細胞因子類抗糖尿病藥物研究進展

周慶峰

(商丘師范學院生命科學學院，生物技術藥物重點實驗室，河南 商丘　476000)

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細胞因子類抗糖尿病藥物研究進展

周慶峰

(商丘師范學院生命科學學院，生物技術藥物重點實驗室，河南 商丘476000)

摘要：細胞因子(cytokine，CK)是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導多種細胞產生的低分子量可溶性蛋白質，具有多種生物功能，其重組產物在許多疾病治療中得到廣泛應用。近年來, 成纖維細胞因子、脂肪細胞因子、腸道細胞因子和表皮細胞因子等相繼被報道具有一定的糖尿病治療作用，且較少產生低血糖和體重增加等不良反應，因此越來越受到廣泛關注，為糖尿病治療提供了更多藥物選擇。該文對細胞因子類抗糖尿病藥物的研究情況進行綜述。

關鍵詞：細胞因子；糖尿病；血糖；不良反應；藥物；研究進展

糖尿病是一種以高血糖為主要特征的代謝性疾病，機體胰島素缺乏和(或)胰島素抵抗可引發血糖慢性增高，進而導致眼、腎、心臟、血管、神經等器官嚴重損害和功能障礙。目前，常用糖尿病治療藥物主要包括磺脲類、雙胍類、葡萄糖苷酶抑制劑、胰島素增敏劑等口服降糖藥和注射用胰島素，然而這些藥物易導致患者低血糖及體重增加，個別還會引發過敏反應或血細胞減少等不良反應[1]。細胞因子(cytokines, CK)是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導下細胞產生的低分子量可溶性蛋白質,過去對其研究主要集中在調節免疫、抗腫瘤、促進造血和抗炎等領域[2-3]，近年來發現成纖維細胞因子和脂肪細胞因子等部分細胞因子對糖尿病也具有較好的治療作用，且極少產生低血糖和體重增加等副作用，為糖尿病治療提供了更多選擇，故本文在此對其進行歸納和整理。

1成纖維細胞生長因子

成纖維細胞生長因子( fibroblast growth factors，FGFs)家族是一類由高度同源性氨基酸序列編碼的多肽, 從1976年發現了第1個FGF(FGF1)開始, 至今該家族共發現23個成員，參與了內分泌調節、新生血管形成、胚胎組織發育分化、創傷愈合等多種生理活動[4]。近年來， FGF21、FGF19和FGF1等陸續被發現具有顯著的降血糖作用。

1.1成纖維細胞生長因子21

成纖維細胞生長因子21(FGF21)是一種重要的糖脂代謝調控細胞因子，對肥胖型糖尿病治療具有一定效果。FGF21由181個氨基酸組成，其N末端有一段由28個氨基酸組成的信號肽序列，主要在肝臟和脂肪組織和胰腺中特異性表達[5]。2005年，首次發現FGF21可激活3T3脂肪細胞對血糖的攝取作用，進一步采用重組FGF21對糖尿病動物模型給藥，發現FGF21可顯著降低ob/ob，db/db肥胖小鼠及肥胖的DIO大鼠血糖和甘油三酯水平，同時減少胰島細胞凋亡并提高機體對胰島素敏感性。不論在空腹還是飽腹狀態下，FGF21都不會導致體重的減少以及無低血糖事件的發生，此外，糖尿病或正常野生型動物實驗結果都顯示，FGF21不會導致細胞的有絲分裂、低血糖發生[6-7]。

FGF21功能活性與β-klotho的跨膜蛋白密切相關，研究發現，FGF21首先與β-klotho形成蛋白復合體，進而與FGF21受體特異性結合，一方面通過誘導葡萄糖轉運蛋白-1(GLUT-1)表達來促進脂肪細胞攝取葡萄糖，另一方面，FGF21可通過激活細胞外調節蛋白激酶1/2(ERK1/2)等信號通路，減少肝糖生成和改善機體胰島素敏感性[8-9]。此外，在正常大鼠分離的胰島細胞中，FGF21還被證實可以誘導增加胰島素mRNA和蛋白的表達水平，達到促胰島素釋放作用。然而，FGF21在實驗動物中還是存在易導致骨質流失和低血壓等不良作用，一定程度上影響了其應用前景[10]。

1.2成纖維細胞生長因子1

成纖維細胞生長因子1(FGF1)鑒定于1976年，是成纖維細胞生長因子家族22種重要的成員之一，過去對其的活性研究主要集中在促進組織和器官發育、血管發生和腫瘤生成、以及傷口愈合等領域[11]。2012年5月，《Nature》刊載了美國SALK研究所Jonker等[12]的研究成果，證明了高脂飲食可顯著提高小鼠內臟脂肪組織FGF1內源性表達，該表達受上游核受體PPARγ調控；將小鼠脂肪組織FGF1基因特異性敲除后，小鼠會迅速發展成肥胖型糖尿病。2014年7月，《Nature》又報道了該研究所FGF1相關的研究新進展，Suh等采用外源性FGF1對肥胖型糖尿病小鼠進行治療，產生了顯著的降糖和改善胰島素抵抗作用，成為胰島素增敏類糖尿病治療藥物研發的重大突破。該項研究將重組FGF-1應用于ob/ob高血糖小鼠治療，率先證明了外源性FGF1可產生調控血糖和改善胰島素抵抗作用。研究還發現，單次對糖尿病小鼠注射0.5 mg·kg-1的FGF1，就能將血糖濃度降至正常并維持48 h以上，在db/db和DIO小鼠模型上也觀察到了相同作用。此外，FGF1不刺激胰島β細胞釋放胰島素，因此對STZ小鼠模型(1型糖尿病)沒有降糖作用，但對2型糖尿病小鼠提前給予FGF1并補充外源胰島素，則產生明顯降糖作用，表明FGF1是通過提高胰島素敏感性來產生降糖作用。更讓人欣喜的是， FGF1不產生小鼠體重增加、肝脂肪變性和骨質疏松等噻唑烷二酮類藥物的常見不良反應，并能逆轉脂肪肝的生成[13-14]。

1.3成纖維細胞生長因子19

成纖維細胞生長因子19(FGF19) 由216個氨基酸組成，由小腸上皮細胞合成,主要調節膽汁酸代謝,近年來發現,FGF19亦可作為內分泌激素參與糖脂代謝的調節。選擇高脂飲食誘導的肥胖小鼠骨骼肌進行FGF19轉基因超表達，結果發現小鼠血清FGF19濃度顯著提升，高脂飲食產生的體重增加、肝臟脂肪堆積以及胰島素抵抗均得到有效緩解[15]。采用人重組FGF19 蛋白處理瘦素缺陷ob/ob小鼠或者高脂飲食小鼠，發現小鼠脂肪的代謝率升高，體質量和肝臟甘油三酯水平減低，同時小鼠血糖利用能力和胰島素敏感性得到極大改善。絕大多數FGFs 家族成員與肝素或肝素蛋白多糖親和力高，限制了FGF 向遠處擴散，而FGF19與肝素或肝素蛋白多糖的親和力弱，容易透過細胞間隙擴散到周身各個組織器官，這使得FGF19可在機體糖脂代謝等多領域發揮顯著調節作用[16]。

2脂肪細胞因子

2.1脂聯素

脂聯素(adiponectin，APN)是由Scherel等[17]于1995年發現并從3T3-L1脂肪細胞中提取到的一種脂肪細胞因子，主要通過與APN受體特異性結合，產生改善胰島素抵抗、抗炎和抗動脈粥樣硬化等一系列生理作用。APN與糖脂代謝密切相關，是迄今發現的唯一與肥胖呈負相關的脂肪細胞因子，當肥胖患者體重減輕后，其血液中APN水平可顯著升高，因此對于治療肥胖型糖尿病患者具有較大應用價值[18]。APN在體內代謝時間短，因此尋找長效APN受體激動劑成為新的藥物選擇,有研究篩選到一種新型APN受體激動劑AdipoRon，通過動物實驗證實其與APN有類似功效，該藥物與APN受體結合后，可持續促進高脂飲食誘導的糖尿病肥胖小鼠肝臟內糖和脂肪的代謝，顯著減輕胰島素抗性和葡萄糖耐受不良，進而延長糖尿病小鼠壽命。目前，研究人員正進一步分析和檢測人類脂聯素受體的晶體結構，擬進一步篩選和開發用于人類肥胖糖尿病患者的脂聯素受體激動藥物[19-20]。

2.2網膜素-1

脂肪組織不僅是惰性的能量儲存器官，同時也是功能活躍的內分泌器官，它可以表達和分泌多種參與胰島素抵抗發生的脂肪因子[21]。Kolera等[22]對來源于人類網膜脂肪cDNA文庫的表達序列標簽(ESTs)進行測序，新發現了一種腹內網膜脂肪組織特異性分泌的蛋白因子——網膜素-1 (omentin-1) ，omentin-1基因編碼一個含有313個氨基酸的分泌性蛋白，在人體主要由腹部大網膜脂肪組織表達和分泌，可顯著增加脂肪組織的胰島素敏感性，改善脂肪細胞對胰島素介導的葡萄糖的攝取作用。

2.3鎳紋蛋白樣因子

鎳紋蛋白樣因子( metrnl)是一種主要分布于中樞神經系統和脂肪組織分泌的活性細胞因子，高表達于哺乳動物的皮下脂肪和巨噬細胞中，由311個氨基酸殘基組成。人metrnl的N末端包含有一個45個氨基酸殘基構成的信號肽，屬于糖基化活性蛋白，與小鼠metrnl蛋白的氨基酸序列同源性是78%[23]。已知metrnl在調節神經細胞生長過程中發揮重要作用,最新研究表明，metrnl還可通過激活肥胖型糖尿病小鼠巨噬細胞和脂肪組織IL-4和IL-13含量，進一步激活儲存能量的白色脂肪轉變為燃燒卡路里的棕色脂肪，增加小鼠的能量消耗，改善糖尿病代謝紊亂。此外，國內第二軍醫大學Li等[24]還發現，在高脂飲食大鼠脂肪細胞內特異性敲除metrnl基因，可進一步加劇大鼠胰島素抵抗狀態，而采用轉基因技術在脂肪細胞內特異性過表達metrnl基因，則可有效緩解高脂飲食導致的大鼠胰島素抵抗，這進一步證實了metrnl在糖尿病發生中的重要作用。

3腸道細胞因子

GLP-1是由機體腸道細胞分泌的一種具有葡萄糖依賴性降糖作用的活性多肽, 由37個氨基酸構成，體內以GLP-1(7-36)-NH2形式存在，廣泛分布于胰腺細胞、胃和小腸黏膜以及心、肺、中樞神經系統。GLP-1與GLP-1R特異性結合后, 可進一步激活細胞膜內環腺苷酸(cAMP)和絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)等信號通路發揮血糖調控作用。GLP-1半衰期僅1～2 min，體內易被二肽基肽酶Ⅳ (DPP-IV)降解,因此難以進入臨床應用，只能尋找其類似蛋白或對其進行結構改造[25]。近年來，國內外相繼開發出了艾塞那肽(exenatide)、利拉魯肽(liraglutide)、阿必魯肽(albiglutide)、杜拉魯肽(dulaglutide)、索馬魯肽(semaglutide)和利西拉肽(lixisenatide)等GLP類似物藥物，大部分已進入臨床應用。GLP類似藥物不僅可顯著改善糖尿病患者血糖水平，同時還多具一定的減肥功效。如諾和諾德公司利拉魯肽(商品名saxenda)作為長期減肥藥物已在美國上市，適用于肥胖型糖尿病或患有高血壓的成年肥胖患者。成為繼奧利司他、氯卡色林、芬特明/托吡酯及安非他酮/納曲酮后第5個在美國獲批上市的減肥藥。索馬魯肽也能夠通過降低食欲和減少食物攝入量，產生明顯減肥效果[26-27]。

4表皮細胞生長因子

β-細胞素(β-cellulin)是近年來受到關注的一個胰島再生相關因子，屬表皮生長因子(EGF)家族，分子量為32 000u，最早發現于小鼠胰島細胞瘤細胞系，其mRNA在正常和腫瘤胰腺中均有高表達[28]。β-cellulin可通過erbB-1、erbB-4受體或其特異受體促進胰島細胞增殖，誘導非胰島β細胞轉化為胰島素分泌細胞，同時還可促進胰島細胞的復制和增殖。此外，Oh等[29-30]采用腺病毒表達重組β-cellulin對db/db糖尿病大鼠給藥，可以明顯降低糖尿病大鼠血糖并提升血清胰島素水平。β-cellulin還可通過激活胰島細胞有絲分裂間期G1-S階段細胞周期蛋白和細胞周期蛋白激酶mRNA和蛋白表達，進而上調鈣離子信號通路中的鈣調磷酸酶B (CnB1)，促進β細胞增殖和減少胰島β細胞凋亡。

5其他

betatrophin(BTN)是一種編碼198個氨基酸的肝臟細胞分泌蛋白(在小鼠中過去被命名為基因Gm6484和蛋白EG624219，人類中被命名為基因C19orf80和肝細胞癌相關蛋白TD26)，在哺乳動物種屬中序列高度保守[31]。葡萄糖刺激的胰島素分泌(GSIS)分析表明，轉基因注入BTN后刺激產生的小鼠胰島β細胞，與正常β細胞具有完全相同的分泌功能；直徑測量顯示，增殖的β細胞體積正常，表明β細胞增殖是數量增生而非β細胞肥大。在既往研究中，BTN編碼蛋白被命名為lipasin或血管生成素樣蛋白8(ANGPTL8)，研究表明lipasin/ANGPTL8在人類中富集于肝臟，在小鼠中富集于褐色脂肪，是一種調控機體脂肪和血清甘油三酯代謝的營養調節因子，其可通過抑制脂蛋白脂肪酶(LPL)活性，提高小鼠體內甘油三酯水平[32-33]。然而最新報道重組BTN體外給藥并不能促進實驗大鼠胰島β細胞增殖，提示BTN可能不會成為一種新型糖尿病治療藥物，但有潛力成為一種新型的糖尿病檢測指標或作為糖尿病治療研究的新靶點。

6小結

近年來，糖尿病治療藥物開發領域研究十分活躍，相繼發現了一些新型的細胞因子類先導藥物和候選藥物，此外，一些原本用于其他治療領域的經典藥物如成纖維細胞因子，也被發現具有較強的糖尿病治療作用,這些藥物普遍具有藥效穩定、不良反應少等特點，具有極大潛力成為糖尿病治療藥物的新選擇。然而，由于該類藥物多數為重組蛋白藥物，與小分子化學藥物有較大不同，因此對其特有的免疫原性、安全性和機體內藥代動力學研究還需要在今后加以進一步完善。

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Research progress in anti-diabetic drugs of cytokine

ZHOU Qing-feng

(InstitutionofLifeScience,KeyLabofBiotechnologyDrug,ShangqiuNormalUniversity,ShangqiuHenan476000,China)

Abstract：Cytokine(CK)is a kind of low molecular weight soluble protein induced by immunogen，mitogen and other irritant agents, and is used widely in the field of diseases. Recently，a series of cytokines with anti-diabetic function such as fibroblast growth factors, adipocytokines, intestinal cytokines, epidermal growth factor were subsequently reported. Anti-diabetic drugs of cytokine have been paid much more attention to due to their less adverse reactions, the success of these researches will provide more ways for the treatment of diabetes.This article summarizes the progress in the research and development of anti-diabetic drugs of cell factor.

Key words：cytokine; diabetes; blood glucose; adverse reactions; drug; research progress

收稿日期:2016-01-28,修回日期:2016-03-15

基金項目：國家自然科學基金資助項目(No 30901877)；河南省高等學校重點科研項目(No 15A350001)

作者簡介：周慶峰(1977-),男，博士，副教授，研究方向：糖尿病生化藥物，E-mail: zhouqingfeng715@163.com

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.06.005

文獻標志碼：A

文章編號：1001-1978(2016)06-0760-04

中國圖書分類號：R-05；R392.12；R587.1；R977.6

網絡出版時間：2016-5-25 15:39網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160525.1539.010.html