姜玉峰博士，解放軍306醫(yī)院，全軍糖尿病中心
胰高血糖素-樣肽-1(7–36)酰胺(GLP-1)是一種分泌肽憑借自身減緩胃排空，提高胰腺胰島素分泌，和抑制胰腺胰高血糖素分泌的能力是血糖動態(tài)平衡一個關(guān)鍵決定因素。 GLP-1是胃腸道粘膜L細(xì)胞對進(jìn)餐反應(yīng)所分泌，和GLP-1的降低血糖作用，由于它通過二肽基肽酶-IV(DPPIV)的酶降解終止。釋放的GLP-1激活腸道和自主反射同時也作為一個腸促胰島激素循環(huán)控制胰腺內(nèi)分泌功能。GLP-1受體(GLP-1R)是一種G蛋白偶聯(lián)受體被當(dāng)前2型糖尿病(T2DM)治療使用的降血糖藥直接或間接激活。這些治療藥包括GLP-1R激動劑(艾塞那肽[exenatide]，利拉魯肽[liraglutide]，利西拉肽[lixisenatide]，阿必魯肽[albiglutide]，dulaglutide，和langlenatide)和DPP-IV抑制劑(西他列汀[sitagliptin]，維達(dá)列汀[vildagliptin]，沙格列汀[沙格列汀]，利拉利汀[linagliptin]，和阿格列汀[alogliptin])。T2DM治療使用研究藥物包括GPR119和GPR40受體激動劑刺激從L細(xì)胞釋放GLP-1。在此總結(jié)GLP-1控制血糖動態(tài)平衡的作用，特別強調(diào)基于GLP-1治療藥的優(yōu)點和缺限。
在人類中全身血糖動態(tài)平衡是在胰高血糖素-樣肽-1(7–36)酰胺(GLP-1)的控制下，從小腸內(nèi)分泌L細(xì)胞對餐反應(yīng)分泌的一種肽。L細(xì)胞位于胃腸道粘膜內(nèi)和其作用在對腔糖，氨基酸，和脂肪酸反應(yīng)中釋放GLP-1如同營養(yǎng)傳感器。釋放GLP-1在小腸壁內(nèi)局部作用激活腸腸反射對胃運動控制重要，因此減緩胃排空。同時，釋放GLP-1激活支配腸壁神經(jīng)迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)末梢，和以這種方式，GLP-1啟動迷走–迷走自主神經(jīng)反射控制內(nèi)分泌胰腺功能。循環(huán)GLP-1 還作用如同在內(nèi)分泌胰腺中在蘭格瀚氏小島處激素刺激釋放胰島素，同時抑制胰高血糖素釋放。在血糖控制的餐后相期間，GLP-1的這些即時和多重作用協(xié)奏降低血糖水平。
臨床研究顯示GLP-1的降低血糖作用其本身是葡萄糖-依賴的，更特異性地，GLP-1 減低血糖水平只當(dāng)血糖濃度高于空腹血糖以上時，因為是餐后情況。因為對GLP-1反應(yīng)餐后血糖水平下降，GLP-1的降血糖作用是自身結(jié)束。GLP-1作用的這個明顯的葡萄糖-依賴性質(zhì)導(dǎo)致一種情況靜脈給予GLP-1不能減低血糖水平低于空腹血糖水平。因為給予的GLP-1不產(chǎn)生低血糖，這些臨床發(fā)現(xiàn)已導(dǎo)致使用GLP-1受體(GLP-1R)激動劑對2型糖尿病(T2DM)的治療使用作為降血糖藥的新類別。
GLP-1生物合成，分泌，和降解
小腸L細(xì)胞生成胰高血糖素原(PG)中表達(dá)胰高血糖素原基因是通過激素原轉(zhuǎn)化酶(PC1/3)處置釋放GLP-1(1–37)肽前體。GLP-1(1–37)的內(nèi)肽酶催化裂解生成兩個肽有胰島素促分泌劑性能。這些是GLP-1(7–37)通過酰胺化酶處置生成GLP-1(7–36)酰胺。雖然胰高血糖素基因表達(dá)在胰島α-細(xì)胞中也生成PG，被認(rèn)為α-細(xì)胞不能合成GLP-1由于事實上這些內(nèi)分泌細(xì)胞含一種激素原轉(zhuǎn)化酶(PC2)比胰高血糖素優(yōu)先處置PG。但是，現(xiàn)在明顯胰島內(nèi)內(nèi)分泌細(xì)胞存在“可塑性”這樣在應(yīng)急下或病理生理學(xué)情況包括T2DMα-細(xì)胞合成GLP-1。因此，似乎有可能GLP-1也可作為如同胰島內(nèi)旁分泌激素但在上下文相關(guān)方式。
GLP-1被包裝在分泌顆粒內(nèi)和作為對胞質(zhì)液Ca2+和cAMP升高的反應(yīng)，從小腸L細(xì)胞通過胞吐作用[exocytosis]被釋放。在這方面，重要是注意到L細(xì)胞是電學(xué)上可激動的和L細(xì)胞葡萄糖運載蛋白-介導(dǎo)的攝取葡萄糖是Na+-依賴和電生成的。因此L細(xì)胞對口服給予葡萄糖的反應(yīng)通過生成作用電位觸發(fā)去極化作用誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流通過電壓依賴性鈣離子通道(VDCCs)。從細(xì)胞內(nèi)Ca2+貯存Ca2+移動也是對GLP-1分泌一種刺激，和通過脂肪酸結(jié)合至位于L細(xì)胞的被指定為GPR40一個受體啟動這個Ca2+移動。GLP-1分泌也被被脂肪酸酰胺刺激(油乙醇酰胺)和單酰基甘油(2-油酰甘油)激活GPR119，在L細(xì)胞中正性地耦合至cAMP產(chǎn)生的受體。
從L細(xì)胞釋放的GLP-1在肝-門循環(huán)內(nèi)局部作用激活位于迷走神經(jīng)的感覺神經(jīng)元的GLP-1R。為了調(diào)節(jié)全身代謝這些神經(jīng)元構(gòu)成肝-門葡萄糖感受器與腦干神經(jīng)元交通。發(fā)現(xiàn)肝-門脈循環(huán)內(nèi)釋放的GLP-1的瞬間最高濃度因為GLP-1被二肽基肽酶-IV(DPP-IV)被迅速代謝為GLP-1 (9–36)酰胺。DPP-IV存在兩種形式—一個766個-氨基酸跨膜蛋白和從血漿中發(fā)現(xiàn)較小可溶性形式。DPP-IV的兩種形式都有酶活性，和優(yōu)選底物是肽例如GLP-1含N-倒數(shù)丙氨酸或脯氨酸殘基。對靜脈給予GLP-1的半衰期是小于5分鐘由于其迅速被DPPIV降解。但是，皮摩爾濃度GLP-1激活GLP-1R，和循環(huán)GLP-1的濃度是足夠高允許其激活胰島β-細(xì)胞上GLP-1R。
艾塞那肽是一種抗-DPP-IV肽與GLP-1共享結(jié)構(gòu)同源性。它是艾塞那肽-4合成形式，從希拉毒巨蜥蜥Heloderma分離的一種肽[26]。艾塞那肽是一種在人中GLP-1R激動劑，和它有半衰期約20 分鐘當(dāng)它被靜脈途徑給予時。有T2DM患者接受艾塞那肽通過皮下注射，和循環(huán)艾塞那肽產(chǎn)生一種降血糖作用因為它直接激活GLP-1R?？诜o予DPP-IV抑制劑例如西他列汀和維格列汀對T2DM的治療也有用。通過減緩GLP-1的降解，這些DPP-IV抑制劑增強內(nèi)源性GLP-1激活迷走神經(jīng)的感覺神經(jīng)元的作用構(gòu)成肝-門葡萄糖感受器。DPP-IV抑制劑的小腸作用是有意義的因為是主要2的方法通過它低DPP-IV抑制劑的濃度發(fā)揮降血糖作用。
GLP-1的促胰島素和生長因子性質(zhì)
在1982年Habener實驗室克隆琵琶魚的PG基因后立即，Bell和合作者報告了一個倉鼠PG cDNA的序列。通過倉鼠PG cDNA生物信息學(xué)分析揭示其編碼GLP-1(1–37)來自PG基因外顯子4 。隨后，被Creutzfeldt[30]，Holst，Habener[13]， Weir，和Bloom等實驗室證實可以通過GLP-1(1–37)包括GLP-1(1–36)，GLP-1(7–36)酰胺，和GLP-1(7–37)的衍生物被一種葡萄糖-依賴方式刺激胰腺胰島素分泌。1992年Thorens克隆463-氨基酸大鼠胰腺胰島GLP-1R揭示納摩爾高親和力激動劑結(jié)合至重組GLP-1R，用一個GLP-1(1–37)截斷的代謝物相應(yīng)于GLP-1(7–36)酰胺被測定。
現(xiàn)在認(rèn)識到GLP-1(7–36)酰胺是主要生物活性GLP-1在人血清中存在。分子量3298 Da和30-氨基酸殘基組成有序列HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWLVKGR-NH2。 這個截斷的和完全生物活性GLP-1結(jié)合至人GLP-1R[35,36]表達(dá)在胰島β-細(xì)胞為了加強體內(nèi)葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。重要的是，GLP-1的胰島素促分泌劑作用伴隨在β-細(xì)胞中其刺激胰島素基因轉(zhuǎn)錄，胰島素mRNA 翻譯，和前胰島素生物合成的能力。
可能是同等重要的是，GLP-1的作用也如同一個β-細(xì)胞生長因子，所以在小鼠中，它刺激β-細(xì)胞增殖同時也發(fā)揮一種保護(hù)對β-細(xì)胞死亡加速存活[prosurvival](抗凋亡)作用。因此，有極大興趣這類臨床前發(fā)現(xiàn)關(guān)注GLP-1是否有可應(yīng)用性，對用GLP-1R激動劑治療T2DM患者。
除了改善β-細(xì)胞胰島素分泌和胰島素生物合成，對T2DM的現(xiàn)代治療可能也能夠增加β-細(xì)胞 “質(zhì)量[mass],”或通過刺激β-細(xì)胞復(fù)制或通過減緩β-細(xì)胞死亡。 此外，對某些形式T2DM，鑒定GLP-1R激動劑選擇性地“偏心[bias]”GLP-1R信號傳導(dǎo)對為了實現(xiàn)想要的治療結(jié)局可能有用。在這個方面，最近注意力集中在是否它有可能性合成GLP-1R激動劑變構(gòu)地誘導(dǎo)一個 GLP-1R構(gòu)象增強受體耦合至下游選擇效應(yīng)器例如GTP-結(jié)合蛋白，絲裂原活化蛋白激酶，csrc 激酶，和β-阻抑蛋白[arrestin】。有價值總結(jié)被GLP-1R激活的當(dāng)前已知關(guān)注信號傳導(dǎo)通路。
GLP-1R是一種G蛋白-偶聯(lián)受體(GPCR)是7次越膜跨度結(jié)構(gòu)域蛋白的促胰泌素受體樣家族的成員。這些組B受體包括選擇性結(jié)合促胰泌素，胰高血糖素，葡萄糖-依賴促胰島素肽(GIP)，血管活性腸肽(VIP)，和垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽(PACAP)GPCRs。對激動劑結(jié)合至GLP-1R反應(yīng)中異三聚體GS GTP-結(jié)合蛋白被激活，和它們耦合GLP-1R激動劑占領(lǐng)跨膜腺苷酸環(huán)化酶(TMACs)的刺激作用。在β-細(xì)胞中，TMACs催化ATP的轉(zhuǎn)化為胞質(zhì)cAMP，一種第二信使激活或蛋白激酶A(PKA)或cAMP-調(diào)節(jié)鳥嘌呤核苷酸交換因子被指定為Epac2。PKA是一個絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶磷酸化β-細(xì)胞刺激-分泌耦合的關(guān)鍵底物蛋白和基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。相反，Epac2作用通過Rap1 GTP酶激活一個新穎磷酸酯酶C-epsilon(PLCε)特異性水解磷脂酰肌醇4,5 - 二磷酸(PIP2)。
在β-細(xì)胞中，存在一個GLP-1R激動劑PKA-介導(dǎo)的作用對磷酸化突觸小體相關(guān)蛋白結(jié)合蛋白[Snapin][50]。Snapin是一種伴隨SNAP-25蛋白，可溶性?乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(SNARE)復(fù)合物的一種組分耦合增加胞質(zhì)液Ca2+濃度對胰島素分泌顆粒胞吐作用。通過磷酸化Snapin，GLP-1R激動劑加強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)，因此血葡萄糖水平降低。一種另外PKA-介導(dǎo)的GLP-1R激動劑的作用控制β-細(xì)胞基因表達(dá)通過磷酸化CREB，一種cAMP反應(yīng)元件-結(jié)合蛋白。被激活的CREB結(jié)合cAMP反應(yīng)元件(CREs)位在5′基因啟動子，和它耦合PKA激活對基因轉(zhuǎn)錄的刺激作用。這個CREB-介導(dǎo)的PKA作用被CREB共激活因子例如p300，CREB-結(jié)合蛋白(CBP)，和CRTC (CREB調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)節(jié)因子)促進(jìn)。 許多 CREB-提阿杰基因是在β-細(xì)胞中GLP-1R激動劑控制下，如胰島素基因表達(dá)對CREB-依賴刺激作用所示和胰島素受體底物-2 (IRS-2)基因表達(dá)。
特別有趣的是Epac2在胰腺胰島素分泌的控制的作用。用敲除Epac2基因表達(dá)小鼠的研究顯示Epac2介導(dǎo)GLP-1R激動劑艾塞那肽-4的作用增加第一相葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)動力學(xué)組分。因為在用T2DM患者中第一相葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)是有缺陷的，和因為在T2DM的條件下艾塞那肽-4恢復(fù)第一相葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)，當(dāng)考慮在用T2DM患者中基于GLP-1治療藥物如何恢復(fù)正常血糖似乎Epac2激活可能起特別主要作用。有趣的是，Epac蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)控制葡萄糖動態(tài)平衡和能量消耗中可能也起作用因為它們的激活似乎減低在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)食行為中瘦素的敏感性。
當(dāng)考慮GLP-1R激動劑如何如同β-細(xì)胞營養(yǎng)因子增加β-細(xì)胞質(zhì)粒，β-細(xì)胞株或新生小鼠β-細(xì)胞研究表明它是通過GLP-1為了刺激β-細(xì)胞增殖PKA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)作用細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá) 。有趣的是，一個GLP-1的增殖作用還從PKA介導(dǎo)的β-連環(huán)蛋白的磷酸化結(jié)果，因此表明β-細(xì)胞cAMP–PKA信號分支表現(xiàn)出信號傳導(dǎo)串?dāng)_與一個非規(guī)范Wnt信號通路用轉(zhuǎn)錄因子TCF7L2控制基因表達(dá)。一個另外驚奇發(fā)現(xiàn)是一個截斷的GLP-1被設(shè)計為GLP-1(28–36)酰胺在β-細(xì)胞中刺激cAMP產(chǎn)生，因此激活β-連環(huán)蛋白/TCF7L2信號通路。此外，GLP-1(28–36)酰胺通過改善線粒體功能保護(hù)對β-細(xì)胞葡萄糖毒性[61]。GLP-1(28–36)酰胺是一種細(xì)胞-穿透肽不通過結(jié)合至GLP-1R發(fā)揮其作用，但不是細(xì)胞內(nèi)作用。因此，不清楚GLP-1(28–36)酰胺如何刺激cAMP產(chǎn)生。
PKA-介導(dǎo)的IRS-2表達(dá)的誘導(dǎo)作用也促進(jìn)對GLP-1反應(yīng)中β-細(xì)胞生長，和PKA介導(dǎo)the作用 of GLP-1促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子PDX-1的轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核的，因此增強β-細(xì)胞的分化狀態(tài)。相反，Epac2參與β-細(xì)胞免受被活性氧(ROS)誘發(fā)細(xì)胞毒性的保護(hù)。在β-細(xì)胞中氧化還原的控制是在硫氧還蛋白[thioredoxin,TxN]，和TxNIPs的控制之下是氧化還原的控制-相互作用蛋白 下調(diào)氧化還原氧化還原的控制緩沖能力。因此，顯然GLP-1作用通過Epac2作用抑制TxNIP表達(dá)作用和在β-細(xì)胞中增強氧化還原緩存是顯著的。Epac2還介導(dǎo)GLP-1R激動劑控制β-細(xì)胞質(zhì)量至什么程度和/或活存的作用仍是研究活躍領(lǐng)域。
GLP-1受體激活的分子學(xué)基礎(chǔ)
像其他組B GPCRs，GLP-1R具有一個長細(xì)胞外方向N端約150個氨基酸其中三對二硫鍵創(chuàng)建一個對配體結(jié)合重要的二級機構(gòu)。這個N-端細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域被連接至一個受體核心結(jié)構(gòu)域組成7個跨膜受體α-螺旋與三個細(xì)胞外環(huán)(ECL 1–3)和三個細(xì)胞內(nèi)環(huán)(ICL 1–3)互相連接。根據(jù)對甲狀旁腺激素(PTH)GPCR組研究原始得到發(fā)現(xiàn)，對GLP-1R激活存在一個兩個-結(jié)構(gòu)域模型其中GLP-1(7–36)酰胺α-螺旋C-端與受體's N-端結(jié)構(gòu)域相互作用，而GLP-1(7–36)酰胺的N-端與GLP-1R的ECL-1和ECL-2相互作用。配體結(jié)合的親和力和選擇性被GLP-1(7–36)酰胺C端與受體N-端結(jié)構(gòu)域的相互作用決定，而GLP-1R至細(xì)胞內(nèi)信號通路的耦合受受體核心結(jié)構(gòu)區(qū)和其細(xì)胞內(nèi)環(huán)強烈影響。在這個方面，ICL-3是對GLP-1R-刺激的腺苷酸環(huán)化酶活性是主要重要性。
存在一種另外GLP-1R激活模型其中建議GLP-1(7–36)酰胺的結(jié)合至受體導(dǎo)致一個受體的N-端結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)重排所以受體的N-端內(nèi)一個五肽NRTFD簽名序列作用如同在受體的ECL-2或ECL-3處一個內(nèi)源性激動劑。在這個模型中，簽名序列作用如同一個“拴系[tethered]配體” 促進(jìn)GLP-1R激活。添加到這種復(fù)雜性，GLP-1R的信號性質(zhì)也是被形成同源二聚體能力決定其中受體二聚化作用發(fā)生在四個受體原體跨膜螺旋的各個界面處。
因為小分子GLP-1R激動劑為T2DM的治療是高度理想，相當(dāng)大努力曾花費意向鑒定配體結(jié)合至GLP-1R的精確機制。核磁共振(NMR)分析利用B GPCRs分離的N-端細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域組揭示這些配體-結(jié)合結(jié)構(gòu)域含一個核心結(jié)構(gòu)兩片反平行β-片組成被三個二硫鍵穩(wěn)定化。X-線晶體學(xué)分析還揭示這些β-片是連接至一個N-端α-螺旋為了形成一個“折疊”組B GPCRs之中是高度保守的。這個折疊內(nèi)GLP-1(7–36)酰胺的結(jié)合導(dǎo)致GLP-1(7–36)酰胺結(jié)構(gòu)重排所以它從其無序溶液結(jié)構(gòu)過渡至一個誘導(dǎo)的α-螺旋構(gòu)象有疏水性殘基被包埋在折疊內(nèi)。
因為GLP-1(7–36)酰胺的結(jié)合至GLP-1R是伴有肽結(jié)構(gòu)重排為了刺激受體信號，它是了解合理設(shè)計小分子GLP-1R激動劑是復(fù)雜和不能通過GLP-1(7–36)酰胺無序溶液結(jié)構(gòu)簡單地指導(dǎo)。但是，GLP-1(7–36)酰胺采用多種構(gòu)象的靈活性對GLP-1R的對設(shè)計小分子變構(gòu)調(diào)制器的當(dāng)前努力的觀點可能有意義[76–78]。這些調(diào)制器結(jié)合來自GLP-1(7–36)酰胺受體不同區(qū)域，和它們可能致GLP-1(7–36)酰胺采用一種構(gòu)象“偏信biases” 其信號傳導(dǎo)性質(zhì)所以它激活選擇下游通路。在有些用GLP-1R激動劑治療的T2DM患者報道發(fā)生潛在危險胰島細(xì)胞增生，它有可能 設(shè)計GLP-1R的變構(gòu)調(diào)制器優(yōu)選刺激胰島素分泌而不是胰島生長。
GLP-1控制胰腺β-細(xì)胞胰島素分泌
在分離的胰小島的研究，葡萄糖濃度的逐步增加從2.8至16.7 mM導(dǎo)致一個胰島素分泌的初始第一相動力學(xué)組分，接著是延遲的第二相，GSS的兩個相的幅度被GLP-1增強。GLP-1的這些胰島素促分泌劑作用也是可測量的體內(nèi)葡萄糖鉗夾的條件下其中一個GLP-1R激動劑被靜脈輸注同時以逐步方式升高血葡萄糖濃度[56]。在有糖尿病前期患者有一種特征性丟失第一相葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)在給予GLP-1條件下可恢復(fù)。當(dāng)T2DM進(jìn)展，第二相葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS) 有一個另外的丟失，和它在急性GLP-1給予也可被恢復(fù)。這類發(fā)現(xiàn) 表明在T2DM，GLP-1有迅速恢復(fù)葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)能力與任何長期作用增加胰島胰島素量無關(guān)。假設(shè)，這類GLP-1急性的作用反映，至少部分，其生理學(xué)作用作為一個腸促胰島激素其中它激活位于胰島β-細(xì)胞的GLP-1R。
當(dāng)考慮 GLP-1體內(nèi)急性胰島素促分泌劑作用，還認(rèn)為葡萄糖的口服給予導(dǎo)致迷走-迷走反射的激活允許GLP-1間接控制胰島素胞吐作用。因此，從L細(xì)胞釋放的GLP-1激活迷走神經(jīng)的感覺神經(jīng)元投射至腦干為了啟動傳出迷走反射通過自主神經(jīng)系統(tǒng)的副交感神經(jīng)分支。副交感神經(jīng)神經(jīng)元在胰小島內(nèi)釋放乙酰膽堿(ACh)為了激活毒蕈堿樣膽堿能受體刺激在β-細(xì)胞中Ca2+動員，和這些神經(jīng)元還釋放PACAP刺激在β-細(xì)胞中cAMP生產(chǎn)。網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)是一種GLP-1間接和神經(jīng)介導(dǎo)作用增強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。
GLP-1激活GLP-1R的直接作用對β-細(xì)胞導(dǎo)致AMP信號機制PKA和Epac2分支的雙重激活。在這個方式，GLP-1有助于葡萄糖-依賴ATP-敏感K+通道(KATP)的關(guān)閉。凈效應(yīng)是β-細(xì)胞去極化作用與隨之激活的VDDCs為了允許Ca2+內(nèi)流刺激Ca2+-依賴胰島素分泌。同時地，GLP-1增強一種Ca2+-誘導(dǎo)Ca2+釋放(CICR)機制其中Ca2+內(nèi)流觸發(fā)從細(xì)胞內(nèi)Ca2+貯存Ca2+的釋放。這個被動員的Ca2+然后作用如同對Ca2+-依賴胰島素分泌增加刺激，在用T2DM患者中，β-細(xì)胞葡萄糖代謝功能失調(diào)所以葡萄糖不能完全閉合ATP敏感鉀離子通道為了刺激 Ca2+內(nèi)流。這些病理生理學(xué)情況下，單獨葡萄糖不能生成至關(guān)重要的重要胞質(zhì)液Ca2+信號啟動胰島素胞吐作用。通過促進(jìn)葡萄糖-依賴ATP敏感鉀離子通道閉合和通過增強CICR，GLP-1恢復(fù)Ca2+信號，因此允許葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)發(fā)生。
圖在β-細(xì)胞中GLP-1刺激-分泌偶聯(lián)GLP-1結(jié)合至其GPCR受體的作用為了刺激cAMP 產(chǎn)生和加強和增強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。GLP-1的一種cAMP-依賴作用是通過PKA介導(dǎo)磷酸化分泌顆粒-結(jié)合蛋白(如，Snapin) 為了促進(jìn)Ca2+-依賴胰島素胞吐作用。 GLP-1的PKA-無關(guān)作用是通過cAMP-調(diào)節(jié)的鳥嘌呤核苷酸交換因子Epac2介導(dǎo)。CAMP與Epac2的結(jié)合導(dǎo)致Rap1 GTPase和PLCε的順序激活，因此促進(jìn)PIP2 水解和細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 動員。GLP-1還發(fā)揮PKA和Epac2-介導(dǎo)的作用增強葡萄糖-依賴ATP敏感鉀離子通道閉合，因此促進(jìn)Ca2+內(nèi)流通過VDCCs。GLP-1與胰島素分泌相關(guān)的主要作用是作用如同β-細(xì)胞葡萄糖敏化劑為了增強胰島素胞吐作用 介導(dǎo) 通過觸發(fā)和放大葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)的通路?？s寫: GK，葡萄糖激酶；ΔVm，去極化；Kv，電壓依賴性鉀離子通道，KCa，鈣激活鉀離子通道。
當(dāng)考慮GLP-1如何從健康個體β-細(xì)胞增強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)，存在不同場景。在這些非病理條件下，葡萄糖代謝的偶聯(lián)至ATP敏感鉀離子通道閉合不被干擾，所以葡萄糖是完全能生成刺激胰島素胞吐作用胞質(zhì)液Ca2+信號。重要地是，用GLP-1處理β-細(xì)胞條件下單細(xì)胞研究顯示這個Ca2+信號是對胰島素胞吐作用更有效刺激[91]。這類GLP-1促進(jìn)胞吐作用被其PKA-和Epac2-介導(dǎo)的作用解釋，發(fā)生在β-細(xì)胞刺激-分泌偶聯(lián)步驟的“后”步驟和促進(jìn)Ca2+-依賴分泌顆粒與漿膜的融合。
因為在用T2DM患者中GLP-1的ATP敏感鉀離子通道依賴作用可解釋GLP-1的胰島素促分泌劑性能，對總結(jié)關(guān)注這個效應(yīng)什么已知是有用的。GLP-1的ATP敏感鉀離子通道恢復(fù)閉合通過條件下是可測量的，其中大鼠P-細(xì)胞最初是暴露于一個細(xì)胞內(nèi)ATP耗盡無葡萄糖溶液[85]。每周葡萄糖的短暫再引入，抑制ATP敏感鉀離子通道活性，和葡萄糖的這個作用被GLP-1大大增強。這類GLP-1的恢復(fù)作用，反映改變ATP敏感鉀離子通道腺嘌呤核苷酸敏感性的能力，所以在對胞質(zhì)液葡萄糖代謝產(chǎn)生ATP/ADP比值濃度增加反應(yīng)中這些通道更有效閉合。事實上，在磺脲類受體-1型PKA減低Mg-ADP的刺激作用，而Epac2增強ATP的抑制性作用在Kir6.2。ATP敏感鉀離子通道的這些雙重機制調(diào)控GLP-1的能力作用如同一個β-細(xì)胞葡萄糖敏化劑，所以，可能促進(jìn)葡萄糖代謝依賴β-細(xì)胞的去極化作用。
缺乏磺脲類受體-1型(SUR1)小鼠的研究和孔隙形成ATP敏感鉀離子通道亞單位Kir6.2提供另外證據(jù)對ATP敏感鉀離子通道的GLP-1通道依賴性作用刺激胰島素分泌。在這些磺脲類受體-1型和Kir6.2敲除小鼠，缺乏[ 95,96]或減低GLP-1增強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。此外，在包藏酪氨酸停止編碼(Y12STOP)突變小鼠在對Kir6.2基因編碼，缺乏ATP敏感鉀離子通道表達(dá)和GLP-1-刺激胰島素分泌。重要發(fā)現(xiàn) are also provided by a study of有新生兒糖尿病(NDM)患者 owing to gain-of-功能突變(C435R；R1380H) in the基因編碼for 磺脲類受體-1型.99 這些突變導(dǎo)致overactive ATP敏感鉀離子通道 通道和a從而的減少葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。值得注意的是，在這些患者中GLP-1R激動劑的給予恢復(fù)胰島素分泌。
在胰島素抵抗嚙齒類模型中改變的GLP-1作用
有趣的是注意到在小鼠用高脂肪飲食喂養(yǎng)(HFD)發(fā)生β-細(xì)胞內(nèi)Epac2的表達(dá)對β-細(xì)胞代償作用是至關(guān)重要。高脂肪膳食[HFD]誘導(dǎo)胰島素抵抗，和這些條件下，葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)是增強為了代償對胰島素抵抗。當(dāng)野生型(WT)和Epac2敲除小鼠喂予高脂肪膳食[HFD]比較，Epac2敲除小鼠中有可能顯示代償性葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)喪失。在分離的胰小島中Epac2對使葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)這個非期望作用是可測量的和不需要用GLP-1R激動劑治療小島。此外，高脂肪膳食[HFD]條件下的這個代償作用來自β-細(xì)胞Ca2+處置的改變的結(jié)果這樣存在葡萄糖-依賴Ca2+內(nèi)流和Ca2+流通增強。因為Epac2介導(dǎo)GLP-1對Ca2+內(nèi)流和動員的刺激效應(yīng)，在β-細(xì)胞cAMP信號網(wǎng)絡(luò)中似乎存在“可塑性”這樣高脂肪膳食[HFD]導(dǎo)致葡萄糖代謝對Epac2激活和胰島素分泌的非期望偶聯(lián)。
因為喂與高脂肪膳食[HFD]小鼠的小島中GLP-1R表達(dá)升高，顯而易見GLP-1也參加對飲食-誘導(dǎo)胰島素抵抗胰小島的功能性適應(yīng)中。在這個方面，有趣的是注意到高脂肪膳食[HFD]條件下，體內(nèi)給予一種GLP-1R激動劑導(dǎo)致在分離的胰小島中可測定的另外的葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)的代償性增加是“持久的”完全缺乏體外GLP-1R刺激作用。這個發(fā)現(xiàn)表明一個GLP-1R激動劑有上調(diào)表達(dá)能力和β-細(xì)胞的關(guān)鍵組分的功能刺激分泌耦合機制，最可能包括葡萄糖-感應(yīng)，氧化葡萄糖代謝，離子通道調(diào)節(jié)，和Ca2+-依賴胞吐作用。
當(dāng)考慮高脂肪膳食[HFD]如何也誘導(dǎo)胰島增生與一個增加β-細(xì)胞質(zhì)量的代償性時，可能是β-細(xì)胞上GLP-1R表達(dá)增加起作用。因此，增加的GLP-1R表達(dá)可能有利于增加β-細(xì)胞對循環(huán)GLP-1敏感性，因此允許GLP-1有效通過cAMP，PKA信號，和Epac2上調(diào)β-細(xì)胞增殖和生存。 雖然這是一個誘人的假設(shè)，最近研究表明在喂與正常飲食小鼠中，增強PKA活性本身不增加β-細(xì)胞質(zhì)量。此外，在喂與正常飲食小鼠中Epac2表達(dá)的敲除不導(dǎo)致的減低β-細(xì)胞質(zhì)量[54]。但是，在小鼠喂與一種高脂肪膳食[HFD]可能，可能揭示胰島增生的誘導(dǎo)作用中對PKA和Epac2的作用。
因為GLP-1存在cAMP-無關(guān)的作用，這類作用可能在促進(jìn)高脂肪膳食[HFD]條件下β-細(xì)胞的適應(yīng)性反應(yīng)中也起作用。因此，有興趣總結(jié)GLP-1什么是已知的關(guān)注cAMP-無關(guān)的作用允許它作用如同一個β-細(xì)胞營養(yǎng)因子。主要地用β-細(xì)胞株或小鼠β-細(xì)胞進(jìn)行研究顯示cAMP-無關(guān)的作用GLP-1R激動劑以抵消內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和通過GLP-1R通過β-阻抑蛋白信號和表皮生長因子(EGF)受體反式-激活為了下調(diào)前凋亡的蛋白BAD的活性，SirT1脫乙酰基酶，和轉(zhuǎn)錄因子FoxO1。GLP-1還上調(diào)c-Src激酶，磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3-激酶)，蛋白激酶B(PKB)，蛋白激酶c-zeta(PKC-ζ)[118]和細(xì)胞外信號-調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)的活性?？梢韵胂?，這些生長因子-樣信號通路可能被變構(gòu)GLP-1R激動劑選擇性激活被有“偏誤的[biased]”信號傳導(dǎo)性質(zhì)和在高脂肪膳食[HFD]條件下為了促進(jìn)β-細(xì)胞代償作用結(jié)合GLP-1R。通過
一個高圖形研究領(lǐng)域關(guān)注在神經(jīng)系統(tǒng)中GLP-1作用，和最近意識到這類GLP-1的作用對葡萄糖調(diào)節(jié)是重要。通過注射一種GLP-1R激動劑至肝門靜脈迷走-迷走反射被激活和在迷走神經(jīng)感覺傳入神經(jīng)元和也在迷走傳出神經(jīng)元可測量到電活性增加。葡萄糖的門脈內(nèi)給藥通過測量誘導(dǎo)的胰島素分泌，也可能顯示通過葡萄糖與GLP-1共同給予增加葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)。GLP-1增強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)的這個作用被神經(jīng)節(jié)阻斷劑減低， 如期望是否為了刺激胰島素分泌迷走-迷走反射激活神經(jīng)元內(nèi)胰腺神經(jīng)節(jié)。迷走神經(jīng)的感覺神經(jīng)元表達(dá)GLP-1受，和直接應(yīng)用GL-1至迷走神經(jīng)結(jié)狀神經(jīng)節(jié)傳入細(xì)胞體內(nèi)導(dǎo)致動作電位產(chǎn)生。
被GLP-1激活的迷走神經(jīng)的感覺神經(jīng)元投射至腦干和下丘腦，和GLP-1R激動劑艾塞那肽-4被腹腔給予條件下，一個外科膈下迷走神經(jīng)切除位于下視丘和室旁核內(nèi)神經(jīng)元激活的減弱。 用大鼠得到的這類發(fā)現(xiàn)表明外周給予艾塞那肽-4通過迷走神經(jīng)刺激神經(jīng)活動作用在腦內(nèi)和艾塞那肽-4的這個作用補充它跨越血–腦屏障為了激活CNS GLP-1受體更直接作用。在人中也發(fā)生GLP-1R激動劑的迷走神經(jīng)介導(dǎo)作用因為治療幽門成形術(shù)在切除迷走神經(jīng)患者，靜脈輸注GLP-1抑制食欲，減慢胃排空，刺激胰島素分泌，和抑制胰高血糖素分泌的能力減低。
GLP-1受體在腦內(nèi)廣泛表達(dá)在那里通過神經(jīng)元釋放GLP-1它們被激活。因此，GLP-1是一個神經(jīng)肽，和神經(jīng)解剖學(xué)研究顯示它包含位于延髓尾孤束核(NTS)神經(jīng)元細(xì)胞體，中縫隱，和中間網(wǎng)狀核。這些神經(jīng)元的軸索投射至腦的區(qū)域涉及控制食欲，代謝，水?dāng)z取，應(yīng)急，和心血管功能。這些區(qū)域包括迷走神經(jīng)背核，背內(nèi)側(cè)和室旁下視丘核，腹腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)，和丘腦室旁核。GLP-1-含神經(jīng)元投射至腦干在那里它們突觸在膽堿能迷走遠(yuǎn)動神經(jīng)元，它們的有些投射至胰腺。總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明GLP-1通過三種機制控制迷走傳出活性：(1)迷走-迷走反射其中GLP-1初始激活位于迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)末梢的GLP-1R，(2) 需要循環(huán)GLP-1的一種作用在，或輸送跨越血–腦屏障為了激活腦干神經(jīng)回路 ,和(3)直接或間接突觸繼電器其中腦內(nèi)GLP-1釋放激活迷走運動神經(jīng)元。
當(dāng)考慮GLP-1的這類神經(jīng)影響的生理學(xué)意義時，重要是注意到胰島素分泌的神經(jīng)控制不是為了測量一種GLP-1R激動劑的胰島素促分泌劑作用絕對需求。利用Pdx1-hGLP1R:Glp1r?/?小鼠給予抗DPP-IV- GLP-1R激動劑艾塞那肽-4研究葡萄糖調(diào)節(jié)中顯示這個事實。這些工程化小鼠在任何組織都不表達(dá)小鼠GLP-1R，而只在胰腺中它們表達(dá)重組人GLP-1受體。在這類小鼠中，艾塞那肽-4發(fā)揮其正常作用加強葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)和在沒有神經(jīng)改善GLP-1R激活糖耐量。
盡管事實在Pdx1-hGLP1R:Glp1r?/?小鼠保留GLP-1R激動劑作用，有理由相信神經(jīng)系統(tǒng)的確事實上介導(dǎo)GLP-1的重要葡萄糖調(diào)節(jié)的作用。例如，小鼠用葡萄糖灌胃條件下誘導(dǎo)胰腺胰島素分泌，GLP-1R拮抗劑艾塞那肽(9–39)一個腦室間(i.c.v.)注射導(dǎo)致較低胰島素被分泌。此外，通過葡萄糖灌胃骨骼肌內(nèi)葡萄糖攝取和胰高血糖素合成被增強，和葡萄糖的這個效應(yīng)被通過腦室間(i.c.v.)途徑輸送艾塞那肽(9–39)阻斷。這類發(fā)現(xiàn)表明的初始餐后狀態(tài)期間小腸葡萄糖吸收，GLP-1“主要的”全機體代謝通過腦內(nèi)作用促使胰腺胰島素分泌同時也增強骨骼肌葡萄糖處置。
有趣的是，GLP-1的神經(jīng)介導(dǎo)作用對葡萄糖調(diào)節(jié)是重要可能是不同條件下模仿餐后狀態(tài)當(dāng)血葡萄糖水平正在升高。在小鼠利用輸注鉗夾技術(shù)的研究升高血葡萄糖和胰島素的水平，報道 腦室間(i.c.v.)給予GLP-1R激動劑艾塞那肽-4減低血流和骨骼肌內(nèi)葡萄糖攝取。同時地，為了增強胰島素-依賴肝葡萄糖攝取胰島素分泌被刺激。因此，與如前所述最初用餐狀態(tài)的葡萄糖吸收相反，GLP-1在餐后狀態(tài)作用轉(zhuǎn)移葡萄糖處置，從最初用餐狀態(tài)肌肉至肝臟。所得到肝胰高血糖素合成允許在隨后空腹?fàn)顟B(tài)期間足夠胰高血糖素動員和肝葡萄糖生產(chǎn)。GLP-1的這樣神經(jīng)介導(dǎo)效應(yīng)發(fā)生在健康人和/或有T2DM患者仍有待證實.。
還認(rèn)識到GLP-1受體位于神經(jīng)元弓形核(Arc)內(nèi)被激活為了GLP-1刺激胰島素分泌同時還抑制肝葡萄糖生產(chǎn)。通過發(fā)現(xiàn)在這些神經(jīng)回路傳輸由控制ATP敏感鉀離子通道神經(jīng)肽，營養(yǎng)物，和激素調(diào)制，提供可能解釋GLP-1如何改變在弓形內(nèi)神經(jīng)功能的一種機制。 在這個方面，為了調(diào)節(jié)血糖動態(tài)平衡，GLP-1可能抑制弓形內(nèi)ATP敏感鉀離子通道活性。將有趣評估GLP-1的這個作用對葡萄糖-反應(yīng)弓形內(nèi)神經(jīng)元是否是選擇性和ATP敏感鉀離子通道活性的抑制作用是否如對β-細(xì)胞描述Epac2激活的結(jié)果。此外，因為在弓形內(nèi)瘦素激活A(yù)TP敏感鉀離子通道， 可能是GLP-1和瘦素作用作為反調(diào)節(jié)激素控制弓形回路對葡萄糖調(diào)節(jié)重要。
最后，有興趣注意到正在評價GLP-1R激動劑為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中使用。在一項體外阿爾茨海默氏病的模型，GLP-1保護(hù)海馬神經(jīng)元來自被淀粉樣-β肽誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性。 還驚奇是報告這類神經(jīng)保護(hù)是GLP-1(9–36)酰胺賦予的，它是GLP-1(7–36)酰胺被DPP-IV-催化降解生成的代謝物。這個發(fā)現(xiàn)提示存在一個非常規(guī)GLP-1R，雖然其鑒定仍不知道。正如興趣，有GLP-1R激動劑治療帕金森氏病潛在用途?？偟膩碚f，得到的證據(jù)提示這些GLP-1的神經(jīng)保護(hù)作用可能是對其在腦中改變葡萄糖動態(tài)平衡能力是次要的。例如，高血糖的條件下，周邊給予GLP-1增加神經(jīng)元己糖激酶的磷酸化速度(Vmax)同時也增加血–腦葡萄糖 運輸能力(Tmax)。
GLP-1受體激動劑
藥物開發(fā)戰(zhàn)略已導(dǎo)致GLP-1R激動劑的鑒定那是或基于肽或小分子。對基于肽GLP-1R激動劑，為了分類將存在進(jìn)一步分成亞類“腸促胰島素類似物”或“GLP-1 類似物,” 如表內(nèi)總結(jié)。艾塞那肽，也稱為Byetta，是原型腸促胰島素類似物和它是艾塞那肽-4(Ex-4)的合成形式。相反，原型GLP-1類似物為利拉魯肽，也稱為Victoza。利拉魯肽是結(jié)構(gòu)上等同于GLP-1(7–37)除了賴氨酸殘基26是被其共軛至一個十六烷(C16)側(cè)鏈被乙?；?，而殘基34含精氨酸而不是在天然GLP-1內(nèi)發(fā)現(xiàn)的賴氨酸殘基。艾塞那肽和利拉魯肽都是在GLP-1R處高親和力激動劑，但它們對被DPP-IV水解相對有抗力。例如，靜脈給藥后，循環(huán)GLP-1的半衰期是僅1.5–5.0分鐘，而艾塞那肽和利拉魯肽的半衰期分別為26分鐘和8 h。因此，當(dāng)它們被皮下注射至有T2DM患者艾塞那肽和利拉魯肽發(fā)揮延長降血糖作用。
機械地，利拉魯肽的十六烷側(cè)鏈允許這個肽通過疏水性相互作用結(jié)合至血漿白蛋白，因此被DPP-IV水解最小化。在GLP-1類似物阿必魯肽中，為了實現(xiàn)DPP-IV抵抗GLP-1(7–36) 的兩個分子被串聯(lián)融合和串聯(lián)是共價地結(jié)合至重組人白蛋白。同時地，在殘基8處引人一個甘氨酸取代i 為了改善DPP-IV抵抗。在dulaglutide中，采用不同方法其中GLP-1(7–36)被融合至人免疫球蛋白重鏈恒定的γ4鏈(IgGγ4-Fc)創(chuàng)建一個單體然后與本身二聚化為了生成抗DPP-IV-的GLP-1R激動劑。
意向鑒定小分子GLP-1R激動劑非常復(fù)雜被復(fù)雜配體–受體相互作用這是組B GPCRs的特征。盡管這個復(fù)雜，描述GLP-1R新以前-變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。這些小分子不僅作用如GLP-1R激動劑(以前對照)而且還修飾GLP-1本身激活GLP-1R(變構(gòu)對照)的能力。當(dāng)前臨床前研究下合成的以前-變構(gòu)調(diào)節(jié)劑包括被取代喹喔啉[quinoxaline]和環(huán)丁烷衍生物取代的喹喔啉被設(shè)計為化合物2作用如同在GLP-1R處一個部分激動劑，但它被特別地揭示化合物2的療效作為一個cAMP-升高藥物被GLP-1R拮抗劑艾塞那肽(9–39)增強而不是減低。這個發(fā)現(xiàn)與變構(gòu)概念一致從化合物2結(jié)合至GLP-1R上一個位點通過基于肽激動劑和拮抗劑不能識別結(jié)果。擴展這些發(fā)現(xiàn)，被報道新穎取代的嘧啶作用也如同GLP-1R激動劑和它們與放射性標(biāo)記GLP-1對與GLP-1R結(jié)合不競爭。
GLP-1R激活被喹喔啉化合物3是通過突變引入至跨膜α-螺旋2和7，強烈影響而這類突變不改變GLP-1的作用[183]。這些發(fā)現(xiàn)表明小分子激動劑激活或調(diào)節(jié)GLP-1R以一種方式不同于 GLP-1。事實上，一個喹喔啉(化合物2)和一個嘧啶(化合物B)作用在一種添加方式激活GLP-1R條件下其中受體被截斷的去掉N-端細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域在GLP-1的C-端結(jié)合[184]。 正如耐人尋味，以前-變構(gòu)調(diào)節(jié)劑GLP-1R-介導(dǎo)的信號性質(zhì)是不相同，因此提示這類激動劑調(diào)節(jié)可被用為了實現(xiàn)信號傳導(dǎo)偏信[bias。
DPP-IV抑制劑
DPP-IV被DPP4基因編碼是絲氨酸蛋白酶的脯氨酰寡肽家族成員，和它在控制免疫功能中起作用和是腸促胰島激素作用的關(guān)鍵決定因素。DPP-IV存在如同可溶性循環(huán)形式或如同一類型跨膜絲氨酸外肽酶。酶的兩種形式催化二肽從含平均30-氨基酸殘基肽底物的N-端和在倒數(shù)第二個位置有一個脯氨酸或丙氨酸殘基處裂解。些底物包括趨化因子(CCL5)，神經(jīng)肽(PYY和NPY)，和激素(GLP-1和葡萄糖-依賴促胰島素肽[GIP])。DPP-IV名詞其中還存在被稱為腺苷脫氨酶復(fù)合蛋白2(ADCP 2)或為T-細(xì)胞激活抗原CD26。在內(nèi)皮細(xì)胞，分化的表皮細(xì)胞，和淋巴細(xì)胞上高度表達(dá)DPP-IV。在免疫系統(tǒng)中，DPP-IV存在如同一種內(nèi)在膜蛋白[integral membrane]糖蛋白 其中它作用如同一個控制細(xì)胞內(nèi)信號通路對T-細(xì)胞增殖和T-細(xì)胞激活重要的輔助因子。
晶體學(xué)分析與分子學(xué)模型分析結(jié)合揭示766-氨基酸殘基DPP-IV含一個N-端β-螺旋槳結(jié)構(gòu)域[propeller domain]和一個C-端α/β水解酶結(jié)構(gòu)域在一起形成一個腔其中位于酶的活性部位。DPP-IV的一個顯著特點是該酶的α/β水解酶結(jié)構(gòu)域含一個絲氨酸–天門冬氨酸–組氨酸催化三聯(lián)體，而β-螺旋槳結(jié)構(gòu)域含兩個是對催化功能需要谷氨酸殘基和對準(zhǔn)底物肽只讓倒數(shù)第二脯氨酸或丙氨酸殘基可能從事活性位點。DPP-IV的這個結(jié)構(gòu)特點解釋它的底物特異性其中它水解有N-端X-脯氨酸或X-丙氨酸殘基的肽。
在表2.2中總結(jié)了現(xiàn)被為T2DM的治療小分子DPP-IV抑制劑的藥理學(xué)性質(zhì)。DPP-IV抑制劑的黃嘌呤類包括西他列汀，利拉利汀,和阿格列汀，而維格列汀和沙格列汀是DPP-IV抑制劑的氰基吡咯烷類的成員。DPP-IV活性的抑制作用被西他列汀被實現(xiàn)通過其非共價結(jié)合至保守的谷氨酸殘基[205和206]位于酶的β-螺旋槳內(nèi)，而沙格列汀不僅結(jié)合至這些谷氨酸殘基而且也至位于α/β水解酶結(jié)構(gòu)域的催化三聯(lián)體內(nèi)絲氨酸殘基。一般說來，氰基吡咯烷類例如沙格列汀是DPP-IV酶活性競爭性抑制劑而不是非競爭性抑制劑因為它們與絲氨酸殘基630位于酶活性部位內(nèi)形成可逆性共價鍵。
DPP-IV催化GLP-1(7–36)酰胺的水解生成GLP-1(9–36)酰胺和N-端組氨酸–丙氨酸二肽。因此，DPP-IV抑制劑升高內(nèi)源性GLP-1(7–36)酰胺的水平，和可能是在臨床相關(guān)劑量，DPP-IV抑制劑的這個作用在肝-門脈循環(huán)中或在L細(xì)胞的界面和迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)末梢產(chǎn)生GLP-1(7–36)酰胺的相對地選擇性增加。因為DPP-IV抑制劑抑制GLP-1(9–36)酰胺酶學(xué)生產(chǎn)，而還阻止組氨酸–丙氨酸二肽的釋放，關(guān)注這些兩個代謝物可能有重要生物學(xué)作用，在給予DPP-IV抑制劑患者將會失去。事實上，GLP-1(9–36)酰胺在神經(jīng)原和心肌細(xì)胞發(fā)揮促生存作用[154,206]同時還在肥胖患者中抑制肝葡萄糖生產(chǎn)。此外，被報道在小鼠中組氨酸–丙氨酸二肽影響糖耐量和胰島素分泌。
基于GLP-1-戰(zhàn)略為T2DM的治療
一個為T2DM的治療基于GLP-1戰(zhàn)略表明鑒于事實GLP-1R激動劑和DPP-IV抑制劑發(fā)揮一種有益的系列生理學(xué)效應(yīng)包括(1)葡萄糖-依賴胰島素分泌的刺激，(2)胰高血糖素分泌的抑制，(3)血葡萄糖的正?；瘺]有伴隨的低血糖風(fēng)險，(4)胃排空的減慢，(5)食欲抑制，和(6)體重減輕。潛在的另外獲益是作用促進(jìn)β-細(xì)胞生存通過降低凋亡或通過刺激β-細(xì)胞增殖促進(jìn)β-細(xì)胞再生。因此，原來期望這樣一種基于GLP-1治療可能導(dǎo)致一個長期緩解和可能治愈T2DM[210]。自從一種基于GLP-1治療的觀念已導(dǎo)致術(shù)語“腸促胰島素治療，”重要注意到當(dāng)考慮為T2DM的治療使用腸促胰島素，只有 GLP-1是有效的，而葡萄糖-依賴促胰島素肽[GIP]是無效的。
目前可得到的GLP-1R激動劑包括艾塞那肽(在2005年在美國被批準(zhǔn))和利拉魯肽(2010年在美國被批準(zhǔn))，二者都是通過皮下注射給藥。艾塞那肽被批準(zhǔn) 1天2次使用，而利拉魯肽被批準(zhǔn)1天1次使用。一種艾塞那肽緩釋(ER)制劑是意向1周1次使用。研究下另外的長效作用制劑包括一個艾塞那肽長效制劑，可每6個月給予1次。與艾塞那肽和利拉魯肽相反，DPP-IV抑制劑是可口服給予和因此是當(dāng)前在美國治療T2DM更便利措施，這類有四個已批準(zhǔn)藥物。西他列汀2006年第一個被批準(zhǔn)，和此后，曾批準(zhǔn)另外三個DPP-IV抑制劑，它們是沙格列汀，利拉利汀，和阿格列汀。此外，在其他國家可得到維格列汀和吉格列汀[gemigliptin]。
當(dāng)考慮為T2DM的治療GLP-1R激動劑或DPP-IV抑制劑的使用，重要是注意到DPP-IV抑制劑升高循環(huán)GLP-1的水平約2倍，而GLP-1R激動劑發(fā)揮劑量-依賴藥理學(xué)作用相當(dāng)更強因為它們循環(huán)水平溶液超過內(nèi)源性GLP-1水平8倍。這些藥理學(xué)差別可解釋為什么GLP-1R激動劑是胃排空更有效抑制劑，而且也抑制食欲和促進(jìn)體重減輕，事實上，在有些患者中，GLP-1R激動劑的高效力可能導(dǎo)致惡心和嘔吐不良副作用。
GLP-1R激動劑和DPP-IV抑制劑在T2DM患者中被批準(zhǔn)使用，典型地作為飲食和鍛煉的輔助和作為或單藥治療或與其他抗糖尿病藥物聯(lián)合治療。建議艾塞那肽ER和利拉魯肽不作為一線治療盡管它們可能被考慮為單藥治療，在因為缺乏療效不能使用其他一線治療的患者或由于禁忌證例如變態(tài)反應(yīng)性超敏性，腎病終末期，和胃腸道疾病。在有超敏性反應(yīng)例如蕁麻疹，血管水腫，或支氣管超敏性患者也禁忌DPP-IV抑制劑。除了嚴(yán)重性超敏性病史作為禁忌證，在髓性甲狀腺癌有個人或家族史患者或多內(nèi)分泌腺瘤綜合征2型(MEN2)病史也禁忌艾塞那肽ER和利拉魯肽。對艾塞那肽和利拉魯肽或各種DPP-IV抑制劑的處方資料，警告說明書，和注意事項節(jié)也列出胰腺炎作為其使用潛在不良副作用。
為T2DM的治療臨床DPP-IV文獻(xiàn)的綜述關(guān)注單藥治療表明在成年中患者25項隨機對照試驗(RCTs)有試驗時間至少12周。西他列汀和維格列汀治療導(dǎo)致一個HbA1c分別減低0.7%和0.6%。另一個綜述包括17項隨機對照試驗最小時間8周，用GLP-1R激動劑單藥治療導(dǎo)致 HbA1c的減低約1%。用GLP-1R激動劑治療雖然改善β-細(xì)胞功能，有趣的是注意到這些藥物撤出后葡萄糖調(diào)節(jié)可能發(fā)生迅速惡化。因此，不像對小鼠給予一種GLP-1R激動劑報道一種“持久的”效應(yīng)情況[106]在人類中GLP-1R激動劑效應(yīng)不那么明顯。這個發(fā)現(xiàn)在人類中似乎爭議，GLP-1R激動劑的主要效應(yīng)是發(fā)揮對β-細(xì)胞胰島素分泌一種急性刺激效應(yīng)，而不是作用長期改變β-細(xì)胞基因表達(dá)。GLP-1R激動劑和DPP-IV抑制劑還在研究與非基于GLP-1藥物聯(lián)用例如胰島素，磺脲類，雙胍類二甲雙胍，和噻唑烷二酮吡格列酮[pioglitazone][220–225]。 特別值得注意的是在2011年在美國批準(zhǔn)艾塞那肽作為添加治療至基礎(chǔ)胰島素類似物甘精胰島素 對利用單獨甘精胰島素沒有實現(xiàn)適當(dāng)血糖控制有T2DM患者。雖然GLP-1R激動劑和DPP-IV抑制劑可與與磺脲類聯(lián)用，存在低血糖的風(fēng)險增加，應(yīng)謹(jǐn)慎對待和應(yīng)實施先發(fā)制人的劑量減低。在這個方面，一種誘人另外治療是基于使用二甲雙胍與一種GLP-1R激動劑或DPP-IV抑制劑聯(lián)用。這個聯(lián)合治療有減低低血糖風(fēng)險，但在有T2DM患者中仍促進(jìn)體重減輕有益作用。
在DURATION系列臨床試驗，被報道T2DM患者當(dāng)用艾塞那肽緩釋ER治療時(2 mg每周作為單次注射)平均體重減輕2–4 kg。用艾塞那肽ER體重減輕實現(xiàn)與用非緩釋ER艾塞那肽每天2次(5–10 μg每單次注射)觀察到相似。重要地是，對患者給予艾塞那肽ER與給予西他列汀比較體重減輕是顯著較大(分別?2.3相比 ?0.8 kg)。LEAD試驗(在糖尿病中利拉魯肽效應(yīng)和作用)也揭示顯著體重減輕用利拉魯肽單藥治療[230]。這個體重減輕主要是由于脂肪質(zhì)量減低，主要地內(nèi)在脂肪組織。
正如在表中總結(jié)，一基于GLP-1治療為T2DM的治療是特別地誘人因為它不僅血糖正?；覝p低體重而且改善心血管功能。GLP-1R激動劑治療對心血管風(fēng)險因子例如糖尿病，高血壓，高脂血癥，和肥胖有正性影響。一項來自6項在2171例T2DM患者臨床試驗合并數(shù)據(jù)分析研究6-個月艾塞那肽治療的結(jié)局揭示與安慰劑比較收縮壓顯著更大減低。機械地，這類血壓減低是與利拉魯肽報告一致發(fā)揮一種作用在小鼠房性心肌刺激心房鈉尿因子(ANF)的釋放然后作用松弛血管平滑肌同時還促進(jìn)鈉離子腎排泄。GLP-1R激動劑治療還導(dǎo)致循環(huán)脂質(zhì)中有利變化，是另外一個重要心血管風(fēng)險因子。薈萃分析顯示利拉魯肽降低總膽固醇，低密度脂蛋白，游離脂肪酸，和甘油三酯的血水平。
有證據(jù)腸道地釋放GLP-1可能介導(dǎo)減肥手術(shù)的有益結(jié)局其中一種胃繞道手術(shù)[Roux-en-Y Gastric Bypass(RYGB)，湯教授注釋：為傳統(tǒng)的減肥手術(shù)之一，在美國醫(yī)學(xué)界被認(rèn)為是減肥手術(shù)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。手術(shù)將胃分割成兩部再與下段小腸用Roux-en-Y重建法相接，從而可以長期有效地達(dá)到減輕體重的目的。然而，由于涉及兩個吻合口，手術(shù)后可能會發(fā)生吻合口滲漏的風(fēng)險]。在用T2DM患者中導(dǎo)致體重減輕伴有血漿GLP-1升高的水平和改善葡萄糖調(diào)節(jié)。在30–40%的肥胖患者中這是一個臨床上重要問題解決從RYGB手術(shù)導(dǎo)致體重減輕，而約80%的T2DM患者觀察到改善葡萄糖調(diào)節(jié)。不幸的是，我們了解RYGB手術(shù)這些的有益結(jié)局如何被實現(xiàn)，在已發(fā)表的研究的實驗設(shè)計中被弱點復(fù)雜化。事實上，T2DM緩解中作為決定性因素升高的血漿GLP-1的作用是有爭議的，和相反，報道RYGB手術(shù)后使β-細(xì)胞對循環(huán)GLP-1更敏感。顯然，RYGB誘導(dǎo)在β-細(xì)胞中代償性變化導(dǎo)致改善血葡萄糖控制。
另外的臨床觀察揭示RYGB手術(shù)后血葡萄糖的水平迅速正?；踔猎陲@著體重減輕前實現(xiàn)。雖然對體重減輕熱量攝取減低或小腸營養(yǎng)物吸收減低是明顯原因，似乎有另外重要因素解釋RYGB手術(shù)后T2DM的緩解。這個結(jié)論被以下觀察支持：(1)手術(shù)后期間即時前任何發(fā)生體重減輕發(fā)生緩解，(2) 為了實現(xiàn)可比性的體重減輕，RYGB手術(shù)后與通過節(jié)食[dieting]實現(xiàn)緩解結(jié)局比較更明顯，和(3) RYGB手術(shù)與減肥手術(shù)其他形式(部分胃切除手術(shù)[sleeve gastrectomy]和束胃帶手術(shù)[gastric banding])后緩解比較更為明顯。
減肥后葡萄糖代謝
RYGB后或節(jié)食實現(xiàn)結(jié)局中差別是顯而易見的，因為RYGB，而不是節(jié)食，導(dǎo)致增強餐后GLP-1的釋放，因此在用T2DM患者中恢復(fù)腸促胰島素效應(yīng)。在T2DM中在RYGB手術(shù)后條件下，還有丟失葡萄糖-刺激胰島素分泌(GSIS)第一相動力學(xué)的組分的恢復(fù)，和有伴隨口服糖耐量改善。不幸的是，沒有完全闡明RYGB后即時或長期內(nèi)分泌和代謝變化的生理學(xué)基礎(chǔ)。吃，胃排空，營養(yǎng)物吸收和感覺的速率變化，,腸促胰島激素釋放，膽酸代謝，和腸道菌群組成可能所有是重要的。
胃繞道手術(shù)后增加腸GLP-1分泌似乎是持續(xù)和就T2DM的體重減輕和長期緩解而言可能會產(chǎn)生有益的作用。除了這個手術(shù)對胰島素分泌的急性刺激效應(yīng)，可能是持續(xù)血GLP-1的升高可能再生β-細(xì)胞。但是，對手術(shù)一個潛在缺陷是尚不清楚T2DM的術(shù)后緩解是否永久或只是短暫。此外，這個胃繞道手術(shù)手術(shù)可能導(dǎo)致高胰島索血癥性低血糖癥，因此需要胰腺切除術(shù)。有趣的是，在有些患者曾有胃繞道手術(shù)手術(shù)高胰島素血癥似乎不是繼發(fā)于β-細(xì)胞質(zhì)量增加，如可預(yù)計的胃繞道手術(shù)是否上調(diào)長期GLP-1刺激β-細(xì)胞增殖的作用。在胃繞道手術(shù)患者的一項研究中進(jìn)行部分進(jìn)行部分胰腺切除糾正高胰島素血癥，胰腺切片組織學(xué)分析揭示 在β-細(xì)胞質(zhì)量，增殖，新生或凋亡無變化。因此，胃繞道手術(shù)手術(shù)后T2DM緩解自適應(yīng)改變的性質(zhì)仍有待確定。
對基于GLP-1治療安全性考慮
一個持續(xù)的爭論關(guān)注在用T2DM患者中是否基于GLP-1-治療使用易患非期望副作用包括胰腺的炎癥(胰腺炎)或甚至胰腺癌。此外，來自用某種GLP-1R激動劑或DPP-IV抑制劑治療患者死后胰腺組織的組織學(xué)分析提供對胰腺外分泌細(xì)胞不典型增生伴有內(nèi)分泌胰腺的α-細(xì)胞的胰高血糖素-分泌的增生的發(fā)生率增加證據(jù)[79]。這些發(fā)現(xiàn)胰提出幽靈[specter]在人中慢性GLP-1R激活可能導(dǎo)致外分泌細(xì)胞的出現(xiàn)腺癌或神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤例如胰高血糖素瘤或胰腺癌。嚙齒類的另外研究表明對甲狀腺降鈣素-分泌C細(xì)胞GLP-1受體的慢性刺激作用可能導(dǎo)致C-細(xì)胞增生與最終髓性甲狀腺癌，雖然這個結(jié)局在非人靈長類中不能測量[276]和對人類尚未被證實。應(yīng)對這些發(fā)現(xiàn)，人們爭辯說當(dāng)考慮它們?yōu)門2DM的治療用途時基于GLP-1-治療的獲益超過其風(fēng)險。當(dāng)前，在已發(fā)表的文獻(xiàn)中這些安全性關(guān)注仍在爭論，和指出，沒有直接證實基于GLP-1-治療對人類胰腺炎，胰腺癌，或甲狀腺癌因果關(guān)聯(lián)系。盡管事實，在2007年美國食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)出一個關(guān)注用艾塞那肽治療患者中對胰腺炎潛能的安全性警戒。此外，現(xiàn)提供隨艾塞那肽和利拉魯肽二者處方資料的一個黑框警告。在2013年，美國糖尿病協(xié)會和內(nèi)分泌學(xué)會二者都呼吁獨立審查發(fā)現(xiàn)與GLP-1R激動劑和DPP-IV抑制劑相關(guān)的這些潛在不良副作用。
接近30年基礎(chǔ)科學(xué)和臨床研究已累積為T2DM的治療基于GLP-1-治療是高度有效的認(rèn)識。意料之外的是這類降血糖藥驚人的有益心血管和神經(jīng)保護(hù)的作用。因為GLP-1R激動劑還在肥胖患者中產(chǎn)生實質(zhì)上體重減輕，顯然藥理學(xué)GLP-1R激活對治療或逆轉(zhuǎn)日益增加的高血糖常見代謝綜合征，受損的心血管功能，過量體重，和神經(jīng)病理學(xué)可能特別有用。雖然安全性關(guān)注正在日益增加爭論，在目前一般的共識是為了確定GLP-1R激動劑或DPP-IV抑制劑的使用是否易患胰腺炎或癌癥需要另外臨床研究。展望未來，可以預(yù)料，為了確定GLP-1R激動劑為發(fā)展藥物有減低促進(jìn)細(xì)胞生長傾向而保留其刺激胰腺胰島素分泌能力的新方法將被推廣。特別有用是將有新方法允許口服輸送GLP-1R激動劑，或作為合成的小分子化合物或作為新穎肽結(jié)合物
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