Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞的作用及相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

劉 辰

中山大學(xué)附屬第八醫(yī)院醫(yī)務(wù)部醫(yī)患關(guān)系科，廣東深圳 518033

糖尿病是一種由于胰島素相對(duì)或絕對(duì)分泌不足和/或胰島素抵抗引起的慢性代謝性疾病，以高血糖為主要特征[1]。持續(xù)的高血糖癥可導(dǎo)致多種器官受損，引起大量的并發(fā)癥，嚴(yán)重危害人類健康。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟在2019 年公布的最新數(shù)據(jù)顯示，全世界20～79 歲的糖尿病患者總?cè)藬?shù)大約為4.63 億，預(yù)測(cè)到2030 年糖尿病患者總?cè)藬?shù)將達(dá)5.78 億，到2045 年將達(dá)7 億[2]。由于糖尿病慢性長(zhǎng)期用藥和患病群體龐大的特點(diǎn)使得治療糖尿病的藥物位居全球第二大市場(chǎng)。當(dāng)前，治療糖尿病的藥物主要分為以下幾類：胰島素、二甲雙胍、噻唑烷二酮類、磺脲類、二肽基肽酶Ⅳ抑制劑，鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2 和胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）受體激動(dòng)劑。Exendin-4 屬于GLP-1 受體激動(dòng)劑，可以通過(guò)多種途徑作用于胰島β 細(xì)胞，起到血糖控制的作用，是近年來(lái)糖尿病治療研究的熱點(diǎn)[3]。因此，本文總結(jié)Exendin-4對(duì)β 細(xì)胞的作用及相關(guān)分子機(jī)制，并討論Exendin-4在糖尿病中的應(yīng)用，有助于Exendin-4 在糖尿病治療中的進(jìn)一步發(fā)展。

1 Exendin-4 概況

希臘毒蜥是一種有毒的蜥蜴物種，原產(chǎn)于美國(guó)西南部和墨西哥北部。1992 年，Eng 等[4]利用反向C18高效液相色譜法分析希臘毒蜥毒液時(shí)，觀察到一個(gè)特殊的蛋白質(zhì)峰值，因?yàn)槠渑cExendin-3 有95%的同源性，將其命名為Exendin-4。他們后續(xù)的研究還發(fā)現(xiàn)，Exendin-4 與GLP-1 在結(jié)構(gòu)上具有53%同源性，可以劑量依賴性的促進(jìn)葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌，起到血糖控制的作用，屬于GLP-1 受體激動(dòng)劑。2005 年，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)Exendin-4 化學(xué)合成物艾塞那肽上市用于治療糖尿病。

2 Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞的作用及機(jī)制

Exendin-4 可以增強(qiáng)胰島β 細(xì)胞胰島素分泌，促進(jìn)β 細(xì)胞的增殖、調(diào)控細(xì)胞自噬及抑制細(xì)胞凋亡來(lái)改善胰島的功能[5-6]。這些作用是調(diào)控血糖的關(guān)鍵，也是近年來(lái)糖尿病治療研究的熱點(diǎn)。

2.1 Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞胰島素分泌的影響及機(jī)制

目前，研究表明Exendin-4 主要通過(guò)激活胰島素前體基因的轉(zhuǎn)錄以增加胰島素合成和促進(jìn)葡萄糖依賴的胰島素釋放兩方面促進(jìn)胰島β 細(xì)胞胰島素分泌[5]。近期，一些新的體外研究進(jìn)一步探究了Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞胰島素分泌的影響機(jī)制[7-8]，指出Exendin-4可以通過(guò)環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）激活，調(diào)節(jié)蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）和cAMP 激活轉(zhuǎn)換蛋白2，恢復(fù)縫隙連接蛋白36 耦合，部分逆轉(zhuǎn)炎癥因子導(dǎo)致的胰島素分泌抑制。此外，Exendin-4 還參與了胰島素抵抗中的胰島素分泌的調(diào)節(jié)，其中胰島素受體、胰島素受體底物和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）信號(hào)通路可能在其中發(fā)揮作用。以上報(bào)道加強(qiáng)了筆者在Exendin-4 影響胰島素分泌機(jī)制上的認(rèn)識(shí)，但是值得注意的是，這些結(jié)果還需要在體內(nèi)和大動(dòng)物中進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞增殖的影響及機(jī)制

缺乏功能性胰島β 細(xì)胞是導(dǎo)致糖尿病的重要原因之一[9]。主流觀點(diǎn)認(rèn)為，Exendin-4 和胰島β 細(xì)胞的受體結(jié)合后，通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)的cAMP 濃度，使胞內(nèi)Ca2+的濃度增加，激活靶基因，從而促進(jìn)胰島β 細(xì)胞的增殖[10]。但Xie 等[11]的近期研究結(jié)果顯示，Exendin-4可以通過(guò)激活胰島素樣因子1 受體，從而激活PKB、mTOR 和核糖體蛋白S6 激酶1，促進(jìn)胰島β 細(xì)胞增殖。也有實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在胰島β 細(xì)胞中特異性敲除表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）后，Exendin-4 促進(jìn)胰島β 細(xì)胞增殖的作用顯著降低[12]，這說(shuō)明Exendin-4 可以通過(guò)EGFR 促進(jìn)胰島β 細(xì)胞增殖。這些研究提示，除經(jīng)典通路外，Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞增殖的影響機(jī)制中可能存在一些非經(jīng)典通路。

2.3 Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞凋亡的影響及機(jī)制

細(xì)胞凋亡是糖尿病胰島β 細(xì)胞死亡的一種主要死亡方式[13-14]。近年來(lái)，研究者在不同的β 細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)，Exendin-4 可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶通路、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶通路保護(hù)棕櫚酸脂毒性誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[15-17]。除此之外，有實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明Exendin-4 可以通過(guò)上調(diào)胰十二指腸同源盒1 介導(dǎo)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA 改善脂毒性誘導(dǎo)的胰島β 細(xì)胞凋亡[18]。He 等[19]也指出Exendin-4 可以通過(guò)調(diào)節(jié)Kelch ECH 相關(guān)蛋白1/NF-E2 相關(guān)因子2 信號(hào)通路抑制1 型糖尿病小鼠模型中的胰島β 細(xì)胞凋亡。從以上研究可以看出，Exendin-4 可以通過(guò)多種不同的通路抑制胰島β 細(xì)胞的凋亡，而其中有些通路在其他細(xì)胞死亡方式（如鐵死亡）中也起作用。那么Exendin-4 是否也抑制了胰島β 細(xì)胞的其他死亡方式，這需要進(jìn)一步闡明。

2.4 Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞自噬的影響及機(jī)制

自噬在胰島β 細(xì)胞質(zhì)量和功能的調(diào)節(jié)中起著雙刃劍的作用。最新研究表明Exendin-4 可以通過(guò)調(diào)節(jié)胰島β 細(xì)胞中的自噬，保護(hù)胰島β 細(xì)胞的質(zhì)量和功能[20-21]。一方面，Exendin-4 可以通過(guò)適當(dāng)激活自噬促進(jìn)胰島β 細(xì)胞存活和功能修復(fù)，這種作用可能是通過(guò)鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子4-Ca2+-蛋白磷酸酶3-轉(zhuǎn)錄因子EB 軸發(fā)揮作用[22]。另一方面，Exendin-4 可以通過(guò)抑制過(guò)度的自噬促進(jìn)胰島β 細(xì)胞存活和功能修復(fù)。在小鼠胰島β 細(xì)胞系MIN6 實(shí)驗(yàn)中，研究者發(fā)現(xiàn)Exendin-4可以通過(guò)抑制過(guò)度的自噬逆轉(zhuǎn)胰島素淀粉樣多肽導(dǎo)致的胰島β 細(xì)胞凋亡[23]。Lim 等[24]也發(fā)現(xiàn)Exendin-4 能通過(guò)抑制他克莫司引起的胰島β 細(xì)胞自噬過(guò)度激活，減輕氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，保護(hù)胰島功能。因此，在未來(lái)的研究中，我們需要通過(guò)深入探討Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞自噬的影響機(jī)制，對(duì)自噬做到精準(zhǔn)調(diào)控，使其有助于胰島β 細(xì)胞的存活和功能。

3 Exendin-4 應(yīng)用展望

盡管Exendin-4 在糖尿病治療的臨床應(yīng)用上取得了較好的效果[25]，但是結(jié)合最新的研究，我們可以從不同的角度對(duì)Exendin-4 的進(jìn)一步應(yīng)用進(jìn)行展望：①開(kāi)發(fā)Exendin-4 口服劑型，加強(qiáng)患者依從性。在研究時(shí)，可利用已批準(zhǔn)的非活性成分去合成含有吸收促進(jìn)劑、保護(hù)劑和穩(wěn)定劑的口服顆粒，克服Exendin-4 胃腸道吸收障礙這一難題[26]。②對(duì)Exendin-4 進(jìn)行化學(xué)修飾，減少藥物副作用，延長(zhǎng)藥物活性。例如，對(duì)Exendin-4 進(jìn)行維生素B12或單牛磺熊脫氧膽酸-Lys（27）結(jié)合修飾時(shí)，可以減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物嘔吐和腹瀉等胃腸道的不良反應(yīng)的發(fā)生[27-28]，對(duì)Exendin-4 進(jìn)行特定位點(diǎn)的脂肪鏈修飾可以延長(zhǎng)其在體內(nèi)的活性[29]。③加強(qiáng)Exendin-4 在組織工程應(yīng)用中的研究，如體外擴(kuò)增胰島組織[30]、聯(lián)合干細(xì)胞促進(jìn)胰島組織再生[31]等。④尋找Exendin-4 對(duì)胰島β 細(xì)胞作用的新機(jī)制，為Exendin-4 治療糖尿病提供新的理論指導(dǎo)，開(kāi)辟新的治療方向。

4 小結(jié)

Exendin-4 可以通過(guò)多種分子機(jī)制調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞中胰島素的分泌和釋放，促進(jìn)胰島β 細(xì)胞的增殖、調(diào)控細(xì)胞自噬及抑制細(xì)胞凋亡來(lái)改善胰島的功能，從而達(dá)到控制血糖、治療糖尿病的作用。在未來(lái)的研究中，對(duì)Exendin-4 作用的分子機(jī)制和相關(guān)應(yīng)用的深入探索，將有利于Exendin-4 在糖尿病治療中的進(jìn)一步發(fā)展。