胰高血糖素樣肽-1
胰高血糖素樣肽-1[1][2]（glucagon-like peptide-1，GLP-1）或稱類升糖素胜肽-1[3][4]，是一種由30或31個胺基酸組成的肽類激素，源自前胰高血糖素（proglucagon）的組織特異性加工。它主要由腸道內分泌L細胞及腦幹孤束核中的某些神經元在進食後產生和分泌。
與葡萄糖依賴性促胰島素多肽（GIP）一樣，GLP-1也屬於腸促胰島素（incretin）類激素，它能夠通過增強胰島素的分泌，以葡萄糖依賴的方式降低血糖水平。
除了促胰島素作用外，GLP-1還具備多種調節和保護功能。與GIP不同，GLP-1在2型糖尿病患者中依然有效。自2000年代起，GLP-1受體激動劑陸續獲得批准用於治療糖尿病和肥胖（如2005年4月，艾塞那肽（Byetta）獲得FDA批准，2009年8月在中國獲批上市）。
初始的GLP-1（1-37）易受醯胺化和蛋白酶切割，形成兩種截短但具有相同生物活性的形式：GLP-1（7-36）醯胺和GLP-1（7-37）。活性GLP-1的二級結構由兩個α螺旋組成，分別位於胺基酸位置13–20和24–35，中間由一個連接區分隔。
內源性GLP-1會迅速被二肽基肽酶-4（DPP-4）、中性內肽酶24.11（NEP 24.11）和腎臟清除，半衰期僅約2分鐘。因此，只有10%到15%的GLP-1能以完整形式進入循環系統，導致空腹血漿中的GLP-1水平僅為0-15 pmol/L。為應對這一問題，已開發GLP-1受體激動劑和DPP-4抑制劑，以增加GLP-1的活性。與胰島素和磺脲類等常見藥物不同，GLP-1療法還與體重下降和較低的低血糖風險相關，這對2型糖尿病患者尤為重要。
基因表達
前胰高血糖素基因在多個器官中表達，包括胰腺（胰島α細胞）、腸道（腸內分泌L細胞）和大腦（尾側腦幹和下視丘）。
禁食和低血糖時，胰腺中的前胰高血糖素基因表達增加，而胰島素會抑制其表達。相反，腸道中的前胰高血糖素基因表達在禁食時減少，進食後增加。
在哺乳動物中，所有這三種細胞類型產生相同的mRNA，並翻譯為180個胺基酸的前體——前胰高血糖素。但組織特異性的翻譯後加工機制會使不同的細胞產生不同的肽類激素。
在胰島α細胞中，前胰高血糖素由前激素轉化酶2（PC2）切割，生成胰升糖素相關肽（GRPP）、胰高血糖素、插入肽1（IP-1）和主要前胰高血糖素片段（MPGF）。
在腸道和大腦中，前胰高血糖素由PC1/3催化，生成glicentin，隨後轉化為GRPP、Oxyntomodulin、GLP-1、插入肽2（IP-2）和胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）。
最初，人們認為GLP-1對應於前胰高血糖素的（72-108）片段，與MPGF的N端一致，但對內源性GLP-1的測序發現，它實際上對應於前胰高血糖素的（78-107）片段，這帶來了兩個重要發現。
首先，全長的GLP-1（1-37）被內肽酶催化為具有生物活性的GLP-1（7-37）。
其次，前胰高血糖素（108）的甘氨酸作為底物，使C端精氨酸發生醯胺化，生成同樣有效的GLP-1（7-36）醯胺。
在人類中，超過80%的GLP-1是醯胺化形式，而在其他物種中，相當一部分仍保持為GLP-1（7-37）。
分泌
GLP-1被包裝在分泌顆粒中，由位於迴腸末端和結腸的L細胞分泌到肝門系統，少量L細胞也分布在空腸和十二指腸。L細胞是開放型三角形上皮細胞，直接與腸腔和神經血管組織接觸，因此能受到多種營養、神經和內分泌因子的刺激。
GLP-1的分泌呈雙相模式，進食後10-15分鐘內有早期分泌高峰，隨後在30-60分鐘出現第二階段的長效分泌。由於大多數L細胞位於迴腸末端和結腸，早期分泌高峰可能由神經信號、腸道肽或神經遞質引發。此外，位於空腸近端的L細胞數量足以通過直接接觸腸腔內的營養物質引發早期分泌。第二階段的分泌則更可能是消化後的營養物質直接刺激L細胞所致。因此，胃排空速度是一個重要因素，因為它調節營養物質進入小腸的速度，而小腸是直接刺激L細胞的部位。GLP-1的一項作用是抑制胃排空，從而在餐後激活時減緩自身分泌。
在空腹狀態下，人體中活性GLP-1的血漿濃度為0至15 pmol/L，進食後可增加2到3倍，具體取決於餐食的大小和營養成分。脂肪酸、必需胺基酸和膳食纖維等個別營養物質也已被證明能夠刺激GLP-1的分泌。
糖類與多種信號通路相關，能夠引發L細胞膜去極化，導致胞質中Ca²⁺濃度升高，從而誘導GLP-1分泌。脂肪酸則與細胞內Ca²⁺庫的動員及Ca²⁺釋放到胞質中有關。蛋白質誘導GLP-1分泌的機制尚不明確，但胺基酸的比例和組成對其刺激效果似乎非常重要。
降解
一旦分泌，GLP-1對蛋白水解酶二肽基肽酶-4（DPP-4）非常敏感。具體來說，DPP-4會切割Ala8和Glu9之間的肽鍵，生成的GLP-1（9–36）醯胺占循環中總GLP-1的60%至80%。DPP-4廣泛存在於多種組織和細胞中，既有膜錨定型，也有可溶性形式。特別是，DPP-4在內皮細胞表面表達，包括那些靠近GLP-1分泌部位的細胞。因此，估計只有不到25%的分泌GLP-1能夠以完整形式離開腸道。此外，由於肝細胞中DPP-4的高濃度，40%至50%的剩餘活性GLP-1會在肝臟中被降解。因此，由於DPP-4的活性，只有10%到15%的分泌GLP-1能以完整形式進入循環系統。
中性內肽酶24.11（NEP 24.11）是一種膜結合的鋅金屬肽酶，在多種組織中廣泛表達，特別是在腎臟中濃度較高，因此被認為是GLP-1迅速降解的重要因素。它主要在芳香胺基酸或疏水胺基酸的N端切割肽，估計對GLP-1的降解貢獻高達50%。然而，只有在DPP-4的降解受到抑制時，NEP 24.11的活性才會顯現，因為大多數到達腎臟的GLP-1已經被DPP-4處理。此外，腎臟清除在去除已經失活的GLP-1方面似乎更為重要。
最終，活性GLP-1的半衰期約為2分鐘，這段時間足以激活GLP-1受體。
生理作用：
GLP-1具有多種生理特性，使其及其功能類似物成為糖尿病治療的熱門研究對象。然而，GLP-1在血液中易被二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）降解，其半衰期（t1/2）僅數分鐘，因此，藥物開發策略包括二肽基肽酶-4抑制劑和GLP-1類似物。這些治療手段不僅能帶來即時效果，還能實現長期改善。儘管早期認為2型糖尿病患者的GLP-1分泌減少與胰高血糖素效應減弱有關，但現在的觀點是，2型糖尿病患者的GLP-1分泌與健康個體並無顯著差異。
GLP-1最顯著的作用是促進胰島素依賴於葡萄糖的分泌。當GLP-1與胰腺β細胞上的GLP-1受體結合時，受體與G蛋白亞單位結合，激活腺苷酸醯化酶，從而增加ATP轉化為cAMP的產量。這一過程激活包括PKA和Epac2在內的二級通路，改變離子通道活性，導致胞質Ca²⁺水平升高，增強胰島素顆粒的外排。葡萄糖的流入確保有足夠的ATP維持這一刺激效應。
此外，GLP-1通過促進胰島素基因轉錄、mRNA穩定性和生物合成，確保β細胞的胰島素儲存得以補充，防止在分泌過程中耗竭。GLP-1還明顯增加β細胞的數量，促進細胞增殖和新生，同時抑制細胞凋亡。由於1型和2型糖尿病均與功能性β細胞的減少相關，這一效應在糖尿病治療中尤為重要。GLP-1不僅增強胰島素分泌，還在餐後血糖水平高於空腹水平時抑制胰高血糖素的分泌。這一抑制作用不會影響胰高血糖素對低血糖的反應，因其同樣依賴於葡萄糖。抑制作用可能是通過間接釋放生長抑素來實現，但直接作用不能完全排除。
在大腦中，GLP-1受體激活與神經營養效應相關，包括神經發生和神保護效應，能減少細胞壞死、凋亡信號、細胞死亡和功能障礙。在病態大腦中，GLP-1受體激動劑的治療被發現能夠保護多種實驗性疾病模型（如帕金森病、阿爾茨海默病、中風、創傷性腦損傷和多發性硬化症）。GLP-1受體在腦幹和下視丘的表達表明，GLP-1能夠促進飽腹感，從而減少食物和水的攝入。因此，接受GLP-1受體激動劑治療的糖尿病患者常常會出現體重減輕，而非與其他治療藥物相關的體重增加。
在胃中，GLP-1抑制胃排空、酸分泌和運動，從而綜合降低食慾。通過減緩胃排空，GLP-1能降低餐後血糖波動，這一特性對於糖尿病治療非常吸引人。然而，這些胃腸道作用也可能導致接受GLP-1類藥物治療的患者偶爾感到噁心。
此外，GLP-1在心臟、舌頭、脂肪、肌肉、骨骼、腎臟、肝臟和肺等多種組織中還表現出保護和調節作用。
研究歷史
1902年，Bayliss和Starling在動物中發現了第1個腸胃多肽激素，並將這種能夠刺激胰液分泌的激素命名為促胰液素[5]。
1960年代，發現了「腸促胰素效應」，相比於靜脈注射，口服葡萄糖促進胰島素分泌的作用明顯更強[6]。
1982年，理察·古德曼（Richard Goodman）和P·凱·倫德（P. Kay Lund）在麻省總醫院為喬爾·哈比納博士（Joel Habener）工作時發現，胰高血糖素基因實際上編碼三種肽：胰高血糖素和兩種新肽，現稱為胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）。
1980年代，Svetlana Mojsov在麻省總醫院的肽合成中心工作，致力於GLP-1的鑑定。為了確定GLP-1的某個片段是否是胰升糖素，Mojsov創造了一個胰升糖素抗體，並開發了跟蹤其存在的方法。她發現GLP-1中一段由31個胺基酸組成的序列是胰升糖素。莫伊索夫及其合作者丹尼爾·J·德魯克和哈比納證明了少量實驗室合成的GLP-1可以觸發胰島素的分泌。
Mojsov努力將自己的名字列入專利，最終麻省總醫院同意修改四項專利以包括她的名字。她因此獲得了其中一項藥物為期一年的三分之一版稅。
GLP-1的極短半衰期使其無法開發為藥物。這一發現促使糖尿病研究轉向其他治療方法，例如針對GLP-1受體，從而推動了GLP-1受體激動劑的開發。
1992年，約翰·恩（John Eng）博士在美洲毒蜥（希拉毒蜥，Gila Monster）唾液腺中發現天然GLP-1樣多肽Exendin-4[7]。
1996年，約翰·恩與Amylin達成合作協議。
2002年，Eli Lilly和Amylin就Exendin-4達成共同開發協議。
2005年，美國FDA批准Exendin-4（Exenatide/ BYETTA/艾塞那肽）用於2型糖尿病的輔助治療，每天注射2針（BID），成為First-in-class的GLP-1類似物。
參考
- ^ 存档副本. [2024-03-10]. （原始內容存檔於2024-03-10）.
- ^ 張勤鳳, 武曉泓. 胰高血糖素樣肽1受體表達及其生理功能的研究進展 [J] . 中華糖尿病雜誌,2013,5 (3): 183-186. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1674-5809.2013.03.013
- ^ 存档副本. [2024-03-10]. （原始內容存檔於2024-03-10）.
- ^ 存档副本. [2024-03-10]. （原始內容存檔於2024-03-10）.
- ^ Modlin I M, Kidd M. Ernest Starling and the discovery of secretin[J]. Journal of Clinical Gastroenterology, 2001, 32(3): 187-192.
- ^ Luhovyy B L, Kathirvel P. Food proteins in the regulation of blood glucose control[M]//Advances in Food and Nutrition Research. Academic Press, 2022, 102: 181-231.
- ^ Eng J, Kleinman W A, Singh L, et al. Isolation and characterization of exendin-4, an exendin-3 analogue, from Heloderma suspectum venom. Further evidence for an exendin receptor on dispersed acini from guinea pig pancreas[J]. Journal of Biological Chemistry, 1992, 267(11): 7402-7405.