GLP-1受体激动剂对2型糖尿病患者胰岛β细胞保护机制的研究进展

吴梦梦 周迪夷

2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是一种以慢性高血糖为特征的代谢性疾病，β 细胞功能障碍和胰岛素抵抗是其发病的主要机制[1]。T2DM易合并多种并发症，对患者的身心健康造成严重损害，并给医疗系统带来巨大的经济负担。近几十年，由于人们生活方式的转变，T2DM 发病率显著增高，尤其是超重和肥胖患者[2]。胰高血糖素样肽-1（glucagon like peptide-1，GLP-1）是一种肠促胰岛素激素，由肠L 细胞分泌，具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延缓胃排空、减少胰岛素介导的葡萄糖摄取等功效[3]，其在体内主要通过激活胰高糖素样肽-1 受体（glucagon like peptide-1 receptor，GLP-1R）发挥作用。胰高血糖素样肽-1 受体激动剂（glucagon like peptide-1 receptor agonist，GLP-1RA）作为一种兼具减重、降低糖化血红蛋白、心血管保护作用的新型降糖药物,已广泛应用于T2DM 的治疗。本文就GLP-1RA 对胰岛β 细胞发挥保护作用的相关机制作一综述。

1 对胰岛β 细胞产生保护作用的4 条通路

T2DM 患者除血糖水平升高外，堆积的脂肪组织还会将大量的游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）释放到血液中。研究表明，高糖、高脂环境会导致胰岛素抵抗和胰岛β 细胞衰竭，这个过程被称为“糖脂毒性”[4]。糖脂毒性导致胰岛β 细胞凋亡的主要原因在于其可以触发线粒体功能障碍、内质网应激、氧化应激等多种应激途径。而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidases，GPx）和过氧化氢酶（catalase，CAT）在胰岛β 细胞中的表达远低于其他胰腺细胞，这导致β 细胞抗氧化能力严重不足，因此胰岛β 细胞极易受氧化应激的影响而发生功能障碍甚至凋亡。反之，内质网应激、线粒体功能障碍又可导致活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成过多，进一步加剧氧化应激，由此表明这些应激途径可相互影响，共同作用于胰岛β 细胞，导致胰岛β 细胞功能障碍甚至衰竭[5]。已有研究表明，GLP-1RA 能促进胰腺组织胆固醇外排并增强胰岛β 细胞抗氧化能力，减少内质网应激，促进胰岛β 细胞增殖，进而对胰岛β 细胞产生保护作用，相关通路有以下4 条。

1.1 核因子红系2 相关因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）/抗氧化反应元件（anti-oxidant response element，ARE）通路 ROS 对细胞信号转导起着重要作用，但高糖、高脂水平引起的ROS 过度累积会导致“氧化应激”反应,破坏正常的细胞功能，甚至引起细胞凋亡[6]。研究表明，GLP-1RA 可增强胰岛β 细胞抗氧化能力，其主要机制是对Nrf2/ARE 通路的激活。Nrf2 是调节细胞抗氧化反应的关键分子，在正常情况下，Nrf2 通过Kelch 样ECH 相关蛋白1（kelch-like ECH associated protein 1，Keap1）不断泛素化，并在蛋白酶体中降解。而GLP-1RA 可促进Nrf2 磷酸化，磷酸化的Nrf2 积聚在细胞核中并与抗氧化蛋白的ARE 位点结合，调节其下游许多抗氧化基因的转录，包括血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）、NAD（P）H 脱氢酶、醌氧化还原酶（quinone oxidoreductase 1，NQO1）、c-谷氨酰半胱氨酸合成酶、GPx1、谷胱甘肽S-转移酶（glutathione-S-transferase，GST）、谷胱甘肽还原酶（gluathione reductase，GR）和SOD 等，从而使胰岛β 细胞抗氧化应激能力大大增强[7]。

临床研究发现，经GLP-1RA 治疗12 个月后，糖尿病患者氧化应激的生物标志物硫代巴比妥酸反应物质（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平显著降低[8]。研究表明，GLP-1RA 可显著降低各种不利因素诱导的氧化应激标志物水平，包括SOD、GR、CAT、GPx、谷胱甘肽（glutathione，GSH），减少脂质过氧化和非酶糖基化蛋白水平[9]。Min 等[10]通过细胞实验发现100 nmmol/L 利拉鲁肽可使高糖诱导的大鼠胰岛细胞瘤细胞凋亡减少63.1%，并且降低瘤细胞ROS 表达。由此可见，GLP-1RA 对增强β 细胞抗氧化能力有确切作用。

1.2 AMPK/聚ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）通路 胆固醇代谢紊乱是导致胰岛β细胞功能障碍的重要机制，维持胆固醇稳态有助于改善胰岛β 细胞的功能。ATP 结合盒转运蛋白A1（ATPbinding cassette transporter A1，ABCA1）可使巨噬细胞中的胆固醇外排，并使之转变成高密度脂蛋白（highdensity lipoprotein，HDL）颗粒，肝脏X 受体（liver X receptor,LXR）可以转录和转录后调节ABCA1 表达[11]。PARP 是诱导糖尿病胰岛细胞损伤的基因之一，其活性受GLP-1 下游信号AMPK 的抑制[12]，PARP 与ABCA1表达呈负相关，其可通过抑制LXR 介导的ABCA1 表达来调节巨噬细胞中的胆固醇外排[13]。在胰岛β 细胞中，PARP 表达出同样的效应：GLP-1 及其下游信号AMPK 激活后抑制PARP，PARP 活性的下调增加了LXR 转录活性，促使ABCA1 表达增加，促进胆固醇流出并降低胆固醇诱导的细胞毒性[14]。

研究表明，GLP-1RA 可降低正在接受他汀类药物治疗的T2DM 患者的血清LDL-C[15]；动物实验发现，肥胖糖尿病大鼠体内ABCA1 表达明显降低，与注射0.9%氯化钠溶液相比，向肥胖糖尿病大鼠的胰岛组织中注射艾塞那肽可明显提高ABCA1 表达，且可显著减少大鼠胰腺组织中的脂质沉积和胆固醇含量[16]；皮下注射利拉鲁肽（8 μg/kg）连续8 周、2 次/d 可显著降低高糖、高脂喂养的db/db 小鼠血糖、TC、TG 和LDL-C 水平，减少肝脏脂质沉积。此外，腹腔注射利拉鲁肽后，小鼠巨噬细胞、血浆和粪便中的胆固醇标志物水平显著增高[17]。这表明，GLP-1RA 可通过促进胆固醇外排，进而减少脂质对胰岛β 细胞的损害，但GLP-1RA 能否使脂质谱发生改变尚不明确。

1.3 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路 mTOR 是一种丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶，由雷帕霉素敏感的mTORC1 和雷帕霉素不敏感的mTORC2 两个复合物组成，GLP-1 和Ex4 均可促进mTOR 途径组分的磷酸化[18]，而β 细胞中mTOR1 的激活可以促进细胞增长和增殖[19]。真核翻译起始因子4E 结合蛋白（eIF4E-binding proteins,4EBPs）和核糖体蛋白S6 激酶1（S6 kinase 1，S6K1）是mTORC1 信号传导的主要效应子，前者控制细胞增殖，后者及其下游靶标调节细胞大小。4E-BPs 主要通过调节细胞周期实现对细胞增殖的影响：一方面4E-BPs 能选择性地抑制调控细胞增殖的蛋白，另一方面其可调控影响细胞分裂周期的相关蛋白质的信使RNA 来抑制细胞增殖。S6K1 的磷酸化可激活真核翻译起始因子4A1（eukaryotic translation initiation factor 4A，eIF4A）解旋酶活性，进而磷酸化各种核糖体蛋白并促进翻译[20]。两个效应子的激活可共同促进β 细胞增殖、增长。

另有研究表明，艾塞那肽可完全逆转氯氮平给药导致的小鼠急性高血糖，并且随着艾塞那肽的使用，由氯氮平引起胰岛β 细胞凋亡增加、细胞增殖受抑制、细胞质量损失完全恢复[21]。

1.4 AMPK/ULK1/2 通路 自噬是一种高度保守的细胞内循环途径，可在营养缺乏时回收受损的细胞器、蛋白质或多余的营养物质，为维持细胞内稳态和维持核心代谢功能提供能量[22]。营养过剩时，自噬可去除有毒的聚集体，或在蛋白质合成增加的情况下清除未折叠的蛋白质，以改善慢性炎症反应和内质网应激，进而促使细胞存活[23]。β 细胞自噬可通过防止内质网应激、炎症和氧化应激来预防β 细胞损伤和死亡，已有研究证明β 细胞自噬受GLP-1RA 的影响[24]。GLP-1RA 的应用会增加胰岛β 细胞内的Ca2+，使细胞内钙调蛋白依赖性蛋白激酶（Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKK）激活，进而磷酸化AMPK[25-26]。AMPK 进一步磷酸化由ULK-1/2、Atg13、Atg101 和FIP200 组成的ULK 复合体，其激活标志着自噬的开始。活化的ULK-1/2 复合体依次激活由Beclin1、Vsp15、Vsp34、Atg14L 和Ambra1 组成的PtdIns3K复合体。激活的PtdIns3K 复合体转运到吞噬体组装位点并在那里产生PI3P，将PI3P 结合蛋白如DFCP1 和WIPI2b 招募到PIP3 富集区，进一步形成自噬体，开始自噬过程[27-28]。

LC3B-Ⅱ是一种自噬体膜标志蛋白，已被确定为自噬标志物，p62 则是自噬活性受到抑制的标志，1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-Methyl-4-phenyl-1，2，3，6-t etrahydro pyridine，MPTP）处理可导致小鼠自噬受损，表现为LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值降低，p62 积累。而GLP-1RA 给药能够降低组织中p62 的积累，并增加自噬通量，改善LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ比值[29]。另有实验证实，皮下注射利拉鲁肽0.3 kg/mg，2 次/d，连续16 周可增加血浆中GLP-1 水平和组织GLP-1R 的表达[30]。细胞实验表明，GLP-1RA 可使自噬诱导信号ULK1 磷酸化水平增加，内质网中自噬体数量增加，且自噬标志物LC3 含量显著增高[31]。

2 小结

GLP-1RA 能够通过Nrf2/ARE、AMPK/PARP、mTOR1、AMPK/ULK1/2 等通路发挥作用，提高胰岛β 细胞抗氧化能力、降低糖脂毒性对β 细胞的损害、促进β 细胞功能性自噬和细胞增殖等，以提高胰岛β 细胞的功能及存活率，延缓T2DM 进展。因此GLP-1RA 作为新型降糖药物，在发挥胰岛β 细胞保护作用方面具有重要作用。但上述相关实验多为动物和细胞实验，人体研究数据较少，并且这些通路的长期激活是否仍对胰岛β 细胞产生保护作用尚不能完全明确，有待进一步深入研究。