新陳代謝是生命的基本特征，是細胞進行能量生成和利用、結構物質更新等過程的基礎。糖是能量生成的主要物質來源，足量的糖對器官發(fā)育和機體健康至關重要。低血糖可導致能量供應不足而危害器官的功能，對大腦尤其明顯，低血糖易引發(fā)頭暈、嗜睡、幻覺甚至休克。長期的高血糖（如糖尿?。斐裳?、神經(jīng)、眼和腎等器官組織不可逆的損傷，進而出現(xiàn)諸多并發(fā)癥，甚至危及生命。此外，糖攝入過多還是造成肥胖的重要原因。因此穩(wěn)定的血糖水平具有十分重要的意義，該過程主要由內分泌系統(tǒng)調節(jié)。

內分泌系統(tǒng)和血糖調節(jié)

1902年，英國生理學家貝利斯（W. M. Bayliss）和斯塔林（E. H. Starling）將腸壁提取物注射到狗體內引起胰液分泌增加，這說明腸道可產(chǎn)生具有調節(jié)功能的物質，他們將其命名腸道分泌素（secretion）?，F(xiàn)已知鹽酸從胃進入十二指腸后刺激腸道分泌素合成并釋放入血，最終促進胰腺導管分泌水和碳酸氫鹽，使鹽酸迅速稀釋、中和，避免損害腸道內壁。

1906年，斯塔林提出“激素（hormone）” （又譯作荷爾蒙）一詞，指代一類身體特定部位（內分泌腺）在外界影響下釋放到血液的、含量稀少卻可高效影響遠距離靶器官生物學作用的物質。激素的發(fā)現(xiàn)標志著內分泌學的誕生，在推動學科發(fā)展同時，也為臨床應用奠定了基礎。

19世紀下半葉，有人觀察到切除胰腺可造成狗出現(xiàn)糖尿病癥狀，提示胰腺會產(chǎn)生降血糖物質，該物質被命名為胰島素。然而，胰島素的分離卻遲遲未獲成功，因為胰腺兼具外分泌（分泌蛋白酶入腸道）和內分泌（分泌胰島素入血）功能，而蛋白酶會破壞胰島素，使分離失敗。1921年，加拿大生理學家班廷（F. G. Banting）等采用胰腺結扎破壞外分泌腺功能，成功分離得到胰島素，在糖尿病動物和患者體內證明了其降血糖的作用，胰島素成為治療糖尿病的基本藥物。班廷因此分享了1923年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

與此同時，各國科學家也積極開展胰島素研究。1922年底，美國生理學家金博爾（C. P. Kimball）和默林（J. R. Murlin）采用班廷的策略，在得到胰島素的同時還意外發(fā)現(xiàn)一種升高血糖成分，稱胰高血糖素（glucagon）[1]。因此，胰腺是維持血糖恒定的主要內分泌器官，其A細胞和B細胞分別合成胰高血糖素和胰島素，它們通過相互拮抗方式實現(xiàn)其生理效應。但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)腸道也擁有血糖調節(jié)功能。

腸道內分泌

很早就發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象，口服葡萄糖提升血糖的作用明顯弱于靜脈注射葡萄糖，但背后機制一直不詳。1932年，比利時生理學家拉·巴雷（J. La Barre）提出腸道內分泌假說，認為口服葡萄糖會刺激腸道特定細胞合成腸促胰島素（incretin），該激素釋放入血后作用于胰腺B細胞，增加胰島素分泌，實現(xiàn)降血糖目的，故口服葡萄糖對提升血糖的效果不及葡萄糖靜脈輸入。盡管腸道提取物注射到動物血液中具有一定的降血糖效果，但由于血液中的胰島素含量極低，常規(guī)方法難以檢測到，無法判定是否為腸促胰島素的作用。

1950年代底，放射免疫測定（radioimmunoassay， RIA）的發(fā)明解決了對胰島素和胰高血糖素等精確測定的難題。1964—1967年，3個研究小組獨立發(fā)現(xiàn)，口服葡萄糖比靜脈輸入相同量的葡萄糖造成的血液胰島素濃度升高更明顯，從而證實了腸促胰島素效應的存在。

1971年，英國內分泌學家布朗（J. C. Brown）從腸黏膜分離到一種激素，注入動物體內可抑制胃酸分泌，故稱胃抑制多肽（gastric inhibitory polypeptide， GIP）。進一步發(fā)現(xiàn)它還可增加血液胰島素含量，后改名葡萄糖依賴型促胰島素肽（glucose-dependent insulinotropic peptide， GIP）。

后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，GIP主要在小腸近端十二指腸和空腸內分泌細胞（K細胞）中合成，禁食狀態(tài)下分泌較少，當口服含葡萄糖或脂肪食物后釋放到血液中含量迅速增加，通過刺激胰島素生成而發(fā)揮降血糖作用。這些結果表明，GIP符合腸促胰島素特性，但遺憾的是，隨后用于2型糖尿病治療時并未獲理想效果，最終失敗。

大量實驗顯示，GIP并不是唯一的腸促胰島素，因為去除GIP后的腸道提取物，仍有促胰島素的作用，從而促使研究人員繼續(xù)尋找。

胰高血糖素樣肽

1970年代，年輕的丹麥住院醫(yī)生霍爾斯特（J. J. Holst）發(fā)現(xiàn)，接受胃切除術的患者在餐后出現(xiàn)血液胰島素飆升和血糖急劇下降的現(xiàn)象，推測是因為腸促胰島素的緣故。當時已知胰高血糖素具有促進胰島素合成的效果，因此霍爾斯特推測腸道可能也合成胰高血糖素。早在1966年，研究人員就發(fā)現(xiàn)腸道存在胰高血糖素陽性信號，霍爾斯特進一步利用胰高血糖素抗體，采用免疫組化方法在腸道L細胞上證實了這一結果，但深入研究發(fā)現(xiàn)，那并非胰高血糖素，而是腸高血糖素（glicentin），它由69個氨基酸構成，其中33—61位氨基酸正好對應胰高血糖素的29個氨基酸。胰高血糖素基因首先翻譯出胰高血糖素前體蛋白，在胰腺A細胞經(jīng)過加工產(chǎn)生胰高血糖素，在小腸L細胞經(jīng)過加工產(chǎn)生腸高血糖素，腸高血糖素還可進一步加工產(chǎn)生胃泌酸調節(jié)素（oxyntomodulin）。深入分析發(fā)現(xiàn)，腸高血糖素并不促進胰島素分泌，胃泌酸調節(jié)素具有一定促進活性，被列為候選者。由于腸高血糖素和胰高血糖素都含胃泌酸調節(jié)素序列，因此RIA不可避免產(chǎn)生交叉反應，最終借助液相和質譜方法將其排除。腸促胰島素的尋找再次陷入困境。

1980年代初，DNA重組和測序技術的發(fā)明和應用推動了內分泌學的快速發(fā)展。1981年，美國麻省總醫(yī)院分子內分泌實驗室主任哈貝納（J. F. Habener）團隊獲得琵琶魚（anglerfish）胰高血糖素前體蛋白基因，推導出編碼的蛋白質氨基酸序列，發(fā)現(xiàn)其N端對應腸高血糖素，但C端還擁有一個額外片段，其序列與胰高血糖素具有較高同源性，稱之為胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide， GLP）。不久，又獲得人、倉鼠、牛和大鼠等哺乳動物的胰高血糖素基因，發(fā)現(xiàn)有兩種GLP，GLP-1和GLP-2。兩種GLP的發(fā)現(xiàn)為腸促胰島素研究帶來新機會。

霍爾斯特也發(fā)現(xiàn)豬和人的胰高血糖素前體蛋白可在腸道中加工出GLP-1和GLP-2并分泌入血液，但該過程并不存在胰腺。最初推測GLP-1對應胰高血糖素前體蛋白72-108位氨基酸（37個氨基酸），GLP-2對應126-158位（33個氨基酸）。再次令人失望的是，使用這兩種天然形式的GLP均未表現(xiàn)出促胰島素生成的效應，但于1986年底從豬小腸黏膜中分離出一種N端缺少6個氨基酸的GLP-1（7-37）[2]，進一步的實驗證明其具有強烈的促胰島素生成效應。幾乎在同時，哈貝納小組也得到同樣的結論。

1984年，年輕的加拿大內分泌學家德魯克（D. J. Drucker）加入哈貝納實驗室，被分派負責GLP研究，同時多肽研究專家莫伊索夫（S. Mojsov）加入項目組。莫伊索夫首先用化學方法合成不同長度GLP-1，包括GLP-1（1-37）和GLP-1（7-37），進一步制備出針對不同GLP-1的抗體，隨后采用免疫組化方法檢測它們在體內的分布，結果發(fā)現(xiàn)大鼠腸道存在的是GLP-1（7-37），基于這一事實推測它可能是GLP-1的活性形式。德魯克使用大鼠胰島細胞在體外證明GLP-1（7-37）可促進胰島素的合成和分泌[3]。莫伊索夫用大鼠模型確定注射GLP-1（7-37）可顯著增加血液的胰島素含量，并且二者的濃度呈正相關[4]。1987年底英國的布魯姆（S. R. Bloom）團隊在人體內也證實了這一結論。至此，GLP-1（7-37）[因最后一位氨基酸通常為酰胺形式，有時也寫作GLP-1（7-36）]確定是一種重要的腸促胰島素，為簡便起見，通常直接寫作GLP-1。

GLP-1藥物研發(fā)

產(chǎn)生GLP-1的L細胞主要位于小腸遠端，甚至還包括結腸，可誘導GLP-1合成并釋放入血的物質主要為單糖（包括葡萄糖、半乳糖和果糖等），此外還有氨基酸和脂肪酸等。GLP-1發(fā)揮作用依賴于靶細胞的膜上受體，其受體分布于胰腺細胞、胃腸道、中樞神經(jīng)系統(tǒng)（包括下丘腦、孤束核和紋狀體等）、心臟、肺和腎等多個組織或器官，提示GLP-1具有生物功能多樣性[5]。GLP-1除促進胰島素合成和分泌外，還具有抑制胰高血糖素分泌、降低胃排空和動力、產(chǎn)生飽腹感、降低血壓、炎癥和凝血、促進排鈉和排尿等作用，這預示著它具有寬廣的臨床治療價值。

GLP-1前景最初并不被看好，主要源于GIP失敗的教訓，但其獨特的性質仍促使研究人員進行嘗試。1992年，將人工合成GLP-1給予1型和2型糖尿病患者，可在不需胰島素情況下實現(xiàn)血糖正?；?，另一項研究表明GLP-1可有效降低2型糖尿病患者餐后血糖水平；第二年，進一步的研究表明靜脈注射GLP-1可使運用其他方法控制不佳的2型糖尿病患者空腹和餐后血糖正常化，同時不引起低血糖。這些結果提振了GLP-1相關藥物的研發(fā)信心，諾和諾德、阿斯利康和禮來等公司紛紛聚焦于此。

但在實際研發(fā)過程中卻面臨眾多難題。GLP-1和胰島素類似，也是一種多肽，通常為皮下注射，但其在體內的半衰期極短，通常只有2分鐘，為此研究人員采用連續(xù)6周皮下注射GLP-1方式進行測試，結果使嚴重2型糖尿病患者空腹血糖和餐后血糖明顯降低，糖化血紅蛋白數(shù)據(jù)也得到明顯改善，最重要的是無明顯不良反應。深入的研究揭示了天然GLP-1半衰期短的兩個主要原因。首先是體內酶的作用，GLP-1容易被血液中的二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4， DPP-4）識別并降解，導致活性喪失；其次是被腎臟濾過排出體外，解決這兩個問題成為隨后藥物研發(fā)的起點，而基于此原理開發(fā)的藥物稱為GLP-1受體激動劑（GLP-1 receptor agonist， GLP-1 RA）[6]。

研究人員從一種毒蜥蜴唾液中分離到毒蜥外泌肽-4（exendin-4），它與人GLP-1具有53%的同源性，在體內可高效激活胰島素分泌。毒蜥外泌肽-4對DPP-4不敏感，半衰期30分鐘，在體內發(fā)揮活性時間可5～7小時，這一特性引起了制藥公司的注意。阿斯利康公司最終將毒蜥外泌肽-4開發(fā)為藥物，稱艾塞那肽（exenatide）。Ⅲ期臨床試驗顯示，艾塞那肽應用30周后會顯著改善空腹血糖和糖化血紅蛋白的指標。

諾和諾德公司克努森（L. B. Knudsen）領導的團隊則采取另一種策略，在人GLP-1的序列稍加修飾的基礎上，與棕櫚酰連接研發(fā)成功利拉魯肽（liraglutide）。利拉魯肽既免遭DDP-4降解，又減少腎臟清除，使半衰期延長到12小時，體內活性持續(xù)24小時。Ⅲ期臨床試驗顯示經(jīng)過為期5周的利拉魯肽治療，可更加顯著降低空腹血糖水平，并意外發(fā)現(xiàn)可使體重減輕2.4%。

禮來公司也成功開發(fā)出GLP-1受體激動劑杜拉魯肽（dulaglutide）。杜拉魯肽在采用GLP-1的3個氨基酸替換（避免DDP-4降解、增加溶解性和減少免疫原性）基礎上，外加連接免疫球蛋白G4（immunoglobulin G4， IgG4）的fc片段，最大限度地保留了藥物活性，同時提升穩(wěn)定性。Ⅲ期臨床試驗也證實有效性。此外，多家公司也開發(fā)成功自己的GLP-1受體激動劑，增加了治療選擇[7]。

GLP-1藥物的臨床應用

美國FDA先后批準多款GLP-1受體激動劑藥物應用于2型糖尿病治療，包括2004年推出的第一款艾塞那肽（商品名百泌達），2010年的利拉魯肽（商品名胰妥善），2014年的杜拉魯肽（商品名度易達）等，這些藥物均為皮下注射，外加飲食控制和運動。諾和諾德在利拉魯肽的基礎上改進研發(fā)成功司美格魯肽（Semaglutide），進一步增加了其穩(wěn)定性，實現(xiàn)每周皮下注射1次，于2017年被FDA批準用于2型糖尿病治療（商品名諾和泰）。對于長期用藥的患者而言，皮下注射會帶來極大不便，諾和諾德又開發(fā)成功口服型司美格魯肽，于2019年批準用于2型糖尿病治療（商品名瑞倍適），每天一次。

禮來公司開發(fā)成功靶向GLP-1和胰高血糖素受體的雙重激動劑替爾泊肽（Tirzepatide），于2023年被FDA批準應用于2型糖尿病治療（商品名曼杰羅）。GLP-1受體激動劑在應用于糖尿病治療的過程中，還被發(fā)現(xiàn)有其他藥效，其中最重要的是肥胖。

隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，肥胖發(fā)生率逐年增加，相對于多藥可用的糖尿病，肥胖一直缺乏安全有效的藥物，GLP-1受體激動劑的應用改變了這一狀況[8]。GLP-1受體激動劑可跨越血腦屏障進入大腦而影響飲食，在保障饑餓性飲食（維持個體生命）基礎上最大程度減少獎勵性飲食（獲得愉悅感），相當于借助藥物達到抵制美食誘惑的目的。2014年，利拉魯肽成為第一款被FDA批準的GLP-1減肥藥（商品名薩森達），每天注射1次。2021年，司美格魯肽被批準用于肥胖/超重人群使用（商品名諾和盈），每周注射1次。2023年，禮來公司替爾泊肽也被批準用于減肥（商品名澤邦德），每周注射1次。這些藥物的應用和改進，在增強患者舒適度基礎上還極大提升了肥胖治療效果。多款GLP-1受體激動劑的批準應用成功解決多年來肥胖治療無藥可用的窘迫狀況。

除以上這些GLP-1受體激動劑外，DDP-4抑制劑是另一個藥物發(fā)展方向，它們都是小分子物質，采用口服方式。默克公司開發(fā)成功西格列?。⊿itagliptin）（商品名佳糖維），于2006年被FDA批準用于2型糖尿病輔助治療（通常聯(lián)合二甲雙胍等藥物），每日1次。隨后，多款DDP-4抑制劑被研發(fā)成功應用于臨床，包括沙格列?。⊿axagliptin）、利格列汀（Linagliptin）和阿格列?。ˋlogliptin）等[9]。

迄今已有超過1億2型糖尿病患者接受GLP-1受體激動劑或DPP-4抑制劑治療， GLP-1藥物銷售額僅2021年就達220億美元。GLP-1藥物在肥胖治療中的應用更是成為近兩年風靡全球的話題，掀起了減肥新熱潮，不僅改觀肥胖治療方式，而且革新了對肥胖的認識——肥胖是一種慢性病，除鍛煉和飲食控制外，還需輔助藥物治療。

目前尚有多款藥物還在臨床試驗階段，有望進一步提升療效。更重要的是，這些藥物的適應證也在逐漸拓展，目前發(fā)現(xiàn)對心血管疾病（心肌梗死和動脈粥樣硬化）、神經(jīng)退行性疾?。ò柎暮Ｄ『团两鹕。?、糖尿病腎病、代謝性肝病和炎癥等也擁有潛在治療價值[10]。

GLP-1的重大價值

GLP-1的發(fā)現(xiàn)及其作用機制的闡明是近幾十年來內分泌學乃至醫(yī)學領域的最重大進展之一，基于GLP-1的治療方法更是在提升2型糖尿病和肥胖等療效方面發(fā)揮了重要作用，GLP-1相關藥物被《科學》周刊評為2023年度十大科學突破之首。

隨著GLP-1重要性的體現(xiàn)，做出奠基性貢獻的幾位科學家獲得了許多重大科學獎項，如霍爾斯特、哈貝納和德魯克等，先后分享沃倫·阿爾珀特基金會獎（2020年）、蓋爾德納國際獎（2021年）、阿斯圖里亞斯親王科學技術獎（2024年）等，霍爾斯特、哈貝納和莫伊索夫分享唐獎（2024年），哈貝納、莫伊索夫和克努森分享拉斯克-德貝基臨床醫(yī)學研究獎（2024年）。GLP-1生理作用和藥用價值的重要性，無疑也使幾位科學家成為近幾年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的熱門候選人。

[1]Kimball C P， Murlin J R. Aqueous Extracts of Pancreas Ⅲ. Some Precipitation Reactions of Insulin. J Biol Chem， 1923， 58（1）：337–346.

[2]Holst J J， Orskov C， Nielsen O V， et al. Truncated glucagon-like peptide I， an insulin-releasing hormone from the distal gut. FEBS Lett. 1987， 211（2）： 169-174.

[3]Drucker D J， Philippe J， Mojsov S， et al. Glucagon-like peptide I stimulates insulin gene expression and increases cyclic AMP levels in a rat islet cell line. Proc Natl Acad Sci USA， 1987， 84 （10）： 3434–3438.

[4]Mojsov S. Weir G C， Habener J F. Insulinotropin： glucagonlike peptide I （7-37） co-encoded in the glucagon gene is a potent stimulator of insulin release in the perfused rat pancreas. J Clin Invest， 1987， 79 （2）： 616–619.

[5]Holst J J. The physiology of glucagon-like peptide 1. Physiol Rev， 2007， 87（4）： 1409-1439.

[6]Drucker D J， Habener J F， Holst J J. Discovery， characterization， and clinical development of the glucagon-like peptides. J Clin Invest， 2017， 127（12）： 4217-4227.

[7]Drucker D J. The GLP-1 journey： From discovery science to therapeutic impact. J Clin Invest， 2024， 134（2）： e175634.

[8]Jastreboff A M， Kushner R F. New frontiers in obesity treatment： GLP-1 and nascent nutrient-stimulated hormone-based therapeutics. Annu Rev Med， 2023， 74： 125-139.

[9]O’Rahilly S. The islet’s bridesmaid becomes the bride： Proglucagon-derived peptides deliver transformative therapies. Cell， 2021， 184（8）： 1945-1948.

[10]Drucker D J. The benefits of GLP-1 drugs beyond obesity. Science， 2024， 385（6706）： 258-260.

關鍵詞：腸道內分泌 胰高血糖素樣肽-1 代謝性疾病 受體激動劑 ■