胰高血糖素樣肽1中樞食欲調節作用研究進展

李曉慶 綜述，趙曉龍，李益明 審校（復旦大學附屬華山醫院內分泌科，上海200040）

胰高血糖素樣肽1中樞食欲調節作用研究進展

李曉慶 綜述，趙曉龍，李益明 審校
（復旦大學附屬華山醫院內分泌科，上海200040）

胰高血糖素樣肽1；食欲；下丘腦；腦干；中腦邊緣獎賞系統；綜述

以胰高血糖素樣肽1（glucagon-like peptide1，GLP-1）為基礎的新型降糖藥物已在2型糖尿病患者的臨床治療中取得了良好的療效。除了人們所熟知的GLP-1作用于胰腺引起葡萄糖依賴的胰島素釋放效應外，GLP-1還可作用于中樞引起食欲抑制效應，在維持機體能量平衡中發揮重要作用。GLP-1抑制食欲的作用機制仍有待進一步研究，本文試圖根據GLP-1在中樞的不同作用部位總結其對食欲相關神經核團的作用及可能機制，為GLP-1相關藥物抑制食欲、減輕體質量效應提供新的思路，并對其在臨床應用領域的擴展提出展望。

1　GLP-1　及其受體

GLP-1為胰高血糖素原的裂解產物，是一種主要由遠端回腸、直腸和結腸的L細胞分泌的多肽激素，腸腔內的營養物質如葡萄糖、脂肪等能直接刺激GLP-1的釋放。在大腦中，GLP-1可以由孤束核尾部一些不含兒茶酚胺的神經元產生，這些神經元是大腦中唯一可以合成GLP-1的區域［1］。Kastin等［2］用放射性核素標記的GLP-1類似物證實了外周應用GLP-1可透過血腦屏障進入腦實質的事實。

GLP-1通過與其受體結合而發揮其生理效應。GLP-1受體屬于G蛋白偶聯受體B家族（分泌素家族）中的胰高血糖素受體亞家族。其除表達于胰腺外，還表達于中樞神經系統、胃腸道、心血管、肺、腎臟、淋巴細胞、間充質干細胞等組織［3］。在中樞神經系統，GLP-1受體主要表達于腦干、穹隆下器官、下丘腦、中腦邊緣系統、顳葉皮層和海馬等區域的神經細胞上［4-5］。

2　中樞神經系統對攝食的調節

中樞神經系統對機體攝食行為的調節分為2種，一種是根據維持機體能量存儲的穩態所需來調節機體的適當進食，另一種則是超出機體能量穩態需求范圍之外的，即為獲得飲食的快感而進行的攝食［6］，也稱食物獎賞行為。前者主要受下丘腦和腦干的調節，后者則主要受中腦邊緣獎賞系統的調節。

腦干的孤束核（NTS）和最后區（AP）可以接收來自循環中的營養、上行神經纖維和激素（瘦素、胰島素、CCK、胃饑餓素、GLP-1等）的信號，將其傳導至下丘腦及中腦邊緣獎賞系統。下丘腦弓狀核（ARC）含2種不同的神經元群：一種共表達促進食欲的神經肽（NPY）和刺鼠相關肽（AgRP），另一種則共表達抑制食欲的前阿黑皮素（POMC）和可卡因-苯丙胺調節轉錄肽（CART），其中POMC可通過裂解生成α-黑色素細胞刺激素（α-MSH），其受體MC3/4-R在下丘腦室旁核（PVN）、外側下丘腦（LH）等諸多核團及下丘腦外區域廣泛表達，并共同組成中樞黑皮質素系統。α-MSH與MC3/4-R結合可產生抑制攝食，增加能量消耗作用，AgRP與MC3/4-R結合、NPY與NPY1/5R結合則可拮抗α-MSH的作用［6］。下丘腦攝食調節相關其他區域如腹內側核（VMN）、背內側核（DMN）等同樣接受來自孤束核及弓狀核的信息，共同調節機體的攝食量，維持機體的能量穩態。中腦腹側被蓋區（VTA）及其向伏隔核（NAc）的多巴胺能神經投射則介導了穩態需求之外的過量攝食。而過量飲食是導致肥胖形成及減肥困難的關鍵原因。本文將分別對GLP-1及其受體在下丘腦、腦干及中腦邊緣系統的作用相關研究進行闡述。

3　GLP-1　及其受體在下丘腦的作用

中樞產GLP-1的孤束核的神經纖維投射遍及整個下丘腦，以下丘腦室旁核和背內側核密度最高，弓狀核密度最低［1］，而下丘腦中GLP-1R分布卻與此不同，以下丘腦視上核、弓狀核、室旁核和背內側核密度較高［7］。既往利用c-Fos蛋白的免疫反應性來標記中樞各核團神經元對GLP-1反應性的研究結果不盡相同，但均顯示腦室內注射GLP-1類似物Exendin-4（Ex-4）后，大鼠PVN和ARC中c-Fos表達增加［8-10］。另有研究表明，腹腔內注射EX-4能引起小鼠PVNc-Fos表達增加［11］，提示GLP-1可激活下丘腦食欲相關神經元。

弓狀核的NPY/AgRP和POMC/CART神經元共同調節機體的進食量，維持機體的能量平衡，很多研究表明，GLP-1可以作用于這些神經元。將大鼠禁食48 h后可見NPY/AgRP mRNA明顯增加，POMC/CART mRNA明顯減少，腦室內應用GLP-1則會使該變化明顯減弱［10］。Sandoval等［12］發現，利拉魯肽可使肥胖大鼠攝食減少，體質量減輕，并應用免疫組化和原位雜交技術發現外周應用的利拉魯肽可特異地結合于大鼠弓狀核CART神經元，使CART mRNA表達增加，NPY和AgRP mRNA表達減少，POMC mRNA未受影響。與其他研究相一致，該研究還發現，在NPY/AgRP神經元表面并未見GLP-1R的表達。進一步電生理學研究表明，應用GLP-1刺激大鼠腦切片NPY細胞，可產生內向電流，而阻斷GABA-A受體后該電流消失。由此推斷，GLP-1可直接作用于弓狀核POMC/CART神經元，并通過GABA能神經纖維間接作用于NPY/AgRP神經元［13］。將GLP-1R拮抗劑EX-9注入弓狀核可使GLP-1減體質量作用減弱［13］。用谷氨酸鈉破壞大鼠弓狀核后，GLP-1的抑制攝食作用完全消失［14］。因此作者推斷，弓狀核參與了GLP-1在下丘腦的食欲調節作用，且該作用是通過POMC/CART神經元直接介導的，NPY/AgRP神經元可能間接參與了該作用。

綜上所述，室旁核內有GLP-1R表達及GLP-1神經元的纖維投射分布，中樞或外周應用GLP-1后可見室旁核c-Fos表達增加。進一步研究表明，將Ex-4直接注入大鼠室旁核內，可見顯著的攝食抑制作用［15］。Katsurada等［16］將GLP-1R拮抗劑Ex-9注入室旁核后見實驗大鼠攝食量明顯增加，并應用逆向追蹤和免疫組織化學技術證實了孤束核GLP-1能神經纖維至室旁核的直接投射。由此可見，內源性GLP-1在室旁核的食欲調節作用。

4　GLP-1　及其受體在腦干的作用

孤束核位于延髓界溝的外側，是大腦內唯一可產生GLP-1的核團。雖然循環中的GLP-1可以通過血腦屏障，但是由腸道L細胞產生的GLP-1進入血循環后便很快會被二肽基肽酶降解為無活性的片段。內源性GLP-1的半衰期不足3 min，腸道來源的GLP-1究竟有多少能夠到達中樞神經尚未可知［17］。因此推斷中樞產生的GLP-1對其生理效應的發揮是必不可少的。Barrera等［18］應用RNA干擾技術敲除實驗大鼠孤束核胰高血糖素原基因后，其較對照組大鼠會表現出明顯的貪食和體質量增加，也證實了中樞來源GLP-1的重要性。

孤束核是一般內臟感覺神經纖維和味覺纖維的終止核，可以接收從胃腸道傳入的迷走神經纖維和從舌傳入的味覺纖維。可以說腦干是整合迷走神經傳入的胃腸道信號的第一站。迷走神經-腦干通路的完整性對于外周或中樞GLP-1調節胃腸道運動作用的發揮都是必不可少的。離斷迷走纖維后會使中樞或外周應用GLP-1受體激動劑后引起大鼠胃排空延緩的作用消失［19］。橫膈下離斷雙側迷走神經干或用辣椒素破壞迷走纖維后可使外周應用GLP-1介導的抑制攝食作用消失［20-21］。

孤束核局部注入Ex-4可引起大鼠攝食量顯著降低，體質量明顯下降［22］。四腦室或孤束核內注入GLP-1受體拮抗劑可使大鼠攝食量明顯增加，均提示孤束核正常的GLP-1受體信號在攝食終止中起到一定作用［23］。

孤束核的神經纖維可以廣泛投射到前腦、下丘腦和中腦邊緣系統的很多區域［24］。研究表明，離斷孤束核含GLP-1神經纖維到下丘腦背內側核的上行通路會減少飽食后小鼠背內側核c-Fos的表達，也證實了含有飽食信號的GLP-1神經纖維從孤束核投射到下丘腦并激活該部位的GLP-1受體的神經通路的存在［25］。既往認為腦干至下丘腦/前腦的神經投射及下丘腦/前腦對其的整合處理對GLP-1生理作用的發揮是必需的。但Hayes等［26］研究發現，腹膜下或四腦室注射GLP-1受體激動劑后所引起的如攝食減少、胃排空延緩、心率加快等一系列生理反應在去大腦小鼠中同樣存在，提示后腦本身足以介導外周或中樞GLP-1生理作用的發揮。另外，近年來腦干對中腦邊緣系統的神經投射及其在食物獎賞行為中發揮的重要作用也引起了研究的熱潮。研究證實，孤束核產GLP-1神經元對VTA及NAc的直接纖維投射［27］，并應用累進比率模型和條件位置性偏愛模型證實，孤束核或臂旁外側核局部應用GLP-1受體激動劑可以減弱食欲和對美食的動機行為，并且該作用與GLP-1引起的胃部不適或可能導致的活動減少作用無關［22，28］。

5　GLP-1　及其受體在中腦邊緣獎賞系統中的作用

由中腦邊緣獎賞系統介導的食物獎賞行為近來引起了學者的廣泛關注。很多與攝食調節相關的激素都對位于VTA及NAc的神經元有直接作用，GLP-1也是其中重要的一員。

早在1999年Merchenthaler等［4］就發現了GLP-1R mRNA在VTA和NAc的表達。既往研究表明，將腦室內應用不能引起厭食效應的低劑量Ex-4注入VTA內可使試驗大鼠攝食量顯著減少，體質量減輕，將其應用于NAc的核（NAcC）可見攝食減少，但體質量未見明顯變化。部分研究發現，在NAc的殼（NAcSh）局部應用Ex4也可使大鼠攝食減少，但所需Ex-4劑量較VTA高［29］。與之相反，將低劑量Ex-9應用于VTA或NAcC可見攝食量明顯增加。上述效應均不伴實驗大鼠條件味覺厭惡的產生［27，29-30］。但有趣的是，若同時以高脂食物和正常食物飼養實驗大鼠則可見應用Ex-4后，實驗大鼠高脂食物攝入明顯減少而正常食物的攝入量則明顯增加［27］。此外，研究還發現，VTA局部應用Ex-9可減弱外周應用Ex-4引起的厭食作用［31］，可見VTA還部分參與了循環中Ex-4的生理效應的發揮。研究者還應用常用于研究藥物成癮行為的2種動物模型對食物獎賞行為進行了研究，在條件位置性偏愛模型中，VTA或NAc內注射Ex-4后發現食物獎賞作用被破壞，小鼠不再偏愛有巧克力的位置。在累進比率自身給藥模型中，VTA或NAc內注射Ex-4后同樣發現小鼠獲取糖的動機行為明顯減少。該實驗還發現上述效應可被相應部位應用Ex-9所廢除［29］。由此可以認為，GLP-1可以作用于中腦獎賞系統，抑制食物獎賞行為而引起攝食減少和體質量減輕。進一步的研究表明，GLP-1作用于VTA和NAcC所產生的厭食效應主要表現為每餐進食量的減少，而對進餐頻率的影響較小，且VTA GLP-1受體激動后該效應的發揮至少部分是通過AMPA受體介導的［31-32］。

6　GLP-1　在肥胖治療中的應用

目前，GLP-1應用于肥胖患者的臨床研究已有了初步的進展。Vilsboll等［33］對25項有關GLP-1R激動劑用于合并或不合并2型糖尿病患者進行的隨機對照試驗（RCT）進行meta分析結果顯示，GLP-1R激動劑可使受試者體質量顯著下降。艾塞那肽用于非2型糖尿病肥胖患者的RCT研究也取得了相似的結果［34］。Astrup等［35-36］將不同劑量利拉魯肽治療組、安慰劑組和奧利司他治療組進行了為期20周的RCT研究及為期2年的延長試驗均證實了利拉魯肽為安全有效地減輕體質量藥物，并且能夠顯著改善受試者血壓及糖脂代謝等心血管危險因素。進一步的臨床研究證明，利拉魯肽可以顯著增加受試者飽腹感，減少能量攝入量［37］。van Bloemendaal等［38］應用功能磁共振成像（fMRI）技術將肥胖者及對照組患者進行比較，發現食物視覺刺激后肥胖組患者中樞食欲及獎賞系統區域神經元活性增強，進一步研究表明，艾塞那肽可抑制相應區域神經元的活性，且該抑制效應可被GLP-1R拮抗劑所阻斷，證實了相應部位神經元參與了GLP-1抑制攝食作用。

總之，GLP-1受體在中樞神經系統中的許多核團均有表達，其在抑制食欲、減少獎賞作用引起的攝食方面發揮著重要作用。對GLP-1及其受體在食欲調節及能量平衡方面作用機制的進一步研究將有望擴大其臨床應用范圍，并為肥胖患者提供新的希望。

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