胰高血糖素樣肽1及其類似物的腦保護作用

周璇 唐蘭芬 敖當

隨著對胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）及其類似物的深入研究，其葡萄糖依賴性的降糖作用，胰島及心血管系統的保護作用，已逐漸被人們認識。近年來，研究表明 GLP-1及其類似物具有腦保護作用。本文將對GLP-1及其類似物的腦保護作用作一綜述。

1 胰高血糖素樣肽-1及其類似物簡介

1.1 胰高血糖素-1 胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）又稱為腸促胰島素，胰升血糖素樣肽-1，類胰升血糖素-1。是一種主要由分布于結腸和直腸的腸道L細胞分泌的含30個氨基酸的多肽類物質[1-2]，通過與胰高血糖素樣-1受體（GLP-1R）結合而發揮作用，如促進胰島素的合成和分泌、促進胰島β細胞增殖和新生、抑制胰高血糖素分泌、減少食物攝取、能延緩胃排空、以及增強外周組織的葡萄糖利用和減少肝糖輸出等[3]。臨床上已用于成年人2型糖尿?。―M-2）的治療。但是GLP-1在人體內半衰期短，僅1～2 min即被二肽酶（DPP-Ⅳ）快速降解而失去活性[4-5]，使得其生物學效應受到很大限制。

1.2 利拉魯肽 利拉魯肽（Liraglutide）是人工合成的GLP-1長效類似物，是通過基因重組技術將GLP-1第34位的賴氨酸替換為纈氨酸，第26位增加一條棕櫚酰脂肪酸側鏈而形成。經證實，利拉魯肽與人的GLP-1具有97%同源性[6]，具有GLP-1的各種生理作用，且半衰期長達13 h[5]。在歐洲，美國及我國已批準上市，用于成年人DM-2的治療。近年來，研究表明利拉魯肽不僅具有降糖作用，還可通過血腦屏障[7-9]，與GLP-1R結合發揮腦保護作用。目前，國內外已有利拉魯肽腦保護作用的臨床前期研究。

1.3 Exendin-4 Exendin-4是 Eng和Raufman從一種美洲毒蜥蜴的唾液中分離得到GLP-1的類似物，親和力和生理活性都遠大于GLP-1，它的氨基酸殘基與哺乳動物GLP-1序列有52%的同源性[10]，在于N端第2位的甘氨酸（Gly）可抵抗血液中二肽基肽酶（DPP-Ⅳ）的降解作用，入血后的半衰期較長約2.4 h。研究表明，Exendin-4是一種強效GLP-1受體激動劑。臨床上也已用于DM-2的治療。

2 GLP-1及其類似物的神經保護特性

近年來，研究發現除了腸道分泌GLP-1外，大腦中也產生少量的GLP-1，尤其是孤束核、后極區、腦干尾部[11-16]。且GLP-1R不僅存在于胰島細胞中，在腎臟、心臟、胃、肺和周圍及中樞神經系統區域等都有表達[17]。在中樞神經系統，GLP-1 R表達于下丘腦，海馬，皮層及小腦[16，18]。已有研究證實GLP-1及其類似物利拉魯肽，Exendin-4都可以通過血腦屏障[9，19]，促進神經細胞生長、增值、修復及抑制凋亡、減輕炎癥反應[20]。另外，GLP-1及其類似物可以改善記憶和大腦中的突觸可塑性[21]，增加腦血流量和提高認知能力[22]。因此GLP-1及其類似物的神經保護作用是它們極有可能成為治療中樞神經系統疾病的新型藥物。

3 GLP-1及其類似物的抗炎作用

事實上，GLP-1及其類似物不僅具有神經保護作用，還具有抗炎效應。研究表明，活化的星形細胞和小膠質細胞參與免疫，炎癥反應，誘導GLP-1受體的表達。GLP-1治療可以預防內毒素誘導星形細胞和小膠質細胞釋放細胞因子白介素-1（IL-β），而IL-β能促進炎癥反應，增強凋亡相關信號及減慢神經元的傳導[23]。Exendin-4在動脈粥樣硬化的炎癥反應中能減少大動脈血管內皮的單核細胞黏附，而且能夠預防由LPS誘導的細胞因子和趨化因子的釋放[24]，增加微血管的通透性。另外，有研究表明在大腦的慢性炎癥中，利拉魯肽除了可以減少大腦皮層、海馬齒狀回活化的小膠質細胞、大腦皮層的星形膠質細胞外，還可減少促炎因子IL-β、IL-12p70、IL-6，以及亞硝酸鹽的含量[20]。這就表明GLP-1及其類似物可以用于治療神經系統疾病的炎癥反應。

4 GLP-1及其類似物腦保護作用的應用

4.1 阿爾茲海默病 阿爾茲海默?。ˋlzheimer disease，AD）是最常見的癡呆類型，又稱為老年性癡呆， 是一種具有年齡相關性的以記憶力損害和進行性的認知障礙為主的中樞神經系統退行性病變的疾病[25-26]。嚴重威脅著老年人的健康，也為社會經濟帶來巨大負擔。目前認為DM-2是阿爾茲海默病的危險因素，AD患者也可能發展為DM-2，這兩者之間存在著一些相同的病理生理學特征，比如在AD患者的大腦灰質中有淀粉樣蛋白-β（Aβ）過量集聚，而在DM-2患者的胰腺中有淀粉樣蛋白（IAPP）沉積，過早的細胞變性被認為是這兩種疾病的共同特征[22]。最近，對胰島素受體、胰島素受體底物蛋白-1（IRS-1）的信號途徑的研究表明，AD的一些病理的特征和認知缺陷可能是由于大腦的胰島素抵抗所造成，這種胰島素抵抗可能是由于Aβ沉積引起小膠質細胞釋放細胞因子抑制IRS-1的絲氨酸而形成[27]。因此，降糖新藥GLP-1及其類似物Liraglutide及Exendin-4等用于AD的治療逐漸被人們所重視。最近的研究表明在阿爾茨海默病的APP/PS1的小鼠模型上，利拉魯肽可通過血腦屏障，防止損害記憶的形成和突觸可塑性，增加軸突數量，減少淀粉樣蛋白斑塊負荷，提高齒狀回的神經祖細胞的增殖和神經細胞的發生[28]，減少氧化應激和大腦的炎癥反應[8]，利拉魯肽不僅能在阿爾茲海默病發展的早期發揮預防作用。在阿爾茲海默病晚期也有恢復效應[29]。Exendin-4也被證實在AD的轉基因小鼠模型上有一系列神經保護效應[30]，它能夠減少小鼠大腦中的內源性Aβ的水平，還能夠劑量依賴性的保護Aβ誘導的細胞凋亡[31]。Exendin-4與GLP-1受體結合后，還能激活腺苷酸環化酶（AC），從而催化ATP生成cAMP，提高胞內cAMP水平，觸發Ca2+內流，增加神經遞質的釋放，加快神經興奮性傳導，增強學習、記憶和認知能力?？偠灾瓽LP-1類似物促進突觸形成，神經發生，細胞修復，減輕炎癥反應，以及減少大腦中淀粉樣斑塊的作用使之能成為治療AD的新型藥物。

4.2 帕金森病 帕金森?。╥diopathic Parkinson’s disease，PD）是一種以靜止震顫、肌張力增高、動作遲緩及減少、姿勢不穩為主要特征的錐體外系運動功能障礙性疾病。是中老年人常見的神經系統變性疾病，也是中老年人最常見的錐體外系疾病。PD的主要病理特征為選擇性黑質致密區多巴胺（DA）神經元丟失，而經研究證實，在PD的動物模型中，Exendin-4使合成多巴胺的相關酶類表達增加，保護多巴胺能神經元和預防基底神經節的多巴胺丟失[32]，如：在6-羥基多巴胺（6-OHDA）和內毒素（LPS）構建的PD大鼠模型上，Exendin-4可以減少苯丙胺誘導的大鼠旋轉行為，增加基底神經節的多巴胺水平，減少多巴胺能神經元的損傷[33]；在1-甲基-4-苯基-1， 2， 3， 6-四氫吡啶（MPTP）誘導的PD小鼠模型上，Exendin-4可以通過抑制黑質紋狀體小膠質細胞的過度活化，基質蛋白酶-3（MMP-3）的表達來保護多巴胺能神經元[34]。另外，Exendin-4還能減少炎癥因子如TNF-α、IL-1β的釋放，減少多巴胺能神經元的損傷。也有研究表明，Exendin-4促進PD小鼠大腦側腦室室管膜下層的神經干細胞增生[35]?；谶@些臨床前期研究，GLP-1類似物極有可能為PD患者帶來福音。

4.3 腦卒中、腦缺血 腦卒中（Stroke）又稱腦中風，是一種突然起病的腦血液循環障礙性疾病。又稱為腦血管意外。是指在腦血管疾病的患者，因各種誘發因素引起腦內動脈狹窄，閉塞或破裂，而造成急性腦血液循環障礙，臨床上表現為一過性或永久性腦功能障礙的癥狀和體征。GLP-1類似物的抗炎效應和神經保護效應使它們有望成為治療腦卒中的新型藥物。在Wistar大鼠的腦卒中模型，Wistar大鼠經過90 min的大腦中動脈血流阻斷，再經恢復血流1 h后，隨機分為利拉魯肽治療組，生理鹽水治療組。治療24 h后評估發現利拉魯肽治療組與生理鹽水治療組相比外周學血糖水平并無明顯差異。利拉魯肽治療組大鼠的行為評分比生理鹽水組大大提高，腦梗死面積減少，活性氧代謝產物的誘導水平降低，大腦皮層的血管內皮生長因子（VEGF）增加。這表明了利拉魯肽可以通過抗氧化應激和上調VEGF對腦卒中發揮神經保護效應[36]。在Stroke的大鼠模型中，Exendin-4也被證明能減少大腦的梗死面積、改善行為障礙[34]，減少腦缺血再灌注誘導的神經元死亡、氧化應激、小膠質細胞活化后的炎癥反應[37]。此外，在暫時性腦缺血（transient cerebral ischemia）的沙土鼠模型上，可觀察到Exendin-4治療后，海馬CA1區GLP-1 R表達增加。這些臨床前期研究表明，GLP-1類似物能有效的治療腦卒中，腦缺血。

5 展望

臨床前實驗表明，GLP-1類似物利拉魯肽、艾塞那肽除具有降糖作用外，還具有一系列神經保護特性和抗炎特性，且因其降糖作用呈葡萄糖依賴性，很少發生低血糖事件，胃腸道反應也較輕微。因此，GLP1類似物很有可能為神經系統退行性疾病的治療開辟新的道路，目前其對于AD和PD的治療已進入臨床實驗階段。但是其作用機制未完全清楚，還需要大量的臨床研究和實驗數據的支持。

[1]Drucker D J， Nauck M A.The incretin system： glucagon-like peptide-1 receptor agonists and dipeptidyl peptidase-4 inhibitors in type 2 diabetes[J].Lancet，2006，368（9548）：1696-705.

[2]Lovshin J A， Drucker D J. Incretin-based therapies for type 2 diabetes mellitus[J].Nat Rev Endocrinol，2009，5（5）：262-269..

[3]Salehi M， Aulinger B A， D’Alessio D A. Targeting beta-cell mass in type 2 diabetes： promise and limitations of new drugs based on incretins[J]. Endocr Rev，2008，29（3）：367-379.

[4]Green B D， Flatt P R， Bailey C J. Dipeptidyl peptidase IV （DPP IV）inhibitors： A newly emerging drug class for the treatment of type 2 diabetes[J].Diab Vasc Dis Res，2006，3（3）：159-165.

[5]Vilsb?ll T， Agers? H， Krarup T， et al. Similar elimination rates of glucagon-like peptide-1 in obese type 2 diabetic patients and healthy subjects[J]. J Clin Endocrinol Metab，2003，88（1）：220-224.

[6]Vilsboll T. Liraglutide： a new treatment for type 2 diabetes[J]. Drugs Today （Barc），2009，45（2）：101-113.

[7]Kastin A J， Akerstrom V， Pan W. Interactions of glucagon-like peptide-1 （GLP-1） with the blood-brain barrier[J]. J Mol Neurosci，2013，18（1-2）：7-14.

[8]McClean P L， Parthsarathy V， Faivre E，et al.The diabetes drug liraglutide prevents degenerative processes in a mouse model of Alzheimer’s disease[J]. J Neurosci，2011，31（17）：6587-6594.

[9]Hunter K， H?lscher C. Drugs developed to treat diabetes， liraglutide and lixisenatide， cross the blood brain barrier and enhance neurogenesis[J]. BMC Neurosci，2012，13（12）：33.

[10]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]. J Biol Chem，1992，267（11）：7402-7405.

[11]Campos R V， Lee Y C， Drucker D J. Divergent tissue-specific and developmental expression of receptors for glucagon and glucagon-like peptide-1 in the mouse[J]. Endocrinology，1994，134（5）：2156-2164.

[12]Calvo J C，Gisolfi C V，Blazquez E，et al.Glucagon-like peptide-1（7-36）amide induces the release of aspartic acid and glutamine by the ventromedial hypothalamus of the conscious rat[J]. Brain Res Bull， 1995，38（5）：435-439.

[13]Alvarez E， Roncero I， Chowen J A， et al. Expression of the glucagonlike peptide-1 receptor gene in rat brain[J].J Neurochem，1996，66（3）：920-927.

[14]Alvarez E， Martínez M D， Roncero I， et al. The expression of GLP-1 receptor mRNA and protein allows the effect of GLP-1 on glucose metabolism in the human hypothalamus and brainstem[J].J Neurochem，2005，92（4）：798–806.

[15]Larsen P J， Tang-Christensen M， Holst J J， et al. Distribution of glucagon-like peptide-1 and other preproglucagon-derived peptides in the rat hypothalamus and brainstem[J]. Neuroscience，1997，77（1）：257-270.

[16]Hamilton A， H?lscher C. Receptors for the incretin glucagon-like peptide-1 are expressed on neurons in the central nervous system[J].Neuroreport，2009，20（13）：1161-1166.

[17]Tibaduiza E C， Chen C， Beinborn M. A small molecule ligand of the glucagon-like peptide 1 receptor targets its amino-terminal hormone binding domain[J]. J Biol Chem，2001，276（41）：37 787-37 793.

[18]Abbas T， Faivre E， H?lscher C. Impairment of synaptic plasticity and memory formation in GLP-1 receptor KO mice： Interaction between type 2 diabetes and Alzheimer’s disease[J].Behav Brain Res，2009，205（1）：265-271.

[19]Kastin A J， Akerstrom V. Entry of exendin-4 into brain is rapid but may be limited at high doses[J].Int J Obes Relat Metab Disord，2003，27（3）：313-318.

[20]Parthsarathy V， H?lscher C. The type 2 diabetes drug liraglutide reduces chronic inflammation induced by irradiation in the mouse brain[J]. Eur J Pharmacol，2013，700（1-3）：42-50.

[21]Holscher C. Incretin analogues that have been developed to treat type 2 diabetes hold promise as a novel treatment strategy for Alzheimer’s disease[J].Recent Pat CNS DrugDiscov，2010，5（2）：109-117.

[22]Egefjord L， Gejl M， M?ller A， et al. Effects of liraglutide on neurodegeneration， blood flow and cognition in Alzheimer’s diseaseprotocol for a controlled， randomized double-blinded trial[J]. Dan Med J，2012，59（10）：A4519.，

[23]Iwai T， Ito S， Tanimitsu K，et al. Glucagon-like peptide-1 inhibits LPS-induced IL-1beta production in cultured rat astrocytes[J].Neurosci Res，2006，55（4）：352-360.

[24]Arakawa M， Mita T， Azuma K， et al. Inhibition of monocyte adhesion to endothelial cells and attenuation of atherosclerotic lesion by a glucagon-like peptide-1 receptor agonist， exendin-4[J]. Diabetes，2010，59（4）：1030-1037.

[25]Kivipelto M. Midlife vascular risk factors and Alzheimer’s disease in later life： longitudinal，population based study[J].BMJ，2001，322（7300）：1447–1451.

[26]Kivipelto M， Helkala E-L， Laakso M P， et al. Apolipoprotein E epsilon4 allele， elevated midlife total cholesterol level， and high midlife systolic blood pressure are independent risk factors for latelife Alzheimer disease[J]. Ann Intern Med， 2002，137（3）：149-155.

[27]Talbot K， Wang H-Y. The nature， significance， and glucagon-like peptide-1 analog treatment of brain insulin resistance in Alzheimer’s disease[J]. Alzheimers Dement，2014，10（1S）：S12–S25.

[28]H?lscher C.The incretin hormones glucagonlike peptide 1 and glucose-dependent insulinotropic polypeptide are neuroprotective in mouse models of Alzheimer’s disease[J].Alzheimers Dement，2014，10（1S）：S47–S54.

[29]McClean P L， H?lscher C. Liraglutide can reverse memory impairment， synaptic loss and reduce plaque load in aged APP/PS1 mice，a model of Alzheimer’s disease[J]. Neuropharmacology，2014，76（Pt A）：57-67.

[30]Li Y， Duffy K B， Ottinger M A， et al. GLP-1 receptor stimulation reduces amyloid-beta peptide accumulation and cytotoxicity in cellular and animal models of Alzheimer’s disease[J].J Alzheimers Dis，2010，19（4）：1205-1219.

[31]Perry T， Lahiri D K， Sambamurti K， et al. Glucagon-like peptide-1 decreases endogenous amyloid-beta peptide （Abeta） levels and protects hippocampal neurons from death induced by Abeta and iron[J]. J Neurosci Res，2003，72（5）：603-612.

[32]Holscher C.Central effects of GLP-1：new opportunities for treatments of neurodegenerative diseases[J]. J Endocrinol，2013，145（89）：540-556.

[33]Harkavyi A， Abuirmeileh A， Lever R，et al. Glucagon-like peptide 1 receptor stimulation reverses key deficits in distinct rodent models of Parkinson’s disease[J]. J Neuroinflammation，2008，5（12）：19.

[34]Li Y， Perry T， Kindy M S， et al. GLP-1 receptor stimulation preserves primary cortical and dopaminergic neurons in cellular and rodent models of stroke and Parkinsonism[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106（4）：1285-1290.

[35]Bertilsson G， Patrone C， Zachrisson O， et al. Peptide hormone exendin-4 stimulates subventricular zone neurogenesis in the adult rodent brain and induces recovery in an animal model of Parkinson’s disease[J]. J Neurosci Res，2008，86（2）：326-338.

[36]Sato K， Kameda M， Yasuhara T， et al. Neuroprotective effects of liraglutide for stroke model of rats[J]. Int J Mol Sci，2013，14（11）：21 513–21 524.

[37]Teramoto S， Miyamoto N， Yatomi K， et al. Exendin-4， a glucagonlike peptide-1 receptor agonist， provides neuroprotection in mice transient focal cerebral ischemia[J]. J Cereb Blood Flow Metab，2011，31（8）：1696–1705.