尚不清楚。此外，基因敲除小鼠出现胰腺细胞数量增加，血脂代谢紊乱等。因此上述治疗糖尿病的方法的安全性还有待进一步考察研究。,三、受体后干预,目前对胰高血糖素受体后的干预研究还较少，但是仍有部分关于G蛋白偶联受体d敲除动物的研究报告。G蛋白偶联受体在全身多个器官都存在，胰高血糖素受体主要在肝脏，运用肝脏特异性G蛋白基因敲除动物则是干预胰高血糖素信号通路的一个方法。Chen等拉在肝脏特异性Gsd敲除(LGsKO)的小鼠中发现，LGsKO小鼠的肝糖原含量增多、肝脏重量增加、葡萄糖耐量改善。餐后状态下，LGsKO小鼠表现为低血糖、低胰岛素血症、糖异生减弱，但是空腹状态下，LGsKO小鼠的血糖和胰岛素却是正常的，研究者认为这可能是来自于肝外糖异生以及储备肝糖原的分解。另外研究者发现，LGsKO小鼠的餐后血脂代谢正常，但空腹状态下有严重的脂代谢紊乱，即脂肪生成明显增多，甘油三酯和游离脂肪酸明显增高。同胰高血糖素受体基因敲除小鼠J一样，Ko小鼠的GLP-l、胰高血糖素浓度明显升高，胰岛仅细胞增生明显，研究者认为这可能是继发性肝脏胰高血糖素抵抗和慢性低血糖所致。,展 望,总之，现有的研究还是给人以很多希望，更为将来临床筛选治疗糖尿病的新药提供了理论依据。胰高血糖素作为糖尿病发病机制中心环节的重要因子已不可否认，,Glucagon Replacement via Micro-Osmotic PumpCorrects Hypoglycemia and -Cell Hyperplasia inProhormone Convertase 2 Knockout MiceGene C. Webb,1 Murtaza S. Akbar,2 Chongjian Zhao,2 Hewson H. Swift,3 and Donald F. Steiner1,2DIABETES, VOL. 51, FEBRUARY 2002 389-405,A Switch From Prohormone Convertase (PC)-2 to PC1/3Expression in Transplanted -Cells Is Accompanied byD