西格列汀潛在用途研究進展

劉 相，葛少華

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一組嚴重影響患者生活質量的慢性代謝性疾病，其特征是葡萄糖耐量降低，脂質和碳水化合物代謝異常[1]。根據國際糖尿病聯盟(International Diabetes Federation，IDF)的最新數據顯示，2019年全球20～79歲的糖尿病患者人數約為4.63億，占全球成人人口的9.3%，預計到2030年將增加到5.784億(10.2%)，到2045年將達到7.002億(10.9%)，其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是最常見的糖尿病，約占全球所有糖尿病的90%[2]。西格列汀是高選擇性二肽基肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4，DPP-4)抑制劑之一[3]，它于2006年獲得美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration，FDA)的批準，可單獨使用或與其他藥物聯合用于治療T2DM并改善血糖控制[4]。西格列汀通過抑制胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)和葡萄糖依賴性促胰島素多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP)的降解，增加葡萄糖介導的胰島素分泌并抑制胰高血糖素分泌[5-6]，進而降低血糖。西格列汀除了具有顯著的降糖作用，在抗炎、抗腫瘤、腎臟保護、心血管保護和促組織再生方面的功能相繼被發現，成為國內外研究的熱點，其在降糖以外的潛在作用受到廣泛的關注。

1 DPP-4結構及作用機制

DPP-4，也稱為CD26，是一種表達于多種組織(腦、內皮、心臟、腸、腎、肝、肺、骨骼肌、胰腺、胎盤和淋巴細胞)中的110 kDa的Ⅱ型跨膜糖蛋白[7]。人體中DPP-4以二聚體形式存在，由766個氨基酸構成，每個亞單元包含兩個結構域：N端β螺旋槳和C端α/β水解酶域。DPP-4作為一種絲氨酸蛋白酶，能從多肽的N-末端裂解第二位的脯氨酸或丙氨酸殘基，從而使這些多肽失活和/或產生新的生物活性化合物[8-9]。

腸降血糖素激素GLP-1和GIP是DPP-4的內源性生理底物。GLP-1的主要作用是刺激胰島素分泌和抑制胰高血糖素分泌，從而限制餐后血糖波動；它還抑制胃腸蠕動和胃酸分泌，是食欲和食物攝入量的生理調節劑。進餐后GLP-1分泌迅速增加，但約75%的分泌肽被內皮細胞管腔表面的DPP-4降解，僅25%的分泌量到達門靜脈循環。剩余GLP-1的50%在體循環中在肝臟DPP-4和可溶性DPP-4的作用下進一步降解[10]。GIP由位于十二指腸和空腸近端的內分泌K細胞在餐后釋放。分泌后，GIP轉運至循環中，并在血漿可溶性或毛細血管內皮細胞膜結合的DPP-4的作用下迅速失活[11]。GLP-1和GIP與T2DM有著密切的關系，在血糖濃度控制方面發揮重要作用，但其活性受到DPP-4的限制。西格列汀作為高選擇性DPP-4抑制劑，可通過抑制DPP-4而延長GLP-1和GIP生物活性，從而改善糖耐量而被廣泛應用于糖尿病治療。臨床研究表明，西格列汀能夠有效降低糖化血紅蛋白(glycosylated hemoglobin A1c，HbA1c)、空腹血糖(fasting plasma glucose，FPG)和餐后血糖(postprandial glucose，PPG)水平以及促進患者達到目標HbA1c水平(<7.0%)[12]。

2 西格列汀的抗炎作用

早期的研究表明，DPP-4/CD26是一種細胞表面糖蛋白，表達于T細胞、B細胞、NK細胞和巨噬細胞等多種細胞表面，且DPP-4誘導巨噬細胞的M1極化但抑制了M2極化，表明DPP-4與巨噬細胞介導的炎癥之間存在直接聯系；此外，DPP-4還可能通過直接調節淋巴細胞和共同刺激T細胞來促進免疫反應，從而在調節免疫應答中起重要作用[8,13]。

Satoh-Asahara等[14]將T2DM患者分為西格列汀治療組和未治療的對照組，結果表明西格列汀顯著降低T2DM患者的促炎細胞因子如C反應蛋白(c-reactive protein，CRP)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α表達，同時增加抗炎細胞因子白細胞介素(interleukin，IL)-10的表達，發揮抗炎作用。同時，Makdissi等[5]的一項隨機對照研究表明，每日100 mg西格列汀治療T2DM患者12周后，IKB激酶β(inhibitory-κB kinase，IKKβ)、c-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)-1、TNF-α、Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)-4，、TLR2、趨化因子受體(chemokine receptor，CCR)-2和CD26在單核細胞中的表達明顯下降。Hu等[15]研究證明在RINm細胞中，西格列汀通過抑制脂多糖介導的NF-κB活化而抑制促炎細胞因子IL-6和IL-1β的表達，達到抗炎效果。近期的研究證明，在高鹽喂養誘導高血壓的動物模型中，心肌炎性細胞因子TNF-α、IL-6和CCL2的水平升高，西格列汀治療降低了炎癥狀態，TNF-α、IL-6、CCL2和NF-κB的水平降低，CD206表達檢測到的巨噬細胞向抗炎M2樣表型的巨噬細胞極化，顯著減緩膠原蛋白沉積和促纖維化信號的激活，說明西格列汀介導的抗炎和抗纖維化作用的結合對心肌重塑起著有益作用[16]。

DPP-4在牙周疾病的發病中發揮著作用[17-20]。有研究發現慢性牙周炎患者的牙周組織中存在DPP-4[17]，并且DPP-4的表達活性和牙周疾病的嚴重程度相關[18-20]。在大鼠牙周炎模型中，西格列汀治療降低血清DPP-4的濃度。有趣的是，盡管與牙周炎組相比，西格列汀治療組中IL-1β、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-9、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)-2的基因表達水平下調，但在該模型中未觀察到對牙槽骨和膠原組織的顯著保護作用，可能是因為在所用劑量中，這種基因表達的改變并不能促進膠原的增加或減少牙槽骨的吸收[21]。因此西格列汀對口腔炎癥方面的作用有待進一步深入探究。

3 西格列汀的抗腫瘤作用

DPP-4是一種特性良好的糖蛋白，它可調節有絲分裂生長因子和神經肽的活性[22]。研究表明DPP-4廣泛表達于惡性腫瘤中，且DPP-4還可以影響人類惡性腫瘤的生長、發育和侵襲一系列行為[23]。另外的研究已經觀察到DPP-4在肝細胞癌[24]、黑色素瘤[25]、上皮性卵巢癌[26]和非小細胞肺癌[27]中丟失或改變。

Choi等研究發現，DPP-4通過誘導肽脯氨酰異構酶Pin1的表達促進表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)誘導的上皮細胞轉化和乳腺腫瘤的發生，西格列汀可通過抑制Pin1的表達，特異性地抑制EGF誘導的上皮細胞轉化和乳腺上皮腫瘤的發生，將會成為乳腺癌患者的一種治療策略[28]。Jiang等將Wistar大鼠分為對照組、肝癌致癌物二乙基亞硝胺(diethylnitrosamine，DENA)組和DENA聯合西格列汀治療組，結果表明西格列汀治療組大鼠的肝臟重量降低，炎癥因子減少，DENA誘導的肝細胞渾濁腫脹、竇性充血減少，并且劑量依賴性地顯示出不同程度的肝再生[29]，這些結果都為西格列汀作為一種治療、減緩或抑制肝癌發生的抗癌藥物開辟了新的前景。體外研究也顯示西格列汀和維達列汀對結腸癌細胞株(HT-29)有良好的抗癌活性，而且西格列汀比維達列汀更有效[30]。研究發現DPP-4過表達在體外和體內改變子宮內膜癌細胞系的細胞形態，并刺激細胞增殖、侵襲和腫瘤發生；西格列汀的藥理抑制作用可抑制細胞的生長、增殖、遷移，并阻止侵襲和細胞周期進程，可能是一種有效的抗子宮內膜癌治療藥物[31]。西格列汀和/或白藜蘆醇通過其抗氧化劑和抗炎特性，影響凋亡、STAT3/NF-κB信號傳導和Nrf2/HO-1途徑，在大鼠實驗性誘導的透明細胞腎細胞癌中顯著改善腎功能，發揮有益治療作用[32]。

綜上所述，DPP-4廣泛表達于人類惡性腫瘤細胞，并且影響腫瘤的發生發展，由于DPP-4酶的多效性，使其在不同腫瘤中發揮作用不盡相同[23]。西格列汀已經展現出其潛在的腫瘤抑制作用，但具體扮演著什么樣的角色還需更進一步的研究探討。

4 西格列汀的腎臟保護作用

一般來說，糖尿病并發癥分為大血管并發癥(冠心病、外周動脈疾病和中風)和微血管并發癥(腎病、視網膜病變和神經病變)，T2DM引起的微血管和大血管并發癥及其病理變化是導致疾病發生和患者死亡的主要原因[33-34]。糖尿病腎病(Diabetic nephropathy，DN)是糖尿病常見的微血管并發癥，被公認是終末期腎臟疾病最常見的原因，也是全世界糖尿病患者的主要死亡原因之一。

DPP-4在哺乳動物腎臟中的表達水平最高，同時DPP-4在DN中也有上調[35]，這表明，西格列汀抑制DPP-4可能是治療糖尿病腎病的一個合理治療靶點。在順鉑誘導的大鼠腎毒性研究中，西格列汀通過增強抗炎、抗凋亡和抗氧化作用機制，降低細胞毒性并減少凋亡標志物和炎性細胞因子的產生，對順鉑引起的腎功能不全起保護作用[36]。一項對糖尿病大鼠腎缺血-再灌注損傷的研究發現，與未治療的大鼠相比，西格列汀能顯著降低腎臟組織中黃嘌呤氧化酶活性，髓過氧化物酶活性和一氧化氮水平；與未治療的糖尿病大鼠相比，西格列汀治療的糖尿病大鼠的谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶等抗氧化酶顯著增加，這表明西格列汀可用于預防糖尿病中由腎缺血-再灌注引起的腎損害[37]。在Ren等[38]的研究中，Wistar大鼠接受低劑量或高劑量西格列汀治療16周，尿白蛋白排泄率、血清肌酐和腎臟肥大指數明顯降低，而肌酐清除率和活性GLP-1水平增加，腎小球病變也得到改善。同時，足細胞podocalyxin蛋白和GLP-1R表達水平增加，而信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)1/2和轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的表達降低，西格列汀潛在的腎臟保護機制可能涉及抑制ERK1/2的激活和促進GLP-1和GLP-1R之間的相互作用。

綜上所述，DPP-4抑制劑西格列汀尚具有降糖之外的腎臟保護作用，如降低尿白蛋白排泄率和保護足細胞等，其機制包括增強抗炎、抗凋亡、抗氧化作用、改善脂代謝和保護血管內皮細胞等，進一步深入研究 DPP-4抑制劑的腎臟保護作用及相關機制，將為DN的防治帶來新的靶點與希望。

5 西格列汀的心血管保護作用

心血管并發癥是糖尿病患者發病和死亡的主要原因。近年來，不少臨床研究證實西格列汀對心血管疾病和微血管并發癥的有效治療作用，為糖尿病患者帶來了更為樂觀的前景[39]。據報道，在使用西格列汀治療18周期間內，印度、中國和韓國的患者沒有臨床不良事件風險增加的趨勢，西格列汀單一療法既不會增加2型糖尿病的發病率/死亡率，也不會增加大血管/微血管并發癥的風險[40-41]。在3年的隨訪研究中，服用西格列汀的患者亦沒有因心力衰竭或主要不良心血管事件的風險而增加住院時間，西格列汀的心血管安全性已得到證明[42]。

此外，西格列汀治療也能改善患有冠心病的糖尿病患者的缺血性左心室功能障礙，增強整體射血分數、二尖瓣環收縮速度和局部左心室功能[43]。該結果也在動物模型中得到驗證，結扎冠狀動脈左前降支造成實驗性心肌梗死的糖尿病大鼠，分別給予賦形劑或300 mg/(kg·d)的西格列汀，西格列汀治療的大鼠表現出更好的左心室功能[44]，這表明西格列汀治療可改善缺血性心臟病引起的心臟功能障礙。

糖尿病患者動脈粥樣硬化的發生率較高，且動脈粥樣硬化已經成為糖尿病患者死亡的主要原因之一[45]。因此，通常給糖尿病患者推薦抗動脈粥樣硬化聯合治療。肯定地說，西格列汀的抗動脈粥樣硬化作用在患者和實驗動物模型中均得到證實。Omoto等[46]研究表明，西格列汀治療T2DM患者6個月，可增加T2DM患者的循環可溶性糖化終末產物受體和脂聯素濃度，降低可溶性P-選擇素、E-選擇素、血管細胞粘附分子-1和單核細胞趨化蛋白-1水平，具有脂聯素依賴性抗動脈粥樣硬化血栓形成作用，可能對T2DM患者血栓形成的一級預防有重要作用。動物實驗表明，在高脂飲食喂養的載脂蛋白E缺陷小鼠中，與對照組小鼠相比，西格列汀治療可產生較小的動脈粥樣硬化斑塊[47]。這表明，DPP-4抑制劑可能作為一種重要的治療輔助手段在糖尿病患者的心臟保護中起到重要作用。

研究證明，在非糖尿病情況下，通過建立自發性高血壓大鼠模型，西格列汀治療主要通過促進一氧化氮生物活性，改善內皮功能發揮降壓作用[48]。內皮在維持血管結構和功能中起著重要作用，其功能障礙通常被認為是血管疾病過程的開端。在T2DM實驗模型中，進一步證實了西格列汀對內皮功能的保護作用。在2型糖尿病動物模型中，西格列汀改善內皮依賴性舒張功能，抑制內皮素-1的表達，而內皮素-1被廣泛認為是內皮損傷因素之一[49-50]。這些研究可能為糖尿病患者血管內皮功能障礙的治療提供新的見解。

綜上所述，T2DM的治療還需綜合管理來降低心血管疾病的發生風險。西格列汀除了具有降低血糖的作用，其心血管安全性也得到證實，還可以通過改善缺血性心臟病引起的心臟功能障礙、動脈粥樣硬化狀況、血管內皮功能異常以及降低血壓等，從而降低心血管事件發生風險。

6 西格列汀促進組織再生的作用

DPP-4作為一種分布廣泛的多功能蛋白，具有廣泛的生物活性底物和免疫調節特性，在不同的生理和病理過程中發揮重要作用。它對細胞粘附、遷移、凋亡和細胞外基質降解有潛在的影響[51]。DPP-4還能從多肽中倒數第二位脯氨酸和丙氨酸殘基處裂解N-末端的二肽，如多種趨化因子、生長因子、神經肽和其他關鍵生物肽。

在小鼠皮膚缺損模型中，DPP-4/CD26缺陷小鼠的新血管形成和細胞增殖的速率更高，缺氧誘導因子1α和血管內皮生長因子的局部表達增強，認為抑制DPP-4 /CD26對皮膚傷口愈合的過程具有有益的作用，促進皮膚組織再生[51]。Liang等[52]證明了西格列汀和氯沙坦通過刺激胰腺內分泌祖細胞的分化改善β細胞功能，促進胰島再生。這表明DPP-4在組織再生中具有一定潛在作用。

基質細胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)又稱CXCL12，是一種來源于小鼠骨髓基質細胞系的CXC趨化因子，迄今已通過選擇性剪接鑒定出6種SDF-1亞型(SDF-1α、SDF-1β、SDF-1γ、SDF-1δ、SDF-1ε和SDF-1φ)，SDF-1家族通過激活其同源受體CXC趨化因子受體4(CXC chemokine receptor 4，CXCR4)發揮重要作用[53]。SDF-1在包括造血干細胞和間充質干細胞在內的干/祖細胞的募集、遷移和分化中起關鍵作用[54]，還可以增強骨骼肌再生[55]、神經發生[56]、成骨[57]、牙髓修復再生[58]和牙周組織再生[59]等，在組織的修復和再生中具有較大的調控潛力。但SDF-1是DPP-4的生理性底物，易被DPP-4快速降解而限制了活性SDF-1在組織再生中的應用。

研究表明，DPP-4基因敲除或藥理性抑制DPP-4可增強SDF-1/CXCR4軸而內源性地積累再生干細胞，最終改善肺移植后缺血再灌注損傷[60]。在糖尿病大鼠中應用DPP-4抑制劑沙格列汀治療12周后，發現沙格列汀治療通過抑制SDF-1的降解誘導胰島β細胞增殖并改善β細胞功能，成為β細胞再生的治療靶點[61]。

西格列汀作為高選擇性DPP-4抑制劑之一，研究表明，口服西格列汀治療可以明顯增加SDF-1水平[62]。Huang等研究證明，在小鼠后肢缺血模型中，口服西格列汀治療有誘導血管生成潛力，改善小鼠缺血性肢體的血流量，顯著增強內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)的動員、歸巢和分化，這種作用依賴于血漿SDF-1和GLP-1的升高，但與血糖無關[63]。Fadini等[64]的臨床研究表明，2型糖尿病患者服用西格列汀可通過SDF-1/CXCR4途徑增強EPCs動員，以應對缺血并改善內皮功能。Yu等[65]使用大鼠動脈瘤栓塞模型探索西格列汀對動脈瘤內皮化修復的作用，西格列汀顯著增加了外周血中EPCs的數量和SDF-1、VEGF的表達水平。組織學和掃描電子顯微鏡結果也表明，西格列汀在栓塞后增強了動脈瘤的內皮化，并且這種增強被CXCR4拮抗劑AMD3100阻斷。表明西格列汀通過SDF-1/CXCR4信號通路促進EPCs遷移、侵襲、血管生成和瘤頸內皮化修復，為防止動脈瘤復發提供了另一種治療選擇。

有研究表明，糖尿病患者的骨折發生率增加，骨質下降。因慢性高血糖狀態會損害成骨細胞功能，血糖控制對糖尿病患者的骨骼健康至關重要。一些DPP-4底物在活躍的骨細胞上有受體，包括胃腸激素(GIP、GLP-1和GLP-2)，SDF-1，胰島素樣生長因子Ⅰ，這些底物對骨代謝產生積極影響，表明DPP-4抑制對骨代謝有積極作用[66-67]。Glorie等研究清楚地觀察到，與未經治療的糖尿病動物相比，西格列汀治療導致糖尿病動物骨皮質和骨小梁體積增加，骨強度增加，而不依賴于它們的血糖水平對糖尿病動物骨骼起保護作用[68]。

總之，西格列汀作為高選擇性DPP-4抑制劑，可以通過抑制DPP-4減少SDF-1的降解，增加損傷區域有活性的SDF-1濃度和SDF-1/CXCR4軸募集具有再生效應的干/祖細胞到達創傷局部，進而促進組織再生。

7 小 結

綜上主要介紹了西格列汀作為DPP-4高選擇性抑制劑在抗炎、抗腫瘤、腎臟保護、心血管保護、促組織再生中的研究進展。西格列汀作為同類藥物中首個被批準用于治療2型糖尿病的藥物，具有良好的有效性、耐受性，且低血糖及體重增加的不良反應發生率低的優勢。近年來，關于西格列汀的研究逐漸增多，國內外學者開始注意西格列汀在炎癥、腫瘤、腎臟、心血管等多方面的應用，并從體內、體外和臨床試驗進行驗證。

SDF-1作為組織工程中具有臨床應用潛能的一種趨化劑，可募集受損組織局部和循環中的干細胞參與組織再生；西格列汀作為新興的糖尿病治療藥物，可通過DPP-4抑制作用提高SDF-1的生物利用度和活性。從改善干細胞歸巢和組織修復的角度來看，已經闡明的西格列汀作用機制及其可能與SDF-1的相互作用，對于優化DPP-4抑制劑的開發，改善SDF-1在干/祖細胞募集和組織再生方面的作用具有深入研究的前景。此外，西格列汀在口腔醫學方面的研究目前并不多，隨著研究技術的發展和研究內容的深入，以及對糖尿病相關的口腔并發癥的關注，可能會發現西格列汀在口腔醫學領域中更多的潛在應用價值。