胰高血糖素样肽-l及其类似物研究进展
泰 山 医 学 院 学 报
JOURNAL OF TAISHAN MEDICAI COLLEGE V01.32 No.3 201 1 233
胰高血糖素样肽一1及其类似物研究进展
宋佃卫。 王德才 窦桂芳
(1.泰山医学院药理学教研室,山东 泰安 271016; 2.中国军事医学科学院九所,北京 100850)
关键词:胰高血糖素样肽-1;胰岛p细胞 ;进展
中图分类号 :R961 文献标识码:A 文章编号:1004-7115(2011)03-0233-05
随着人民生活水平的 日益提高,我国居民饮食...
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JOURNAL OF TAISHAN MEDICAI COLLEGE V01.32 No.3 201 1 233
胰高血糖素样肽一1及其类似物研究进展
宋佃卫。 王德才 窦桂芳
(1.泰山医学院药理学教研室,山东 泰安 271016; 2.中国军事医学科学院九所,北京 100850)
关键词:胰高血糖素样肽-1;胰岛p细胞 ;进展
中图分类号 :R961 文献标识码:A 文章编号:1004-7115(2011)03-0233-05
随着人民生活水平的 日益提高,我国居民饮食
结构有了全面的改善,但也导致了糖尿病发病率居
高不下。糖尿病成为继心脑血管疾病和肿瘤之后危
害人类健康的“第三杀手”。自2O世纪末以来,人
们对内源性胰高血糖素样肽一1(glucagon like pep—
tide.1,GLP.1)的结构、生理功能等进行了深入研究,
现对 GLP一1及其类似物的最新研究进展作一综述。
1 GLP.1
1.1 GLP.1的来源
胰高血糖素样肽(GLe)是胰高血糖素基因的产
物,由胰高血糖素原通过翻译后加工形成多个活性
肽,主要包括 GLP一1和 GLP-2。胰高血糖素原是 由
160个氨基酸组成的蛋白质,其中第 33—6l位氨基
酸序列编码胰高血糖素,第 72~108位和第 126~
158位分别编码 GLP一1和 GLP-2。其在不同组织内
被加工成不同产物,在胰腺经激素原转化酶的作用,
被转化为胰高血糖素,在肠道则被转化为 GLP一1和
GLP-2。其中 GLP.2能促进正常小肠黏膜生长,并
能促进慢性肠病及放射性损伤的肠上皮的修复和愈
合⋯。GLP 1主要由远端回肠及结肠的 L细胞分
泌,它通过 G蛋白偶联受体通道发挥更广泛的生物
学效应,该通道在胰岛、肺、胃肠道、中枢神经系统中
均有
达。
1.2 GLP一1生理及代谢特征
GLP.1的相对分子质量是 3298,人体内基础水
平在0.4—1.4 pmol/L,进食几分钟后体内的GLP一1
浓度开始升高,餐后 30—60 min内达到 l0—12
pmol/L峰值,但很快被体内广泛表达的二肽基肽酶
IV(DPP.IV)所降解。DPP—IV可特异性识别 GLP一1
的 端筮三僮西氢酸残基,并从此处切除二肽使
GLP一1失活 J。GLP一1在体 内主要以 GLP一1(7—36)
NH2和 GLP一1(7—37)NH2两种形式存在,前者比后
者在体内有更长的半衰期,酰胺化的肽链更稳定,
二者具有相似的生物学活性。肾脏在 GLP—l代谢
过程中起重要作用,大鼠肾切除后 GLP一1的代谢率
下降,肾功能衰竭的患者血浆 GLP一1水平升高,提
示肾脏参与了 GLP一1的清除,其生物半衰期仅2~6
min[引
。
1.3 GLP一1受体作用机制
GLP一1受体是一个与G蛋白偶联的含有7个跨
膜结构的胰高血糖素受体家族成员,主要信使为
cAMP。当 GLP一1与受体结合后,通过 G蛋白激活
腺苷酸环化酶 ,使细胞内 cAMP水平升高,导致细胞
膜K 通道关闭,细胞去极化,诱发电压依赖性Ca。
通道开放,细胞外 ca 内流,胞 内ca 浓度升高而
触发胰岛素的合成和释放。cAMP水平升高又激活
蛋白激酶A(PKA),使相关蛋白磷酸化,进而刺激
B细胞胰岛素基因的转录和翻译,形成一种互动的
良性循环 J。当把实验小鼠 p细胞膜上 GLP一1受
体基因敲除后,GLP一1使胞内 cAMP升高作用减
弱 。
1.4 GLP一1的生理功能
1.4.1 促进胰岛素的合成和分泌
GLP-1促进胰岛素合成和分泌的作用是通过胰
腺 B细胞膜上 GLP一1受体实现的。有人将非空腹
大鼠麻醉后分离胰腺 ,进行原位灌注,测定其胰岛素
分泌量。与基础分泌量相 比[(1.4 ±0.5)pmol/
min],用 3 mmol/L葡萄糖和 GLP一1一起灌注,胰岛
素分泌量未增加 [(2.0 ±0.6)pmol/min)],而用
作者简介:宋佃卫(1984一),女,山东德州人,硕士研究生,主要研究方向:临床药理学与药物代谢动力学。
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1 1 mmol/L葡萄糖和 GLP一1灌注则可引起胰岛素的
双相分泌;加用 GLP一1后,第二相胰岛素分泌显著
增加 [(115.4 4-14.1)pmol/min VS(30.1±7.6)
pmol/min,P <0.001] J。实验证明 GLP一1刺激
胰岛素分泌有葡萄糖依赖性。血糖愈高,其作用愈
强,血糖下降时GLP一1促进胰岛素合成和分泌的作
用减弱。
1.4.2 抑制胰高血糖素的分泌
GLP一1对胰高血糖素的分泌也有调节作用,部
分是通过增加生长激素释放抑制激素的分泌,部分
则是对 仪细胞的直接作用。胰高血糖素分泌减少
使肝脏葡萄糖输出下降,进而使清晨空腹血糖水平
保持正常川。
1.4.3 保护胰腺B细胞
在人的一生中胰岛不间断的重塑更新,一般认
为该过程是预防糖尿病所必需的。GLP一1通过抑制
p细胞凋亡和促进 p细胞增殖,从而GLP一1在胰岛
重塑过程中发挥重要作用。有人用新鲜分离的人胰
岛进行的对照研究显示,在体外用 GLP一1处理胰岛
可减少 13细胞的凋亡。实验第 3天,用 GLP一1处理
的样本中凋亡细胞核占6.1%,而在对照样本中这
一 比例为 15.5% (P <0.01);在第 5天,则两组
凋亡比例分别为8.9% 和 18.9% (P <0.01) J。
Bul0仕a等【9 发现,GIjP一1能促使胰腺导管内皮细胞
转化为胰岛素样细胞,促进 p细胞的分裂和分化,
给予永久性胰腺上皮细胞(IMPE)GLP.1后能促使
胰岛素分泌,所以GLP一1是胰腺内分泌分化的一个
决定因素。p细胞功能的进行性减退是糖尿病的主
要病理变化之一,GLP一1能减少 B细胞凋亡和促进
细胞增殖,从而显著增加 p细胞的数量,对于2型
糖尿病的治疗尤为重要。
1.4.4 降低体重
有研究[10j表明,大脑也能合成 GLP一1,动物和
人类注射 GLP一1可以增加饱食感,减少食物的摄
人,这可能与外侧下丘脑、脑丘背内侧核和下丘脑腹
内侧等多个大脑区域分布有丰富的 GLP一1受体有
关。GLP.1能抑制餐后 胃排空和减少胃酸分泌,可
通过抑制迷走神经而抑制胃和十二指肠的蠕动,增
加幽门部的压力从而延缓胃排空,降低食欲。给正
常个体静脉注射 GLP一1可使50%的个体胃排空时
间由(28 4-2)min延长到(50 4-9)min¨ 。GLP一1通
过以上多种途径产生减轻肥胖降低体重的作用。临
床实验【】2J证明,给2型糖尿病患者使用GLP.1激活
剂后,体重平均下降5.3 kg,平均维持时间为3年。
2 GLP一1类似物
2.1 肽类
2.1.1 Exenatide
本产品源于对一种毒蜥唾液的研究。希拉毒蜥
(Heloderma suspeetum)分布于美洲地区,该动物每年
仅仅进食4次即可以,断食期间,胰腺关闭,不分泌
胰岛素,进食时,才有胰岛素分泌。这种现象引起人
们的研究兴趣。后有研究者利用高效液相层析方法
分析这种毒蜥的唾液,结果分离到一个特殊蛋白质
峰值。测序发现,它由 39个氨基酸残基组成,与
GLP。1有53%的同源性,将其命名为 Exendin-4【】引。
由于天然产物来源有限,美国 Amylin公司和 Liuy
公司联合研制化学全合成 Exendin-4,将其命名为
Exenatide,中文名为艾塞那肽,商品名为 Byetta,
2005年被美国和欧洲批准用于口服抗糖尿病药物
无效的’2型糖尿病患者的辅助治疗。该制剂现已在
我国上市。国内对应产品艾塞那肽、注射用艾塞那
肽、艾塞那肽注射液也分别于2005和2006年获新
药l临床注册。Exenatide是天然的 GLP.1受体激动
剂,对于二肽基肽酶 IV有高度抵抗作用,血浆半衰
期可以长达6O~90 min。本品与胰岛素降低糖化血
红蛋白的作用相当,但它能更好地控制餐后血糖且
不易引起低血糖反应,同时可以降低体重,因此,更
适用于肥胖的糖尿病患者 引¨,并且能够促进 p细胞
增殖,抑制胰岛细胞的凋亡,维持胰 岛的良好功
能u 。约40% 一50%患者用药后体内出现抗 Ex—
enatide抗体,但抗体滴度很低(1:125),且在大多
数病例中,还没有观察到抗体的形成与 Exendin-4
降血糖活性下降之间有直接的相关性;但是当抗体
滴度较高时,可能会影响Exendin-4的活性L1引。临
床研究Ⅲ 表明Exendin-4的不良反应多为轻度和中
度,恶 tY为最常见的与剂量相关的不良反应。恶心
症状(43.5%)在最初的8周治疗中最普遍,随着治
疗的继续,恶心症状逐渐减轻;10%以上的患者出现
低血糖(19.6%)、腹泻(12.8%)和呕吐(12.8% ),
此外,本品可引起头晕、头痛、食欲减退、体重减轻
等,但无须因此调整剂量,随着用药时间的延长不良
反应可望减轻减少。近来,怀疑 exenatide与急性胰
腺炎有关,美国FDA收到这方面的
共30份,在
该药说明书中已增加有可能引起急性胰腺炎的警
告。为了进一步评估该药的安全性和有效性,还有
必要继续对本药进行追踪。
2.】.2 Exenatide I.AR
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Exenatide LAR是 Amylin,Alkermes和 EliLilly
公司共同开发的一种由聚合物微球包裹的 Exenati—
de长效缓释制剂。目前,Exenatide LAR完成 III期
临床研究阶段,正等待上市。Exenatide LAR每周只
需注射一次,而 Exenatide每天需要注射两次。2006
年 11月 Kim等 公布了一项 Exenafide长效注射
剂的Ⅱ期临床研究结果,Exenatide LAR能够显著降
低口服二甲双胍或饮食运动控制无效患者的糖化血
红蛋白、空腹血糖和体重。一项3O周的临床研究结
果 表 明 引,Exenatide LAR 组 HbAlc平 均 下 降
1.9%,统计学研究表明与治疗前有着显著性差异,
Exenatide一般只能降低 1.5%。除了具有恶心、呕
吐等胃肠道不 良反应,长期使用 Exenafide LAR后
67%的患者产生抗体,而 Exenatide为 38%,Exenati—
de LAR产生抗体的几率高于 Exenatide_20 J。尽管抗
体的形成与降血糖作用之间的相关性不明确 ,但抗
体滴度较高时,可能会影响其降血糖活性 ¨。
2.1.3 Liraglutide
Liraglutide又名 NN221 1,由 Novo Nordisk公司
研发。2009年 7月 3 13,Liraglutide获欧盟管理当
局上市批准。Liraglutide的降糖效果可以称之为
“智能降糖”,它的降糖作用会随血糖水平的高低而
自动“开关”,因此患者很少出现低血糖反应。其氨
基酸序列与人 GLP一1具有97%同源性 ,对 GLP一1的
天然结构有两处修饰:34位 Arg被 Lys替代,在 26
位的Lys上增加了一个 16碳的脂肪酸,脂肪酸是通
过谷氨酰基连接到 Lys26上的,该衍生物在体内可
借助酰胺键与血浆白蛋白形成复合物,减少二肽基
肽酶 Ⅳ 的降解作用,半衰期可以长达 1O~14 h。在
一 项为期 14周有 377名患者参与的临床研究中,
1.25和 1.9 mg/日的 Liraglutide单药治疗可以使
HbA1c下降约 1.7%,与安慰剂比较,P <0.0001。
接受 Liraglutide 1.9 mg/日治疗的患者体重平均减
少 3.0 kg,并且体重减少呈剂量依赖性 。在一项
l临床研究中单独使用 liraglutide,实验者没有出现低
血糖事件,但同样具有恶心、呕吐等胃肠道不良反
应 。虽然 liraglutide与 GLP一1有高度的相似性,
但没有人产生抗体 ]。2009年,Novo Nordisk公司
公布了为期 26周的 LEAD-6研究结果 J,此项研
究包括 15个国家的464名使用二甲双胍类和磺脲
类药物已无法控制 2型糖尿病的患者,研究中将患
者分为 2组,平行使用 Liraglutide(1.8 mg,每天 1
次)及 Exenatide(10 g,每天 2次)。研究结果表
明,与Exenatide比较,Liraglutide在降低糖化血红蛋
白含量方面发挥的作用更为显著 (Liraglutide降低
1.12%,而使用 Exenatide只降低 0.79%,P<0.
0001);在减轻体重方面两者并无较大差异(Liraglu—
tide体重减轻3.24 kg,而 Exenatide减轻 2.87 kg)。
2.1.4 血浆白蛋白重组肽类
2.1.4.1 CJC一1131 CJC一1131是 由 Co~uChem公
司开发的一种 GLP一1与血浆白蛋白重组肽,是 GLP一
1经化学修饰后的多肽。为了抵抗 DPP—IV的降解,
将 GLp.1 N端第 2位 L一丙氨酸(L—Ala)用 D.Ala替
换,并且在 C端的 Lys氨基上连接一个酰胺类化合
物,既具有与白蛋白同样长的半衰期 ,又具有 GLP—l
的生理活性。在动物实验中 CJC.1131能增加胰岛
B细胞团和改善 p细胞功能 引,但 CJC一1131体内
识别 GLP一1受体 的能力较差,活性降低,但因为在
人体内半衰期比较长(约 1O d),健康成人约为 8.9
~ 14.7 d,2型糖尿病患者约为9.1~13.8 d,所以能
部分抵消了上述不足 。目前 CJC一1131处于 III
期临床研究阶段。
2.1.4.2 CJC一1134 PC 即 PC—DAC M:Exendin-4,
是由ConjuChem公司采用 PC.DACTM技术开发的一
种 Exendin-4与血清 白蛋白重组肽,而不是 GLP一1
与白蛋白的重组。目前处于Ⅲ期I 床研究阶段。一
项在 58名 2型糖尿病患者中进行的双盲安慰剂对
照临床实验表明 ,单次皮下注射CJC一1 134一PC可
以显著降低2型糖尿病患者至少一周的空腹血糖以
及随机血糖和体重,并具有 良好的耐受性。体外实
验研究表明,CJC一1 134一PC能增加胰岛 B细胞 cAMP
的生成,与Exendin-4的体外活性相似(CJC.1 134.PC
的Ec50为3.47 nmol,Exendin-4为2.62 nmo1) 引。
2.1.4.3 Albugon 也称为 GSK 716155、albiglu—
tide,是由葛兰素史克(Glaxo SmithKline,GSK)公司
开发的一种GLP一1二聚体与血清白蛋白重组肽,目
前处于Ⅲ期临床研究阶段。对2型糖尿病患者的研
究表明[29j,Albugon的体内半衰期较长,约为 6—7
d,可以每周皮下注射 1次。它能够显著降低2型糖
尿病患者的餐后及空腹血糖。常见的不良反应是头
痛、恶心等。其药效学和药动学不受注射部位的影
响。但 Albugon与 GLP一1受体亲和力较弱,其体外
活性仅是 Exendin-4的 1% 。
2.1.5 生物表达的重组肽
重组 Exendin-4人血清白蛋白融合蛋白(rEx-4/
HAS)可以在毕赤酵母中表达,并可以作为制备方法
用于工业化生产。rEx-4/HAS可以与 GLP一1受体结
合 ,在体外促进 cAMP生成。在体内rEx-4/HAS可
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有效地降低血糖和改善糖尿病db/db小鼠的葡萄糖
耐量,利用猴的药代动力学研究也显示 rEx-4/HAS
具有较长的血浆半衰期。但是其体外生物活性仅是
Exendin-4的5%,可能是因为与白蛋白融合后空间
位阻的影响 。
2.1.6 谊生泰[rhGLP一1(7-36)]
上海华谊集团的“谊生泰”是我国首个拥有自
主知识产权的肠促胰岛素分泌肽类药物。GLP.1是
由末端空肠、回肠和结肠的L细胞分泌的葡萄糖依
赖性的肠降血糖多肽激素,GLP一1(7—36)为 GLP一1
的活性氨基酸序列,而“谊生泰”[rhGLP一1(7—36)]
是该公司通过基因
重组技术制备得到的该段活
性氨基酸序列。目前,“谊生泰”已进人Ⅲ期临床试
验,这
着首个国产肠促胰岛素分泌肽类药物已
进入“上市倒计时”。预计到2012~2014年,2型糖
尿病患者有望用上这种国产生物新药。
2.2 非肽类小分子GLP—l受体激动剂
上述的多肽类 GLP一1类似物口服无效,均需要
皮下注射使用,长期应用会引发皮肤炎症、皮疹,并
影响患者依从性。所以人们一直致力于开发口服的
非肽类小分子化合物。中国科学院上海药物研究所
报道了一个口服有效的治疗Ⅱ型糖尿病的小分子化
合物 Boc5,其结构如图 1。其能够促进大鼠胰岛中
葡萄糖刺激的胰岛素分泌,降低db/db小鼠的糖化
血红蛋白,较少小鼠的摄食量,并且这些作用均能被
GLP.1受体阻断剂 GLP一1(9—39)所阻断,提示它可
能是一种非肽类 GLP一1受体激动剂 J。Boc5能够
持续改善糖尿病小鼠的血糖,降低其体重,是目前唯
一 种具有多种抗糖尿病药理作用的非肽类小分子
GLP一1受体激动剂。
图1 Boe5结构图
综上所述,GLP一1及其类似物的发现为糖尿病
的治疗提供了新思路和新方法,其能从多条途径降
低血糖,同时还能改善胰岛 p细胞功能,降低体重
等作用,并具有长效且不易引起临床低血糖反应,优
于传统的降血糖药物。但是现有的 GLP.1类似物
大部分是肽类,必需注射使用,所以存在患者依从性
差,应用不方便等缺点。因此,改善肽类 GLP.1类
似物药动学特点,寻找非肽类小分子的 GLP.1受体
激动剂将具有重要的意义。我国自主研发的小分子
化合物 Boc5具有较强的GLP一1受体激动活性,具有
良好的开发应用前景。
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(收稿日期 2010·12 )
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