DPP-4抑制劑的降糖作用機制

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科 何筱瑩 李延兵

上個世紀三十年代，法國人La Barre首次提出了“腸促胰素”這一概念。近年來的研究加深了人們對腸促胰素的認識，并且催生了一種新型的口服降糖藥物——二肽基肽酶-4 （DPP-4）抑制劑，它可以提高血液中內(nèi)源性GLP-1和GIP的濃度，并最終改善血糖控制。目前已有數(shù)種DPP-4抑制劑在部分國家上市銷售。這些藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和藥效/代動力學(xué)或許各有差異，但它們都能有效地降低血糖（HbA1c降低0.5％～1％）并具有良好的耐受性。本文將著重從A細胞和B細胞的雙向調(diào)節(jié)方面闡述此類藥物的作用機制。

腸促胰素效應(yīng)與糖尿病

“腸促胰素效應(yīng)”指的是口服葡萄糖與靜脈輸注等量的葡萄糖相比，盡管后者可達到比前者更高的血糖水平，但前者能引起更強的胰島素分泌反應(yīng)。人體在進食后，腸道受到飲食中脂肪和碳水化合物的刺激，以營養(yǎng)素依賴性的方式釋放GLP-1和GIP等數(shù)種多肽，它們通過與胰島B細胞表面的受體結(jié)合，增強胰島素分泌囊泡的胞吐作用。GLP-1由位于小腸遠端（回腸）和結(jié)腸的L細胞分泌，而GIP則由位于十二指腸的K細胞分泌[1]。正常人體在空腹?fàn)顟B(tài)下血漿中這兩種激素的水平都很低，進餐后的數(shù)分鐘內(nèi)它們的血漿水平會迅速升高，并發(fā)揮葡萄糖依賴性的促胰島素分泌作用，從而降低餐后血糖。除了促胰島素分泌作用之外，GLP-1還可以抑制胰島A細胞釋放胰高糖素，從而減少肝糖輸出。與促胰島素釋放作用相似，GLP-1對胰高糖素的抑制作用也依賴于血漿中的葡萄糖水平，在低于正?？崭寡撬降臓顟B(tài)下，GLP-1的抑制作用消失，從而降低了低血糖的發(fā)生風(fēng)險。此外，GLP-1還可以通過胰腺內(nèi)外的多個途徑和機制共同參與血糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)：①誘導(dǎo)前胰島素基因的轉(zhuǎn)錄，促進胰島素的生物合成和分泌。②刺激B細胞增殖和再生、抑制其凋亡，維持B細胞的數(shù)量和功能。③抑制胃酸分泌、延緩胃排空、增強中樞飽腹感，從而抑制食欲、減輕體重。④增加外周肌肉組織對葡萄糖的攝取和利用。⑤增加葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2（GLUT-2）表達，提高B細胞對葡萄糖的反應(yīng)。⑥促進胰島D細胞分泌生長抑素，生長抑素又作為旁分泌激素參與抑制胰高糖素的分泌。與GLP-1不同的是，GIP沒有抑制胰高糖素釋放和延緩胃排空的作用；但它可以刺激脂類的合成，并延緩胰島素的清除[2]。

在2型糖尿病患者中，糖刺激后的GLP-1分泌顯著減少，但它的腸促胰島素作用仍然得到比較好的保留[3]。與之相反，GIP在2型糖尿病患者中的分泌量雖然基本正常或升高，但其促胰島素分泌作用卻明顯受損或減弱[4]。因此，2型糖尿病患者中腸促胰素效應(yīng)的減弱主要由GLP-1的分泌受損和GIP的活性喪失有關(guān)。究竟是腸促胰島素的分泌和作用缺陷導(dǎo)致了2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展，還是糖尿病導(dǎo)致了這些缺陷，目前尚無定論。但2型糖尿病疾病進展的最終結(jié)果表現(xiàn)為胰島功能的進行性衰退，包括胰島素分泌的進行性下降和胰高糖素的不適當(dāng)分泌增加，從而造成胰島素和胰高糖素比例的失調(diào)。既往在大量動物和人體中開展的研究已證實，給予2型糖尿病患者輸注GLP-1達到血漿藥物治療濃度后，可增加葡萄糖刺激的胰島素釋放、減少胰高糖素分泌、并延緩胃排空，使餐后和空腹血糖恢復(fù)正常。腸促胰島素可以通過對A細胞和B細胞進行雙向調(diào)節(jié)來改善血糖控制，由此我們可以認為，腸促胰島素是2型糖尿病的合理治療靶點[5]。

腸促胰素雖然在血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮著如此重要的作用，但體內(nèi)廣泛存在的DPP-4酶會令其迅速的失活（GLP-1半衰期為1～2min，GIP為7min）[1]。DPP-4酶抑制劑通過減少GLP-1的降解，延長其活性，使之發(fā)揮其刺激胰島素釋放、抑制胰高糖素分泌的作用，從達到控制血糖水平的目的。

A細胞在血糖調(diào)節(jié)中的意義及DPP-4對A細胞的調(diào)節(jié)作用

A細胞分泌胰高糖素的功能受許多神經(jīng)內(nèi)分泌因素的調(diào)節(jié)，其中包括血糖水平、血漿胰島素水平、以及腸促胰島素水平。胰高糖素作用于肝細胞會促進糖原分解和糖異生，并抑制糖酵解和糖原合成[6]。調(diào)控這一過程的主要因素是胰高糖素∶胰島素比值，而不是單純的胰高糖素水平。Taylor等[7]人開展的研究表明，健康人在進食混合餐后會出現(xiàn)血漿胰高糖素∶胰島素比值的降低，這一比值的降低與餐后30min肝糖輸出的抑制以及肝糖原合成的上調(diào)相關(guān)聯(lián)，而這些數(shù)值都在進餐后的數(shù)小時內(nèi)回復(fù)到基線水平。早期的研究給健康非肥胖受試者注射生長抑素和胰島素以造成選擇性的胰高糖素缺乏，結(jié)果提示肝糖輸出的程度主要取決于胰高糖素的水平。在2型糖尿病患者中，生理機制對內(nèi)源性葡萄糖生成的抑制作用被削弱。Kelley等[8]人比較了混合餐對2型糖尿病患者及健康受試者的血糖影響，結(jié)果顯示2型糖尿病患者的餐后血糖顯著高于健康受試者，而血糖升高則主要由內(nèi)源性葡萄糖生成的增多所導(dǎo)致。內(nèi)源性葡萄糖生成抑制作用的減弱主要與A細胞對葡萄糖敏感性的降低有關(guān)。Ward等[9]人在2型糖尿病患者中檢測了不同血糖水平條件下精氨酸刺激后的急性胰高糖素釋放反應(yīng)，結(jié)果顯示在各個血糖水平，2型糖尿病患者的胰高糖素分泌量都顯著高于對照組，而且胰高糖素分泌量減半時所對應(yīng)的血糖水平也顯著高于對照組，這提示2型糖尿病患者的A細胞對葡萄糖的反應(yīng)性降低。此外，對人胰島細胞的病理學(xué)觀察也顯示，2型糖尿病患者胰島中的A細胞含量不成比例的增多，由此可以推測，A細胞數(shù)量增多也是導(dǎo)致2型糖尿病患者胰高糖素不適當(dāng)分泌增多的一個機制[10]。

如上所述，GLP-1可以有效抑制A細胞分泌胰高糖素，而DPP-4酶抑制劑可以抑制體內(nèi)DPP-4酶對GLP-1的降解作用，從而提高血液中GLP-1的濃度。Takeda等[11]人開展的動物實驗顯示，注射鏈脲佐菌素的小鼠在發(fā)生糖尿病后可觀察到A細胞的增生，但在接受DPP-4抑制劑治療的小鼠中則沒有出現(xiàn)這一情況。Ahren等[12]人的研究顯示，在接受維格列汀治療4周的2型糖尿病患者中，血循環(huán)中GLP-1的濃度顯著升高，而標(biāo)準餐后的血漿胰高糖素水平和血糖水平顯著下降。Farngren等[13]人開展的一項研究提示，DPP-4抑制劑同樣可以改善1型糖尿病患者的A細胞功能。1型糖尿病患者在接受維格列汀治療4周后，餐后血胰高糖素水平（餐后120min胰高糖素曲線下面積）顯著低于接受安慰劑治療的人群（2.4±0.2nmol·L-1·min-1vs 2.6±0.2nmol·L-1·min-1，P=0.022）。

B細胞在血糖調(diào)節(jié)中的意義及DPP-4對B細胞的保護作用

在生理的狀態(tài)下，B細胞是以一種葡萄糖依賴性的方式分泌胰島素，當(dāng)血糖超出生理范圍時，B細胞釋放胰島素將血糖維持在正常水平。B細胞功能缺陷是2型糖尿病發(fā)病的必要條件。B細胞功能受損在2型糖尿病發(fā)病早期、出現(xiàn)空腹血糖異常以前就已存在，表現(xiàn)為胰島素分泌第一時相受損、第二時相分泌代償性增加。而根據(jù)UKPDS研究的結(jié)果，在患者診斷2型糖尿病時，已有超過50％的B細胞功能喪失，并且隨著疾病的進展，B細胞的功能會出現(xiàn)不斷的惡化。通過尸檢對胰島直接進行觀察的結(jié)果顯示，2型糖尿病供者的胰島大小以及數(shù)量、B細胞數(shù)量、B細胞和A細胞比值都顯著少于非2型糖尿病供者。另外，Deng等[14]人所開展的一項尸檢研究也提示，胰島數(shù)量的減少與2型糖尿病的病程相關(guān)，病程越長的供者胰腺中胰島的數(shù)量越少。這可以部分的解釋2型糖尿病病程中胰島素分泌減少的原因，但值得一提的是，早期通過正確的治療干預(yù)，B細胞的衰亡是部分可逆的。隨著胰島B細胞衰亡的不斷加劇，殘余有功能的B細胞會代償性的分泌更多的胰島素，但這種代償機制在2型糖尿病進展的過程中也會逐漸喪失。

GLP-1可以通過增加胰島素mRNA的穩(wěn)定型、上調(diào)胰島素的基因轉(zhuǎn)錄和生物合成來補充B細胞的胰島素儲存量、防止B細胞耗竭。動物研究顯示，與安慰劑相比，DPP-4抑制劑維格列汀可以通過增強B細胞復(fù)制和減少凋亡來增加新生小鼠的胰島B細胞數(shù)量（0.06±0.01mg vs 0.11±0.02mg，P＜0.05）[15]。西格列汀和維格列汀是最早應(yīng)用于臨床的兩種DPP-4抑制劑，多項臨床研究顯示，這兩種藥物都可有效改善2型糖尿病患者的血糖水平，HbA1c平均可下降0.5％～1.0％[16]。西格列汀和維格列汀都被認為可以對B細胞功能起到保護作用。一項在441例格列美脲單藥治療或格列美脲聯(lián)合二甲雙胍治療血糖控制不佳的2型糖尿病患者中開展的隨機、安慰劑對照研究顯示，西格列汀治療后的空腹胰島素水平（1.8uIU/ml，P＜0.001）和HOMA-B（11.3％，P=0.020）顯著升高，但空腹胰島素原水平和胰島素原∶胰島素比值無明顯變化[17]。另一項隨機、雙盲、安慰劑對照研究顯示，在接受為期52周的維格列汀和安慰劑治療后，試驗組的急性C肽反應(yīng)指數(shù)較基線升高5.0±1.8nmol·L-1·min-1，而安慰劑組則下降0.8±1.8nmol·L-1·min-1（P=0.030）[18]。前期這些令人振奮的研究結(jié)果令學(xué)者們希望進一步探究，將DPP-4抑制劑用于糖尿病前期的患者是否可以逆轉(zhuǎn)糖耐量受損的狀況和預(yù)防2型糖尿病的發(fā)生。目前已有一系列相關(guān)的研究正在開展。

總 結(jié)

總而言之，2型糖尿病是A細胞和B細胞雙向調(diào)節(jié)障礙所導(dǎo)致的疾病。既往學(xué)者們對于B細胞分泌胰島素作用缺陷在2型糖尿病發(fā)生發(fā)展中所起的作用已得到很好的認識，但A細胞不適當(dāng)分泌胰高糖素所起的作用卻遠遠被低估。胰高糖素在維持血糖穩(wěn)態(tài)中起到非常重要的作用，正常的A細胞功能有助于避免低血糖和保持餐后血糖波動在正常的生理范圍之內(nèi)。2型糖尿病患者A細胞功能缺陷導(dǎo)致A細胞對血糖敏感性降低，表現(xiàn)為絕對或相對的高胰高糖素血癥，從而導(dǎo)致肝糖輸出不適當(dāng)增加。以腸促胰島素為基礎(chǔ)的DPP-4抑制劑可以針對A細胞和B細胞進行雙向調(diào)節(jié)，一方面調(diào)節(jié)A細胞以減少高血糖狀態(tài)下的胰高糖素不適當(dāng)分泌；另一方面保護B細胞增加胰島素的分泌，從而針對2型糖尿病的發(fā)病機制發(fā)揮更全面的降糖作用。

[1] Drucker DJ.The role of gut hormones in glucose homeostasis[J].J Clin Invest, 2007, 117（1）：24-32.

[2] Bastien-Dionne PO, Valenti L, Kon N, et al.Glucagon-like peptide 1 inhibits the sirtuin deacetylase SirT1 to stimulate pancreatic B-cell mass expansion[J].Diabetes, 2011, 60（12）：3217-3222.

[3] Vilsboll T, Agerso H, Krarup T, et al.Similar elimination rates of glucagon-like peptide-1 in obese type 2 diabetic patients and healthy subjects[J].J Clin Endocrinol Metab, 2003, 88（1）：220-224.

[4] Knop FK, Vilsboll T, Hojberg PV, et al.Reduced incretin effect in type 2 diabetes：cause or consequence of the diabetic state?[J].Diabetes, 2007, 56（8）：1951-1959.

[5] Del Prato S, Marchetti P.Beta- and alpha-cell dysfunction in type 2 diabetes[J].Horm Metab Res, 2004, 36（11-12）：775-781.

[6] Jiang G, Zhang BB.Glucagon and regulation of glucose metabolism[J].Am J Physiol Endocrinol Metab, 2003, 284（4）：E671-678.

[7] Taylor R, Magnusson I, Rothman DL, et al.Direct assessment of liver glycogen storage by 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy and regulation of glucose homeostasis after a mixed meal in normal subjects[J].J Clin Invest, 1996, 97（1）：126-132.

[8] Kelley D, Mokan M, Veneman T.Impaired postprandial glucose utilization in noninsulin-dependent diabetes mellitus[J].Metabolism, 1994, 43（12）：1549-1557.

[9] Ward WK, Bolgiano DC, McKnight B, et al.Diminished B cell secretory capacity in patients with noninsulin-dependent diabetes mellitus[J].J Clin Invest, 1984, 74（4）：1318-1328.

[10] Deng S, Vatamaniuk M, Huang X, et al.Structural and functional abnormalities in the islets isolated from type 2 diabetic subjects[J].Diabetes, 2004, 53（3）：624-632.

[11] Takeda Y, Fujita Y, Honjo J, et al.Reduction of both beta cell death and alpha cell proliferation by dipeptidyl peptidase-4 inhibition in a streptozotocin-induced model of diabetes in mice[J].Diabetologia, 2012, 55（2）：404-412.

[12] Ahren B, Landin-Olsson M, Jansson PA, et al.Inhibition of dipeptidyl peptidase-4 reduces glycemia, sustains insulin levels, and reduces glucagon levels in type 2 diabetes[J].J Clin Endocrinol Metab, 2004, 89（5）：2078-2084.

[13] Farngren J, Persson M, Schweizer A, et al.Vildagliptin Reduces Glucagon during Hyperglycemia and Sustains Glucagon Counterregulation during Hypoglycemia in Type 1 Diabetes[J].J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97（10）：3799-3806.

[14] Yoon KH, Ko SH, Cho JH, et al.Selective beta-cell loss and alpha-cell expansion in patients with type 2 diabetes mellitus in Korea[J].J Clin Endocrinol Metab, 2003, 88（5）：2300-2308.

[15] Mu J, Petrov A, Eiermann GJ, et al.Inhibition of DPP-4 with sitagliptin improves glycemic control and restores islet cell mass and function in a rodent model of type 2 diabetes[J].Eur J Pharmacol, 2009, 623（1-3）：148-154.

[16] Neumiller JJ, Wood L, Campbell RK.Dipeptidyl peptidase-4 inhibitors for the treatment of type 2 diabetes mellitus[J].Pharmacotherapy, 2010, 30（5）：463-484.

[17] Hermansen K, Kipnes M, Luo E, et al.Efficacy and safety of the dipeptidyl peptidase-4 inhibitor, sitagliptin, in patients with type 2 diabetes mellitus inadequately controlled on glimepiride alone or on glimepiride and metformin[J].Diabetes Obes Metab, 2007, 9（5）：733-745.

[18] Mari A, Sallas WM, He YL, et al.Vildagliptin, a dipeptidyl peptidase-IV inhibitor, improves model-assessed beta-cell function in patients with type 2 diabetes[J].J Clin Endocrinol Metab, 2005, 90（8）：4888-4894.