深度好文！！名家说“肽”|胰岛素和GLP-1相识相知与相惜篇

*仅供医学专业人士阅读参考

自胰高糖素样肽-1（GLP-1）被发现以来，它已然成为一种“多面手”激素——一个接一个代谢功能被人们发现，远远超出了其作为肠促胰素的经典定义。GLP-1的众多有益的多靶点作用使其逐渐成为更多新兴的治疗领域如脂肪肝、肥胖和神经退行性疾病等的冉冉之“星”。回归糖尿病治疗领域，值利拉鲁肽上市10周年、司美格鲁肽新上市之际，我们将邀请一众专家，讲述一系列关于GLP-1的故事。感兴趣的您一定要持续关注“名家说'肽’”。本期，将由中国人民解放军总医院母义明教授带领大家熟悉胰岛素与GLP-1如何结缘。

01 从胰岛素的发现到GLP-1片段的发现

维持血糖稳态是人类健康的先决条件，病理学上，长期低血糖和/或高血糖发作可导致严重的微血管疾病、代谢损害、昏迷甚至死亡。

而胰岛素的发现及其降糖能力使糖尿病从一种致命的疾病转变为一种可控制的疾病。然而，早期的研究发现，来自胰腺提取物^[1]或粗提纯胰岛素^[2]有时先是升高血糖，然后才开始降糖。1923年，Charles Kimball和John Murlin在水中蒸发和重组后析出了胰腺的一部分，注射到兔子和狗体内，升糖作用非常明显^[3]。这种成分可以对抗胰岛素的降糖作用，被命名为“胰高糖素”^[4]。在50年代早期，Earl Sutherland和Christian de Duve证明了胰腺当中胰高糖素在胰岛α-细胞产生，Claes Hellerstrom和Bo Hellman在随后的组织学研究将α-细胞分为α1-和α2-亚型。到20世纪60年代初，证据表明α2-细胞是胰高糖素的来源^[5]，之后Bo Hellman和Ake Lermark发现α1-细胞主要分泌胰岛素分泌抑制剂^[6]——生长抑素。

1959年，Roger Unger首次使用放射免疫分析法(RIA)在血液和胰腺外组织样本^[7]中检测到胰高糖素，之后其他人也证实胰外组织中存在胰高糖素样免疫反应，特别是肠道^[8-13]。值得注意的是，1967年Samols和Marks在切除胰腺的人^[14]中检测到循环胰高糖素样物质，次年Roger Unger和Isabel Valverde也在切除胰腺的狗中检测到循环胰高糖素样物质^[13]，明确了胰高糖素样免疫反应的胰腺外来源。Unger在1968年证明，十二指肠内给予葡萄糖可增加循环胰高糖素样免疫反应^[13]而静脉输注葡萄糖则观察不到这一反应，提示肠道分泌胰高糖素样物质。

与胰腺分泌的胰高糖素作用相反，肠道分泌的胰高糖素样物质可以刺激胰岛素释放，提示肠道胰高糖素样组分是不同于胰高糖素^[13]的新物质或不同构象的物质。免疫细胞化学研究进一步显示胰高糖素抗体阳性的肠道细胞在形态和超微结构上与产生胰高糖素的α2-细胞不同^[15]，最后将这些肠细胞分类为“L-细胞”^[16]。

随后在犬物^[1]、鸟类^[17]和豚鼠^[18]胰腺胰岛中检测到比胰高糖素大的胰高糖素样免疫反应物质，并同样存在于大鼠^[19]、猪^[20]和人^[21]中。总的来说，胰高糖素来源于分子量为18000的前体蛋白分子，被命名为胰高糖素原^[22]。在胰腺中，胰高糖素原被激素前转化酶2（PCSK2）切割产生四个片段：成熟胰高糖素、肠高糖素相关肽、中间肽-1（IP-1）和一个分子量为10000的第二蛋白，被命名为主要胰高糖素原片段（MPGF）^[22,23]。在大脑和肠道中，同样存在大分子的胰高糖素原，其被激素前转化酶1/3（PCSK1/3）切割成若干片段，其中有含胰高糖素的胃泌素调节激素片段、肠高糖素相关肽、GLP-1、胰高糖素样肽-2（GLP-2）和中间肽-2（IP-2）（图1）。

图1 胰高糖素原的组织选择性加工示意图

PCSK1：激素前转化酶1/3；PCSK2:激素前转化酶2；NTS：孤束核；GRPP：肠高糖素相关肽；IP-1：中间肽-1；IP-2：中间肽-2；MPGF:主要胰高糖素原片段。

02 GLP-1刺激胰岛素分泌和合成的分子机制

GLP-1是人们在开发和利用胰岛素的过程中逐渐被发现的，细心的读者不免要问：它在胰岛素的分泌和合成过程是如何发挥作用的？

• GLP-1的促胰岛素分泌作用

在β细胞中，GLP-1与其受体结合导致腺苷酸环化酶（AC）的激活，随后导致cAMP增加（图2）^[24]。虽然GLP-1（1-37）和GLP-1（7-37）都能刺激胰岛素分泌，但GLP-1（7-37）在低剂量时有效。在5μm剂量下，GLP-1（1-37）和GLP-1（7-37）均可使大鼠胰岛素瘤RIN1046-38细胞内cAMP水平升高，但在5nM剂量下，只有GLP-1（7-37）可使cAMP水平升高^[24]。与cAMP的增加一样，GLP-1（7-37）对RIN1046-38细胞胰岛素mRNA的刺激也比GLP-1（1-37）更大^[24]，进一步支持GLP-1（7-37）比GLP-1（1-37）具有更强的促胰岛素分泌作用。cAMP通过环核苷酸磷酸二酯酶3B （PDE3B）过表达来加速cAMP水解，从而减少GLP-1诱导的胰岛素分泌^[25]，凸显了cAMP在GLP-1促胰岛素分泌方面的作用，cAMP是驱动GLP-1急性促胰岛素作用的重要第二信使。

图2 GLP-1介导的β细胞胰岛素分泌示意图

GLUT1/2：葡萄糖转运体1/2；AC：腺苷酸环化酶；PKA：蛋白激酶A；Epac2：cAMP激活的交换蛋白；Pdx-1：胰腺和十二指肠同源盒1；CICR：钙诱导的钙释放。

一方面GLP-1诱导的cAMP升高导致PKA激活，PKA磷酸化l型电压依赖性钙离子通道（VDC通道）的β2亚基以及K_ATP通道的Kir6.2和SUR1亚基^[26]。这就增加了K_ATP通道对ATP的敏感性，导致K_ATP通道关闭，细胞膜去极化，VDC通道打开（图2）。随后的Ca²⁺内流促进胰岛素颗粒的胞外分泌和胰岛素的急性分泌进入循环。同时，GLP-1激活的PKA抑制电压门控K⁺（Kv）通道，阻止膜复极化，并通过延长VDC通道的打开时间促进Ca²⁺内流（图2）^[27]。胰岛PKA的抑制可减弱GLP-1诱导的胰岛素分泌^[28]。

另一方面GLP-1的促胰岛素分泌作用并不完全依赖于PKA信号^[29]，近50%的GLP-1诱导的胰岛素释放可以通过交换蛋白增强信号传导（Epac）信号介导^[30-32]。GLP-1诱导的cAMP升高，直接激活了Epac信号传导（图2）^[28,32,33]。与PKA类似，Epac家族成员包含一个进化上保守的cAMP结合域，使得该家族成员（Epac1和Epac2）能够以cAMP依赖的方式调控多种生物学功能^[34]。Epac1和Epac2在胰腺中均有表达^[32,35]。Epac信号介导的胰岛素释放有2条路径，第一条路径在β细胞中，Epac蛋白可直接刺激内质网（ER）释放Ca²⁺，通过增加细胞内Ca²⁺库增加胰岛素分泌^[33]。另一条路径cAMP直接绑定激活Epac2。在高糖条件下，通过VDC通道进入β细胞的Ca²⁺内流增强，Epac2打开ER中的RYR Ca²⁺通道，进一步升高细胞内Ca²⁺水平，并增强胰岛素分泌（图2）^[30]。GLP-1/Epac2介导的ER中RYR Ca²⁺通道的打开依赖于同时通过VDC通道的Ca²⁺内流。这个过程通常被称为钙诱导的钙释放（CICR）（图2）^[30,36-38]，它确保了GLP-1的促胰岛素作用高度依赖于周围的葡萄糖浓度。因此，在离体灌注的大鼠胰腺中。GLP-1在葡萄糖浓度＜2.8 mM时不能刺激胰岛素释放，但在葡萄糖浓度＞6.6 mM时可增强胰岛素释放^[24,39]。与本研究一致的是，临床研究表明，GLP-1受体激动剂可改善2型糖尿病患者的血糖控制，且在不联合磺酰脲类药物治疗的情况下使用GLP-1时，低血糖的风险很小。

除了能够增加细胞内Ca²⁺，GLP-1还通过cAMP介导的胞外分泌调节影响胰岛素分泌（图3）。大多数胰岛素颗粒（99%）都在未成熟的“储备”囊泡中，必须经历一系列成熟过程才具有释放能力。只有0.5%~1%的颗粒属于容易释放囊泡（RRP），其中只有一个立即释放囊泡（IRP）位于Ca²⁺通道附近，并在Ca²⁺通道打开后以最短的时间延迟释放^[40]。cAMP通过促进颗粒的成熟从而增加释放活性（RRP/IRP）颗粒库来增强胰岛素的胞外分泌^[40-42]。

图3 β细胞内GLP-1介导的胰岛素颗粒胞外分泌示意图

• GLP-1的促胰岛素合成作用

除了GLP-1能够通过PKA和Epac2信号刺激胰岛素分泌，GLP-1受体激动剂还通过促进胰岛素合成而增加葡萄糖代谢（图2）。Daniel Drucker首次在大鼠胰岛素瘤RIN1046-38细胞中报道了cAMP依赖的GLP-1刺激胰岛素基因表达^[24,43]，并伴随着GLUT1和己糖激酶1的表达而升高^[44]。GLP-1诱导的胰岛素合成刺激是由Pdx1启动的，Pdx1是一种转录因子，参与胰腺的发育^[28]和MODY4型糖尿病^[45,46]。GLP-1诱导的PKA激活增加了Pdx1的表达和Pdx1向细胞核的转移。Pdx1与胰岛素启动子结合，启动胰岛素的表达和合成（图2）^[28,47]。在RIN1046-38细胞中PKA激活Pdx1，可以通过PKA抑制或cAMP拮抗剂阻断，而不是葡萄糖诱导的Pdx1核转位，这也证实了GLP-1以cAMP依赖的方式调控PKA/Pdx1轴^[28]，促进了胰岛素的合成。

所以，GLP-1通过多种cAMP依赖途径刺激胰岛素的合成和分泌。

专家寄语

母义明教授 中国人民解放军总医院

利拉鲁肽国内上市已10年，目前在国内获批的适应症为：适用于成人2型糖尿病患者控制血糖；适用于单用二甲双胍或磺脲类药物最大可耐受剂量治疗后血糖仍控制不佳的患者，与二甲双胍或磺脲类药物联合应用。适用于降低伴有心血管疾病的2型糖尿病成人患者的主要心血管不良事件（心血管死亡、非致死性心肌梗死或非致死性卒中）风险。今年又值司美格鲁肽（GLP-1受体激动剂周制剂）上市年，和利拉鲁肽适应症相似，其同样具有对2型糖尿病患者的降糖和降低心血管事件不良风险适应症。这10年当中，人类医学在进步，人们对糖尿病的管理、对GLP-1的了解都在前进，本期“名家说'肽’”就GLP-1与胰岛素的渊源、GLP-1片段在肠道的来龙去脉以及其对胰岛素分泌和合成的路径做了梳理，希望对大家的临床工作、科研工作有所裨益。后续还将有更多名家与读者分享更多关于GLP-1的故事，我们也期待未来GLP-1仍然有更大空间值得我们去探索。

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