DPP-4抑制劑對胰島β-細胞功能的影響

胡 雪綜述，任 偉審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院，重慶400016）

DPP-4抑制劑對胰島β-細胞功能的影響

胡 雪綜述，任 偉審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院，重慶400016）

二肽基肽酶類/拮抗劑和抑制劑； 胰島/生理學； 糖尿病； 綜述

糖尿病的預防及治療一直備受研究者關注，推動2型糖尿病患者病情逐漸發展的根本原因在于胰島功能的進行性衰竭，其中既包括胰島β細胞分泌胰島素的缺陷，同時又存在α細胞不適當地分泌胰高血糖素及外周組織存在的胰島素抵抗作用。隨著對疾病發生發展的深入研究，如何改善糖尿病患者的胰島功能，逆轉修復胰島功能，進而延緩病程發展，成為目前糖尿病治療的一個新熱點。

二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制劑是近年來一種新型降血糖藥物，能有效阻止DPP-4對胰升糖素樣肽-1（GLP-1）的滅活作用，從而達到降糖效果。常見的DPP-4抑制劑包括西格列汀、沙格列汀、維格列汀、利格列汀及阿格列汀等。部分動物及人體研究提示，DPP-4抑制劑可能對β細胞功能有不同程度的改善、修復作用。本文就DPP-4抑制劑對胰島β-細胞功能的影響進行綜述。

1 DPP-4 抑制劑的作用方式

健康人口服葡萄糖引起的胰島素分泌作用強于靜脈注射[1]，主要基于葡萄糖刺激下腸道內腸促胰素（包括葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽和GLP-1）的分泌。DPP-4的水解作用使得體內 GLP-1半衰期僅 1.5～2.0 min。DPP-4抑制劑的功能在于延長體內活性腸促胰素的作用時間及數量。有研究指出，在DPP-4抑制劑治療中，患者進食后內源性GLP-1的濃度可增加約2～3倍[2]。GLP-1則可通過多條通路作用于β細胞：（1）胰升糖素樣肽-1受體-磷脂酰肌醇-激酶-蛋白激酶/蛋白激酶B（GLP-1R-PI3K-PKB/Akt）通路激活可保護十字孢堿誘導的細胞凋亡，達到抗胰腺β細胞凋亡的作用[3]。（2）胰升糖素樣肽-1受體-環腺苷二磷酸-蛋白激酶A（GLP-1R-cAMP-PKA）通路激活可增加抗凋亡蛋白的水平[4]，同時PKA可激活環腺苷二磷酸（cAMP）反應元件結合蛋白（CREB）和胰十二指腸同源盒基因（PDX-1），從而增加胰島素的轉錄及合成[5]。（3）通過激活斯里蘭卡肉桂堿受體2及抑制鈣蛋白酶的活性以抑制β細胞凋亡、促進β細胞增殖分化[6]。DPP-4抑制劑通過促進β細胞增殖、減少凋亡以保護β細胞，進而增加胰島素分泌以降低血糖。

2 DPP-4抑制劑對β細胞的直接作用

2.1 對動物β細胞的影響 迄今已有許多學者通過建立各種糖尿病及非糖尿病嚙齒動物模型就DPP-4抑制劑對胰腺β細胞的影響進行研究。β細胞的功能影響既體現在胰島素分泌量上，又通過對細胞增殖、凋亡的影響體現在細胞的數量、形態分布上。通過染色、鏡下觀察較為直觀的得到結果，血漿胰島素含量為間接反應，從不同角度體現了藥物對β細胞功能的影響。

2.1.1 對β細胞數量、分布及胰腺內胰島素含量的影響

2.1.1.1 非糖尿病動物 有學者發現，人類胰腺切除50%即可引起胰島素分泌受損、糖耐量異常；對狗切除50%胰腺可見其胰島素分泌脈沖頻率未變，但幅度下降[7]。β細胞數量的減少是β細胞功能紊亂的物質基礎。多項研究中將非糖尿病小鼠作為整體對照，再分出DPP-4抑制劑治療亞組，以未治療小鼠為對照。Wataru等[8]在Wistar小鼠中給予維格列汀治療，空腹后離體胰腺染色中顯示無論胰島體積或β細胞體積均有增高趨勢。Omar等[9]給予正常小鼠維格列汀干預，糖負荷后離體胰島顯示β細胞面積也有增高趨勢，但差異無統計學意義（P＞0.05）。而Keizo等[10]給予野生小鼠0.05%、0.30%2種劑量阿格列汀干預時，發現小劑量藥物組較未治療組β細胞面積僅輕微增加（0.26%），大劑量組無顯著改變。同時，正常小鼠經藥物干預對胰腺內胰島素含量無明顯改變[9]。可見DPP-4抑制劑對正常小鼠胰島β細胞數量增加不明顯。但該研究發現，其對小鼠最終的生存率有明顯改善。有研究者觀察發現，正常小鼠離體胰腺胰島細胞分布是有規律的：β細胞分布于中心，α細胞散布于周邊[11]，而糖尿病小鼠胰島細胞分布結構破壞。此外，在高脂肪膳食（HFD）所致的肥胖小鼠中予以DPP-4抑制劑治療同樣顯示出對胰島β細胞數量無顯著影響[9]。

2.1.1.2 肥胖的糖尿病動物 肥胖在2型糖尿病患者中較為常見。與正常或肥胖小鼠不同的是，DPP-4抑制劑對肥胖的糖尿病小鼠β細胞數量的增高是顯而易見的[10-11]，且有伴隨 α細胞數量減小的趨勢[11]。Keizo等[10]以HFD所致肥胖的GckKO小鼠（因葡萄糖激酶缺乏所致糖尿病小鼠模型）為研究對象，發現以0.05%阿格列汀治療時，藥物組小鼠β細胞面積較未治療組增加僅0.14%，小于正常野生小鼠中藥物組增加的幅度（0.26%），提示β細胞數量的增加可能部分有賴于葡萄糖激酶參與的糖代謝。糖尿病小鼠的胰島較正常小鼠小，且細胞分布出現紊亂（可見α細胞分布于中央區域），而DPP-4抑制劑的治療對此種結構紊亂有修復作用[11]。無論是空腹或糖負荷后，糖尿病小鼠胰腺內胰島素含量均較正常小鼠明顯下降，但均能通過DPP-4抑制劑的干預得到明顯提高[11-12]。Zhang等[11]研究表明，小、中劑量（5、15 ms/kg）阿格列汀治療HFD/鏈脲佐菌素（STZ）糖尿病小鼠時，對其空腹下胰腺內胰島素含量有同等程度的少量增加，而大劑量（45 mg/kg）藥物使得其含量較大部分正常小鼠增加近4倍。離體胰島在葡萄糖刺激下胰島素分泌胰高血糖素（GSIS）及氯化鉀（KCl）刺激下最大胰島素分泌量測定中，藥物處理組較賦形劑處理組的GSIS提高3～4倍，最大胰島素分泌能力提高5～6倍。在長期DPP-4抑制劑治療的肥胖糖尿病小鼠中，各個研究結果均指向藥物對β細胞數量、結構、功能存在修復作用。

2.1.2.3 非肥胖的糖尿病動物 在大多數研究著眼于肥胖的糖尿病模型時，Wataru等[8]以非肥胖的糖尿病小鼠（即GK小鼠）為研究對象探索DPP-4抑制劑（維格列汀）對β細胞的作用，結果顯示，無論是β細胞數量、分布或胰腺內胰島素含量都得到與肥胖糖尿病小鼠相似的結果。藥物使得β細胞面積提高了近2倍，其中還可見新生的β細胞團，遠多于對照組；利用Ki-67染色對增殖細胞進行標記，顯示藥物能促進α、β細胞增殖，從而改善其功能。

2.1.2 對血漿胰島素含量的影響 DPP-4抑制劑進入體內后短期內即可明顯抑制DPP-4活性，且顯示出劑量依賴性，同時，活化的GLP-1水平增高[12]。正常小鼠使用DPP-4后對其胰島功能的影響各研究結果不一致。Omar等[9]在維格列汀用于正常小鼠時間隔多次的糖耐量試驗顯示，藥物組的胰島素分泌在各個時間點幾乎均高于對照組，相應時間點的血糖值亦降低。但在Wistar小鼠中同樣服用維格列汀，對餐后血糖及胰島素分泌并無改變[8]。也有研究顯示，小劑量阿格列汀可使野生小鼠胰島素分泌增加，但大劑量時效果不明顯[10]。在肥胖小鼠中，HFD后葡萄糖耐量明顯受損，且持續無明顯變化，給予藥物干預后糖耐量表現出明顯改善[9]。由于各研究的小鼠種類不一樣，且使用藥物種類、劑量不同，所以各個實驗無可比性，需更進一步研究來明確。

在肥胖的ob/ob小鼠中，阿格列汀能使糖負荷下血漿胰島素增加約2倍[12]。在肥胖的GckKO小鼠中，0.05%阿格列汀通過提高胰島素分泌以改善葡萄糖耐量，而0.3%的阿格列汀卻主要減輕胰島素抵抗而并不增加胰島素分泌，從而改善糖耐量[10]。可見藥物對β-細胞的功能改善與其劑量相關。在非肥胖的GK小鼠中，藥物對空腹胰島素含量并無顯著提高，對糖負荷后的胰島素分泌則有明顯增加[8]。

2.2 對人體β細胞的影響

2.2.1 體外研究 Payal等[13]將分離的健康人胰島暴露于各種能引起β細胞凋亡、幾乎完全喪失細胞增殖能力的環境中[11.1～33.3 mmol/L高葡萄糖、棕櫚酸、白介素-1β+干擾素-γ（IL-1β+IFN-γ）]以觀察利格列汀、沙格列汀對人β細胞的直接作用，以IL-1Rα（即IL-1受體拮抗劑，證實能通過中和IL-1β保護β細胞功能及生存）處理為陽性對照，在基礎葡萄糖濃度時（5.5 mmol/L）藥物對細胞的更新、葡萄糖刺激下胰島素分泌GSIS無明顯影響。在高血糖環境中，通過原位未斷轉移酶標記（TUNEL）染色，Ki-67抗體標記凋亡、增殖細胞展示了DPP-4抑制劑可減少細胞凋亡、提高細胞增殖，從而增加β細胞數量，同時增加GSIS下胰島素的分泌量。該研究直觀地表現出DPP-4抑制劑對β細胞的保護作用。

2.2.2 體內研究 β細胞功能涉及多個方面，包括胰島素在非空腹或空腹下的產生及分泌、對葡萄糖的敏感性、胰島素原（PI）向胰島素的轉換處理等。然而，幾乎所有臨床評價都屬于間接手段，大多以胰島素分泌量的改變作為評價的依據，存在自身不足，大部分研究者認為糖負荷下動態的評價方式更能說明β細胞功能狀態。但無論何種情況下，胰島素的分泌應答都應放在胰島素敏感性及葡萄糖水平背景下解釋。β細胞功能在空腹、糖刺激下是有差異的。

2.2.2.1 空腹狀態功能（靜態評價） 靜態評價方式都是在空腹狀態下通過血糖含量及血漿胰島素含量計算所得，主要包括胰島素原/胰島素比值（PI/I）、穩態模型評估（HOMA-β）等。PI在高爾基體中經過剪切加工后轉換為胰島素及C肽，是不適當的細胞內PI轉化成胰島素的一個標記。在DPP-4抑制劑單藥治療與安慰劑對比中可見PI/I下降；同時HOMA-β指數明顯較安慰劑增高[14-15]。在二甲雙胍、磺脲類（SU）等藥物[16-18]基礎上DPP-4抑制劑作為附加治療，其改善空腹β細胞功能的作用仍可見，甚至在二甲雙胍基礎上相比SU作用更明顯[17-18]。

2.2.2.2 糖刺激狀態功能（動態評價） 動態評價方式是在糖負荷狀態下進行的，通常來源于標準餐耐量、葡萄糖耐量、高葡萄糖鉗夾試驗等。在西格列汀[15]和利格列汀[16]中餐負荷后胰島素曲線下面積、餐負荷后胰島素曲線下面積和葡萄糖曲線下面積比與對照組相比均有增高，雖然西格列汀中僅為增高趨勢，即DPP-4抑制劑用藥前后的胰島素應答分泌相同，考慮到血糖、體質量水平下降，也能說明其β細胞功能改善。胰島素生成指數（IGI）反應早期β細胞對糖負荷的反應，在西格列汀單藥治療中可見顯著改善[19]。

高血糖鉗夾試驗普遍被視為評價β細胞功能的“金標準”。一項以安慰劑作為對照[20]、維格列汀治療52周后的高葡萄糖鉗夾試驗顯示，治療組第一、第二相C肽分泌在安慰劑組下降的情況下顯著升高，且對第二相分泌的改善更明顯，分別為（0.77±0.38）、（9.89±3.19）nmol/（L·min）。同時，兩組AIRarg（即血糖為15 mmol/L時在精氨酸刺激下的C肽濃度）的變化趨勢同C肽分泌。Henry等[21]在沙格列汀研究中同樣觀察到藥物對β細胞功能的改善。此外，糖尿病患者在二甲雙胍基礎上加用DPP-4抑制劑長達1年的治療后[22]，聯合用藥組較單用二甲雙胍組在C肽分泌及AIRarg的改善仍顯著。甚至在與格列本脲的對比研究中，發現西格列汀對β細胞功能的改善更優[23]。

3 DPP-4 抑制劑對β細胞的間接作用

藥物對β細胞的間接保護作用表現在降低高糖毒性、炎性反應、氧化應激等不良效應對β細胞的損傷。臨床研究已證明，DPP-4抑制劑對控制血糖是有效的。炎癥與2型糖尿病的發展有著密切關系，在患者血液循環中常見炎性細胞因子水平的增高，其中DPP-4抑制劑的底物（又稱T細胞表面抗原CD26）本身被證實存在致炎作用，在參與T細胞免疫反應中能促進炎性反應因子的分泌，甚至可能降低機體組織對胰島素的敏感性[24]。Payal等[13]通過人胰島細胞的體外研究指出，DPP-4抑制劑能通過抑制氧化應激、穩定GLP-1、抑制細胞因子的產生及分泌等對β細胞起保護作用。

總之，糖尿病所致的β細胞功能缺陷表現為多方面，在各種糖尿病動物模型中，可見DPP-4抑制劑能增加β細胞團，修復遭破壞的胰島細胞分布，從而增加胰島素的產生。同時，通過增加胰島素分泌、減輕胰島素抵抗等方式可改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。人類胰島細胞離體研究證明，DPP-4抑制劑在各種致糖尿病的條件下對β細胞的保護作用。而臨床研究中，雖然研究者選用的評價手段各不相同，劑量及療程長短不一，但無論在空腹或糖負荷狀態下都可觀察到DPP-4抑制劑治療后可增加胰島素分泌、減輕胰島素抵抗、改善β細胞功能。與二甲雙胍等傳統降糖藥物相比，DPP-4抑制劑更顯優勢。目前大多數臨床研究表明，DPP-4抑制劑對胰島β細胞功能的改善顯著，其降低血糖的療效也值得肯定。Anja等[25]提出DPP-4抑制劑的療效不依賴于患者的胰島素抵抗程度、體質量指數、病程長短、二甲雙胍使用時間，即上述因素不影響其療效。也就是說，更多病程較長、肥胖的2型糖尿病患者可受益于該藥。同時，尚需要更多的試驗觀察該種改善作用是否能維持長久，因為糖尿病患者的治療長達終生。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.10.015

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：1009-5519（2015）10-1480-04

2014-12-16）

胡雪（1989-），女，重慶北碚人，在讀碩士研究生，主要從事DPP-4抑制劑的研究；E-mail：499026321@qq.com。

任偉（E-mail：renwei67@sina.com）。