林君義 錢航 張祝娣 劉凱儀 劉娟 操文榜 馬泳楠 閔新文 陳俊

(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬國藥東風(fēng)總醫(yī)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],糖尿病相關(guān)并發(fā)癥主要分為微血管疾病和大血管疾病。大血管疾病主要表現(xiàn)為動脈粥樣硬化性疾病,是T2DM患者死亡和致殘的主要原因。吸煙、高血壓、高脂血癥和高血糖等是促進(jìn)動脈粥樣硬化進(jìn)展的高危因素。研究表明,胰高血糖素樣肽-1受體激動劑(glucagon-like peptide-1 receptor agonist,GLP-1RA)是一種治療糖尿病的新型藥物,除降血糖外,還有保護(hù)心血管和腎臟等作用?，F(xiàn)討論GLP-1RA在心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)、動物模型和培養(yǎng)細(xì)胞中的心血管作用和分子機(jī)制,希望將這一重要類別的抗糖尿病藥物的適應(yīng)證擴(kuò)大到無糖尿病的CVD患者。

1 GLP-1RA的歷史

1987年,Holst(丹麥)和Orskov(美國)[2]最先發(fā)現(xiàn)并描述了哺乳動物腸道內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的天然肽胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)。此后進(jìn)一步研究表明,GLP-1在健康嚙齒動物和患有T2DM的患者中是一種有效的促胰島素肽。由于GLP-1可降低持續(xù)性高血糖患者的血糖水平,因此它成為研究最廣泛的腸源性激素[3]。GLP-1具有促進(jìn)胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、胰島素的合成和分泌,并可抑制胰島β細(xì)胞凋亡,增加胰島β細(xì)胞數(shù)量。此外,GLP-1還可作用于胰島α細(xì)胞,減少胰島α細(xì)胞的胰高血糖素分泌,并作用于胰島δ細(xì)胞,促進(jìn)生長抑素的分泌,生長抑素又可作為旁分泌激素參與抑制胰高血糖素的分泌,從而抑制餐后高血糖[4]。然而,GLP-1易被體內(nèi)普遍存在的二肽基肽酶-4快速降解,因此,研發(fā)了抗二肽基肽酶-4蛋白水解活性的GLP-1RA(例如利拉魯肽和塞馬魯肽),目前已被確定為T2DM的指南用藥。

2 腸促胰島素系統(tǒng)

GLP-1是一種腸促胰島素,由遠(yuǎn)端小腸和大腸L細(xì)胞產(chǎn)生,在進(jìn)食后釋放[5]。胰高血糖素樣肽-1受體(glucagon-like peptide-1 receptor,GLP-1R)不僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道,且存在于胰腺、腎臟、心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮[6]。GLP-1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通過GLP-1R介導(dǎo),該受體屬于G蛋白耦聯(lián)受體的胰高血糖素超家族,通過增加細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷、鈣離子和磷脂酶C發(fā)揮作用[7]。

GLP-1RA與GLP-1有一定同源性,它可模擬天然GLP-1而發(fā)揮作用,具有高度特異性、毒性較小和藥物相互作用少的特點。根據(jù)藥代動力學(xué),GLP-1RA分為短效和長效藥物[8]。短效GLP-1RA如艾塞那肽和西塞那肽,作用機(jī)制是減緩胃排空和降低餐后血糖。長效GLP-1RA包括度拉糖肽和替利帕肽等,與短效化合物相比,長效藥物的作用機(jī)制主要包括刺激胰島素分泌和抑制胰高血糖素釋放,從而影響餐后和空腹血糖。

3 GLP-1RA的現(xiàn)狀

全球已有多項針對GLP-1RA的心血管結(jié)局研究,如EXSCEL[9](艾塞那肽周制劑)、LEADER[10](利拉魯肽)、SUSTAIN-6[11](索馬魯肽)和REWIND[12](度拉糖肽)。REWIND研究[12]是一項旨在評估度拉糖肽改善成人T2DM患者心血管事件療效的研究,69%的受試者在基線無CVD病史。其研究結(jié)果證實,度拉糖肽可顯著減少T2DM患者心血管事件的發(fā)生。GLP-1RA兼具降糖、減重和減少內(nèi)臟脂肪的作用,同時不增加低血糖風(fēng)險,在老年患者中無需調(diào)整劑量,安全性好,可鼎力助推糖尿病精準(zhǔn)醫(yī)療,與其他降血糖藥相比在心血管保護(hù)中顯示出明顯優(yōu)勢。

目前,關(guān)于GLP-1RA的指南建議與臨床現(xiàn)實之間存在明顯差距的原因是多方面的。首先,GLP-1RA治療的成本遠(yuǎn)高于大多數(shù)口服降血糖藥,雖然與強(qiáng)化胰島素治療方案的成本相當(dāng),但目前可獲得的GLP-1RA的價格過高仍是大多數(shù)國家的主要障礙;其次,每日或每周注射阻礙了一些患者啟動GLP-1RA;再次,禁忌證(即胰腺炎、糖尿病視網(wǎng)膜病變或甲狀腺髓樣癌的病史)可能會影響患者使用GLP-1RA[13];最后,胃腸道不良事件仍是GLP-1RA治療的重要限制。

4 GLP-1RA降低CVD風(fēng)險的間接作用

4.1 GLP-1RA減少巨噬細(xì)胞炎癥和泡沫細(xì)胞形成

在病理應(yīng)激下巨噬細(xì)胞參與炎癥反應(yīng),從而導(dǎo)致胰島素抵抗和T2DM。GLP-1RA(如exendin-4)不僅減輕巨噬細(xì)胞浸潤,還會抑制白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α的表達(dá)。在機(jī)制上,GLP-1RA通過介導(dǎo)巨噬細(xì)胞直接改善核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,從而改善胰島素抵抗[14]。此外,GLP-1RA和二甲雙胍可通過影響增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β抑制單核/巨噬細(xì)胞的促炎表型,以及絲裂原活化蛋白激酶和NF-κB途徑[15]。因此,GLP-1RA可通過上述機(jī)制抑制巨噬細(xì)胞相關(guān)炎癥。

單核/巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞是動脈粥樣硬化形成的標(biāo)志,位于血管的單核/巨噬細(xì)胞吞噬氧化低密度脂蛋白產(chǎn)生泡沫細(xì)胞,釋放大量促炎介質(zhì)。泡沫細(xì)胞的形成過程是因修飾脂蛋白流入和流出的不平衡。脂質(zhì)攝取后,膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶-1催化膽固醇酯化。GLP-1RA可通過激活GLP-1R信號轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)的自噬,降低?；o酶A膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶-1表達(dá)活性,以及抑制PKA/CD36途徑來抑制氧化低密度脂蛋白攝取,從而抑制泡沫細(xì)胞形成。即使在泡沫細(xì)胞中,GLP-1RA也可通過調(diào)節(jié)AMPK/SREBP1來防止氧化應(yīng)激和脂肪變性[16]。因此,推測GLP-1RA可減少泡沫細(xì)胞抑制血管衰老并延緩動脈粥樣硬化的進(jìn)展。

4.2 GLP-1RA對NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3炎性小體的抑制作用

高血糖誘導(dǎo)的NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎性小體激活可導(dǎo)致T2DM的內(nèi)皮功能障礙。GLP-1RA通過減弱含有凋亡相關(guān)斑點樣蛋白的NLRP3表達(dá)來抑制NLRP3炎性小體激活,并切割胱天蛋白酶[17]。在H9c2心肌細(xì)胞中,GLP-1RA還通過調(diào)節(jié)SIRT1/NOX4/ROS途徑,抑制缺氧誘導(dǎo)的NLRP3炎性小體活性和腫瘤壞死因子-α[18]。此外,GLP-1RA既可直接又可間接地抑制NLRP3炎性小體。

GLP-1RA通過線粒體途徑調(diào)節(jié)對NLRP3炎性小體激活的抑制;GLP-1RA還通過增強(qiáng)有絲分裂吞噬途徑,抑制NLRP3炎性小體,從而改善肝臟中氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷,而3-甲基腺嘌呤/線粒體激酶可消除GLP-1RA對炎癥損傷的抑制[19]。此外,臨床上GLP-1RA可通過上述途徑減少支架植入后的內(nèi)膜增生[20]。由此可見GLP-1RA對抑制NLRP3炎性小體具有積極影響。

4.3 GLP-1RA對免疫細(xì)胞功能和炎癥的調(diào)節(jié)

慢性炎癥是糖尿病和肥胖癥的基礎(chǔ)。GLP-1RA可通過巨噬細(xì)胞極化調(diào)節(jié)促炎介質(zhì)和免疫細(xì)胞表型。在這種情況下,GLP-1RA可抑制白細(xì)胞介素-2和γ干擾素的分泌,從而調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境并預(yù)防糖尿病[21]。GLP-1RA可通過調(diào)節(jié)早期階段免疫細(xì)胞表型,抑制動脈粥樣硬化的進(jìn)展。利拉魯肽通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為抗炎巨噬細(xì)胞,減少促炎巨噬細(xì)胞的數(shù)量,減輕載脂蛋白E敲除小鼠主動脈根部的動脈粥樣硬化[22]。

GLP-1RA的免疫調(diào)節(jié)作用也表明其在1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)中的潛在作用。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癥反應(yīng),并減輕胰島細(xì)胞損傷,這種作用可能與miR-19β表達(dá)的降低有關(guān)[23]。類似的,GLP-1RA通過減少γ干擾素分泌和下調(diào)T細(xì)胞中程序性死亡受體1的表達(dá),對T1DM中的炎癥反應(yīng)發(fā)揮潛在的保護(hù)作用[24]。因此,GLP-1RA在T1DM的免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮潛在作用。

4.4 GLP-1RA改善心肌細(xì)胞或心肌成纖維細(xì)胞功能障礙

心肌細(xì)胞或心肌成纖維細(xì)胞功能障礙與異常增殖、凋亡、肥大以及炎癥和纖維化有關(guān),這可能由線粒體功能障礙和代謝紊亂引起。持續(xù)性高血糖可介導(dǎo)缺氧或缺血性損傷,并引發(fā)心肌細(xì)胞收縮功能障礙,激活NF-κB信號通路,從而誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[25]。GLP-1RA可通過激活PI3K/Akt途徑維持心肌細(xì)胞的能量代謝平衡,有助于增加心肌細(xì)胞葡萄糖攝取?；谶@些途徑,GLP-1RA有助于改善代謝紊亂,緩解心肌細(xì)胞功能障礙。

GLP-1RA可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài),以防止心肌細(xì)胞的再灌注損傷;GLP-1RA還可通過降低2型賴氨酸受體的磷酸化,并減輕鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ的活性,減少室性心律失常中肌質(zhì)網(wǎng)的鈣離子流出而發(fā)揮抗心律失常作用[26]。此外,GLP-1R激活可抵消β腎上腺素受體刺激對心室興奮性的影響,并降低心室肌心律失常電位。除維持鈣通道穩(wěn)態(tài)外,GLP-1RA還通過激活A(yù)TP敏感鉀通道,減輕壓力超負(fù)荷引起的心肌細(xì)胞凋亡和肥大[27]。

除調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞功能外,GLP-1RA還可改善心臟成纖維細(xì)胞的功能。例如,GLP-1RA可通過部分下調(diào)脯氨酸-4-羥化酶α多肽Ⅰ來調(diào)節(jié)CD36/JNK/AP1信號通路,然后抑制由血管緊張素Ⅱ1型受體介導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生,從而改善心臟成纖維細(xì)胞的增殖和心肌纖維化[28]。此外,GLP-1RA通過減少磷酸化NF-κB p65和磷酸化細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶的表達(dá),減少心臟成纖維細(xì)胞,改善心肌細(xì)胞功能障礙[29]。綜上所述,GLP-1RA通過平衡能量代謝及與腺苷酸活化蛋白激酶相關(guān)的多種途徑,抑制心肌細(xì)胞凋亡,改善心肌細(xì)胞或心臟成纖維細(xì)胞功能障礙。

5 GLP-1RA與CVD

5.1 GLP-1RA與動脈粥樣硬化

血脂和糖化血紅蛋白異常是T2DM患者動脈粥樣硬化和CVD進(jìn)展的危險因素。基礎(chǔ)研究[30]表明,在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的高血糖和高脂血癥小鼠或T1DM大鼠中,大劑量GLP-1RA通過AMP活化蛋白激酶非依賴性途徑,減少高血糖小鼠主動脈脂質(zhì)沉積。GLP-1RA抑制載脂蛋白E敲除小鼠的動脈粥樣硬化進(jìn)展,通過調(diào)節(jié)斑塊不穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)炎癥(如炎癥的標(biāo)志物CD163、膽固醇代謝相關(guān)的標(biāo)志物ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1)起到抑制作用,這種抑制作用獨立于血漿膽固醇變化和體重降低[31]。具體而言,GLP-1RA可通過C57BL/6小鼠的cAMP/PKA途徑,抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。

臨床試驗表明,大多數(shù)GLP-1RA改善了動脈粥樣硬化的進(jìn)展,尤其是低密度脂蛋白水平。在接受標(biāo)準(zhǔn)他汀類藥物治療的新發(fā)糖尿病患者中,利拉魯肽和二甲雙胍一起改善了動脈粥樣硬化中低密度脂蛋白和C反應(yīng)蛋白的表達(dá)[32]。研究[33]還報告,單獨使用利拉魯肽(1.2 mg/d)比單獨使用二甲雙胍或利拉魯肽和二甲雙胍聯(lián)用對脂質(zhì)代謝和心血管保護(hù)更有效。這些研究表明,GLP-1RA通過抗炎機(jī)制和預(yù)防血管重塑來限制和穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。

5.2 GLP-1RA與心肌梗死

心肌梗死(myocardial infarction,MI)及其組織損傷導(dǎo)致心力衰竭是T2DM患者死亡的主要原因。證據(jù)表明,GLP-1RA可減少MI的發(fā)生[34]。在接受經(jīng)皮介入治療的急性MI患者中,GLP-1RA治療可減少梗死面積,同時改善左室射血分?jǐn)?shù)。動物實驗[35]發(fā)現(xiàn)GLP-1RA(如exendin-4)治療可減少大鼠MI面積,抑制心室擴(kuò)張、心肌纖維化和心肌細(xì)胞肥大。在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的MI中,GLP-1RA通過調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子-1/2并上調(diào)α雌激素受體從而發(fā)揮心臟保護(hù)作用[36]。在肥胖豬中,GLP-1R激活可改善MI后的心功能并增加心輸出量[37]。由此可見GLP-1RA能緩解MI和修復(fù)受損心臟組織以改善心臟功能。

MI發(fā)生后,GLP-1誘導(dǎo)人心臟成纖維細(xì)胞形成新的彈力纖維,限制心臟離心性肥大,在心臟功能恢復(fù)中發(fā)揮有益作用。一項臨床隨機(jī)雙盲試驗[38]對有高危因素的T2DM患者進(jìn)行隨訪顯示,服用利拉魯肽的患者CVD及卒中死亡的發(fā)生率顯著低于安慰劑組。SUSTAIN研究[39]顯示,司美格魯肽較安慰劑顯著降低主要不良心血管事件的發(fā)生風(fēng)險,非致死性卒中發(fā)生的風(fēng)險降低39%。以上研究表明MI可在GLP-1RA中獲益。

5.3 GLP-1RA與心力衰竭

GLP-1RA在心力衰竭中的作用仍有爭議。心臟鈣代謝紊亂是心力衰竭的標(biāo)志。GLP-1RA可通過抑制Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ的激活來調(diào)節(jié)Ca2+水平,可能是通過激活eNOS/cGMP/PKG途徑對心臟重構(gòu)產(chǎn)生有利影響[35]。

此外,心肌重構(gòu)在MI后心力衰竭中起關(guān)鍵作用。GLP-1RA通過影響細(xì)胞外基質(zhì)的變化而不是依賴于其血糖控制來預(yù)防MI后重塑。甲基乙二醛誘導(dǎo)的線粒體異?？赡軙种菩牧λソ叩倪M(jìn)展。在培養(yǎng)的H9c2細(xì)胞中,GLP-1RA減少甲基乙二醛誘導(dǎo)的線粒體和細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生,可看出GLP-1RA對線粒體功能障礙和心力衰竭時的氧化應(yīng)激具有一定抑制作用[40]。

6 總結(jié)與展望

在過去30年進(jìn)行的臨床研究中,已確定GLP-1RA是一類廣泛推薦的降血糖藥?；谀c促胰島素的新型藥物,如GLP-1/葡萄糖依賴性促胰島素多肽、GLP-1/葡萄糖依賴性促胰島素多肽/胰高血糖素也正在研發(fā)中。目前,腸促胰島素藥物不僅在T2DM和肥胖治療上積累了豐富的證據(jù),也在糖尿病前期、妊娠糖尿病、T1DM、多囊卵巢綜合征和替代胃轉(zhuǎn)流術(shù)方面進(jìn)行了深入探索。筆者有理由相信,此類藥物的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩酵貙?將為CVD提供新的臨床治療策略。