DPP-4抑制剂对胰岛β-细胞功能的影响

胡 雪综述，任 伟审校

（重庆医科大学附属第一医院，重庆400016）

DPP-4抑制剂对胰岛β-细胞功能的影响

胡 雪综述，任 伟审校

（重庆医科大学附属第一医院，重庆400016）

二肽基肽酶类/拮抗剂和抑制剂； 胰岛/生理学； 糖尿病； 综述

糖尿病的预防及治疗一直备受研究者关注，推动2型糖尿病患者病情逐渐发展的根本原因在于胰岛功能的进行性衰竭，其中既包括胰岛β细胞分泌胰岛素的缺陷，同时又存在α细胞不适当地分泌胰高血糖素及外周组织存在的胰岛素抵抗作用。随着对疾病发生发展的深入研究，如何改善糖尿病患者的胰岛功能，逆转修复胰岛功能，进而延缓病程发展，成为目前糖尿病治疗的一个新热点。

二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂是近年来一种新型降血糖药物，能有效阻止DPP-4对胰升糖素样肽-1（GLP-1）的灭活作用，从而达到降糖效果。常见的DPP-4抑制剂包括西格列汀、沙格列汀、维格列汀、利格列汀及阿格列汀等。部分动物及人体研究提示，DPP-4抑制剂可能对β细胞功能有不同程度的改善、修复作用。本文就DPP-4抑制剂对胰岛β-细胞功能的影响进行综述。

1 DPP-4 抑制剂的作用方式

健康人口服葡萄糖引起的胰岛素分泌作用强于静脉注射[1]，主要基于葡萄糖刺激下肠道内肠促胰素（包括葡萄糖依赖性促胰岛素分泌多肽和GLP-1）的分泌。DPP-4的水解作用使得体内 GLP-1半衰期仅 1.5～2.0 min。DPP-4抑制剂的功能在于延长体内活性肠促胰素的作用时间及数量。有研究指出，在DPP-4抑制剂治疗中，患者进食后内源性GLP-1的浓度可增加约2～3倍[2]。GLP-1则可通过多条通路作用于β细胞：（1）胰升糖素样肽-1受体-磷脂酰肌醇-激酶-蛋白激酶/蛋白激酶B（GLP-1R-PI3K-PKB/Akt）通路激活可保护十字孢碱诱导的细胞凋亡，达到抗胰腺β细胞凋亡的作用[3]。（2）胰升糖素样肽-1受体-环腺苷二磷酸-蛋白激酶A（GLP-1R-cAMP-PKA）通路激活可增加抗凋亡蛋白的水平[4]，同时PKA可激活环腺苷二磷酸（cAMP）反应元件结合蛋白（CREB）和胰十二指肠同源盒基因（PDX-1），从而增加胰岛素的转录及合成[5]。（3）通过激活斯里兰卡肉桂碱受体2及抑制钙蛋白酶的活性以抑制β细胞凋亡、促进β细胞增殖分化[6]。DPP-4抑制剂通过促进β细胞增殖、减少凋亡以保护β细胞，进而增加胰岛素分泌以降低血糖。

2 DPP-4抑制剂对β细胞的直接作用

2.1 对动物β细胞的影响 迄今已有许多学者通过建立各种糖尿病及非糖尿病啮齿动物模型就DPP-4抑制剂对胰腺β细胞的影响进行研究。β细胞的功能影响既体现在胰岛素分泌量上，又通过对细胞增殖、凋亡的影响体现在细胞的数量、形态分布上。通过染色、镜下观察较为直观的得到结果，血浆胰岛素含量为间接反应，从不同角度体现了药物对β细胞功能的影响。

2.1.1 对β细胞数量、分布及胰腺内胰岛素含量的影响

2.1.1.1 非糖尿病动物 有学者发现，人类胰腺切除50%即可引起胰岛素分泌受损、糖耐量异常；对狗切除50%胰腺可见其胰岛素分泌脉冲频率未变，但幅度下降[7]。β细胞数量的减少是β细胞功能紊乱的物质基础。多项研究中将非糖尿病小鼠作为整体对照，再分出DPP-4抑制剂治疗亚组，以未治疗小鼠为对照。Wataru等[8]在Wistar小鼠中给予维格列汀治疗，空腹后离体胰腺染色中显示无论胰岛体积或β细胞体积均有增高趋势。Omar等[9]给予正常小鼠维格列汀干预，糖负荷后离体胰岛显示β细胞面积也有增高趋势，但差异无统计学意义（P＞0.05）。而Keizo等[10]给予野生小鼠0.05%、0.30%2种剂量阿格列汀干预时，发现小剂量药物组较未治疗组β细胞面积仅轻微增加（0.26%），大剂量组无显著改变。同时，正常小鼠经药物干预对胰腺内胰岛素含量无明显改变[9]。可见DPP-4抑制剂对正常小鼠胰岛β细胞数量增加不明显。但该研究发现，其对小鼠最终的生存率有明显改善。有研究者观察发现，正常小鼠离体胰腺胰岛细胞分布是有规律的：β细胞分布于中心，α细胞散布于周边[11]，而糖尿病小鼠胰岛细胞分布结构破坏。此外，在高脂肪膳食（HFD）所致的肥胖小鼠中予以DPP-4抑制剂治疗同样显示出对胰岛β细胞数量无显著影响[9]。

2.1.1.2 肥胖的糖尿病动物 肥胖在2型糖尿病患者中较为常见。与正常或肥胖小鼠不同的是，DPP-4抑制剂对肥胖的糖尿病小鼠β细胞数量的增高是显而易见的[10-11]，且有伴随 α细胞数量减小的趋势[11]。Keizo等[10]以HFD所致肥胖的GckKO小鼠（因葡萄糖激酶缺乏所致糖尿病小鼠模型）为研究对象，发现以0.05%阿格列汀治疗时，药物组小鼠β细胞面积较未治疗组增加仅0.14%，小于正常野生小鼠中药物组增加的幅度（0.26%），提示β细胞数量的增加可能部分有赖于葡萄糖激酶参与的糖代谢。糖尿病小鼠的胰岛较正常小鼠小，且细胞分布出现紊乱（可见α细胞分布于中央区域），而DPP-4抑制剂的治疗对此种结构紊乱有修复作用[11]。无论是空腹或糖负荷后，糖尿病小鼠胰腺内胰岛素含量均较正常小鼠明显下降，但均能通过DPP-4抑制剂的干预得到明显提高[11-12]。Zhang等[11]研究表明，小、中剂量（5、15 ms/kg）阿格列汀治疗HFD/链脲佐菌素（STZ）糖尿病小鼠时，对其空腹下胰腺内胰岛素含量有同等程度的少量增加，而大剂量（45 mg/kg）药物使得其含量较大部分正常小鼠增加近4倍。离体胰岛在葡萄糖刺激下胰岛素分泌胰高血糖素（GSIS）及氯化钾（KCl）刺激下最大胰岛素分泌量测定中，药物处理组较赋形剂处理组的GSIS提高3～4倍，最大胰岛素分泌能力提高5～6倍。在长期DPP-4抑制剂治疗的肥胖糖尿病小鼠中，各个研究结果均指向药物对β细胞数量、结构、功能存在修复作用。

2.1.2.3 非肥胖的糖尿病动物 在大多数研究着眼于肥胖的糖尿病模型时，Wataru等[8]以非肥胖的糖尿病小鼠（即GK小鼠）为研究对象探索DPP-4抑制剂（维格列汀）对β细胞的作用，结果显示，无论是β细胞数量、分布或胰腺内胰岛素含量都得到与肥胖糖尿病小鼠相似的结果。药物使得β细胞面积提高了近2倍，其中还可见新生的β细胞团，远多于对照组；利用Ki-67染色对增殖细胞进行标记，显示药物能促进α、β细胞增殖，从而改善其功能。

2.1.2 对血浆胰岛素含量的影响 DPP-4抑制剂进入体内后短期内即可明显抑制DPP-4活性，且显示出剂量依赖性，同时，活化的GLP-1水平增高[12]。正常小鼠使用DPP-4后对其胰岛功能的影响各研究结果不一致。Omar等[9]在维格列汀用于正常小鼠时间隔多次的糖耐量试验显示，药物组的胰岛素分泌在各个时间点几乎均高于对照组，相应时间点的血糖值亦降低。但在Wistar小鼠中同样服用维格列汀，对餐后血糖及胰岛素分泌并无改变[8]。也有研究显示，小剂量阿格列汀可使野生小鼠胰岛素分泌增加，但大剂量时效果不明显[10]。在肥胖小鼠中，HFD后葡萄糖耐量明显受损，且持续无明显变化，给予药物干预后糖耐量表现出明显改善[9]。由于各研究的小鼠种类不一样，且使用药物种类、剂量不同，所以各个实验无可比性，需更进一步研究来明确。

在肥胖的ob/ob小鼠中，阿格列汀能使糖负荷下血浆胰岛素增加约2倍[12]。在肥胖的GckKO小鼠中，0.05%阿格列汀通过提高胰岛素分泌以改善葡萄糖耐量，而0.3%的阿格列汀却主要减轻胰岛素抵抗而并不增加胰岛素分泌，从而改善糖耐量[10]。可见药物对β-细胞的功能改善与其剂量相关。在非肥胖的GK小鼠中，药物对空腹胰岛素含量并无显著提高，对糖负荷后的胰岛素分泌则有明显增加[8]。

2.2 对人体β细胞的影响

2.2.1 体外研究 Payal等[13]将分离的健康人胰岛暴露于各种能引起β细胞凋亡、几乎完全丧失细胞增殖能力的环境中[11.1～33.3 mmol/L高葡萄糖、棕榈酸、白介素-1β+干扰素-γ（IL-1β+IFN-γ）]以观察利格列汀、沙格列汀对人β细胞的直接作用，以IL-1Rα（即IL-1受体拮抗剂，证实能通过中和IL-1β保护β细胞功能及生存）处理为阳性对照，在基础葡萄糖浓度时（5.5 mmol/L）药物对细胞的更新、葡萄糖刺激下胰岛素分泌GSIS无明显影响。在高血糖环境中，通过原位未断转移酶标记（TUNEL）染色，Ki-67抗体标记凋亡、增殖细胞展示了DPP-4抑制剂可减少细胞凋亡、提高细胞增殖，从而增加β细胞数量，同时增加GSIS下胰岛素的分泌量。该研究直观地表现出DPP-4抑制剂对β细胞的保护作用。

2.2.2 体内研究 β细胞功能涉及多个方面，包括胰岛素在非空腹或空腹下的产生及分泌、对葡萄糖的敏感性、胰岛素原（PI）向胰岛素的转换处理等。然而，几乎所有临床评价都属于间接手段，大多以胰岛素分泌量的改变作为评价的依据，存在自身不足，大部分研究者认为糖负荷下动态的评价方式更能说明β细胞功能状态。但无论何种情况下，胰岛素的分泌应答都应放在胰岛素敏感性及葡萄糖水平背景下解释。β细胞功能在空腹、糖刺激下是有差异的。

2.2.2.1 空腹状态功能（静态评价） 静态评价方式都是在空腹状态下通过血糖含量及血浆胰岛素含量计算所得，主要包括胰岛素原/胰岛素比值（PI/I）、稳态模型评估（HOMA-β）等。PI在高尔基体中经过剪切加工后转换为胰岛素及C肽，是不适当的细胞内PI转化成胰岛素的一个标记。在DPP-4抑制剂单药治疗与安慰剂对比中可见PI/I下降；同时HOMA-β指数明显较安慰剂增高[14-15]。在二甲双胍、磺脲类（SU）等药物[16-18]基础上DPP-4抑制剂作为附加治疗，其改善空腹β细胞功能的作用仍可见，甚至在二甲双胍基础上相比SU作用更明显[17-18]。

2.2.2.2 糖刺激状态功能（动态评价） 动态评价方式是在糖负荷状态下进行的，通常来源于标准餐耐量、葡萄糖耐量、高葡萄糖钳夹试验等。在西格列汀[15]和利格列汀[16]中餐负荷后胰岛素曲线下面积、餐负荷后胰岛素曲线下面积和葡萄糖曲线下面积比与对照组相比均有增高，虽然西格列汀中仅为增高趋势，即DPP-4抑制剂用药前后的胰岛素应答分泌相同，考虑到血糖、体质量水平下降，也能说明其β细胞功能改善。胰岛素生成指数（IGI）反应早期β细胞对糖负荷的反应，在西格列汀单药治疗中可见显著改善[19]。

高血糖钳夹试验普遍被视为评价β细胞功能的“金标准”。一项以安慰剂作为对照[20]、维格列汀治疗52周后的高葡萄糖钳夹试验显示，治疗组第一、第二相C肽分泌在安慰剂组下降的情况下显著升高，且对第二相分泌的改善更明显，分别为（0.77±0.38）、（9.89±3.19）nmol/（L·min）。同时，两组AIRarg（即血糖为15 mmol/L时在精氨酸刺激下的C肽浓度）的变化趋势同C肽分泌。Henry等[21]在沙格列汀研究中同样观察到药物对β细胞功能的改善。此外，糖尿病患者在二甲双胍基础上加用DPP-4抑制剂长达1年的治疗后[22]，联合用药组较单用二甲双胍组在C肽分泌及AIRarg的改善仍显著。甚至在与格列本脲的对比研究中，发现西格列汀对β细胞功能的改善更优[23]。

3 DPP-4 抑制剂对β细胞的间接作用

药物对β细胞的间接保护作用表现在降低高糖毒性、炎性反应、氧化应激等不良效应对β细胞的损伤。临床研究已证明，DPP-4抑制剂对控制血糖是有效的。炎症与2型糖尿病的发展有着密切关系，在患者血液循环中常见炎性细胞因子水平的增高，其中DPP-4抑制剂的底物（又称T细胞表面抗原CD26）本身被证实存在致炎作用，在参与T细胞免疫反应中能促进炎性反应因子的分泌，甚至可能降低机体组织对胰岛素的敏感性[24]。Payal等[13]通过人胰岛细胞的体外研究指出，DPP-4抑制剂能通过抑制氧化应激、稳定GLP-1、抑制细胞因子的产生及分泌等对β细胞起保护作用。

总之，糖尿病所致的β细胞功能缺陷表现为多方面，在各种糖尿病动物模型中，可见DPP-4抑制剂能增加β细胞团，修复遭破坏的胰岛细胞分布，从而增加胰岛素的产生。同时，通过增加胰岛素分泌、减轻胰岛素抵抗等方式可改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。人类胰岛细胞离体研究证明，DPP-4抑制剂在各种致糖尿病的条件下对β细胞的保护作用。而临床研究中，虽然研究者选用的评价手段各不相同，剂量及疗程长短不一，但无论在空腹或糖负荷状态下都可观察到DPP-4抑制剂治疗后可增加胰岛素分泌、减轻胰岛素抵抗、改善β细胞功能。与二甲双胍等传统降糖药物相比，DPP-4抑制剂更显优势。目前大多数临床研究表明，DPP-4抑制剂对胰岛β细胞功能的改善显著，其降低血糖的疗效也值得肯定。Anja等[25]提出DPP-4抑制剂的疗效不依赖于患者的胰岛素抵抗程度、体质量指数、病程长短、二甲双胍使用时间，即上述因素不影响其疗效。也就是说，更多病程较长、肥胖的2型糖尿病患者可受益于该药。同时，尚需要更多的试验观察该种改善作用是否能维持长久，因为糖尿病患者的治疗长达终生。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.10.015

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：1009-5519（2015）10-1480-04

2014-12-16）

胡雪（1989-），女，重庆北碚人，在读硕士研究生，主要从事DPP-4抑制剂的研究；E-mail：499026321@qq.com。

任伟（E-mail：renwei67@sina.com）。