近年来,胰高糖素样肽-1受体激动剂(GLP-1RA)获得了广泛关注,以其为代表的新型治疗药物能同时抑制胰高糖素(GCG)分泌、刺激胰岛素分泌,发挥降糖、减重、降压、调脂等作用,极大地影响和推动了糖尿病、肥胖、心血管代谢疾病等的临床诊疗进展。当前,GLP-1RA及其他肠促胰素开始逐步进入长效化、多适应证、注射制剂与口服制剂并驾齐驱的高速发展期,据公开资料,相关临床研究多达500多项。
鉴于GLP-1RA在多个疾病领域取得的重磅突破,GLP疗法近年来接连斩获2023盖伦奖(Prix Galien USA Awards)、获选为2023年度科学突破,刚刚出炉的2024拉斯克奖(The
Lasker Awards)也授予GLP-1类疗法领域的开创性贡献的科学家。
自人类认识胰腺激素到GLP开发的一个世纪里,与GLP相关的科学发现已有8项诺奖。2024年诺贝尔生理学或医学奖将于10月7日正式公布,在此之前,《医学新视点》与读者朋友们共同回顾GLP-1RA这一备受关注的诺奖候选成果背后的科学突破和临床应用前景。
肠促胰素是如何被发现的?
19世纪下半叶,医学界已经发现胰腺激素与糖尿病密切相关。1923年,Banting和Macleod因揭示了胰岛素的存在而荣获诺奖。然而,在那个时期,人们对于胰岛素的化学结构和本质认识还相当有限。直到1951年至1953年间,科学家Frederick Sanger完成了对牛胰岛素氨基酸序列分析,获得了胰岛素一级结构解析的蛋白质,并因此荣获了1958年的诺奖。10多年后,Dorothy Crowfoot Hodgkin成功利用X射线晶体衍射术解析了牛胰岛素的三维结构,这项技术也让她斩获1964年诺奖。尽管人们对胰岛素已经有了一定认识,但当时仍然无法明确2型糖尿病的具体发生机制,直到1977年,Rosalyn
Yalow通过其创设的肽激素放射免疫测定分析技术,证实了2型糖尿病是由身体无法有效利用胰岛素引起的,而非胰岛素的缺乏,因此获得了诺奖。1984年,Bruce
Merrifield创立了一种在固体基质上进行化学合成的方法,该方法包括了胰岛素的合成,这让他也荣获了诺奖。
胰腺分泌的激素并不是单一成分,事实上,在胰岛素发现不久后,医学界紧接着就发现胰腺中还有一种激素会升高血糖,在1922年正式将其命名为胰高糖素,并在1957年完成测序。在探索胰高糖素如何通过信号通路发挥作用的过程中,也有三位科学家获得诺奖,其中Christian de Duve教授因发现溶酶体这一重要细胞结构而获得诺贝尔奖,他在早期研究中描述了胰腺中一种高血糖-糖原分解因子(也就是胰高糖素)的特征;Earl
Wilbur Sutherland Jr利用胰高糖素发现了环磷酸腺苷(cAMP)在细胞内作为激素的“第二信使”的关键角色;Rodbell教授多年来研究胰高糖素对其受体的调节作用,发现G蛋白及其在细胞信号传导中的作用。
医学科学界开始意识到,胰岛分泌激素并不是孤立工作的。1890年,Mering和Minkowski发现被切除胰腺的狗均患上了糖尿病,他们提出胰腺是导致糖尿病的重要器官,1902年至1922年期间,人们发现肠道激素可以控制胰腺分泌,以及胰腺会产生胰高糖素来对抗胰岛素的降糖作用。于是在1932年,Jean
La Barre首次提出肠促胰素的概念,并提出了使用肠促胰素治疗糖尿病的建议。至此,从猜想肠促胰素到提出治疗已过去40多年。
1964年,McIntyre和Elrick发现与静脉注射葡萄糖相比,口服葡萄糖能引起更多的胰岛素分泌,“肠促胰素效应”得到证实,提示肠道可能释放对胰岛分泌具有调节作用的因子。但当时口服葡萄糖仅能刺激已知肠道激素内源性分泌的适当增加,直到1971年,Brown JC率先分离出具有抑制胃酸和胃蛋白酶分泌的作用的抑胃肽。但随后Pederson等人发现抑胃肽是一种葡萄糖依赖性肠促胰素,并将其更名为葡萄糖依赖性促胰岛素释放多肽(GIP),GIP也是最早被发现的肠促胰素。尽管已取得相当大的进展,但科学家们发现,仅通过对GIP的定量分析,并不能完整解释口服葡萄糖后肠道激素对胰岛素分泌的影响。
这个无法很好解释的问题,在80年代后期开始逐渐有了新的答案。得益于此前对胰高糖素的发现,Graeme Bell等人在1983年对哺乳动物胰高糖素基因进行了克隆和测序,cDNA推导的胰高糖素原结果明确提示,除胰高糖素序列外,激素原还含有两种新型胰高糖素样肽的序列,他们将其命名为GLP-1和GLP-2,并证实了GLP-1是由胰高糖素原在肠道剪切而来,GLP-1是第二个被发现可以刺激胰岛素释放的肠促胰素。1987年,Habener和Holst确定GLP-1是胰腺分泌胰岛素的重要调节剂,为进一步探索GLP-1在葡萄糖稳态中的作用奠定了基础,最终促成了基于肠促胰素的2型糖尿病治疗方法的成功研发。1993年,Nauck等人发表的文章指出,GLP-1可抑制胰腺α细胞分泌胰高糖素。1997年,Drucker等发现GLP-2促进肠道黏膜生长的作用强于其他生长因子,且促进生长的作用仅局限于胃肠道,由此GLP-2开始受到人们的关注与深入研究。
在无数前人研究的基础之上,以及众多科学家们的努力和探索下,2005年,全球首个GLP-1RA艾塞那肽获批上市。此后,其他GLP-1RA,如利司那肽、阿必鲁肽、度拉糖肽、司美格鲁肽等陆续获批上市。
肠促胰素及其受体代谢作用广泛
现在我们已经知道,肠促胰素是通过激活相关受体及其下游信号通路来发挥作用的,GIPR和GLP-1R均属于G蛋白偶联受体家族成员,在人体内广泛分布,在胰岛、中枢神经系统等靶器官也均有表达。胰高糖素受体在胰岛β和α细胞上表达,与肠促胰素受体具有相当大的氨基酸同源性。
肠促胰素对糖代谢的调节:GIP和GLP-1的作用均存在葡萄糖浓度依赖,因此若机体处于血糖正常或低血糖浓度状态时,GIP和GLP-1不会刺激胰岛素分泌,也就不会引起严重低血糖反应。高血糖状态下,GIP对胰高糖素分泌无显著影响,而GLP-1可通过两条间接通路降低胰高糖素分泌。
肠促胰素对脂代谢的调节:GIP可以实现对脂质代谢的直接调控。肥胖时,皮下脂肪组织GIP受体水平下调,表现出对血糖和脂肪调控功能的下降。GLP-1则通过对胰岛素分泌的调节可以间接影响体内的脂质代谢过程,改善脂肪组织的胰岛素敏感性,影响游离脂肪酸水平。
肠促胰素对机体的其他调节:肠促胰素在心脏、血管和骨骼方面也表现出一定的调节作用。
▲GIP、GLP-1和胰高糖素的多器官效应(图片来源:参考文献[1])
肠促胰素临床应用现状
肠促胰素主要有胰腺内效应和胰腺外效应两大类,与对应受体结合后发挥生物学功能。其受体分布在重要的能量调节相关的组织器官,通过协同或互补作用,从摄入、存储和代谢等方面实现对能量代谢平衡的多维度调控。研究发现,在糖尿病患者中,GLP-1的功能效应比GIP更稳定,因此尽管GIP的发现早于GLP-1,但早期肠促胰素药物研发更集中于GLP-1。
GLP-1RA
利拉鲁肽
2014年,美国FDA批准皮下注射的利拉鲁肽可用于治疗肥胖,但需要每日用药,而后相继获批用于治疗10岁以上的2型糖尿病患者和青少年肥胖。
司美格鲁肽
2019年,司美格鲁肽口服片剂获美国FDA批准适应证为治疗2型糖尿病,而后获批用于治疗肥胖。
Danuglipron
Danuglipron是一种在研小分子GLP-1受体激动剂,与大分子GLP-1类似物不同的是,它的服用更为简便,且不受食物或者服用时间的限制。JAMA
Network Open发表的“首个口服小分子GLP-1受体激动剂的2期临床数据”结果显示,所有danuglipron剂量组(每日2次)2型糖尿病患者第16周时的糖化血红蛋白(HbA1c)和空腹血糖(FPG)水平均较基线时显著更低。
GIP/GLP-1双重受体激动剂和GIP/胰高糖素双重受体激动剂
鉴于肠促胰素的多器官效应,双重受体激动剂和三重受体激动剂在减重、降糖及其他代谢疾病风险方面也起到了重要作用。其中,GIP和GLP-1双重受体激动剂可调节胰岛素分泌,在中枢神经和外周神经中发挥作用,从而降低患者食欲,激发饱腹感,使糖尿病伴有肥胖患者同时控制体重和血糖;GLP-1和胰高糖素双重受体激动剂可诱导消耗能量,增加脂质代谢,降低食欲,可减轻体重,同时实现良好的血糖控制和能量平衡。
目前,GIP/GLP-1双重受体激动剂有替尔泊肽(tirzepatide),周一次皮下注射给药,已获批用于使肥胖或超重成年患者减轻体重并保持体重稳定。GLP-1/胰高糖素受体激动剂注射用药的有survodutide、mazdutide等。
The Lancet Diabetes &
Endocrinology报告的survodutide治疗肥胖症2期试验结果表明,在实际治疗期间,每周一次4.8 mg的survodutide可使受试者体重减轻18.7%,这相当于受试者绝对体重减少19.5 kg。发表于NEJM的研究也发现,survodutide在改善MASH且不加重肝纤维化的效果优于安慰剂。
2024年第60届欧洲糖尿病研究协会年会(EASD)公布的mazdutide的GLORY-1试验最新结果显示,治疗第48周时,mazdutide
4 mg组、mazdutide 6 mg组体重较基线分别下降12.05%和14.84%,体重减轻≥5%患者比例分别为73.5%和82.8%。两种剂量的mazdutide可明显改善收缩压、甘油三酯、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、血清尿酸、丙氨酸氨基转移酶水平。此前的研究也显示,在第20周,54.0%~73.5%接受不同剂量mazdutide治疗的受试者达到HbA1c<7.0%的目标。
GIP、GLP-1和胰高糖素三重受体激动剂
GIP、GLP-1和胰高糖素三重受体激动剂则同时结合三种受体作用,对维持代谢平衡相关的多种神经系统产生影响。Retatrutide的出现,开启了三重受体激动剂减重新时代。Retatrutide为注射用药,尚无口服制剂,发表于NEJM的研究结果显示,肥胖患者使用retatrutide治疗48周后,体重减轻>24%,其中使用8
mg、12 mg剂量的患者可100%实现减重5%(具有临床获益的体重降幅)。
小结
每一款新药,每一项医学进步背后都是长期大量科学研究的积累。GLP-1正在改写糖尿病、肥胖等一系列代谢疾病的治疗格局,以及其在阿尔茨海默病、帕金森病等疾病中也展现出治疗潜力。对这些疾病领域深入研究,可以帮助我们更广泛地认识到肠促胰素在人体健康和疾病中的作用。无论GLP-1相关研究是否会摘得诺奖桂冠,都“含金量”满满。让我们共同期待2024年诺奖的正式公布。
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撰文 | 医学新视点
编辑 | 阿拉斯加宝
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