GLP－1调控胰岛细胞增殖、凋亡的信号分子机制及中西药的研究

郑远燕 施 红 崔 乙

(福建中医药大学中西医结合学院，福建省福州闽侯上街大学城华佗路1号，350108)

1 GLP－1的基本性质

早在上世纪80年代，McIntyre和Elrick等人就发现，口服葡萄糖对胰岛素分泌的促进作用明显高于静脉注射，这主要由肠促胰素引起，即由胰高血糖素样肽－1(Glucagon－like Peptide－1，GLP－1)和糖依赖性胰岛素释放肽(Glucose－Dependent Insulintropic Polypeptide，GIP)组成的肠肽所致，其中GLP－1在2型糖尿病的发生发展中起着更为重要的作用。GLP－1有2种生物活性形式，即GLP－1(7－37)和GLP－1(7－36)酰胺，二者仅有一个氨基酸序列不同。其中，约80%的循环活性来自GLP－1(7－36)酰胺［1］。GLP－1主要由胃肠黏膜 L细胞分泌，易被二肽基肽酶(Dipeptidyl peptidase 4，DPP－Ⅳ)降解，半衰期约为2min，主要通过与GLP－1受体特异性结合而发挥生物作用。

2 GLP－1的主要生物学作用

GLP－1受体属于β受体家族的G蛋白偶联受体，分布广泛，使GLP－1作用呈多效性。1)作用于胰岛β细胞，保护β细胞，促进胰岛素基因的转录、胰岛素的合成和分泌，刺激胰岛β细胞的增殖和分化，抑制胰岛β细胞凋亡，增加胰岛β细胞数量;2)作用于胰岛α细胞，强烈地抑制胰高血糖素的释放;3)作用于胰岛δ细胞，促进生长抑素的分泌，通过旁分泌间接抑制胰高血糖素的分泌;4)作用于胃，抑制胃肠蠕动、胃酸分泌，延缓胃排空;5)作用于中枢，可保护神经，抑制摄食和食欲，增强学习、记忆能力;6)作用于肝，减少肝糖原的输出;7)作用于心血管，可增强心功能，血管内皮依赖性扩血管;8)作用于肌肉、脂肪组织，可增加葡萄糖的摄取和利用［2］。简言之，即GLP－1可以降低血糖、血脂、血压，减轻体重。

3 GLP－1调控胰岛细胞增殖、凋亡的信号分子机制

3.1 GLP－1调控胰岛细胞增殖 GLP－1作为β细胞的有丝分裂因子，具有诱导β细胞增殖和分化的直接作用。崔岱等［3］人用GLP－1与大鼠胰岛细胞瘤细胞株RINm5f共育，结果GLP－1可呈剂量与时间依赖性地促进大鼠胰岛细胞瘤细胞RINm5f的增殖，而敲除胰腺－十二指肠同源盒因子1(PDX－1)基因的小鼠，GLP－1促进胰岛细胞增殖的作用消失。PDX－1基因的表达产物是胰腺生长发育的主要调控因子，在胚胎发育9.5～13.5d时可促进胰腺小芽生长与发育，使其具有正常的形态和细胞数量，随后移向内分泌部位，诱导胰腺干细胞分化为不同的内分泌细胞，是β细胞分化和成熟的核心调控因子［4］。GLP－1可以影响PDX－1的DNA结合活性、反式激活潜能以及PDX－1的基因表达［5］。GLP－1作为化学信息与细胞膜上的G蛋白偶联受体相结合，使Gs变构后与ATP结合激活，进而激活细胞膜上的腺苷酸环化酶(Adenylate Cyclase，AC)，生成cAMP，cAMP作为第二信使，在细胞质内激活蛋白激酶A，刺激PDX－1和依赖半乳糖的激活蛋白4(GAL4)的DNA结合区连接的载体活性，上调PDX－1的基因表达［5］。无论在体外还是在体内，GLP－1均能促进PDX－1的合成，提高PDX－1含量并加速其转移进入细胞核中，上调PDX－1的基因表达，进而促进β细胞增殖。GLP－1还可以诱导2种胰腺导管细胞系ARIP和PANC－1分化为能合成并分泌胰岛素的细胞，但GLP－1的促分化作用需要转录因子PDX－1的表达，因为ARIP只有在转染PDX－1基因后才会分化，这说明GLP－1和PDX－1在调节β细胞增殖和分化的作用方面存在内在的联系。GLP－1还可以通过cAMP/PKA使Ras超家族中的GTP酶活化，激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs);此外cAMP还可以以不依赖PKA的方式，通过与β细胞中cAMP调节的鸟苷酸交换因子(GEF)相互作用，激活Ras/MAPK信号通路，促进β细胞的生长和分化［6］。最近有研究者发现，GLP－1可以使肥胖的高血糖大鼠出现胰岛的生长，使β细胞的增殖增加［7］。在胰岛功能实验中获知经典WNT信号通路能促进胰岛增殖。在分离的胰岛和胰腺β细胞系，大鼠胰岛素细胞(INS－1)中，GLP－1可以激活Wnt信号通路，促进β细胞的生长和存活。GLP－1通过自身受体GLP－1R激活PI3K－AKT通路，使葡萄糖合成酶3β激酶(Glycogen Synthase Kinase—3β，GSK3β)磷酸化失活而稳定β－环连蛋白(β－catenin)，促进β－catenin/TCF7L2表达，诱导β细胞增殖［8］。

综上可见在调控β细胞增殖的调节网络中，GLP－1处于网络的顶端，发出β细胞增殖的启动信号，调节β细胞增殖，主要途径有三条:1)GLP1—GLP1R—AC—cAMP—PKA—MAPK/PI3K—PDX － 1;2)GLP1—GLP1R—AC—cAMP—GEF—Ras/MAPK;3)GLP1—GLP1R—PI3K—AKT—GSK3β—β － catenin—TCF—Cyclin D2。

3.2 GLP－1调控胰岛细胞凋亡 GLP－1可降低血糖和游离脂肪酸，抑制糖毒性和脂肪毒性，间接保护β细胞，维持β细胞量。崔岱等［9］研究发现GLP－1促进胰腺转录因子如NKX2.2、PAX以及葡萄糖激酶(GK)、葡萄糖转运体2(GLUT2)的基因表达，改善糖脂毒性对β细胞功能的影响，抑制β细胞凋亡。主要通过以下几个途径:1)降低血糖，间接减少促凋亡基因Bad、Bid、Bik的表达，增加Bcl－xl抗凋亡基因的表达［9］;2)抑制活性氧簇(ROS)、活性氮簇(RNS)等对DNA、蛋白质、脂质、大分子物质的损伤及其下游的核因子κB(NF－κB)、p38 MAPK、NH3末端 Jun激酶应激活化蛋白激酶(JNK/SAPK)、己糖胺等［10－12］;3)下调Fas受体、抑制 FasL表达，从而使促凋亡基因caspase表达降低［13］;4)抑制酰基鞘醇产物、NF－KB等［14］。

此外，GLP－1还能直接作用于β细胞或胰岛前体细胞GLP－1R，激活受体后信号转导以抑制β细胞凋亡。GLP－1与其受体结合后，通过cAMP激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3－kinases，PI3K)及其丝裂原活化蛋白激酶(MAPK/ERK)、蛋白激酶 A(PKA)、蛋白激酶B(PKB/Akt)等信号转导途径，抑制促凋亡蛋白，如胱冬酶(caspase－3)表达和促进抗凋亡蛋白，如Bc1－2、Bcl－xl表达，从而抑制了β细胞的凋亡［15－16］。Wang等［17］研究证实 GLP －1 还可通过激活PKB途径抑制胰岛细胞系INS－1的凋亡。此外，GLP－1还能通过激活斯里兰卡肉桂碱受体(RyR2)和抑制钙蛋白酶的活性抑制 β细胞的凋亡［18］，通过cAMP—CREB(cAMP反应元件结合蛋白)—IRS2(胰岛素受体底物2)—Akt途径促进细胞存活［19］。

可见GLP－1抑制胰岛细胞凋亡主要通过三个方面:1)抑制炎症应激白细胞介素－1β(IL－1β)、肿瘤坏死因子α(TNF－α)、γ干扰素(IFN－γ)等诱导的凋亡;2)抑制促凋亡基因caspase3的表达，增强抗凋亡基因Bcl－2、Bcl－xl的表达;3)直接降低血糖、游离脂肪酸(FFA)，抑制糖脂毒性引起的细胞凋亡。

4 中西药的研究

4.1 GLP－1相关西药 鉴于GLP－1的作用，其相关新药的研发显然已成为2型糖尿病药物治疗研究的新热点，研究者主要从2个方面开发GLP－1的相关新药:1)GLP－1类似物，让其既保留有GLP－1的功效，又能抵抗降解;2)DPP－Ⅳ抑制剂以提高内源性GLP－1的半衰期。

4.1.1 利拉鲁肽 利拉鲁肽(Liraglutide)为GLP－1受体激动剂，与GLP－1的同源性达97%，保留天然GLP－1功效，同时克服了其易被DPP－Ⅳ降解的缺点，半衰期达12～14h，成为长效药物，仅需每日1次皮下注射就能起到良好效果，还可激活其他GLP－1受体，产生降糖以外的多种有益效应［20］。1)降糖效应无论单独应用还是与其他降糖药联合应用，都具有显著的降糖效应。降糖机制:促进胰岛β细胞分泌胰岛素，增加肝脏、肌肉和脂肪组织对葡萄糖的利用，有效降低餐后高血糖;抑制胰岛α细胞分泌胰高血糖素，抑制糖原异生，减少肝糖输出，有效降低空腹高血糖;增强中枢性饱食感及延迟胃排空，导致主动进食量减少而降低血糖［21］。2)β细胞保护 直接激活β细胞膜上的GLP－1受体，通过信号转导促进β细胞增殖，减少β细胞凋亡。增强胰岛素合成:增加C肽分泌，降低胰岛素原/胰岛素比值，逆转糖尿病前期，显著减少糖尿病患病率［22］。3)减轻体重 单独应用或与其他降糖药联合应用，均能减轻2型糖尿病患者的体重，而且呈体重依赖性，因此有学者提出用利拉鲁肽治疗肥胖症。4)心血管保护 通过降糖、降脂、降压等，降低心血管的危险因素，增强心功能，保护心血管。在糖尿病前期及早期应用利拉鲁肽，不但能有效控制血糖、延缓并发症的发生，甚至可逆转β细胞功能衰退，降低2型糖尿病发生率，尤其对伴有肥胖、高脂血症、高血压的患者更为适用［23］。

4.1.2 磷酸西他列汀 西他列汀(Sitagliptin)为选择性降解GLP－1的DPP－IV的抑制剂，已用于T2DM治疗的临床试验。虽然尚未发现DPP－IV抑制剂可降低体重和减缓胃排空，但DPP－IV抑制剂的许多生物活性与GLP－1R竞争药物类似，包括增加胰岛素分泌，减少胰高血糖素分泌，通过增加β细胞增殖和抑制β细胞凋亡而提升β细胞质量。对控制空腹和餐后高血糖作用明显，并且对糖基化血红蛋白的降低也具有显著的临床意义［24］。

4.2 GLP－1相关中药

4.2.1 蜈蚣 蜈蚣为节肢动物门唇足纲整形目蜈蚣科动物，具辛温走窜、通经逐邪之功效，为熄风镇痉、攻毒散结之要药，主治小儿惊风、疮疡、肿毒、烫伤、风癣等［25］，有研究采用SRB法检测细胞活性的方法来筛选具有促进胰岛β细胞增殖的中药，发现中药蜈蚣对胰岛β细胞株RINm5f有显著的促进增殖作用，且有剂量依赖关系，经中药蜈蚣治疗的糖尿病小鼠胰岛素水平与模型对照组相比显著增加。对其进行了糖尿病模型小鼠的体内药效评价，结果显示在体内中药蜈蚣具有促进胰岛素分泌，修复β细胞损伤和降低血糖的功能［26］。

4.2.2 大黄素 周丽嫦［27］以高糖培养基培养小鼠肠道肿瘤内分泌细胞株(STC－1)进行体外的实验研究，以ELISA法检测GLP－1含量，探索大黄素体外对STC－1分泌GLP－1的影响，结果大黄素可剂量依赖性地促进STC－1细胞株分泌GLP－1;利用C57BL/6J小鼠进行体内实验研究，分析小鼠给予大黄素灌胃对口服葡萄糖负荷的小鼠分泌GLP－1及胰岛素的影响，结果大黄素灌胃可提高口服负荷葡萄糖小鼠血浆GLP－1的水平。体外和体内实验都证实，大黄素可促进GLP－1分泌。

4.2.3 黄连素 吕秋菊等［28］人的前期研究证实黄连素可能通过促糖尿病小鼠胰腺释放胰岛素来降血糖，后通过体外动物实验发现灌服黄连素的老鼠血清GLP－1水平明显增高，故推测黄连素可能通过诱导GLP－1释放来间接促进胰岛B细胞分泌胰岛素，从而降血糖。

4.2.4 复方 动物实验表明，茶叶多糖、枸杞多糖、杜仲水提物等中药提取物复方也能促进体外培养的大鼠胰岛细胞增殖和胰岛素分泌释放，增强胰岛细胞内SOD的活性，降低MDA的生成量，从而提高胰岛细胞的抗氧化能力，说明复方对离体大鼠胰岛细胞有一定的保护作用，这可能为该复方能降低血糖、预防糖尿病并发症的作用机理之一［29］。陶枫等［30－31］报道健胰方(黄芪、黄精、葛根、黄连、黄芩、山药)和消渴汤方(天花粉、葛根、生地黄、藕汁、黄连、黄芩、知母)亦有促进2型糖尿病患者GLP－1表达和分泌的作用。郑燕芳等［32－33］通过 MTT，Annexin V/PI法发现石斛合剂含药血清可减少体外培养的STZ损伤后的胰岛细胞凋亡，且对高脂高糖饮食+STZ造模的糖尿病大鼠的研究中发现，石斛合剂具有显著降低高血糖大鼠的血糖，降低胰高血糖素，促进胰岛素分泌;升高GLP－1，上调大鼠胰腺组织内 Bcl－2表达，下调 Bax、iNOS、P53表达水平，起到抑制胰岛细胞凋亡，促进胰岛体积增大及增加胰岛内β细胞数目的作用。

5 展望

目前，GLP－1调控胰岛细胞增殖、凋亡的完整信号转导机制尚未完全清楚，还需要进一步研究探索。但GLP－1作为一个极具潜力的β细胞生长因子，必然是糖尿病治疗的一大亮点，是糖尿病患者最大的希望之一，但GLP－1类新药仍存在:1)作为一种新药其较广泛的作用靶点，临床疗效和安全性有待时间的考验;2)费用昂贵，大大限制了临床的使用;3)部分作用机理尚未完全清楚。故对GLP－1及其类似物应用的普遍性还需要进行持续深入的研究，而中医药以整体调整、辨证论治为显著优势特色，近年来的研究已逐步发现，一些中药复方或中药亦具有促进GLP－1分泌或表达的作用。因此，对中医药作用机制的阐明，亦将为中医药的临床应用提供指导。

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