GLP-1參與下丘腦室旁核小細胞神經元及心血管活動的研究進展

趙晏逵 李玉子 (延邊大學附屬醫院心血管內科，吉林 延吉 133000)

隨著人們物質與生活水平的提高、飲食的改善、生活壓力的增大、肥胖及不規律的生活方式，2型糖尿病與心血管疾病發生率不斷升高，且2型糖尿病合并心血管疾病事件的風險較非糖尿病患者概率增大；近年來，胰高血糖素樣肽(GLP)-1，一種新被發現的肽類激素，引起了臨床廣泛的關注，本文就GLP-1參與下丘腦室旁核(PVN)小細胞神經元(PvC)及心血管活動的研究進展進行論述。

1 GLP-1概述

GLP-1是由末端回腸和結腸內的L細胞分泌的一種胃腸肽激素〔1〕；它具有葡萄糖依賴性促胰島素分泌的功能〔2〕，能夠促進胰島素分泌、抑制胃排空，減少饑餓感、抑制促胰高血糖素的分泌，有效降低血糖的同時減輕體重，降低臨床服用藥物后的低血糖反應，為 2型糖尿病的治療及預后提供了廣泛的前景〔3〕。作為一種腦腸肽，GLP-1也參與下丘腦PVN PvC調節下的神經內分泌反應；此外，GLP-1及其受體激動劑可以通過保護血管內皮細胞、抑制心肌細胞凋亡、抗炎、抗氧化應激、舒張血管、改善血脂等來實現心血管保護作用〔4〕；因此廣泛應用于臨床相關治療。

2 GLP-1及其受體的分布

GLP-1在回腸L細胞、胰腺、中樞神經系統神經元中產生；這些外周細胞及中樞神經元中含有大量的胰高血糖素原基因(PPG)〔5〕，PPG具有高度特異性，在胰腺中的胰島細胞中表達胰高血糖素；在回腸L細胞及中樞神經系統神經元中翻譯并表達GLP-1〔6〕。然而，天然的GLP-1 在體內會迅速被二肽基肽酶(DPP)Ⅳ快速降解而失去生物活性，其半衰期極為短暫(不足2 min)〔7〕。在中樞神經系統，編碼GLP-1的PPG細胞主要位于孤束核的尾(內臟)部、延髓腹外側區和大腦嗅球的小球層〔6〕。GLP-1通過作用于GLP-1受體來發揮其特異性作用；GLP-1受體系G蛋白耦聯受體，在外周(心臟、血管平滑肌、血管內皮細胞、胰腺、脂肪細胞等)和中樞系統均有分布〔8〕；在中樞神經系統中由神經細胞相關基因表達〔9〕，編碼GLP 1型受體(GLP-1R)的DNA、mRNA在下丘腦神經核團〔如PVN、視上核、弓狀核(Arc)和視前區〕中高度表達〔10〕，而這些核團又是機體應激、新陳代謝、內分泌調節、體液調節、甚至神經、心血管效應調節的重要中樞，由此可見，GLP-1及其受體對下丘腦PVN介導的機體高級整合活動起決定性作用。

3 下丘腦PVN解剖及重要生理功能

下丘腦PVN是腦內自主調控和內分泌調節最主要的整合部位，在心血管活動、自主神經活動、體液調節中發揮關鍵作用〔11〕。PVN位于第三腦室下丘腦部的上端兩側，是下丘腦前區最顯著的核團之一，包括延髓頭端腹外側區、 孤束核和腦橋的藍斑核等〔12〕。PVN中主要存在兩種功能的細胞群，PvC群與大細胞神經元群(MgC)。PvC群體積較小，發出的軸突終止于下丘腦基底部正中隆起，與初級毛細血管群密切接觸，其分泌的肽類可直接釋放到垂體門脈血管中，參與機體的內分泌調節。PVN小細胞部被稱為自主神經和內分泌反應的重要整合中樞，是GLP-1介導下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸產生應激反應的重要整合部位。PvC可分為兩類：(1)表達促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)的PvC；它們能接受和整合多種興奮性和抑制性傳入信號，最終決定是否啟動CRH的合成和釋放〔13〕；還有一些CRH的PvC直接投射到延髓頭端腹外側區(RVLM)和脊髓灰質中間外側柱(IML)，通過調節這些區域的自主神經核團，發揮調節交感輸出的作用〔14〕。(2)投射到中樞自主神經核團的PvC，這些自主神經合團能直接發揮節交感輸出的作用〔15〕。PVN 的MgC，它們的軸突延伸投射終止于神經垂體，形成下丘腦-垂體束，可合成縮宮素(OT)和加壓素 (VP)，VP 與 OT 經長軸突運輸終止于神經垂體的末梢并儲存，當機體需要時，OT 與 VP 在神經系統的調節下釋放入血，參與心血管活動與體液平衡調節〔16〕。

4 GLP-1對下丘腦PVN PvC的支配作用

在正常大鼠腹腔或靜脈注射GLP-1后，用免疫熒光雙標技術對其下丘腦PVN神經元進行標記后發現，下丘腦PVN PvC群中免疫雙標陽性神經元數量明顯增多；在離體小鼠下丘腦切片中灌流GLP-1后，PVN 小細胞神經元產生可逆性膜電位去極化和放電頻率明顯增加；解剖學研究證明，GLP-1免疫反應性神經元向多重腦區投射，用電鏡顯示和逆行追蹤顯示技術發現，電鏡顯示下孤束核的GLP-1神經元直接上行性投射到室旁核；逆行追蹤顯示，PVN PvC向孤束核區域形成的投射與GLP-1免疫反應性末梢分布是一致的〔17〕。以上結果表明，GLP-1對參與多重生理性調控的下丘腦PVN PvC有支配作用〔18〕。在外周腸道L細胞分泌的GLP-1，可由迷走傳入神經元傳至中樞，激活孤束核神經元產生GLP-1；外周GLP-1可以直接通過血腦屏障進入大腦，與下丘腦PVN的GLP-1R結合，進而激活PVN PvC〔19〕。在中樞，GLP-1直接激活下丘腦PVN PvC，參與機體的應激反應、新陳代謝、體溫調節、甚至神經、心血管等高級功能。

5 GLP-1在下丘腦PVN PvC參與下對機體的調控作用

中樞及外周產生的GLP-1直接激活PVN PvC群中兩類神經元：表達CRH的PvC和投射到中樞自主神經核團的PvC；前者產生CRH，CRH進入垂體門脈系統，并作用于垂體前葉的CRH受體1(CRHR1)(主要分布在大腦皮質、下丘腦、小腦、海馬、杏仁核)誘導產生促腎上腺皮質激素(ACTH)釋放入血，發揮重要的神經內分泌功能；此外，另一部分被激活的CRH的PvC直接投射到RVLM和IML，通過調節這些區域的自主神經核團，發揮調節交感輸出的作用。后者投射到中樞自主神經核團能直接發揮交感輸出的作用。由此可見，GLP-1在下丘腦PVN PvC參與下對機體的調控作用主要表現為CRH對機體產生的調控作用及自主神經核團發揮的交感輸出作用。

5.1GLP-1在下丘腦PVN CRH PvC參與下對機體的調控作用 CRH是1981年Vale等〔20〕從羊的下丘腦中發現的，其化學本質是41個氨基酸組成的多肽。它是ACTH、內啡肽等多種肽類合成和釋放的調節物，在機體的多項調節中起關鍵性作用。在正常大鼠腹腔或靜脈注射GLP-1，循環血中皮質酮水平增加，健康志愿者注射后GLP-1后，體內皮質醇水平也相應升高。由此可見，注射GLP-1可誘導應激反應，CRH在GLP-1誘導的應激反應中HPA軸的活動起關鍵性作用〔21〕；CRH作用于垂體前葉的CRHR1誘導產生ACTH釋放入血，進一步刺激腎上腺皮質大量分泌糖皮質激素(GC)，以提高機體對應激性刺激的耐受能力，如此形成完整的HPA軸。除GC分泌外，兒茶酚胺、生長激素、血管升壓素等也大量分泌；CRH介導的應激反應短期內可以使心率加快、血壓升高、心肌收縮力加強、降低毛細血管通透性，維持循環血量；大劑量的GC還有抗炎、抗過敏、抗毒、抗休克的作用。然而，慢性應激有很多病理效應，如高血壓、消化性潰瘍、神經性厭食、抑郁癥、焦慮癥等〔22〕；此外，解剖學研究表明，PVN的CRH神經元有血管緊張素(Ang)ⅡⅠ型受體(AT1-R)表達，原位雜交雙標顯示，CRH mRNA陽性細胞表達AT1-R mRNA；因此，GLP-1可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RASS)，生成Ang Ⅱ增加，進而導致血管收縮、交感神經末梢分泌神經遞質、血管升壓素、縮宮素、醛固酮的分泌增加。

5.2GLP-1參與的自主神經核團的交感輸出作用 CRH的PvC和投射到中樞自主神經核團的PvC可以激活交感神經節前神經纖維支配的腎上腺髓質嗜鉻細胞，分泌腎上腺素、去甲腎上腺素及少量多巴胺〔23〕。此外，CRH誘導產生的ACTH能提高嗜鉻細胞中相關合成酶的活性，促進兒茶酚胺的合成〔24〕。上述產生的兒茶酚胺會使心率加快，血壓升高，心輸出量增加，全身血流重新分布。生成的腎上腺素、去甲腎上腺素又能正反饋調節PVN中CRH的PvC合成CRH〔25〕。交感神經活動的增強也能使腎素分泌增加，腎素可將肝臟分泌的血管緊張素原水解生成Ang Ⅰ，Ang Ⅰ水解后生成Ang Ⅱ。

綜上，GLP-1通過對下丘腦PVN PvC的支配參與機體的神經內分泌調節及自主神經調節；神經內分泌調節中以HPA軸介導的應激反應最為重要，短期的應激反應可以使心率加快、血壓升高、心肌收縮力加強等正性作用，然而，慢性應激會導致高血壓、消化性潰瘍、神經性厭食、抑郁癥、焦慮癥等不良反應。自主神經調節以交感神經活動增強為主，表現為腎上腺素、去甲腎上腺素分泌增加，進一步使心率加快，血壓升高，心輸出量增加，全身血流重新分布。此外，GLP-1可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活RASS系統，交感神經活動的增強也能使腎素分泌增加，兩者均能使Ang Ⅱ生成增加，使血管收縮，全身血容量增加，還能調節心臟血管張力和內皮功能，參與血管重塑與心臟重構。

6 GLP-1參與的心血管活動

6.1GLP-1在心血管活動中的保護作用 GLP-1及其受體激動劑具有心血管保護作用。(1)GLP-1能有效抑制心肌細胞凋亡；心肌細胞凋亡是心肌梗死、心肌炎、心肌病等病因導致的心功能不全的主要病理機制；心肌梗死(AMI)患者經皮冠狀動脈介入(PCI)中持續注射艾塞那肽6 h后，心肌梗死的面積及壞死程度明顯減輕〔26〕；目前關于GLP-1抑制心肌細胞凋亡機制目前尚未明確：相關研究證實，GLP-1通過改變磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲氨酸激酶(AKT)/B淋巴細胞瘤-2基因相關啟動子(Bad)信號通路來抑制細胞凋亡〔27〕；也有實驗證明GLP-1通過調節心肌細胞線粒體功能，改善線粒體損傷，抑制線粒體氧化應激及鈣離子超負荷來抑制心肌細胞凋亡〔28〕。(2)保護血管內皮細胞、抑制炎性反應：炎癥導致的內皮細胞受損、血管平滑肌增厚，遷移、泡沫細胞的形成是動脈粥樣硬化斑塊形成的主要原因；心臟血管內皮細胞中廣泛存在GLP-1R，實驗數據表明，長期使用GLP-1受體激動劑可以明顯減少內皮細胞受損及內膜平滑肌增厚導致的粥樣斑塊形成〔29〕；具體機制可能通過增加一氧化氮(NO)生成、抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、抑制核因子(NF)-κB信號傳導通路〔30〕，減少炎癥反應所生成的腫瘤壞死因子(TNF)α、白細胞介素(IL)-1、IL-6、單核細胞趨化蛋白(MCP)-1對內皮細胞的損害。(3)抗氧化應激：氧化應激所產生的超氧陰離子、線粒體受損、血管內皮細胞受損、神經元的激活是導致心肌受損、心室重構、心肌肥厚、高血壓的主要原因。GLP-1通過抑制線粒體氧化磷酸化、減少氧化酶的表達進而減少超氧陰離子的產生以此減少線粒體、心肌細胞的損傷〔31〕。(4)改善心功能指數：GLP-1能夠改善心室功能，預防心室重構，降低心房腦鈉肽水平，降低外周血管阻力，增加心肌細胞能量的攝取與利用，改善早期心力衰竭患者心功能指數。臨床研究顯示：靜脈注射GLP-1，短期內可增加心力衰竭患者射血分數(EF)值〔32〕；在前壁心肌梗死患者中通過持續72 h的GLP-1R激動劑(GLP-1RA)后，左心室功能未明顯下降；夾閉大鼠冠狀動脈前降支后設立實驗組與對照組，實驗組連續注射1個月的天然 GLP-1后發現，對照組較實驗組心肌細胞凋亡明顯增多，左室收縮功能明顯下降。(5)降低血壓：高血壓常與其他心血管疾病共存，是最重要的心腦血管疾病的危險因素；目前GLP-1的降壓機制尚未明確，GLP-1可能通過調節多個系統來實現降低血壓：GLP-1可以直接作用于血管平滑肌細胞，介導血管擴張，通過改變壓力負荷降低血壓；此外，GLP-1可以通過抑制抗利尿激素、抑制AngⅡ、增加腎小管排鈉排水、增加心房鈉尿肽(ANP)的分泌來減低容量負荷，以此實現血壓的下降；在一項隨機臨床對照實驗〔33〕中，實驗組接受GLP-1類藥物治療，對照組接受安慰劑治療后，接受GLP-1類藥物治療組收縮壓平均降低5.24 mmHg，舒張壓平均降低5.91 mmHg；對照組收縮壓、舒張壓未見明顯下降。(6)降脂、減重作用：流行病學表明，血脂異常、肥胖與心血管疾病的發生有很強的相關性；血脂異常主要包括三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDH)的升高、高密度脂蛋白(HDL)的降低；LDH的增高與泡沫細胞的形成有著密切關聯。研究發現靜脈/腹腔注射GLP-1可降低小鼠餐后TG、乳糜微粒和載脂蛋B48的水平顯著降低，且這些作用于胃排空速率無關。GLP-1可明顯降低餐后TG及LDH水平，并通過抑制胃排空，增加保腹感、誘導脂肪重新分布、減少內臟脂肪來降低體重。

6.2GLP-1在心血管活動中的不利因素 神經體液系統的激活是心力衰竭患者預后不良、心室重構、心肌損傷、心功能惡化的主要原因。神經體液系統的激活包括交感神經系統、RASS激活。GLP-1通過對下丘腦PVN PvC的支配參與激活了體內的交感神經系統和HPA軸介導的應激反應，交感神經活動增強是導致心律失常、猝死的主要原因。交感神經神經系統激活，血中腎上腺素、去甲腎上腺素水平增高，機體血壓升高、心率加快，外周血管收縮，心臟后負荷增加，均使心肌耗氧量最大；此外，去甲腎上腺素對心肌細胞有直接毒性作用，促使心肌細胞凋亡，心室重塑。GLP-1激活的應激反應，短期內能增加心律失常的風險，長期的應激反應會導致頑固性高血壓的形成。GLP-1還可以激活下丘腦PVN CRH PvC直接激活RASS系統，導致周圍血管收縮，壓力負荷加重，醛固酮分泌，水鈉潴留，心臟容量負荷增加；此外，RASS激活促進心臟和血管重構，加重心肌損傷和心功能的惡化。

綜上，GLP-1由于優秀的降糖作用及心血管保護作用，被廣泛應用于糖尿病合并心血管疾病的患者；GLP-1通過對下丘腦PVN PvC的支配參與機體的神經內分泌調節及自主神經調節，其產生的應激反應、交感神經系統的激活、兒茶酚胺的大量生成，RASS系統的激活、高血壓的形成，對心力衰竭、冠心病的患者都是極為不利的；到目前為止，GLP-1對心血管患者究竟是利大于弊，還是弊大于利，還沒有準確的定論；因此，臨床心內科在使用GLP-1相關藥物時，一定要注意考慮GLP-1對下丘腦PVN PvC支配的相關影響，注意監測相關重要指標，注意藥物的使用劑量和使用時間，擇優去弊，有效利用其優勢的同時，避免不良反應。