蛋白激酶激动剂促进葡萄糖转运的研究进展

蛋白激酶激动剂促进葡萄糖转运的研究进展

临床上，由于胰岛素缺乏和胰岛素抵抗，导致慢性血糖过多，导致全身代谢紊乱。这是糖尿病的主要病理生理基础。深入研究二者发生的具体病理生理过程,并发现不同作用靶点的抗糖尿病药物,从而能够更好地使血糖达标并减少各种糖尿病慢性并发症,是目前糖尿病临床与基础研究的热点。除胰岛素外,磺脲类、双胍类、α-糖苷酶抑制剂、噻唑烷二酮类、苯甲酸衍生物等药物是目前临床常用的治疗糖尿病药物,其作用机制为临床医师熟知。近年来,随着分子生物学的进展,人们对于糖尿病的发病机制有了新的认识,根据这些新的通路研发的众多新型抗糖尿病药物通过各自不同的机制发挥其生物学效应,为糖尿病的治疗提供更多选择。文章就部分新型抗糖尿病药物机制的研究进展综述如下。1glp-1与胰岛素糖代谢胰高糖素样肽1(glucagon-likepeptide-1,GLP-1)是胰高糖素原基因羧基端肽链序列的编码产物,是一种由远端回肠及结肠的L细胞分泌的肠促胰岛素。进食的营养物质(主要是碳水化合物及脂肪)可引起GLP-1的释放。它通过G蛋白偶联受体通道发挥生物学效应,该通道在胰岛、肺、胃肠道、中枢神经系统中表达。GLP-1通过以下机制发挥降糖作用:影响胃肠动力,抑制胃酸分泌;抑制胰高糖素分泌;引起饱食感,减少摄食活动;增加依赖于葡萄糖的胰岛素分泌以及胰岛β-细胞团增生。葡萄糖引起的胰岛素分泌受到许多离子与非离子通道调节,GLP-1能通过环腺苷酸/蛋白激酶A(cyclicadenosinemonophosphate/proteinkinaseA,cAMP/PKA)依赖方式引起胰岛β细胞上三磷酸腺苷敏感K+通道关闭,细胞膜随之去极化,电压依赖的Ca2+通道激活,细胞内的Ca2+浓度升高,最终促进胰岛素释放。Kwan等运用荧光显微镜观察发现,GLP-1使参与胰岛素胞吐作用的分泌囊泡数量增多,囊泡与囊泡之间相互融合速度加快,胰岛素分泌增多。除上述作用外,GLP-1还通过影响非选择性阳离子通道,酯酶调控的胞内稳态等发挥作用。GLP-1对于胰岛β细胞的作用并非单纯由某一机制引起,它们的共同作用最终导致GLP-1促胰岛素分泌。GLP-1除了能够引起葡萄糖依赖的胰岛素释放外,还能刺激胰岛素基因的转录以及胰岛细胞的生长和分化(再生)。研究发现,至少有2条信号通路与胰岛β细胞增殖有关:磷脂酰肌醇3激酶基因下游效应子激活及cAMP/PKA介导的转录因子(胰岛十二指肠同源异型盒-1)易位。近来,转录因子Fox01及表皮生长因子也被证实与GLP-1促进胰岛β细胞增生有关,GLP-1不仅能刺激肥胖糖尿病鼠的胰岛素释放,改善血糖水平,还能增强胰岛β细胞再生和细胞团形成。这意味着未来以GLP-1信号转导通路为靶向的治疗将明显改善胰岛β细胞容量。由于GLP-1易被二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidylpeptidase-4,DPP-4)降解,故目前主要研究的临床药物有GLP-1类似物(exenatide及liraglutide)和DPP-4抑制剂(sitagliptin及vildagliptin)两大类,除liraglutide进入Ⅲ期临床试验,其他3种药物均已上市。2各类抗凝剂的降糖作用AMP激活蛋白激酶(AMP-activatedproteinkinase,AMPK)是一种异三聚体丝氨酸或苏氨酸激酶,由α、β和γ3个亚单位组成。α亚单位起催化作用,分为α1和α2亚型。在体内不同细胞中,AMPK亚型的表达各不相同,肝细胞α1和α2亚型均有表达,骨骼肌α2亚型居多,胰岛β细胞α1亚型居多。在肝脏,AMPK使乙酰辅酶A羧化酶和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A磷酸化,抑制酶活性,引起脂肪酸及胆固醇合成减少,增加脂肪酸β氧化。在骨骼肌中,除了增加脂肪酸β氧化外,AMPK还能通过促进葡萄糖转运子4(glucosetransporter4,GLUT4)膜异位而增加葡萄糖摄取。在胰岛β细胞中,AMPK能够减少胰岛β细胞甘油三酯含量并增加脂肪酸氧化,这种现象在高葡萄糖浓度时更为明显,与乙酰辅酶A羧化酶活性降低有关,丙二酸单酰辅酶A水平随之下降,脂肪合成被抑制,脂肪酸β氧化增强。但在高葡萄糖状态下,AMPK使葡萄糖氧化作用下降显著,同时胰岛素基础含量在AMPK活性过度表达的胰岛β细胞中减少了30%,这种分泌功能障碍与葡萄糖浓度呈正相关,可能与葡萄糖氧化减少以及胰岛素储存量不足有关。综上所述,AMPK激动剂能在一定范围内改善脂毒性;另一方面,在高糖状态下,过度活化的AMPK可能进一步影响胰岛β细胞分泌功能,所以关于该类药物的最优化方案仍需完善。常见AMPK的激活剂有5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸,目前仍处于临床前研究阶段。近来有报道二甲双胍类药物能在肝细胞及骨骼肌细胞激活AMPK,通过AMPK活化的机制发挥降糖作用。吡啶甲酸铬也被证明能激活AMPK,在心肌及骨骼肌中发挥作用。3调节胰岛素代谢过氧化物酶增殖体激活受体是一种核受体,它与维甲酸X受体结合形成异二聚体后再与过氧化体增值体反应元件结合,调控靶基因转录。过氧化物酶增殖体激活受体(peroxisomeproliferatoractivatedreceptor,PPAR)分为3个亚型:PPAR-α、PPAR-β和PPAR-γ。PPAR-γ主要分布在脂肪组织,噻唑烷二酮类药物作为一种PPAR-γ激动剂能刺激脂肪组织分化,产生较少游离脂肪酸、肿瘤坏死因子-α、瘦素,增加骨骼肌对葡萄糖摄取,从而改善外周胰岛素抵抗,还能在胰岛β细胞及肝脏发挥调节血糖作用。在2型糖尿病患者中,刺激胰岛素分泌的葡萄糖阈值下调,基础胰岛素分泌增多,而对于葡萄糖刺激引起胰岛素分泌功能则减退。在肥胖大鼠模型中,噻唑烷二酮类药物能使胰岛细胞中脂肪氧化分解,减少细胞内甘油三酯含量,延缓其引起的胰岛β细胞程序性死亡,还能通过激活GLUT2、葡萄糖激酶基因表达,恢复葡萄糖诱导胰岛素分泌;同时在长期高脂状态下,PPAR-γ发挥着重要的改善胰岛β细胞增生作用。PPAR-α在肝脏、肾脏、心脏和骨骼肌均有丰富表达,在胰岛β细胞也有中等量的表达,其内源性激活配体为长链脂肪酸,外源性激动剂为β类降脂药。PPAR-α能引起胰岛β细胞线粒体膜上解偶联蛋白2表达增加,脂肪酸β氧化增加,改善葡萄糖诱导胰岛素分泌。Lalloyer等发现在ob/ob鼠中,PPAR-α缺失引起胰岛面积缩小和葡萄糖诱导胰岛素分泌减少影响胰岛β细胞功能。PPAR-α激动剂在人类的胰岛中能够保护脂肪酸引起的葡萄糖诱导胰岛素分泌功能减退、胰岛β细胞程序性死亡以及甘油三酯堆积,所以PPAR-α能够改善胰岛β细胞在病理条件下的病态反应。但目前研究的PPAR受体双重激动剂由于可能引起心血管疾病发生率增加等不良反应而叫停了许多临床试验,故对于该类药物的安全性问题仍有待商榷。4脂肪细胞麻黄内源性大麻素(endocannabinoid)是一种神经递质,它与其受体共同形成了内源性大麻素系统。内源性大麻素的活性成分为Δ9-四氢大麻酚。目前已知的内源性大麻素受体共有2种(CB1和CB2),这一系统在中枢神经系统及外周组织中均存在。在中枢神经系统,内源性大麻素受体在下丘脑表达,与摄食活动密切相关并受瘦素负向调节,其拮抗剂能抑制食欲。在外周组织,胃肠道、眼、前列腺、胎盘、脂肪组织、胰腺均有其受体表达。研究发现,在小鼠白色脂肪组织中有CB1受体表达,其表达水平在肥胖鼠中升高,阻断该受体后可引起脂联素水平升高,后者在脂肪组织表达,能诱导游离脂肪酸氧化,改善高血糖、高胰岛素血症及肥胖。CB1水平在脂肪细胞分化前达高峰,使肝脏脂肪合成转录因子固醇调节元件结合蛋白-lc、乙酰辅酶A羧化酶-1和脂肪酸合成酶基因表达增高,协助脂肪细胞分化成熟及脂肪合成。在正常情况下,随着脂肪细胞的分化成熟,由脂肪细胞产生的瘦素会反馈抑制CB1表达,同时降低其内源性配体(花生四烯乙醇胺、2-花生四烯酸甘油)水平;而在肥胖的病理模型下,脂肪细胞肥大引起CB1受体及其内源性配体表达增加,过度激活CB1受体抑制脂肪分化及脂联素信号表达,从而引起肥胖相关征群。在胰岛β细胞中表达的内源性大麻素系统在高糖情况下也出现了调节异常,在克隆的β细胞株中,相对低的血糖浓度下,胰岛素对已升高的内源性大麻素水平有抑制作用;而在相对高的血糖浓度下,胰岛素非但对升高的内源性大麻素无抑制作用,还会升高其CB1受体内源性配体水平,CB1受体过度激活增强胰岛素释放,在肥胖导致高胰岛素血症的病理状态下,形成一个恶性循环。CB1受体拮抗剂(rimonabant),目前已完成Ⅲ期临床试验,结果显示患者体质量、腰围和糖化血红蛋白、甘油三酯、高密度脂蛋白水平均明显改善。内源性大麻素系统的CB2受体多表达在免疫系统中,也可在大脑皮层、脑干、造血细胞表达,一般认为其可能与动脉粥样硬化形成有关。近年有研究发现,在胰腺中,CB1受体主要表达在非胰岛β细胞中,而CB2受体同时存在于胰岛β细胞及非胰岛β细胞,内源性配体2-花生四烯酸甘油与CB2结合后调节胞内钙离子信号,进而减少胰岛素分泌。5pramlide在3型糖尿病患者中的应用胰岛淀粉样多肽(amylin)又称胰淀素,是一种由37个氨基酸组成的多肽,与胰岛素共同储存在胰岛素分泌囊泡中,并且在胰岛β细胞促分泌因子作用下与胰岛素共同分泌,在正常人体中的浓度为5~15pmol/L,经肾脏代谢。在正常人胰岛素分泌颗粒中,胰岛淀粉样多肽与胰岛素结合形成的二聚体不易形成不溶纤维原。2型糖尿病患者由于环境不稳定,胰岛素原产生异常,胰岛淀粉样多肽堆积等原因,常引起不溶纤维原的产生,使胰岛毛细血管基膜附近出现沉积物,影响胰岛β细胞功能。2型糖尿病患者胰岛淀粉样多肽相对不足。天然人胰岛淀粉样多肽易形成沉积物,不适用于临床治疗,但其类似物pramlintide具有稳定、可溶、无粘连等特性,并保持了天然胰岛淀粉样多肽的众多优势,它替换了天然人胰岛淀粉样多肽25、28、29位的脯氨酸。许多大规模的Ⅲ期临床试验证实,在1型或2型糖尿病患者中,pramlintide与胰岛素联合运用,能够有效控制餐后血糖,减少血糖波动,使糖化血红蛋白达标;此外,pramlintide还能有效降低体质量,这在单纯使用胰岛素患者中很难达到。目前该药已上市。6新型抗糖尿病药物的降糖效果我国的中医理论有几千年历史,中草药的重要性在现代社会中又再次被关注,现对小檗碱这一中药成分的降糖机制进行简单阐述。小檗碱作为黄连素主要成分在以前多起抗微生物作用,目前已发现其有调节血脂、降血糖的作用;它通过抑制前脂肪细胞分化为脂肪细胞,减少脂肪在细胞质中聚集来抑制脂肪生成,从而调节血脂,这种作用与PPARγ途径及上调低密度脂蛋白受体表达有关。研究发现,小檗碱能通过增强GLUT4在脂肪细胞的易位,更多GLUT4被转移到细胞膜上来增加葡萄糖利用,改善胰岛素敏感性,并增加AMPK活性。另外小檗碱还能促进胰岛β细胞胰岛素分泌,它能使胰岛细胞cAMP应答元件结合蛋白磷酸化,引起了胰岛素/胰岛素样生长因子-1的级联反应,使胰岛β细胞增殖并减少细胞程序性死亡,引起胰岛素分泌增多。除黄连素之外,在我国中医药宝库中还有很多治疗糖尿病的中草药,如苦瓜、人参能降低血糖;黄芪等能增加胰岛素敏感性;桑枝、鸭跖草有抑制肠道葡萄糖吸收作用等。中草药在治疗糖尿病方面有不容忽视的潜力。除上述药物外,钠、葡萄糖同向转运体抑制剂可抑制肾脏钠葡萄糖同向转运体功能,增加尿糖排出;胰高血糖素受体拮抗剂与胰高血糖素