GLP-1是由空肠末端、回肠、结肠的L细胞在摄食和神经内分泌刺激下分泌的一种具有葡萄糖浓度依赖性的肠促胰岛素释放肽,营养物质中糖类和脂类对GLP-1的刺激作用最强。在体内主要以GLP-1(7-36)NH₂形式存在,GLP-1通过GLP-1R发挥生物学作用,GLP-1R属于G蛋白耦联受体中的胰高血糖素受体亚家族。

1.2.1 促进胰岛素分泌 GLP-1与胰岛β细胞表面的GLP-1R结合,受体G蛋白即被激活,进而激活腺苷酸环化酶,使细胞内三磷腺苷(ATP)分解为环磷腺苷(cAMP)。cAMP一方面激活细胞内Epac2,后者促进内质网释放钙离子(Ca²⁺); 另一方面cAMP关闭细胞膜ATP敏感的钾离子(K⁺)通道,抑制K⁺外流,使β细胞膜部分区域去极化,从而引起电压依赖型钙通道(VDCCs)开放,胞外Ca²⁺内流。双重作用使细胞质内的Ca²⁺浓度升高,增加胞内胰岛素贮藏颗粒的胞吐作用,促进胰岛素释放^[2]。

GLP-1促胰岛素分泌呈葡萄糖浓度依赖性,随着血糖升高,胰岛素分泌量增加,但当血糖浓度过低时,不能产生足量的ATP,ATP/二磷腺苷(ADP)比例降低,cAMP量不足以再促进胰岛素分泌。

因此,根据GLP-1降糖原理,使用GLP-1可以有效避免低血糖。而磺酰脲类、格列奈类等传统降糖药促进胰岛素分泌作用与血糖浓度无关,容易导致低血糖等不良反应。

此外,GLP-1促胰岛素分泌呈GLP-1剂量依赖性,随着GLP-1浓度增高,其促胰岛素分泌作用增强,但浓度增加到一定水平其作用不再增强,这可能与β细胞表面GLP-1R已达到饱和有关。

餐时胰岛素分泌分两个时相,2型糖尿病患者表现为第一时相缺无和第二时相高峰代偿性升高或延迟,而GLP-1促胰岛素分泌作用有助于重建胰岛素分泌第一时相^[3],从而控制餐后血糖。

1.2.2 增加胰岛素合成 GLP-1刺激胰岛β细胞核转录因子肠胰十二指肠同源盒子-1(pancreatic duodenal homeobox-1,PDX-1)表达增加,PDX-1与胰岛素基因启动子结合,从而增加胰岛素表达^[4],使胰岛素合成增加。PDX-1为胰腺干细胞分子标志之一,其纯合子缺失将导致胰腺无法形成。

1.2.3 抑制胰高血糖素的分泌 GLP-1可通过与胰岛α细胞上的受体结合直接抑制胰高血糖素分泌,也可通过作用于胰岛δ细胞刺激生长抑素的分泌,间接抑制胰高血糖素分泌。GLP-1抑制胰高血糖素的分泌也呈葡萄糖依赖性^[5]。

1.2.4 刺激胰岛β细胞增殖和分化,抑制β细胞凋亡 此项生物学活性正是GLP-1区别于口服降糖药与胰岛素之处,该生理作用可通过增加胰岛素受体底物-2(IRS-2)表达、磷脂酰肌醇-3(PI-3)激酶活化、PKB/AKt磷酸化或cAMP/PKA/CREB途径增加PDX-1表达,亦可通过抑制肿瘤抑制因子FoxO1,从而刺激胰岛β细胞增殖和分化。QUOYER等^[6]研究表明,GLP-1还通过G蛋白/cAMP/蛋白激酶A或β-视紫红质抑制蛋白两条途径,活化ERK1/2级联反应,抑制β细胞凋亡。动物实验表明,GLP-1通过增加IGF-2/IGF-1R自分泌环的活性抑制β细胞凋亡^[7]。

1.2.5 抑制胃排空,抑制食欲 研究表明,除胰腺外,GLP-1R还分布于人大脑、胃、心脏、肾脏和肺等器官和组织^[8]。GLP-1作用于大脑的食欲调节中枢,可抑制食欲,减少摄食;作用于胃可抑制胃排空,增加饱食感,减少胃酸分泌,从而减少营养物质在肠道的吸收。故GLP-1可在抑制食欲,同时可降低餐后血糖。

此外,GLP-1可促进肝糖原和肌糖原生成,抑制肝糖原输出,增加脂肪细胞对葡萄糖的摄取,改善对胰岛素的敏感性。

2.1.1 Exentin-4 Exentin-4是一种从美洲毒蜥蜴唾液中分离的GLP-1天然类似物,其生物合成物艾塞那肽(exenatide)与体内天然GLP-1氨基酸序列有53%同源性,由美国Amylin公司开发,目前已被FDA批准上市。艾塞那肽不被DPP-4降解,因此具有更长的半衰期和更强的生物活性。艾塞那肽属于肽类物质,必须经皮下注射,经肾脏排出体外^[9]。

艾塞那肽能降低人体空腹及餐后血糖水平,并维持糖化血红蛋白(HbA1c)在目标水平,此外还能减轻体质量,改善血脂水平(降低三酰甘油,升高高密度脂蛋白胆固醇)^[9],尤其适用于2型糖尿病合并肥胖患者的治疗。对啮齿类动物的研究表明,艾塞那肽可抑制胰岛β细胞凋亡,增加β细胞增殖,但该作用在人体并未得到证实。

艾塞那肽主要不良反应是恶心和呕吐,该不良反应也是大多数患者停止继续使用该药的原因。该药作为外源性多肽类物质,具有免疫原性,在体内会产生相应抗体,其药效是否受该抗体的影响尚不明了。由于该药需每日两次皮下注射,考虑到减轻患者的注射不适以及增强患者的用药依从性,每周注射一次的艾塞那肽缓释剂(Exenatide LAR)正处于临床试验阶段。

2.1.2 利拉鲁肽(liraglutide) 利拉鲁肽是人工合成的GLP-1受体激动药,由丹麦Novo Nordisk公司开发,它与体内天然GLP-1的氨基酸序列有97%同源性,高度同源性使其基本不具有免疫原性。该药能抵抗DPP-4的降解,半衰期为12 h,只需一天一次皮下注射。

一项临床研究显示,单用该药可明显降低2型糖尿病患者空腹及餐后血糖,并减轻体质量^[10]。在单用二甲双胍治疗的基础上加用利拉鲁肽可显著降低空腹血糖和HbA1c。最近的一项关于该药治疗UCD-2型糖尿病大鼠的结果显示,与对照组比较,利拉鲁肽可减慢大鼠糖尿病的发生,降低空腹血浆胰岛素、血糖和HbA1c,同时可以增加能量消耗,减轻体质量,改善血脂,改善胰岛素敏感性,维持胰腺小岛正常形态^[11]。另一项研究显示,2型糖尿病患者在应用口服降糖药的基础上加用利拉鲁肽,比加用艾塞那肽可更有效地改善HbA1c、空腹血糖及胰岛素分泌功能(homeostasis model assessment-β,HOMA-β),26周后将艾塞那肽改为利拉鲁肽继续观察14周,发现后者能更大程度降低HbA1c、空腹血糖、体质量及收缩压^[12]。

利拉鲁肽的主要不良反应为恶心和呕吐,但较艾塞那肽轻。

2.1.3 其他GLP-1受体激动药 人工合成GLP-1受体激动药为糖尿病患者带来诸多收益,但艾塞那肽与利拉鲁肽需每日注射,患者使用不便,为此一周皮下注射一次的长效GLP-1受体激动药为治疗糖尿病患者提供了新的选择。

Albiglutide和exenatide LAR以及Trulicity为目前已经在国外上市的长效GLP-1受体激动药,与一天注射一次或两次的GLP-1受体激动药相比,为患者减少了注射痛苦,提高了患者的依从性^[13]。每周一次的GLP-1受体激动药对HbA1C和空腹血糖降低作用更大^[14],而每周一次的GLP-1受体激动药对餐后高血糖效果轻微,在减轻体质量方面,使用长效和短效激动药差异无统计学意义。在胃肠道不良反应方面,一周给药一次的激动药小于一天两次的艾塞那肽^[15]。

GLP-1受体激动药属于多肽类物质,均需皮下注射,口服无效,非多肽类口服GLP-1受体激动药正在研发。

2.1.4 GLP-1受体激动药与心血管安全性 关于GLP-1受体激动药Lixisenatide降糖治疗的心血管安全性(ELIXA试验)近期已揭晓,该研究选择在近期出现过急性冠脉综合征的糖尿病患者作为研究对象,并让患者在接受心血管疾病及降糖治疗的基础上分别加用Lixisenatide和安慰药,比较其心血管结局差异性。最终发现心血管死亡终点事件、非致命性卒中及心肌梗死和由于不稳定性心绞痛住院的比例相似(分别为13.4%和13.2%),心血管次要终点事件的发生也无明显差异^[16]。其他GLP-1受体激动药对心血管影响的研究正在进行。

DPP-4抑制药是一类口服降糖药,通过抑制DPP-4,阻断了DPP-4对GLP-1的降解,因此增加了体内内源性GLP-1水平和活性,从而促进胰岛素分泌,抑制胰高血糖素分泌,发挥降低空腹血糖、餐后血糖以及降低HbA1c的作用。DPP-4抑制药类药物由于具有血糖依赖性降糖作用,在很多情况下不会出现严重低血糖,而且低血糖发生率明显低于胰岛素促泌剂类药物,并且不增加体质量。还有研究表明,DPP-4抑制药可增加啮齿类动物胰岛β细胞增殖,抑制其凋亡,但对2型糖尿病患者有无此作用有待进一步研究^[17]。

DPP-4底物除了GLP-1、GIP外,还有神经肽Y、P物质和生长激素释放激素等,故DPP-4抑制药可不同程度增加这些物质在体内的浓度,可能导致一些不良反应如鼻咽炎、接触性皮炎、泌尿系感染、头痛、高血压等^[18]。此类药物一般不引起恶心、呕吐等胃肠道不良反应。

2.2.1 西格列汀 西格列汀是由Merck公司研发的第一个批准上市的DPP-4抑制药,于2006年10月经美国食品药品管理局(FDA)批准上市。

西格列汀具有对DPP-4高度选择性,口服后迅速吸收,血浆半衰期为8~14 h,生物利用度87%,约80%以原型从尿液排出。推荐剂量为每日一次(100 mg),可使体内活性GLP-1增加2~3倍,对肾功能不全患者,需根据肾功能恶化程度调整剂量。

一项对2型糖尿病患者为期24周的研究表明,西格列汀呈剂量依赖性降低患者HbA1c、空腹及餐后血糖、改善β细胞功能、降低胰岛素原/胰岛素比值;对体质量几乎无影响,较少发生低血糖,有较好的耐受性^[19]。IWAMOTO等^[20]对日本319例2型糖尿病患者,一组给予西格列汀,另一组给予伏格列波糖,12周后西格列汀组HbA1c、空腹及餐后血糖较伏格列波糖组明显下降,而且胃肠道不良反应明显低于伏格列波糖组。ROSENSTOCK等^[21]在单用匹格列酮血糖控制不佳的患者中,一组加用西格列汀,另一组加用安慰药,结果发现西格列汀组HbA1c与空腹血糖明显改善,两组低血糖与体质量改变无明显区别。众多研究表明,西格列汀与二甲双胍联用治疗2型糖尿病可明显降低患者HbA1c水平,较少引起低血糖、体质量增加等反应。

2.2.2 维格列汀 维格列汀是继西格列汀后由Novartis公司研发于2007年9月获准在欧盟上市的另一种DPP-4抑制药。维格列汀同样对DPP-4具有高度选择性,口服后迅速吸收,达峰时间1~2 h,血浆半衰期2 h,生物利用度为85%,且药动学不受食物影响,约15%以原型从尿液排出。推荐剂量为每日2次,每次50 mg,肾功能不全者每日1次,每次50 mg。

UTZSCHNEIDER等^[22]研究发现,对空腹血糖调节受损的患者应用维格列汀(100 mg,qd)治疗6周后,患者β细胞功能与胰岛素敏感性有所改善。PRATLEY等^[23]单用本药治疗2型糖尿病12周发现,与安慰药组(n=28)相比,维格列汀治疗组(n=70,50 mg,bid)空腹及餐后血糖明显下降,体质量差异无统计学意义,不良反应发生率相似。另一项为期24周的临床研究中,患者单用二甲双胍控制不佳,每天分别加用50 mg(n=177)、100 mg(n=185)维格列汀或安慰药(n=182),结果该药剂量依赖性降低空腹血糖与HbA1c,并有极好的耐受性^[24]。

2.2.3 其他DPP-4抑制药 除了西格列汀和维格列汀外,近年来沙格列汀^[25]、阿格列汀^[26]、利格列汀^[27]纷纷用于临床,它们的降糖疗效和安全性与西格列汀和维格列汀类似,但利格列汀由于独特的排泄和代谢通路,任何伴有肝、肾功能不全的2型糖尿病患者,都无需根据肝、肾功能调整剂量。

2.2.4 DPP-4抑制药与心血管安全性 由于心血管疾病与2型糖尿病之间的紧密联系以及降糖治疗方法对于心血管安全性的不确定性,2008年FDA规定新型降糖药上市前或上市后需进行心血管安全性的研究。为此各种DPP-4抑制药上市后开展了前瞻性心血管安全性的临床研究,目前沙格列汀、阿格列汀及西格列汀心血管安全性的研究已经揭晓。

SAVOR研究判定了沙格列汀的心血管安全性,该试验选取已诊断有心血管疾病或有心血管疾病危险因素的2型糖尿病患者为研究对象,分为沙格列汀组和安慰药组。结果显示,两组主要心血管终点发生率接近(沙格列汀组7.2%,安慰药组7.3%)。这表明沙格列汀既不增加也不会减少心血管事件发生,但次要终点事件的个体成分分析显示,使用沙格列汀的患者心力衰竭住院人数更多,机制尚不明确。EXAMINE研究证实,阿格列汀在伴有急性心肌梗死或近15~90 d有非稳定性心绞痛的2型糖尿病患者的心血管安全性,该研究在接受心血管及糖尿病标准治疗的基础上将糖尿病患者随机分为阿格列汀组及安慰药组,比较两组心血管事件发生的差异性,结果显示两组主要终点事件发生率相似(阿格列汀组11.3%,安慰药组11.8%)。其次,次要终点事件、非致死性心肌梗死及卒中及由于不稳定性心绞痛引起的急性血管重建等也无明显差异。在预先设定的额外终点事件分析中,两组由于心力衰竭住院的比例相似(3.1%vs2.9%)。但一个事后亚组分析证实阿格列汀可增加由于心力衰竭住院的比例。TECOS研究是一个非劣效性研究,研究了患有心血管疾病的2型糖尿病患者使用西格列汀对心血管的影响,研究对象在接受其他降糖措施的基础上被随机分为两组,分别给予西格列汀或安慰药,跟踪两组心血管结局,并比较其差异。结果显示,主要终点事件、次要终点事件及心力衰竭住院的比例均无明显差异,表明西格列汀不增加也不减少心血管事件发生 ^[16]。

2.2.5 长效DPP-4抑制药 目前,正在开发超长效DPP-4抑制药Omarigliptin和Zafatek,上述两药均每周口服一次,将为糖尿病患者提供更方便的治疗选择,有望大幅改善患者便利性和依从性。Omarigliptin的相关体内外研究^[28]显示,该药半衰期120 h,是一种竞争性、可逆的DPP-4抑制药,比西格列汀效力更强,体外蛋白酶(QPP,FAP,PEP,DPP8,DPP9)检测结果显示,Omarigliptin具有高度选择性,该药对血浆DPP-4的抑制作用呈剂量依赖性,还可剂量依赖性升高血浆GLP-1浓度,在0.3~1.0 mg时GLP-1浓度升高幅度最大。Omarigliptin Ⅲ期临床试验比较了Omarigliptin 25 mg每周一次与西格列汀50 mg每天一次及安慰药的有效性、安全性和耐受性。结果显示,Omarigliptin组HbA1c平均水平与安慰药差异有统计学意义,但与西格列汀等效。Omarigliptin的不良反应发生率与安慰药和西格列汀差异无统计学意义。Zafatek在日本已被批准用于2型糖尿病的治疗^[29]。

SGLT是人体参与葡萄糖吸收和重吸收的重要转运体,SGLTs家族中目前已知与钠葡萄糖转运相关的有6个,分别是SGLT1、SGLT2、SGLT3、SGLT4、SGLT5和SGLT6,其中SGLT1和SGLT2是研究和了解最多的参与葡萄糖吸收和重吸收的SGLT。SGLT1主要分布在小肠、肾脏、心脏和脑,而SGLT2特异性分布在肾脏近曲小管S1部分,负责约90%尿液中葡萄糖的重吸收^[32]。

SGLT1和SGLT2抑制药均可抑制葡萄糖吸收,但由于SGLT1分布在心脏、脑等多个重要脏器,因此抑制SGLT1可能引起多种不良反应^[33]。故高选择性抑制药SGLT2仅抑制肾脏近曲小管,是本类药物研究成功的重要因素。

SGLT2抑制药作为新的抗糖尿病药物,有以下几个优点:①改善β细胞功能障碍及胰岛素抵抗^[34];②降糖机制与胰岛素无关,可用于几乎所有糖尿病患者;③发生低血糖风险低;④通过增加尿中葡萄糖排出,不增加患者体质量,甚至可降低糖尿病患者的体质量;⑤还可以起到轻度降压作用^[35];⑥SGLT2特异性分布在肾脏,抑制SGLT2对其他组织、器官无显著影响^[36]。FDA已经批准上市的SGLT2抑制药包括Dapagliflozin^[37]、Canagliflozin^[38]、依帕列净^[39]。Ipragliflozin、LX4211等目前正在进行临床前试验。SGLT2抑制药的不良反应表现为增加泌尿生殖系感染,增加24 h尿量[300~400 mL·(24 h)^-1]^[40]。

多种SGLT2抑制药正在进行心血管安全性研究,依帕列净的心血管研究(EMPA-REG OUTCOM trial)在2015年9月已经揭晓,该研究选择具有心血管事件高风险的2型糖尿病患者,采取随机、双盲对照的试验方法,比较分别使用依帕列净和安慰药对患者发生心血管事件的影响。结果显示,依帕列净治疗组心力衰竭住院率、心血管病死率及其他原因死亡率均比安慰药组低,差异有统计学意义;而次要终点事件心肌梗死、卒中发生、心血管病及由于不稳定型心绞痛而住院的概率两组差异无统计学意义^[41]。该研究一公布便震撼了全球内分泌界,因为该药是降糖药物中唯一经循证证据证实心血管获益的降糖药物。

超重或肥胖的2型糖尿病患者越来越多,国内外各大糖尿病指南均强调在降糖的同时应控制患者体质量,目前外科的减重手术可以一定程度上减轻患者体质量,同时降低HbA1C水平,提高胰岛素敏感性,甚至缓解糖尿病病情^[51]。

按照减重的不同原理,手术方式分为 3 类:①限制摄入:可调节胃绑带术、垂直绑带式胃减容手术、袖状胃切除术;②减少吸收:胆胰旷置术与十二指肠转位术;③限制摄入和减少吸收:胃旁路术、改良简易型胃肠旁路术^[52]。

减重术后食物较早进入空肠远段,刺激肠促胰素的分泌,从而调节糖代谢,即肠道神经内分泌学说。另外,体质量下降后使胰岛素敏感性增加,也是术后改善糖代谢的机制之一^[53]。

减重手术的适宜人群各国指南有不同的推荐,我国2013年CDS糖尿病指南提出:体重指数(BMI)>32 kg·(m²)^-1为可选适应证,28~32 kg·(m²)^-1且合并糖尿病、其他心血管疾病为慎选适应证^[54]。另外,减重手术的长期效果及安全性尚不确切,有待进一步研究。

1型糖尿病和晚期2型糖尿病患者由于胰岛功能衰竭,需要终身胰岛素治疗,为摆脱这种困境甚至根治糖尿病,重建胰岛内分泌系统成为新的研究重点。早期开展的胰腺与胰岛移植由于供体缺乏和免疫排斥等难题,目前实施尚少。近年来随着干细胞领域的深入研究以及免疫学、分子生物学等相关学科的日益发展,胰腺干细胞移植成为糖尿病新的治疗趋势。

8.2.1 干细胞 干细胞是体内存在的一类特殊细胞,它们具有极强的自我更新、不断增殖及多向分化潜能。根据个体发育的不同阶段,干细胞可分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)和成体干细胞(adult stem cell,ASC)。胰腺干细胞一般是指未达终末分化状态、能产生胰岛组织或起源于胰岛、具有自我更新复制能力的一类细胞。

8.2.2 胰腺干细胞的来源 目前得到分泌胰岛素的细胞途径有ESC和ASC,其中ASC包括胰腺导管上皮细胞、巢蛋白(nestin)阳性胰岛前体细胞、肝脏干细胞、骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)、神经干细胞、脐血干细胞等。

8.2.2.1 ESC LUMELSKY等^[55]通过多步骤分化诱导剂诱导分化,将小鼠的ESC诱导分化成能分泌胰岛素的胰岛样细胞团(islet-like clusters,LCs)。ASSADY等^[56]在体外成功诱导人ESC成为能分泌胰岛素的β细胞。

ESC是理论上分化潜力最大的干细胞,ESC具有自发向3个胚层分化的能力,但移植入人体后有形成畸胎瘤的可能,故目前大多数研究限于动物实验,人体实验仅在体外诱导分化,而且体外诱导分化会混入许多其他类型细胞种类,因此需要建立一个完善的筛选系统。同时ESC移植存在伦理问题。以上限制了ESC在治疗糖尿病方面的应用。

8.2.2.2 胰腺导管上皮细胞 ASC中最有意义的发现是在胰腺导管上皮组织分离培养出了胰岛干细胞,并在体外成功诱导分化为分泌胰岛素的β细胞。RAMIYA等^[57]将糖尿病鼠的胰腺导管上皮细胞体外培养3年成功诱导分化为LCs,这些细胞团在体外可分泌少量胰岛素,将其移植入NOD鼠中能明显降低血浆葡萄糖浓度。BONNER-WEIR等^[58]将人胰腺组织体外培养诱导分化为LCs,在这些细胞中检测到细胞角质蛋白-19(CK-19)阳性的导管细胞,CK-19为一种胰腺干细胞的分子标志物,培养后免疫组化证明含胰岛细胞,体外观察到这些细胞具有血糖刺激的胰岛素分泌和自我增殖分化为胰岛样组织能力(扩增受限)。

8.2.2.3 巢蛋白阳性胰岛前体细胞(nestin-positive islet-derived progenitor cells,NIPs) 在人和啮齿类动物的胰腺中能够分离出NIPs,NIPs能够在体外扩增,具有向多个方向分化的潜能。ZULEWSKI等^[59]发现人及大鼠的胰管及胰岛组织存在胰腺干细胞,这些干细胞nestin(胰岛干细胞分子标志)染色阳性。

8.2.2.4 MSC ASC可通过转化得到胰岛素分泌细胞,目前研究最多的是MSC。MSC具有多向分化潜能和自我更新能力,在适宜的培养条件下可增殖并被诱导分化为造血以外的组织^[60]。PDX-1可调节MSC向胰岛样细胞转化^[61],CHEN等^[62]通过对成年大鼠MSC体外培养并定向诱导分化为胰岛素分泌细胞,将这些细胞皮下注射给糖尿病大鼠后可明显降低大鼠血糖。以上研究表明,MSC具有分化为胰岛细胞的潜能并能够降低血糖。

8.2.2.5 肝脏干细胞 YANG^[63]研究发现,肝前体细胞可诱导分化成胰岛样细胞团。PECK等^[64]尝试将肝脏干细胞诱导分化为类似于胰岛样细胞团,这些细胞团可表达PDX-1、胰岛素、胰高血糖素等胰腺内分泌细胞标记,移植入糖尿病小鼠可纠正高血糖。

8.2.2.6 脐血干细胞 PESINA 等^[65]研究发现,脐血干细胞可诱导分化为胰岛β细胞前体细胞。虽然胰岛干细胞治疗糖尿病取得了很大进展,但仍处于初级阶段,有很多问题亟待解决。

综上所述,糖尿病的治疗方案正在不断更新,各种新型治疗方案也在不断完善,未来有希望从根本上改善糖尿病的治疗现状。