GLP-1参与下丘脑室旁核小细胞神经元及心血管活动的研究进展

赵晏逵 李玉子 (延边大学附属医院心血管内科，吉林 延吉 133000)

随着人们物质与生活水平的提高、饮食的改善、生活压力的增大、肥胖及不规律的生活方式，2型糖尿病与心血管疾病发生率不断升高，且2型糖尿病合并心血管疾病事件的风险较非糖尿病患者概率增大；近年来，胰高血糖素样肽(GLP)-1，一种新被发现的肽类激素，引起了临床广泛的关注，本文就GLP-1参与下丘脑室旁核(PVN)小细胞神经元(PvC)及心血管活动的研究进展进行论述。

1 GLP-1概述

GLP-1是由末端回肠和结肠内的L细胞分泌的一种胃肠肽激素〔1〕；它具有葡萄糖依赖性促胰岛素分泌的功能〔2〕，能够促进胰岛素分泌、抑制胃排空，减少饥饿感、抑制促胰高血糖素的分泌，有效降低血糖的同时减轻体重，降低临床服用药物后的低血糖反应，为 2型糖尿病的治疗及预后提供了广泛的前景〔3〕。作为一种脑肠肽，GLP-1也参与下丘脑PVN PvC调节下的神经内分泌反应；此外，GLP-1及其受体激动剂可以通过保护血管内皮细胞、抑制心肌细胞凋亡、抗炎、抗氧化应激、舒张血管、改善血脂等来实现心血管保护作用〔4〕；因此广泛应用于临床相关治疗。

2 GLP-1及其受体的分布

GLP-1在回肠L细胞、胰腺、中枢神经系统神经元中产生；这些外周细胞及中枢神经元中含有大量的胰高血糖素原基因(PPG)〔5〕，PPG具有高度特异性，在胰腺中的胰岛细胞中表达胰高血糖素；在回肠L细胞及中枢神经系统神经元中翻译并表达GLP-1〔6〕。然而，天然的GLP-1 在体内会迅速被二肽基肽酶(DPP)Ⅳ快速降解而失去生物活性，其半衰期极为短暂(不足2 min)〔7〕。在中枢神经系统，编码GLP-1的PPG细胞主要位于孤束核的尾(内脏)部、延髓腹外侧区和大脑嗅球的小球层〔6〕。GLP-1通过作用于GLP-1受体来发挥其特异性作用；GLP-1受体系G蛋白耦联受体，在外周(心脏、血管平滑肌、血管内皮细胞、胰腺、脂肪细胞等)和中枢系统均有分布〔8〕；在中枢神经系统中由神经细胞相关基因表达〔9〕，编码GLP 1型受体(GLP-1R)的DNA、mRNA在下丘脑神经核团〔如PVN、视上核、弓状核(Arc)和视前区〕中高度表达〔10〕，而这些核团又是机体应激、新陈代谢、内分泌调节、体液调节、甚至神经、心血管效应调节的重要中枢，由此可见，GLP-1及其受体对下丘脑PVN介导的机体高级整合活动起决定性作用。

3 下丘脑PVN解剖及重要生理功能

下丘脑PVN是脑内自主调控和内分泌调节最主要的整合部位，在心血管活动、自主神经活动、体液调节中发挥关键作用〔11〕。PVN位于第三脑室下丘脑部的上端两侧，是下丘脑前区最显著的核团之一，包括延髓头端腹外侧区、 孤束核和脑桥的蓝斑核等〔12〕。PVN中主要存在两种功能的细胞群，PvC群与大细胞神经元群(MgC)。PvC群体积较小，发出的轴突终止于下丘脑基底部正中隆起，与初级毛细血管群密切接触，其分泌的肽类可直接释放到垂体门脉血管中，参与机体的内分泌调节。PVN小细胞部被称为自主神经和内分泌反应的重要整合中枢，是GLP-1介导下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴产生应激反应的重要整合部位。PvC可分为两类：(1)表达促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的PvC；它们能接受和整合多种兴奋性和抑制性传入信号，最终决定是否启动CRH的合成和释放〔13〕；还有一些CRH的PvC直接投射到延髓头端腹外侧区(RVLM)和脊髓灰质中间外侧柱(IML)，通过调节这些区域的自主神经核团，发挥调节交感输出的作用〔14〕。(2)投射到中枢自主神经核团的PvC，这些自主神经合团能直接发挥节交感输出的作用〔15〕。PVN 的MgC，它们的轴突延伸投射终止于神经垂体，形成下丘脑-垂体束，可合成缩宫素(OT)和加压素 (VP)，VP 与 OT 经长轴突运输终止于神经垂体的末梢并储存，当机体需要时，OT 与 VP 在神经系统的调节下释放入血，参与心血管活动与体液平衡调节〔16〕。

4 GLP-1对下丘脑PVN PvC的支配作用

在正常大鼠腹腔或静脉注射GLP-1后，用免疫荧光双标技术对其下丘脑PVN神经元进行标记后发现，下丘脑PVN PvC群中免疫双标阳性神经元数量明显增多；在离体小鼠下丘脑切片中灌流GLP-1后，PVN 小细胞神经元产生可逆性膜电位去极化和放电频率明显增加；解剖学研究证明，GLP-1免疫反应性神经元向多重脑区投射，用电镜显示和逆行追踪显示技术发现，电镜显示下孤束核的GLP-1神经元直接上行性投射到室旁核；逆行追踪显示，PVN PvC向孤束核区域形成的投射与GLP-1免疫反应性末梢分布是一致的〔17〕。以上结果表明，GLP-1对参与多重生理性调控的下丘脑PVN PvC有支配作用〔18〕。在外周肠道L细胞分泌的GLP-1，可由迷走传入神经元传至中枢，激活孤束核神经元产生GLP-1；外周GLP-1可以直接通过血脑屏障进入大脑，与下丘脑PVN的GLP-1R结合，进而激活PVN PvC〔19〕。在中枢，GLP-1直接激活下丘脑PVN PvC，参与机体的应激反应、新陈代谢、体温调节、甚至神经、心血管等高级功能。

5 GLP-1在下丘脑PVN PvC参与下对机体的调控作用

中枢及外周产生的GLP-1直接激活PVN PvC群中两类神经元：表达CRH的PvC和投射到中枢自主神经核团的PvC；前者产生CRH，CRH进入垂体门脉系统，并作用于垂体前叶的CRH受体1(CRHR1)(主要分布在大脑皮质、下丘脑、小脑、海马、杏仁核)诱导产生促肾上腺皮质激素(ACTH)释放入血，发挥重要的神经内分泌功能；此外，另一部分被激活的CRH的PvC直接投射到RVLM和IML，通过调节这些区域的自主神经核团，发挥调节交感输出的作用。后者投射到中枢自主神经核团能直接发挥交感输出的作用。由此可见，GLP-1在下丘脑PVN PvC参与下对机体的调控作用主要表现为CRH对机体产生的调控作用及自主神经核团发挥的交感输出作用。

5.1GLP-1在下丘脑PVN CRH PvC参与下对机体的调控作用 CRH是1981年Vale等〔20〕从羊的下丘脑中发现的，其化学本质是41个氨基酸组成的多肽。它是ACTH、内啡肽等多种肽类合成和释放的调节物，在机体的多项调节中起关键性作用。在正常大鼠腹腔或静脉注射GLP-1，循环血中皮质酮水平增加，健康志愿者注射后GLP-1后，体内皮质醇水平也相应升高。由此可见，注射GLP-1可诱导应激反应，CRH在GLP-1诱导的应激反应中HPA轴的活动起关键性作用〔21〕；CRH作用于垂体前叶的CRHR1诱导产生ACTH释放入血，进一步刺激肾上腺皮质大量分泌糖皮质激素(GC)，以提高机体对应激性刺激的耐受能力，如此形成完整的HPA轴。除GC分泌外，儿茶酚胺、生长激素、血管升压素等也大量分泌；CRH介导的应激反应短期内可以使心率加快、血压升高、心肌收缩力加强、降低毛细血管通透性，维持循环血量；大剂量的GC还有抗炎、抗过敏、抗毒、抗休克的作用。然而，慢性应激有很多病理效应，如高血压、消化性溃疡、神经性厌食、抑郁症、焦虑症等〔22〕；此外，解剖学研究表明，PVN的CRH神经元有血管紧张素(Ang)ⅡⅠ型受体(AT1-R)表达，原位杂交双标显示，CRH mRNA阳性细胞表达AT1-R mRNA；因此，GLP-1可以激活下丘脑PVN CRH PvC直接激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RASS)，生成Ang Ⅱ增加，进而导致血管收缩、交感神经末梢分泌神经递质、血管升压素、缩宫素、醛固酮的分泌增加。

5.2GLP-1参与的自主神经核团的交感输出作用 CRH的PvC和投射到中枢自主神经核团的PvC可以激活交感神经节前神经纤维支配的肾上腺髓质嗜铬细胞，分泌肾上腺素、去甲肾上腺素及少量多巴胺〔23〕。此外，CRH诱导产生的ACTH能提高嗜铬细胞中相关合成酶的活性，促进儿茶酚胺的合成〔24〕。上述产生的儿茶酚胺会使心率加快，血压升高，心输出量增加，全身血流重新分布。生成的肾上腺素、去甲肾上腺素又能正反馈调节PVN中CRH的PvC合成CRH〔25〕。交感神经活动的增强也能使肾素分泌增加，肾素可将肝脏分泌的血管紧张素原水解生成Ang Ⅰ，Ang Ⅰ水解后生成Ang Ⅱ。

综上，GLP-1通过对下丘脑PVN PvC的支配参与机体的神经内分泌调节及自主神经调节；神经内分泌调节中以HPA轴介导的应激反应最为重要，短期的应激反应可以使心率加快、血压升高、心肌收缩力加强等正性作用，然而，慢性应激会导致高血压、消化性溃疡、神经性厌食、抑郁症、焦虑症等不良反应。自主神经调节以交感神经活动增强为主，表现为肾上腺素、去甲肾上腺素分泌增加，进一步使心率加快，血压升高，心输出量增加，全身血流重新分布。此外，GLP-1可以激活下丘脑PVN CRH PvC直接激活RASS系统，交感神经活动的增强也能使肾素分泌增加，两者均能使Ang Ⅱ生成增加，使血管收缩，全身血容量增加，还能调节心脏血管张力和内皮功能，参与血管重塑与心脏重构。

6 GLP-1参与的心血管活动

6.1GLP-1在心血管活动中的保护作用 GLP-1及其受体激动剂具有心血管保护作用。(1)GLP-1能有效抑制心肌细胞凋亡；心肌细胞凋亡是心肌梗死、心肌炎、心肌病等病因导致的心功能不全的主要病理机制；心肌梗死(AMI)患者经皮冠状动脉介入(PCI)中持续注射艾塞那肽6 h后，心肌梗死的面积及坏死程度明显减轻〔26〕；目前关于GLP-1抑制心肌细胞凋亡机制目前尚未明确：相关研究证实，GLP-1通过改变磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/丝氨酸激酶(AKT)/B淋巴细胞瘤-2基因相关启动子(Bad)信号通路来抑制细胞凋亡〔27〕；也有实验证明GLP-1通过调节心肌细胞线粒体功能，改善线粒体损伤，抑制线粒体氧化应激及钙离子超负荷来抑制心肌细胞凋亡〔28〕。(2)保护血管内皮细胞、抑制炎性反应：炎症导致的内皮细胞受损、血管平滑肌增厚，迁移、泡沫细胞的形成是动脉粥样硬化斑块形成的主要原因；心脏血管内皮细胞中广泛存在GLP-1R，实验数据表明，长期使用GLP-1受体激动剂可以明显减少内皮细胞受损及内膜平滑肌增厚导致的粥样斑块形成〔29〕；具体机制可能通过增加一氧化氮(NO)生成、抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、抑制核因子(NF)-κB信号传导通路〔30〕，减少炎症反应所生成的肿瘤坏死因子(TNF)α、白细胞介素(IL)-1、IL-6、单核细胞趋化蛋白(MCP)-1对内皮细胞的损害。(3)抗氧化应激：氧化应激所产生的超氧阴离子、线粒体受损、血管内皮细胞受损、神经元的激活是导致心肌受损、心室重构、心肌肥厚、高血压的主要原因。GLP-1通过抑制线粒体氧化磷酸化、减少氧化酶的表达进而减少超氧阴离子的产生以此减少线粒体、心肌细胞的损伤〔31〕。(4)改善心功能指数：GLP-1能够改善心室功能，预防心室重构，降低心房脑钠肽水平，降低外周血管阻力，增加心肌细胞能量的摄取与利用，改善早期心力衰竭患者心功能指数。临床研究显示：静脉注射GLP-1，短期内可增加心力衰竭患者射血分数(EF)值〔32〕；在前壁心肌梗死患者中通过持续72 h的GLP-1R激动剂(GLP-1RA)后，左心室功能未明显下降；夹闭大鼠冠状动脉前降支后设立实验组与对照组，实验组连续注射1个月的天然 GLP-1后发现，对照组较实验组心肌细胞凋亡明显增多，左室收缩功能明显下降。(5)降低血压：高血压常与其他心血管疾病共存，是最重要的心脑血管疾病的危险因素；目前GLP-1的降压机制尚未明确，GLP-1可能通过调节多个系统来实现降低血压：GLP-1可以直接作用于血管平滑肌细胞，介导血管扩张，通过改变压力负荷降低血压；此外，GLP-1可以通过抑制抗利尿激素、抑制AngⅡ、增加肾小管排钠排水、增加心房钠尿肽(ANP)的分泌来减低容量负荷，以此实现血压的下降；在一项随机临床对照实验〔33〕中，实验组接受GLP-1类药物治疗，对照组接受安慰剂治疗后，接受GLP-1类药物治疗组收缩压平均降低5.24 mmHg，舒张压平均降低5.91 mmHg；对照组收缩压、舒张压未见明显下降。(6)降脂、减重作用：流行病学表明，血脂异常、肥胖与心血管疾病的发生有很强的相关性；血脂异常主要包括三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDH)的升高、高密度脂蛋白(HDL)的降低；LDH的增高与泡沫细胞的形成有着密切关联。研究发现静脉/腹腔注射GLP-1可降低小鼠餐后TG、乳糜微粒和载脂蛋B48的水平显著降低，且这些作用于胃排空速率无关。GLP-1可明显降低餐后TG及LDH水平，并通过抑制胃排空，增加保腹感、诱导脂肪重新分布、减少内脏脂肪来降低体重。

6.2GLP-1在心血管活动中的不利因素 神经体液系统的激活是心力衰竭患者预后不良、心室重构、心肌损伤、心功能恶化的主要原因。神经体液系统的激活包括交感神经系统、RASS激活。GLP-1通过对下丘脑PVN PvC的支配参与激活了体内的交感神经系统和HPA轴介导的应激反应，交感神经活动增强是导致心律失常、猝死的主要原因。交感神经神经系统激活，血中肾上腺素、去甲肾上腺素水平增高，机体血压升高、心率加快，外周血管收缩，心脏后负荷增加，均使心肌耗氧量最大；此外，去甲肾上腺素对心肌细胞有直接毒性作用，促使心肌细胞凋亡，心室重塑。GLP-1激活的应激反应，短期内能增加心律失常的风险，长期的应激反应会导致顽固性高血压的形成。GLP-1还可以激活下丘脑PVN CRH PvC直接激活RASS系统，导致周围血管收缩，压力负荷加重，醛固酮分泌，水钠潴留，心脏容量负荷增加；此外，RASS激活促进心脏和血管重构，加重心肌损伤和心功能的恶化。

综上，GLP-1由于优秀的降糖作用及心血管保护作用，被广泛应用于糖尿病合并心血管疾病的患者；GLP-1通过对下丘脑PVN PvC的支配参与机体的神经内分泌调节及自主神经调节，其产生的应激反应、交感神经系统的激活、儿茶酚胺的大量生成，RASS系统的激活、高血压的形成，对心力衰竭、冠心病的患者都是极为不利的；到目前为止，GLP-1对心血管患者究竟是利大于弊，还是弊大于利，还没有准确的定论；因此，临床心内科在使用GLP-1相关药物时，一定要注意考虑GLP-1对下丘脑PVN PvC支配的相关影响，注意监测相关重要指标，注意药物的使用剂量和使用时间，择优去弊，有效利用其优势的同时，避免不良反应。