胰高血糖素样肽-1受体激动剂在心血管疾病中的研究进展

林君义 钱航 张祝娣 刘凯仪 刘娟 操文榜 马泳楠 闵新文 陈俊

(湖北医药学院附属国药东风总医院,湖北 十堰 442000)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)的患病率逐年上升[1],糖尿病相关并发症主要分为微血管疾病和大血管疾病。大血管疾病主要表现为动脉粥样硬化性疾病,是T2DM患者死亡和致残的主要原因。吸烟、高血压、高脂血症和高血糖等是促进动脉粥样硬化进展的高危因素。研究表明,胰高血糖素样肽-1受体激动剂(glucagon-like peptide-1 receptor agonist,GLP-1RA)是一种治疗糖尿病的新型药物,除降血糖外,还有保护心血管和肾脏等作用。现讨论GLP-1RA在心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)、动物模型和培养细胞中的心血管作用和分子机制,希望将这一重要类别的抗糖尿病药物的适应证扩大到无糖尿病的CVD患者。

1 GLP-1RA的历史

1987年,Holst(丹麦)和Orskov(美国)[2]最先发现并描述了哺乳动物肠道内分泌细胞分泌的天然肽胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)。此后进一步研究表明,GLP-1在健康啮齿动物和患有T2DM的患者中是一种有效的促胰岛素肽。由于GLP-1可降低持续性高血糖患者的血糖水平,因此它成为研究最广泛的肠源性激素[3]。GLP-1具有促进胰岛素基因的转录、胰岛素的合成和分泌,并可抑制胰岛β细胞凋亡,增加胰岛β细胞数量。此外,GLP-1还可作用于胰岛α细胞,减少胰岛α细胞的胰高血糖素分泌,并作用于胰岛δ细胞,促进生长抑素的分泌,生长抑素又可作为旁分泌激素参与抑制胰高血糖素的分泌,从而抑制餐后高血糖[4]。然而,GLP-1易被体内普遍存在的二肽基肽酶-4快速降解,因此,研发了抗二肽基肽酶-4蛋白水解活性的GLP-1RA(例如利拉鲁肽和塞马鲁肽),目前已被确定为T2DM的指南用药。

2 肠促胰岛素系统

GLP-1是一种肠促胰岛素,由远端小肠和大肠L细胞产生,在进食后释放[5]。胰高血糖素样肽-1受体(glucagon-like peptide-1 receptor,GLP-1R)不仅存在于中枢神经系统和胃肠道,且存在于胰腺、肾脏、心肌细胞、血管平滑肌细胞和内皮[6]。GLP-1的信号转导通过GLP-1R介导,该受体属于G蛋白耦联受体的胰高血糖素超家族,通过增加细胞内环磷酸腺苷、钙离子和磷脂酶C发挥作用[7]。

GLP-1RA与GLP-1有一定同源性,它可模拟天然GLP-1而发挥作用,具有高度特异性、毒性较小和药物相互作用少的特点。根据药代动力学,GLP-1RA分为短效和长效药物[8]。短效GLP-1RA如艾塞那肽和西塞那肽,作用机制是减缓胃排空和降低餐后血糖。长效GLP-1RA包括度拉糖肽和替利帕肽等,与短效化合物相比,长效药物的作用机制主要包括刺激胰岛素分泌和抑制胰高血糖素释放,从而影响餐后和空腹血糖。

3 GLP-1RA的现状

全球已有多项针对GLP-1RA的心血管结局研究,如EXSCEL[9](艾塞那肽周制剂)、LEADER[10](利拉鲁肽)、SUSTAIN-6[11](索马鲁肽)和REWIND[12](度拉糖肽)。REWIND研究[12]是一项旨在评估度拉糖肽改善成人T2DM患者心血管事件疗效的研究,69%的受试者在基线无CVD病史。其研究结果证实,度拉糖肽可显著减少T2DM患者心血管事件的发生。GLP-1RA兼具降糖、减重和减少内脏脂肪的作用,同时不增加低血糖风险,在老年患者中无需调整剂量,安全性好,可鼎力助推糖尿病精准医疗,与其他降血糖药相比在心血管保护中显示出明显优势。

目前,关于GLP-1RA的指南建议与临床现实之间存在明显差距的原因是多方面的。首先,GLP-1RA治疗的成本远高于大多数口服降血糖药,虽然与强化胰岛素治疗方案的成本相当,但目前可获得的GLP-1RA的价格过高仍是大多数国家的主要障碍;其次,每日或每周注射阻碍了一些患者启动GLP-1RA;再次,禁忌证(即胰腺炎、糖尿病视网膜病变或甲状腺髓样癌的病史)可能会影响患者使用GLP-1RA[13];最后,胃肠道不良事件仍是GLP-1RA治疗的重要限制。

4 GLP-1RA降低CVD风险的间接作用

4.1 GLP-1RA减少巨噬细胞炎症和泡沫细胞形成

在病理应激下巨噬细胞参与炎症反应,从而导致胰岛素抵抗和T2DM。GLP-1RA(如exendin-4)不仅减轻巨噬细胞浸润,还会抑制白细胞介素-1β、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α的表达。在机制上,GLP-1RA通过介导巨噬细胞直接改善核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,从而改善胰岛素抵抗[14]。此外,GLP-1RA和二甲双胍可通过影响增强子结合蛋白β抑制单核/巨噬细胞的促炎表型,以及丝裂原活化蛋白激酶和NF-κB途径[15]。因此,GLP-1RA可通过上述机制抑制巨噬细胞相关炎症。

单核/巨噬细胞转化为泡沫细胞是动脉粥样硬化形成的标志,位于血管的单核/巨噬细胞吞噬氧化低密度脂蛋白产生泡沫细胞,释放大量促炎介质。泡沫细胞的形成过程是因修饰脂蛋白流入和流出的不平衡。脂质摄取后,胆固醇酰基转移酶-1催化胆固醇酯化。GLP-1RA可通过激活GLP-1R信号转导诱导的自噬,降低酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶-1表达活性,以及抑制PKA/CD36途径来抑制氧化低密度脂蛋白摄取,从而抑制泡沫细胞形成。即使在泡沫细胞中,GLP-1RA也可通过调节AMPK/SREBP1来防止氧化应激和脂肪变性[16]。因此,推测GLP-1RA可减少泡沫细胞抑制血管衰老并延缓动脉粥样硬化的进展。

4.2 GLP-1RA对NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎性小体的抑制作用

高血糖诱导的NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎性小体激活可导致T2DM的内皮功能障碍。GLP-1RA通过减弱含有凋亡相关斑点样蛋白的NLRP3表达来抑制NLRP3炎性小体激活,并切割胱天蛋白酶[17]。在H9c2心肌细胞中,GLP-1RA还通过调节SIRT1/NOX4/ROS途径,抑制缺氧诱导的NLRP3炎性小体活性和肿瘤坏死因子-α[18]。此外,GLP-1RA既可直接又可间接地抑制NLRP3炎性小体。

GLP-1RA通过线粒体途径调节对NLRP3炎性小体激活的抑制;GLP-1RA还通过增强有丝分裂吞噬途径,抑制NLRP3炎性小体,从而改善肝脏中氧化应激诱导的损伤,而3-甲基腺嘌呤/线粒体激酶可消除GLP-1RA对炎症损伤的抑制[19]。此外,临床上GLP-1RA可通过上述途径减少支架植入后的内膜增生[20]。由此可见GLP-1RA对抑制NLRP3炎性小体具有积极影响。

4.3 GLP-1RA对免疫细胞功能和炎症的调节

慢性炎症是糖尿病和肥胖症的基础。GLP-1RA可通过巨噬细胞极化调节促炎介质和免疫细胞表型。在这种情况下,GLP-1RA可抑制白细胞介素-2和γ干扰素的分泌,从而调节免疫微环境并预防糖尿病[21]。GLP-1RA可通过调节早期阶段免疫细胞表型,抑制动脉粥样硬化的进展。利拉鲁肽通过促进巨噬细胞极化为抗炎巨噬细胞,减少促炎巨噬细胞的数量,减轻载脂蛋白E敲除小鼠主动脉根部的动脉粥样硬化[22]。

GLP-1RA的免疫调节作用也表明其在1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)中的潜在作用。在T1DM小鼠模型的非肥胖糖尿病小鼠中,GLP-1RA可改善免疫功能和炎症反应,并减轻胰岛细胞损伤,这种作用可能与miR-19β表达的降低有关[23]。类似的,GLP-1RA通过减少γ干扰素分泌和下调T细胞中程序性死亡受体1的表达,对T1DM中的炎症反应发挥潜在的保护作用[24]。因此,GLP-1RA在T1DM的免疫调节中发挥潜在作用。

4.4 GLP-1RA改善心肌细胞或心肌成纤维细胞功能障碍

心肌细胞或心肌成纤维细胞功能障碍与异常增殖、凋亡、肥大以及炎症和纤维化有关,这可能由线粒体功能障碍和代谢紊乱引起。持续性高血糖可介导缺氧或缺血性损伤,并引发心肌细胞收缩功能障碍,激活NF-κB信号通路,从而诱导内质网应激[25]。GLP-1RA可通过激活PI3K/Akt途径维持心肌细胞的能量代谢平衡,有助于增加心肌细胞葡萄糖摄取。基于这些途径,GLP-1RA有助于改善代谢紊乱,缓解心肌细胞功能障碍。

GLP-1RA可调节细胞内钙稳态,以防止心肌细胞的再灌注损伤;GLP-1RA还可通过降低2型赖氨酸受体的磷酸化,并减轻钙调素依赖蛋白激酶Ⅱ的活性,减少室性心律失常中肌质网的钙离子流出而发挥抗心律失常作用[26]。此外,GLP-1R激活可抵消β肾上腺素受体刺激对心室兴奋性的影响,并降低心室肌心律失常电位。除维持钙通道稳态外,GLP-1RA还通过激活ATP敏感钾通道,减轻压力超负荷引起的心肌细胞凋亡和肥大[27]。

除调节心肌细胞功能外,GLP-1RA还可改善心脏成纤维细胞的功能。例如,GLP-1RA可通过部分下调脯氨酸-4-羟化酶α多肽Ⅰ来调节CD36/JNK/AP1信号通路,然后抑制由血管紧张素Ⅱ1型受体介导的活性氧产生,从而改善心脏成纤维细胞的增殖和心肌纤维化[28]。此外,GLP-1RA通过减少磷酸化NF-κB p65和磷酸化细胞外调节蛋白激酶的表达,减少心脏成纤维细胞,改善心肌细胞功能障碍[29]。综上所述,GLP-1RA通过平衡能量代谢及与腺苷酸活化蛋白激酶相关的多种途径,抑制心肌细胞凋亡,改善心肌细胞或心脏成纤维细胞功能障碍。

5 GLP-1RA与CVD

5.1 GLP-1RA与动脉粥样硬化

血脂和糖化血红蛋白异常是T2DM患者动脉粥样硬化和CVD进展的危险因素。基础研究[30]表明,在链脲佐菌素诱导的高血糖和高脂血症小鼠或T1DM大鼠中,大剂量GLP-1RA通过AMP活化蛋白激酶非依赖性途径,减少高血糖小鼠主动脉脂质沉积。GLP-1RA抑制载脂蛋白E敲除小鼠的动脉粥样硬化进展,通过调节斑块不稳定性,调节炎症(如炎症的标志物CD163、胆固醇代谢相关的标志物ATP结合盒转运体A1)起到抑制作用,这种抑制作用独立于血浆胆固醇变化和体重降低[31]。具体而言,GLP-1RA可通过C57BL/6小鼠的cAMP/PKA途径,抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移。

临床试验表明,大多数GLP-1RA改善了动脉粥样硬化的进展,尤其是低密度脂蛋白水平。在接受标准他汀类药物治疗的新发糖尿病患者中,利拉鲁肽和二甲双胍一起改善了动脉粥样硬化中低密度脂蛋白和C反应蛋白的表达[32]。研究[33]还报告,单独使用利拉鲁肽(1.2 mg/d)比单独使用二甲双胍或利拉鲁肽和二甲双胍联用对脂质代谢和心血管保护更有效。这些研究表明,GLP-1RA通过抗炎机制和预防血管重塑来限制和稳定动脉粥样硬化斑块的发展。

5.2 GLP-1RA与心肌梗死

心肌梗死(myocardial infarction,MI)及其组织损伤导致心力衰竭是T2DM患者死亡的主要原因。证据表明,GLP-1RA可减少MI的发生[34]。在接受经皮介入治疗的急性MI患者中,GLP-1RA治疗可减少梗死面积,同时改善左室射血分数。动物实验[35]发现GLP-1RA(如exendin-4)治疗可减少大鼠MI面积,抑制心室扩张、心肌纤维化和心肌细胞肥大。在异丙肾上腺素诱导的MI中,GLP-1RA通过调节胰岛素样生长因子-1/2并上调α雌激素受体从而发挥心脏保护作用[36]。在肥胖猪中,GLP-1R激活可改善MI后的心功能并增加心输出量[37]。由此可见GLP-1RA能缓解MI和修复受损心脏组织以改善心脏功能。

MI发生后,GLP-1诱导人心脏成纤维细胞形成新的弹力纤维,限制心脏离心性肥大,在心脏功能恢复中发挥有益作用。一项临床随机双盲试验[38]对有高危因素的T2DM患者进行随访显示,服用利拉鲁肽的患者CVD及卒中死亡的发生率显著低于安慰剂组。SUSTAIN研究[39]显示,司美格鲁肽较安慰剂显著降低主要不良心血管事件的发生风险,非致死性卒中发生的风险降低39%。以上研究表明MI可在GLP-1RA中获益。

5.3 GLP-1RA与心力衰竭

GLP-1RA在心力衰竭中的作用仍有争议。心脏钙代谢紊乱是心力衰竭的标志。GLP-1RA可通过抑制Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ的激活来调节Ca2+水平,可能是通过激活eNOS/cGMP/PKG途径对心脏重构产生有利影响[35]。

此外,心肌重构在MI后心力衰竭中起关键作用。GLP-1RA通过影响细胞外基质的变化而不是依赖于其血糖控制来预防MI后重塑。甲基乙二醛诱导的线粒体异常可能会抑制心力衰竭的进展。在培养的H9c2细胞中,GLP-1RA减少甲基乙二醛诱导的线粒体和细胞内活性氧的产生,可看出GLP-1RA对线粒体功能障碍和心力衰竭时的氧化应激具有一定抑制作用[40]。

6 总结与展望

在过去30年进行的临床研究中,已确定GLP-1RA是一类广泛推荐的降血糖药。基于肠促胰岛素的新型药物,如GLP-1/葡萄糖依赖性促胰岛素多肽、GLP-1/葡萄糖依赖性促胰岛素多肽/胰高血糖素也正在研发中。目前,肠促胰岛素药物不仅在T2DM和肥胖治疗上积累了丰富的证据,也在糖尿病前期、妊娠糖尿病、T1DM、多囊卵巢综合征和替代胃转流术方面进行了深入探索。笔者有理由相信,此类药物的应用领域将逐步拓宽,将为CVD提供新的临床治疗策略。