《Biological Psychiatry》：From the discovery of GLP-1 to today's diabetes/obesity therapy and beyond
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本文是对胰高血糖素样肽-1（GLP-1）研究历程的权威回顾。作者系统梳理了GLP-1从作为一种肠道胰岛素的发现，到阐明其葡萄糖依赖性促胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延缓胃排空及抑制食欲等多重生理作用的全过程。综述重点阐述了针对其体内半衰期短的挑战，如何成功开发出GLP-1受体激动剂（GLP-1RAs，如利拉鲁肽、司美格鲁肽）和二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂等长效疗法。文章不仅肯定了GLP-1RAs在改善2型糖尿病（T2DM）患者血糖控制（HbAA1c）和减轻体重方面的核心疗效，更前瞻性地总结了其在心血管结局试验（CVOTs）中展现出的心、肾、神经保护等多重获益，将其定位为对抗肥胖相关心肾代谢综合征的有效武器。
探索与发现一种新的肠促胰岛素激素
对血糖调节中胰岛素作用的认识早已确立，但在胰岛素发现之前，人们就已猜测胃肠道对血糖和胰腺内分泌分泌存在调节作用。生理学证据表明，肠道分泌的激素可调节胰岛素分泌，但在胰岛素放射免疫分析法发展后，才为肠促胰岛素效应的存在提供了确凿证据。口服葡萄糖与静脉注射相比，能引发更显著的胰岛素反应，这提示存在一种肠道因子，即肠促胰岛素激素。已知的肠道激素并未显示出令人信服的促胰岛素活性，但20世纪70年代，一个新的候选者——胃抑制多肽（GIP）被提出。其强大的葡萄糖依赖性促胰岛素活性迅速得到公认，并被重命名为葡萄糖依赖性促胰岛素多肽。人们曾希望这种新激素能改善2型糖尿病（T2DM）患者的胰岛素分泌，但1986年Nauck等人的研究明确表明，T2DM患者的肠促胰岛素效应微弱或缺失。免疫中和研究仅部分消除了肠促胰岛素效应，而对肠道切除患者的研究表明，肠促胰岛素效应似乎取决于远端小肠的保留，这提示这些部位可能释放另一种肠促胰岛素激素。小肠粘膜中含有内分泌细胞，这些细胞可与胰高血糖素抗体发生阳性染色反应，而胰高血糖素已知能刺激胰岛素分泌。这些细胞会不会是另一种肠促胰岛素的来源呢？
Glicentin和胰高血糖素原
多个研究组试图查明这些所谓的L细胞产生何种物质。最终，负责的物质被分离出来——它是一个由69个氨基酸组成的肽，如今被称为glicentin，其第33-61位残基代表了完整的胰高血糖素序列。这解释了其能与部分现有胰高血糖素抗体发生反应的原因，但与胰高血糖素活性至关重要的N端延伸部分一致，该分子并不具有促胰岛素活性。进一步研究表明，胰高血糖素原比glicentin大得多。1982年，Paulin Kay Lund利用分子生物学方法，成功推导出基于从鮟鱇鱼Brockman体中分离的核苷酸序列的胰高血糖素原结构。在N端附近确认了glicentin样序列，但C端序列包含一个额外的“胰高血糖素相关序列”。
GLP-1和GLP-2
几年后，Graeme Bell及其团队成功推导出首个哺乳动物胰高血糖素原的序列。正如预测的那样，glicentin的完整序列占据了分子的N端一半。C端一半包含不少于两个额外的胰高血糖素样序列，因此被命名为胰高血糖素样肽-1和-2。两者与胰高血糖素的序列相似性约为50%。这些新数据使得哥本哈根的Holst实验室和Habener实验室的Svetlana Mojsov能够独立合成这些序列，制备抗体并开发放射免疫分析法。两个实验室都研究了胰腺和肠道提取物的凝胶过滤谱，发现胰腺提取物主要含有一个包含这两个序列的大分子，称为主要胰高血糖素原片段（MPGF）。而在肠道提取物中，前体的这一部分被切割，分别释放出两种胰高血糖素样肽。Holst实验室还利用器官灌注模型证明，在葡萄糖刺激肠腔后，这两个序列会被单独分泌。Mojsov比较了推导出的GLP-1序列与胰高血糖素的序列，注意到如果GLP-1序列从一个单碱性切割位点开始，同源性会更高，从而产生一个包含第78-108位残基的肽，这一观点得到了提取物色谱分析的支持。Holst实验室测试了预测的合成全长的GLP-1和GLP-2肽对离体灌注猪胰腺制备物的效果，但发现这两种肽对胰岛素分泌均未产生可检测的影响。相反，他们以放射免疫分析法为指导，从猪肠道提取物中分离纯化了这两种肽，并发现天然存在的GLP-1是一种对应于胰高血糖素原第78-108位的截短形式；这种肽，无论是天然肽还是合成复制品，都能强力刺激灌注胰腺的胰岛素分泌。因此，天然存在的GLP-1是预测形式的截短形式，这也反映在当今使用的名称中：GLP-1(7-37)或GLP-1(7-36)酰胺（因为进一步的结构分析表明，猪和人的GLP-1 C端都被酰胺化）。Gordon Weir将Mojsov的合成GLP-1(7-37)应用于离体灌注大鼠胰腺制备物，也发现了促胰岛素活性。此后不久，Holst团队的?rskov也利用GLP-1和GLP-2的放射免疫分析法，在人类中证明了餐后刺激下这两种激素的分泌，而伦敦Bloom实验室的Bernard Kreymann在1987年12月证明了口服葡萄糖后GLP-1的释放，并发现输注该截短肽与静脉注射葡萄糖一同导致类似于口服葡萄糖后观察到的胰岛素反应，从而在人类中确认了GLP-1的肠促胰岛素地位。
GLP-1的作用
GLP-1和GLP-2是响应进食而生理性分泌的新的胃肠道激素。GLP-1除了促胰岛素作用外，还有其他功能吗？GLP-2最终成为小肠粘膜的重要营养因子。GLP-1的一个重要且与迷走神经相关的作用是调节胃肠动力。GLP-1被证明是胃排空的强效抑制剂。胃排空或许是餐后血糖波动的唯一最重要调节因素，而抑制胃排空被证明是短效GLP-1激动剂的主要作用机制。
食欲和食物摄入
在动物实验中，脑室内注射GLP-1被证明可抑制大鼠的食物摄入。在人体研究中，生理剂量的GLP-1外周静脉输注抑制了食欲和随意食物摄入。这一重要观察很快在其他研究中得到证实，并预示着这种激素未来的临床应用；此外，在对人类使用不同输注速率GLP-1获得结果的早期荟萃分析中，观察到了清晰的剂量-反应关系：输注速率越高，对食物摄入的抑制越强。
对2型糖尿病的影响
在早期对GLP-1在内分泌猪胰腺上作用的研究中，揭示了GLP-1的另一个重要作用：与肠道中其他对胰岛素分泌有一定影响的肽（分泌素、GIP、血管活性肠肽、PHI、胃泌素）不同，GLP-1强烈抑制胰高血糖素分泌，表明其对血糖水平具有双重作用。1993年Nauck等人的一项研究提供了概念验证：10名血糖控制不佳的T2DM患者输注略高于生理剂量的GLP-1。在输液的4小时内，血糖从13.1 mmol/L降至4.9 mmol/L，同时胰岛素分泌受到刺激，胰高血糖素水平受到抑制；当血糖水平接近正常空腹值时，两者均恢复正常。这项研究为GLP-1在糖尿病治疗中的潜在用途提供了概念验证。2002年Zander等人的研究调查了效果在长期治疗中是否会持续。T2DM患者被随机分配接受GLP-1或盐水的慢性皮下输注6周。结果令人印象深刻：在GLP-1组，空腹和8小时平均血糖分别降低了4.3 mmol/L和5.5 mmol/L。血红蛋白A1c降低了1.3%，体重减轻了1.9公斤，食欲下降。胰岛素敏感性和β细胞功能均得到改善。这些发现表明长期治疗确实是可行的。
GLP-1的代谢。DPP-4抑制剂。
然而，GLP-1的单次皮下注射在降糖方面效果显著不佳，且与剂量相关但持续时间很短的胰岛素浓度升高有关。从这些研究中得出的另一个重要观察是，较高剂量的GLP-1伴有明显的恶心和呕吐副作用。这些副作用显然限制了可给药的剂量。Deacon等人揭示了单次注射作用持续时间短的原因：GLP-1从血浆中清除的半衰期为1-2分钟，清除率高达心输出量的3倍。原因是普遍存在的二肽基肽酶-4（DPP-4）的降解作用，它去除了GLP-1 N端的两个氨基酸残基，使由此形成的代谢物GLP-1(9-36)酰胺失活。显然，天然激素不适合治疗用途。另一方面，DPP-4的降解使Deacon等人提出抑制该酶作为2型糖尿病的治疗方法，在猪的模型研究中，他们表明给予DPP-4酶抑制剂不仅可以完全防止激素的快速降解，同时还能使胰岛素对小剂量葡萄糖注射的反应增强数倍。使用DPP-4抑制剂治疗糖尿病的提议迅速被制药行业采纳，几种长效、口服有效的DPP-4抑制剂被开发出来。2006年，首个DPP-4抑制剂（西格列汀）被批准用于糖尿病治疗，并一直沿用至今。它们因其口服有效性和非常良性的副作用特征而受欢迎。如今，DPP-4抑制剂主要因两个原因而被GLP-1受体激动剂所超越：DPP-4抑制剂治疗与心血管获益无关，且不会导致体重减轻。
GLP-1受体激动剂（GLP-1RAs）。利拉鲁肽和艾塞那肽。
如前所述，天然GLP-1的半衰期短阻碍了其治疗应用，但稳定分子的尝试，例如替换第2位残基以获得DPP-4抗性，仅能将循环中的半衰期延长至约5分钟。GLP-1明显的肾脏清除，可能通过受体介导的血管摄取，解释了这一点。在诺和诺德，他们知道如何解决这个问题。通过对胰岛素分子进行酰化——连接脂肪酸——已经证明可以防止肾脏清除并延长该分子的半衰期；脂肪酸残基会与循环中的白蛋白结合，并由于复合物的大小而防止肽的肾小球滤过。经过一些实验，选择棕榈酸通过谷氨酸连接子连接到GLP-1的第26位赖氨酸残基上。这一操作将这种化合物（不久后被称为利拉鲁肽）的半衰期增加到约12小时，从而可以提供全天的血浆暴露，这对于持续的血糖控制是必要的。然而，道路上的各种困难推迟了利拉鲁肽的批准，另一种GLP-1受体激动剂艾塞那肽于2005年成为首个被批准用于糖尿病治疗的药物。艾塞那肽是exendin-4的合成形式，exendin-4是一种从希拉毒蜥唾液中分离出来的肽。这种与哺乳动物GLP-1同源性约50%的肽，偶然被发现是GLP-1受体的完全激动剂。艾塞那肽对DPP-4的作用具有抗性，且不被肾脏优先提取。其静脉注射半衰期约为30分钟，但皮下注射后血浆暴露可持续数小时，足以覆盖一顿主餐。临床研究表明，每日两次注射足以改善HbA1c，并导致轻微的体重减轻，尽管空腹血糖水平未得到改善。最终，开发了该肽的缓释制剂，允许每周注射一次，从而改善全天24小时的血糖控制。利拉鲁肽于2009-2010年获批，并迅速被证明具有良好的抗糖尿病活性，并能提供轻微的体重减轻。事实上，它通常优于传统的治疗方法。
批准GLP-1RAs用于肥胖治疗
如上所述，GLP-1对食物摄入的影响是剂量依赖性的，人们认为使用更高剂量的利拉鲁肽可以获得更多效果。基于缓慢递增剂量的原则，在非糖尿病患者中进行了一项使用更高剂量利拉鲁肽的研究，以调查其对体重的可能影响。在这些研究中，在4周的剂量递增期后，给予最高3.0毫克/天的剂量，持续一年。高剂量组平均体重减轻7.2公斤。这些结果构成了利拉鲁肽3.0毫克用于肥胖治疗的一系列注册试验（SCALE试验）的基础。其中规模最大的SCALE 1试验涉及3731名肥胖患者。56周时，利拉鲁肽组体重减轻8.4公斤，最终利拉鲁肽3.0毫克被批准用于肥胖治疗，并以Saxenda为商品名上市。这开启了GLP-1 RAs的减重疗法。
每周一次的GLP-1RAs。司美格鲁肽和替尔泊肽。
与此同时，美国公司礼来于2014年推出了他们的GLP-1RA度拉糖肽，这是一种两个GLP-1拷贝与人类免疫球蛋白IgG4的FC片段之间的融合蛋白。这种分子具有约90小时的半衰期，适合每周注射一次，其药效学效应与利拉鲁肽相似。每周注射一次的便利性是显而易见的。诺和诺德也致力于开发每周一次的GLP-1RA。通过改变利拉鲁肽的第2位残基，用C18二酸替换C-16脂肪酸，并优化连接子，不仅获得了约一周的半衰期，而且在临床前研究中，对胰岛素分泌和食物摄入的作用均得到改善。这种新化合物司美格鲁肽在一系列注册研究（SUSTAIN试验）中进行了研究，在每周1毫克的剂量下，与其他药物相比，司美格鲁肽具有更优的降糖和减重效果。典型的体重减轻高达7公斤；此外，持续治疗至少2年，体重减轻得以维持。然而，人们再次认为更高剂量可以获得更多效果，并进行了一项新的为期一年的剂量反应研究。在这项研究中，观察到0.4毫克/天剂量组体重减轻13.8%，而利拉鲁肽3毫克对照组为7.8%。基于这些研究，启动了司美格鲁肽2.4毫克每周一次用于肥胖的新系列注册试验（STEP试验），观察到68周内体重减轻15-18%。基于这些试验，司美格鲁肽2.4毫克以Wegovy为商品名被批准用于肥胖治疗。2023年11月，礼来公司的另一种化合物替尔泊肽以Zepbound为名被批准用于慢性体重管理。替尔泊肽也是每周一次（由于酰化），但是一种结合GLP-1和GIP活性的双重激动剂。替尔泊肽在糖尿病和肥胖的3期试验中均显示出显著的疗效。一般来说，在整个SURPLUS试验中，约一半接受高剂量治疗的患者获得了低于5.7%的HbA1c水平，而在SURMOUNT试验中，观察到的体重减轻高达并超过20%。如上所述，使用这些化合物的关键限制在于其副作用特征。一般来说，在对照临床试验中，常见的副作用是所谓的胃肠道副作用，包括恶心、呕吐和腹泻，并导致约10%的参与者停药。在所有情况下，通过缓慢递增剂量，副作用保持在较低水平，大多数患者随着时间的推移副作用强度降低。然而，一些个体仍然无法很好地耐受这些化合物。因此，更好地理解副作用的神经生理学基础是一个重要的研究领域。最近一个潜在的重要发展是口服活性GLP-1 RAs的可用性，这对于某些人群的使用可能是决定性的。与吸收促进剂共同配方的司美格鲁肽，在同等暴露下具有与皮下注射司美格鲁肽相似的效果，但必须每日空腹服用，且在进食前30分钟服用。Orforglipron是另一种GLP-1受体激动剂，但它是口服可用的小分子，效果与口服司美格鲁肽相似。口服GLP-1RAs的副作用特征与注射剂相似。
心血管结局试验。心、肾、神经保护作用。
从以上描述可以清楚地看出，这些显著的效果在GLP-1RAs开发的早期阶段是无法预测的。仔细的剂量反应研究提供了证据，使得能够推进到信息量巨大的高剂量研究。临床开发项目还提供了关于GLP-1 RAs一系列意外但高度有益效果的信息。2016年，利拉鲁肽在糖尿病患者中的心血管结局试验LEADER试验显示，主要不良心血管事件的发生风险显著降低，表明这些新疗法具有保护作用。最近对所有迄今进行的GLP-1RAs的CVOTs的荟萃分析显示，GLP-1RAs化合物（短效exendin衍生物除外）的风险显著降低，现在公认这些疗法无论对于单纯性肥胖还是伴有T2DM的肥胖都具有保护性心血管效应。此外，心力衰竭的风险也降低了。值得注意的是，在肥胖人群中发生T2DM的高风险在SURMOUNT 1试验的扩展中几乎被消除。临床试验和真实世界的观察性研究都指出GLP-1RAs具有重要的神经保护作用，治疗期间痴呆症发生率显著降低。此外，慢性肾病患者的发病率和死亡率得到改善，观察到的这些患者肾功能进行性损害显著减缓。2025年，Wegovy被批准用于治疗代谢功能障碍相关脂肪性肝病以及脂肪性肝炎。这些对现在被认为在某种程度上与心肾代谢综合征相关的疾病的普遍改善，可能与GLP-1RA药理学的重要方面有关，不仅涉及血糖控制和体重减轻以及传统循环危险因素水平的改善，还可能对循环系统发挥额外的重要作用，GLP-1受体在血管内皮细胞上表达，可能对实验性和临床动脉粥样硬化的进展产生有益作用，也对免疫系统和炎症产生重要作用。尽管细节尚不确定，但临床研究中的GLP-1 RAs极大地改善了代谢疾病中观察到的低度系统性炎症，炎症标志物显著改善。这也可能是GLP-1RAs明显的神经保护作用发挥的主要机制。观察性研究显示，在GLP-1 RA治疗期间，痴呆症的发展受到显著的有益影响，尽管一项关于口服司美格鲁肽对早期阿尔茨海默病影响的专门研究结果为阴性。现在发现，GLP-1对食欲和食物摄入的抑制作用不仅涉及与调节性脑干和下丘脑核团的相互作用，还涉及对奖赏系统的抑制。这可以解释与药物和酒精滥用相关的疾病也可能用GLP-1 RAs成功治疗的观察结果。
