LEAP-2和Ghrelin在代谢相关疾病的研究进展

李峰?霍宇琪?赵浩亮

【摘要】 肝表达抗菌肽-2（LEAP-2）最近被发现是生长激素促分泌素受体1α（GHSR1α）的内源性配体，可拮抗胃促生长素（Ghrelin）的激活作用，后续发现还可以反向激动GHSR1α，降低GHSR1α的基础活性。这种拮抗关系，不仅在调节生长激素分泌方面发挥关键作用，还在调节食物摄入、肥胖、葡萄糖稳态等复杂功能方面发挥重要作用，并有望成为糖尿病、肥胖症、恶病质等代谢相关疾病诊断及治疗的新靶点。该文将结合Ghrelin来分析LEAP-2的作用，阐述其基本生物学功能和在相关疾病发生发展中的作用以及作为治疗靶点的潜力。

【关键词】 肝表达抗菌肽-2；胃促生长素；GHSR1α信号转导通路；代谢相关疾病

Research progress on LEAP-2 and Ghrelin in metabolism-related diseases Li Feng， Huo Yuqi， Zhao Haoliang. Third Hospital of Shanxi Medical University， Shanxi Bethune Hospital， Shanxi Academy of Medical Sciences， Tongji Shanxi Hospital， Taiyuan 030032， China

Corresponding author， Zhao Haoliang， E-mail： 503777049@qq.com

【Abstract】 Recently， liver-expressed antibacterial peptide 2 （LEAP-2） was found to be an endogenous ligand of growth hormone secretin receptor 1α（GHSR1α）， which can antagonize the activation of Ghrelin. Subsequently， it was found that it can reverse the activation of GHSR1α and reduce the basic activity of GHSR1α. This antagonistic relationship not only plays a key role in regulating the secretion of growth hormone， but also plays an important role in regulating food intake， obesity， glucose homeostasis and other complex functions， which is expected to become a novel target for diagnosis and treatment of metabolism-related diseases， such as diabetes mellitus， obesity and cachexia， etc. In this review， the role of LEAP-2 was analyzed in combination with Ghrelin， basic biological function and its role in the incidence and development of metabolism-related diseases were elaborated， and its potential as a therapeutic target was evaluated.

【Key words】 LEAP-2； Ghrelin； GHSR1α signaling pathway； Metabolism-related disease

肝表達抗菌肽-2（LEAP-2）首次由Krause等（2002年）在人血超滤液中分离发现，最初被描述为具有抗菌作用的肝脏特异性肽，后续研究了LEAP-2在先天免疫中的作用，以及包括铁调节、有丝分裂活性和趋化潜能，但未观察到LEAP-2在这些方面发挥明显作用。直到2018年，Ge等发现LEAP-2作为生长激素促分泌素受体1α（GHSR1α）的内源性拮抗剂，可拮抗胃促生长素（Ghrelin）的激活，从而发挥众多生物学功能，参与调节能量稳态、认知、奖赏和情绪等生命活动，尤其是在调节食物摄入、肥胖及糖尿病中发挥更加复杂的作用。目前对于LEAP-2的研究虽有了开端，但尚未完全清晰，且国内少有报道。本文将结合Ghrelin来分析LEAP-2的作用，阐述其基本生物学功能，两者的拮抗关系和在相关疾病发生发展中的作用以及作为治疗靶点的潜力。

一、LEAP-2和Ghrelin概述

LEAP-2是一种含有2个二硫键的40个氨基酸的双环肽，人类LEAP-2基因位于31号染色体5q上，由3个外显子和2个内含子组成，其中外显子2和3编码了功能性的LEAP-2激素，通过转录形成77个氨基酸残基素的前体mRNA，值得一提的是所有哺乳动物中的一级结构显示出几乎100%的氨基酸同源性。继而经过翻译及由钙依赖性丝氨酸内蛋白酶介导的加工修饰，形成以4个高度保守的半胱氨酸残基及2个二硫键为特征的成熟形式。

Ghrelin是一种由28个氨基酸组成并由脂肪酸修饰的脑肠肽激素，主要由胃底黏膜层细胞产生分泌，也分布于其他组织中，如下丘脑、垂体和胰腺等。Ghrelin与LEAP-2共同作为GHSR1α的内源性配体，通过拮抗作用调节GHSR1α的活性，从而发挥众多生物学功能。

二、LEAP-2、Ghrelin在GHSR1α的信号转导通路研究

1. LEAP-2是Ghrelin的竞争性拮抗剂

LEAP-2最初被认为是Ghrelin的非竞争性拮抗剂，然而后续研究表明LEAP-2和Ghrelin是以竞争性方式结合GHSR1α。该研究发现，当LEAP-2在Ghrelin之前加入时，其主要影响Ghrelin的最大激活效应，表现为非竞争性拮抗药的特征；而当LEAP-2与Ghrelin同时加入时，主要影响半数有效浓度，显示出竞争性拮抗剂的典型特征。形成这种差异主要是由于LEAP-2与受体的缓慢解离特性。LEAP-2和Ghrelin在GHSR1α上共享一个共同的配体结合袋，提前加入LEAP-2占据了结合位点，这掩盖了配体之间的竞争性结合活性。所以添加LEAP-2的时间不同，表现出不同的拮抗关系。在正常的生理情况下，两者是同时存在的，故其为竞争性拮抗关系。

2. LEAP-2是GHSR1α的反向激动剂

GHSR1α具有较高的结构活性，在没有Ghrelin的激动作用下，其仍有50%左右的基础活性，可发挥部分的生理作用［1］。研究发现，LEAP-2可抑制GHSR1α的结构活性，从而降低其基础功能，这种效果与GHSR1α的标准反向激动剂相似，这表明LEAP-2是GHSR1α的内源性反向激动剂。

三、LEAP-2与Ghrelin的分泌水平的调节

1.食物的摄入是调节LEAP-2与Ghrelin分泌最重要的因素

LEAP-2在禁食时降低，在摄入食物后升高，Ghrelin表现出相反的调节模式。鉴于LEAP-2和Ghrelin的受体结合亲和力相等，故LEAP-2/Ghrelin可以视为调控GHSR1α活性的重要指标。即禁食后LEAP-2/Ghrelin下降，这可以激活GHSR1α活性，促进觅食行为和生长激素释放，以防止低血糖；进食后比值升高，使得GHSR1α信号偏向关闭状态，以防止餐后暴饮暴食。通过对LEAP-2/Ghrelin的人为调控，从而参与调节机体对食物的摄入，可以为治疗饮食相关疾病提供新的治疗靶点。

也有研究报道，进食不同的营养素会影响LEAP-2的表达。在小鼠十二指肠制备的类器官中，内源性大麻素提高了LEAP-2的表达，而在人上皮肠细胞中，罗格列酮提高了它的表达。高胆固醇和多不饱和脂肪酸分别诱导和减少人肝癌细胞系中LEAP-2的表达。生酮饮食3周后，LEAP-2表达水平和循环LEAP-2血浆水平均降低［2］。这种表达水平的下降或上升，可能与减少不健康饮食的摄入及提前应对风险有关，未来应进一步研究两者对摄入不同营养素的反应。

2.营养状态与LEAP-2与Ghrelin的分泌水平密切相关

肥胖小鼠的血浆LEAP-2比正常小鼠高92%，血浆Ghrelin低44%，肥胖导致血浆LEAP-2/Ghrelin增加3.3倍。在饮食诱导的小鼠体重减轻过程中，会出现LEAP-2水平降低和Ghrelin水平的升高，逆转由于肥胖引起的LEAP-2/Ghrelin增高。此外，血浆LEAP-2和一些与肥胖相关的代谢参数呈正相关，包括BMI、腰臀比、体脂百分比、空腹胰岛素和胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）、空腹血糖和甘油三酯、内脏脂肪组织体积和肝脏脂质含量［2］。肥胖期间高浓度的LEAP-2可阻止Ghrelin与GHSR1α的结合，能量不足期间血浆LEAP-2的下降促进了Ghrelin的作用，LEAP-2/Ghrelin的动态调节，为治疗肥胖及消瘦提供新的方向。

3.减重手术对LEAP-2与Ghrelin的影响

减重手术是目前持续性减轻体重和改善代谢最有效的方法，常见的减重手术包括袖状胃切除术及胃旁路术。研究发现，在小鼠接受袖状胃切除术后，LEAP-2在胃中的表达增加了52倍，而在十二指肠中的表达下降了94%，同时胃中的Ghrelin表达降低，但这项研究未检测血浆LEAP-2和Ghrelin水平。后续临床研究表明，与术前相比，患者术后LEAP-2水平明显下降，尤其是降低了餐后血浆LEAP-2增加的幅度。接受胃旁路术的患者术后LEAP-2水平也明显下降，但不会改变餐后血浆LEAP-2增加的幅度，这可能由两者手术方法不同导致。减重患者Ghrelin含量与正常体重对照组相比总分泌减少了77%，与匹配的肥胖组相比减少了72%。尽管由于胃大部分被切除或部分功能抑制，两者血浆Ghrelin的水平也出现下降，导致血浆LEAP-2/Ghrelin摩尔比变化不大，但Ghrelin与LEAP-2的下降趋势与体重变化相似，这表明两者参与调节手术后患者的代谢变化，可能促进了术后患者体重的减轻。

4.儿童及青少年LEAP-2与Ghrelin的调节

儿童血浆Ghrelin与年龄、身高、胰岛素、HOMA-IR呈负相关，而与LEAP-2无明显相关性，Ghrelin保持在较高水平，这可能与儿童较高的代谢率相关。青少年血浆Ghrelin还与体重、BMI、脂肪量呈负相关，LEAP-2与脂肪量、胰岛素、HOMA-IR呈正相关。儿童与青少年相比，儿童的Ghrelin水平明显高于青少年，LEAP-2水平低于青少年［3］。进一步研究表明，男孩在两个发育阶段之间没有发现变化，而女孩青春期LEAP-2明显增加，且明显高于男孩，这可能与女孩青春期脂肪增长较多相关，也有文献报道这种变化可能与雌激素水平相关［4］。但在肥胖状态下，两者的Ghrelin水平都趋于升高，LEAP-2水平降低或保持不变，这与成人相反，表明儿童及青少年肥胖中LEAP-2和Ghrelin的调节机制可能与成人不一致，可能与较高的代谢率有关。由于测量方式及年龄的偏差，这一观点目前仍存在争议，但LEAP-2和Ghrelin在生长发育过程中表达水平的巨大变化，值得我们进一步关注。

四、LEAP-2与Ghrelin的生理功能

1. LEAP-2的抗菌作用

尽管LEAP-2与防御素和LEAP-1等阳离子抗菌肽具有明显的相似特征（具有疏水性及过量正电荷的氨基酸残基、多个二硫化物等），但是众多研究人员进行的抗菌实验证明其仅有微弱的抗菌活性，故大家推測在其他方面发挥着更加重要的作用。

2.调节食欲

LEAP-2与Ghrelin参与机体食欲的调节，Ghrelin具有强大的促食欲作用。研究表明LEAP-2不仅可以使Ghrelin诱导的弓状核神经肽Y神经元的激活失效，而且还作为GHSR1α的反向激动剂发挥作用，降低GHSR1α组成性活性，从而使神经肽Y神经元超极化，并防止Ghrelin激活它们，进一步抵消Ghrelin诱导的食物摄入［5］。与此一致，在LEAP-2敲除的小鼠中，小鼠表现出对Ghrelin信号更敏感，体重和食物摄入量明显增加［6］。

在饱腹状态下，人体LEAP-2/Ghrelin约为10～20，也就是说抑制食物摄入，需要较高浓度LEAP-2，这可能是因为除了需要拮抗Ghrelin，还需要阻断GHSR1α的组成活性。根据LEAP-2与GHSR1α结合的缓慢解离特性，表明LEAP-2在食欲调节中发挥更加重要的作用。

3.调节生长激素释放

LEAP-2及Ghrelin是除下丘脑生长激素释放激素（GHRH）和生长抑素外的另一对调控生长激素分泌的激素。Ghrelin结合GHSR1α后通过激活PLC-IP3途径促进生长激素的释放，LEAP-2以剂量依赖性方式抑制Ghrelin诱导的生长激素分泌。也有研究表明Ghrelin和GHRH联合给药对生长激素分泌有协同作用，联合用药导致更多的生长激素释放［7］。LEAP-2是否会抑制这种协同作用目前仍未明确。但毫无疑问，Ghrelin及LEAP-2通过调节生长激素的释放，参与调节机体生长发育及众多能量代谢。

五、LEAP-2与Ghrelin在疾病中研究进展

1.糖尿病

Ghrelin有许多已知的升高血糖的作用，如限制胰岛素分泌，降低胰岛素敏感性，增加循环皮质醇，刺激胰高血糖素、生长抑素和生长激素分泌。Ghrelin的这些作用至少部分通过与下丘脑弓状核、尾侧脑干和胰岛内表达GHSR1α的细胞中表达GHSR1α神经元的直接相互作用而发生［8］。在体外实验中，LEAP-2阻断了Ghrelin对GHSR1α神经元及胰岛素的抑制作用，从而降低血糖。也有研究表明LEAP-2片段在体外表现出具有与胰高血糖素样肽-1相似的促胰岛素作用，从而使血糖下降［9］。在临床实验中，外源性LEAP-2可以增加胰岛素的分泌，以及减少健康男性餐后葡萄糖的升高幅度［10］。

大量的证据已表明糖尿病患者Ghrelin水平较低，而LEAP-2水平较高，且LEAP-2水平与GHbA1c呈正相关，通过降低Ghrelin水平、提高LEAP-2水平或阻断GHSR活性，糖尿病得到改善［11］。结合糖尿病患者存在Ghrelin抵抗，而LEAP-2活性增强，我们预测LEAP-2在糖尿病患者中可能发挥主导作用，合理地运用Ghrelin和LEAP-2，可能成为治疗糖尿病的潜在靶点。

2.成人生长激素缺乏症

成人生长激素缺乏症是一种下丘脑或垂体的先天性或后天性疾病导致生长激素分泌减少，以胰岛素抵抗、体重增加和脂肪量增加为特征的疾病。Agrawal等（2014年）发现患者Ghrelin水平明显低于健康对照组，LEAP-2水平稍高于健康对照组，这导致LEAP-2/Ghrelin明显增高，约为健康对照组的1.6倍。这种改变可能是机体为防止体重和脂肪量增加，以及改善代谢状态的一种调节。已有研究表明Ghrelin可作为确定生长激素缺乏症的诊断分子以及年龄依赖性生长激素下降的治疗选择靶点，以及GHSR1α基因已被认为与身高遗传变异相关的的重要基因［12］。因此进一步研究LEAP-2是否参与其中，结合LEAP-2的治疗可为疾病的诊治提供新思路。

3.非酒精性脂肪肝（NAFLD）

NAFLD是指除了酒精以及其他明确的肝损害的因素以外而导致的肝内脂肪过度沉积（>5%），这是一种常见的疾病，与多种代谢紊乱有关，如胰岛素抵抗、肥胖和2型糖尿病。在饮食诱导的NAFLD小鼠中，LEAP-2的肝脏表达和分泌水平增加。LEAP-2敲除后小鼠肝脏脂肪变性明显好转。与此一致，NAFLD患者的循环LEAP-2也明显升高，且LEAP-2是NAFLD的独立预测因子。其机制可能与较高的LEAP-2水平导致生长激素分泌下降相关，这可促进脂肪生成并抑制脂肪分解，从而导致肝脏脂肪变性［13］。因此，抑制LEAP-2的表达水平，有望为治疗NAFLD及其并发症提供新方向。

4.恶病质

恶病质是一种多因素综合征，其特征是持续的食欲下降、骨骼肌萎缩和体重减轻。通过激活GHSR1α治疗癌症相关恶病质，已有较多的临床研究。理论上用LEAP-2开发的分子有可能获得更大的效果，因为作为GHSR1α的非竞争性拮抗剂，它应该能够通过降低最大结合来降低Ghrelin的生物学效应。在最近关于长期能量限制小鼠的研究中发现，对随意喂食的小鼠连续6日给予LEAP-2不会影响体重、血糖及体温。相比之下，对热量限制的小鼠连续给予LEAP-2会导致体重减轻、低血糖、体温降低［14］。需要注意的是在使用Ghrelin类似物作为治疗恶病质靶点时，会导致脂肪代谢紊乱，从而诱发胰腺炎，故在未来的药物研究中，在关注其治疗效果的同时，应该进一步明确机制，避免可能产生的相关副作用。

5.多囊卵巢综合征（PCOS）

PCOS是一种常见的代谢和生殖疾病，其特征是月经功能障碍、卵巢囊肿以及高雄激素血症。该疾病与葡萄糖、脂质代谢紊乱和肥胖相关，且胰岛素抵抗在疾病的发展中起着核心作用［15］。在一项64例PCOS患者和64名对照组的研究发现，PCOS患者的血浆LEAP-2和Ghrelin水平降低，且LEAP-2与胰岛素抵抗、BMI和游离雄激素指数呈负相关，这表明低水平的LEAP-2与发生PCOS风险呈正相关［16］。但目前有关LEAP-2的研究较少，且其他临床研究中患者的Ghrelin含量可增加、不變或降低，存在争议，需要进一步的研究。

六、小结与展望

LEAP-2作为一种具有“新”功能的“老”肽，是内源性的Ghrelin的竞争性拮抗剂以及GHSR1α的反向激动剂，LEAP-2与Ghrelin的比值能够更加科学地反映两者水平的高低，对探究其生理及病理学功能具有更加重要的价值。同时，将其作为治疗靶点时，可能会导致能量代谢相关的不良影响，包括脂肪代谢紊乱、脂肪肝、急性胰腺炎、生长激素分泌不良等。但迄今为止，有关LEAP-2的信息仍然有限，未来的研究应该充分研究其生理和病理生理作用，探寻其新的受体和信号途径，并阐明其与其他因子及药物的相互影响，以及如何避免或缓解不良影响，从而为治疗肥胖、糖尿病、恶病质等代谢性相关疾病提供线索。

参 考 文 献

［1］ Cornejo M P， Mustafá E R， Cassano D， et al. The ups and downs of growth hormone secretagogue receptor signaling. FEBS J， 2021， 288（24）： 7213-7229.

［2］ Holm S， Husted A S， Skov L J， et al. Beta-hydroxybutyrate suppresses hepatic production of the ghrelin receptor antagonist LEAP2. Endocrinology， 2022， 163（6）： bqac038.

［3］ Fittipaldi A S， Hernández J， Castrogiovanni D， et al. Plasma levels of ghrelin， des-acyl ghrelin and LEAP2 in children with obesity： correlation with age and insulin resistance. Eur J Endocrinol， 2020， 182（2）： 165-175.

［4］ Varimo T， Miettinen P J， Vaaralahti K， et al. Circulating liver-enriched antimicrobial peptide-2 decreases during male puberty. J Endocr Soc， 2022， 6（3）： bvac013.

［5］ Lugilde J， Casado S， Beiroa D， et al. LEAP-2 counteracts ghrelin-induced food intake in a nutrient， growth hormone and age independent manner. Cells， 2022， 11（3）： 324.

［6］ Shankar K， Metzger N P， Singh O， et al. LEAP2 deletion in mice enhances ghrelins actions as an orexigen and growth hormone secretagogue. Mol Metab， 2021， 53： 101327.

［7］ Lu X， Huang L， Huang Z， et al. LEAP-2： an emerging endogenous ghrelin receptor antagonist in the pathophysiology of obesity. Front Endocrinol （Lausanne）， 2021， 12： 717544.

［8］ Gupta D， Ogden S B， Shankar K， et al. “a LEAP 2 conclusions？ Targeting the ghrelin system to treat obesity and diabetes”. Mol Metab， 2021， 46： 101128.

［9］ Hagemann C A， Zhang C， Hansen H H， et al. Identification and metabolic profiling of a novel human gut-derived LEAP2 fragment. J Clin Endocrinol Metab， 2021， 106（2）： e966-e981.

［10］ Hagemann C A， Jensen M S， Holm S， et al. LEAP2 reduces postprandial glucose excursions and ad libitum food intake in healthy men. Cell Rep Med， 2022， 3（4）： 100582.

［11］ Li J， Huang P， Xiong J， et al. Serum levels of ghrelin and LEAP2 in patients with type 2 diabetes mellitus： correlation with circulating glucose and lipids. Endocr Connect， 2022， 11（5）： e220012.

［12］ Vergani E， Bruno C， Gavotti C， et al. LEAP-2/ghrelin interplay in adult growth hormone deficiency： cause or consequence？ A pilot study. IUBMB Life， 2021， 73（7）： 978-984.

［13］ Ma X， Xue X， Zhang J， et al. Liver expressed antimicrobial peptide 2 is associated with steatosis in mice and humans. Exp Clin Endocrinol Diabetes， 2021， 129（8）： 601-610.

［14］ Islam M N， Zhang W， Sakai K， et al. Liver-expressed antimicrobial peptide 2 functions independently of growth hormone secretagogue receptor in calorie-restricted mice. Peptides， 2022， 151： 170763.

［15］ 林慧， 劉肖， 梁清妹， 等. 体质量管理对肥胖型多囊卵巢综合征女性的内分泌激素水平和辅助生育结局的影响. 新医学， 2021， 52（11）：868-872.

［16］ Aslanipour B， Alan M， Demir I. Decreased levels of liver-expressed antimicrobial peptide-2 and ghrelin are related to insulin resistance in women with polycystic ovary syndrome. Gynecol Endocrinol， 2020， 36（3）： 222-225.

（收稿日期：2022-12-25）

（本文编辑：杨江瑜）