胰高血糖素样肽-1在心血管系统中作用的研究进展

王 静，张丽晖，熊乾锋，牛 宇，秦俊楠

胰高血糖素样肽-1(GLP-1)是进食后由肠道内分泌L细胞迅速分泌的一种肠促激素，以葡萄糖依赖方式刺激胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，通过结合并激活G蛋白偶联受体GLP-1R发挥作用，可增加饱腹感，延缓胃肠道排空，减少食欲，从而维持血糖稳态，主要用于2型糖尿病的治疗。天然的GLP-1(7-36)是由30个氨基酸组成的肽段，半衰期较短(1～2 min)，分泌后可迅速被二肽基肽酶-4(DPP-4)降解为GLP-1(9-36)，失去生物活性，短暂的半衰期限制了其临床应用。因此，目前已开发出半衰期长的GLP-1类似物，如艾塞那肽、利拉鲁肽，DPP-4抑制剂，如西格列汀、阿格列汀等，可减少GLP-1降解，延长作用时间。

GLP-1R属于G蛋白偶联受体家族，除分布于胰岛细胞外，在身体其他部位也被发现，如大脑、肺、胃肠道、肾脏、肝脏和心脏。近年来，GLP-1在心血管系统中的积极作用逐渐受到关注，一些基础及临床研究已证实GLP-1通过多种机制发挥心血管的保护作用，且不依赖于血糖调节。现对GLP-1发挥心血管保护作用及机制的研究进展进行综述。

1 降低血压

高血压是心血管疾病的主要危险因素之一，高血压是2型糖尿病病人的一种常见并发症，两者结合极大增加心血管并发症的风险。有研究显示，收缩压降低5.6 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，其主要心血管事件和死亡风险降低18%[1]。基础及临床研究表明GLP-1及其类似物有改善血压的作用。动物研究发现，利拉鲁肽在不依赖血糖情况下降低血管紧张素Ⅱ诱导的非糖尿病小鼠血压，并改善血管内皮功能及血管纤维化[2]。在血管紧张素Ⅱ诱导的高血压大鼠模型中也发现了此作用[3]。一项双盲随机对照试验研究利拉鲁肽对24 h动态血压的影响，结果显示短期治疗(5周)后24 h平均收缩压降低5.73 mmHg，舒张压无明显变化，同时伴随心率加快，这种降压作用在白天较显著，且对收缩压的影响发生在体重变化前，说明血压变化与体重减轻无关[4]。一项荟萃分析纳入60项随机对照试验，对不同激动剂进行分析，结果显示GLP-1可使收缩压降低1.84～4.60 mmHg，艾塞那肽(10 μg，每日2次)治疗后可使舒张压降低1.08 mmHg[5]。另一项Meta分析对5 860例2型糖尿病病人进行艾塞那肽和利拉鲁肽及安慰剂和其他降糖药物疗效比较，与安慰剂及其他降糖药物相比，艾塞那肽和利拉鲁肽可使血压降低1～5 mmHg；与安慰剂相比，艾塞那肽可使2型糖尿病病人收缩压降低5.24 mmHg，舒张压降低5.91 mmHg，1.2 mg、1.8 mg剂量的利拉鲁肽分别使收缩压降低5.6 mmHg、4.49 mmHg[6]。目前的研究对降低收缩压的疗效基本明确，但对舒张压的影响存在争议，导致这些结果的差异可能与样本量有限及研究过程中使用的抗高血压药物和研究人群的基线血压值未报道有关。关于GLP-1降压作用的机制持有不同观点，一方面可能是由于GLP-1治疗后改善了血管内皮功能[7]；另一方面可能是由于GLP-1可促进尿及尿钠排泄[8]。GLP-1对肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的抑制可能是其降低血压的原因之一[3]，具体的作用机制有待进一步研究明确。

2 抑制炎症反应

炎症是心血管疾病的重要诱因，内皮炎症是动脉高压及动脉粥样硬化的早期病理改变，炎症细胞、炎性因子向血管壁浸润，导致血管氧化应激和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)解偶联，最终导致动脉粥样硬化。传统的降糖药物尽管能改善血糖，但长期使用可能增加心血管事件风险，GLP-1具有抗炎作用，可减少心脏和血管炎症。动物研究发现，GLP-1R激动剂可降低脂多糖诱导的血浆炎性因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和干扰素-γ水平，减少免疫细胞募集，从而减小动脉粥样硬化斑块，增强斑块稳定性，延缓动脉硬化进展，且不依赖血糖、体重及胆固醇变化[9]，也可通过调节巨噬细胞表型改善胰岛素抵抗，同时增强信号转导和转录激活因子转导及转录激活蛋白(STAT)3表达，下调STAT1激活[10]。临床试验发现了类似作用，选取10例应用GLP-1治疗的2型糖尿病病人，治疗8周，结果显示，炎性巨噬细胞活化分子sCD163、炎性因子TNF-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-6水平下降，抗炎脂联素表达增加，这种效应不依赖对血糖或体重的影响[11]。Krasner等[12]体外研究进一步发现利拉鲁肽除降低炎性因子外，还可增加细胞内钙离子和激活Ca+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶B(CaMKKb)，进而激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)，降低血管细胞黏附分子-1(VCAM)-1和E-选择素表达。

3 调节氧化应激

氧化应激是指在应激(高血糖、高血压、高脂血症、缺血再灌注损伤等)状态下体内产生过多的活性氧(ROS)，引起细胞功能障碍、蛋白质和脂质过氧化及DNA损伤，导致信号转导和基因表达改变，从而发生不可逆的细胞损伤和死亡，参与多种心血管疾病发生，尤其在心脏重塑和心力衰竭的病理生理中发挥着重要作用。GLP-1通过环磷酸腺苷(cAMP)依赖性蛋白激酶A(PKA)激活，抑制氧化应激，延缓血管内皮细胞衰老[13]。Chang等[14]研究发现，艾塞那肽对过氧化氢和心肌缺血再灌注引起的氧化应激具有明显的心脏保护作用，GLP-1作为一种潜在的抗氧化剂，可降低心肌损伤标志物(乳酸脱氢酶和肌酸激酶同工酶)水平，缩小梗死面积，增强心功能，抑制细胞凋亡。这种保护作用不依赖于血糖调节，也可增加抗氧化酶锰依赖性超氧化物歧化酶(MnSOD)和过氧化氢酶，抑制ROS产生，减轻糖尿病小鼠心脏损伤，同时使心肌细胞P53蛋白表达降低，抑制细胞凋亡，改善心脏功能[15]。Zhang等[16]研究显示，DPP-4抑制剂阿格列汀干预糖尿病兔后，可减少线粒体ROS产生，抑制心室重构，改善舒张功能。因此，GLP-1R激动剂及DPP-4抑制剂均通过抑制氧化应激，减少心肌损伤，改善心肌重构。

4 改善能量代谢

心脏耗能居全身所有器官之首，心脏通过能量代谢将储存在脂肪酸和葡萄糖中的化学能转化为机械能，为心脏的收缩和舒张等耗能过程提供能量。脂肪酸是健康成年人心肌细胞优选的能量底物，为心肌细胞提供60%～90%的能量，葡萄糖提供10%～40%的能量。胰岛素是心脏葡萄糖代谢，特别是葡萄糖氧化的有效刺激物，可增加葡萄糖氧化，而胰高血糖素则增加心脏脂肪酸氧化，GLP-1R激动剂诱导的胰岛素和胰高血糖素分泌的增加和减少可能改变2型糖尿病病人的心脏能量代谢，有助于改善心功能，这可能是GLP-1R激动剂诱导2型糖尿病病人心脏保护的一个潜在机制[17]。Aravindhan等[18]观察GLP-1对正常和缺血再灌注大鼠葡萄糖和脂肪酸代谢的影响，结果发现在非缺血区代谢底物以脂肪氧化为主转变为以葡萄糖和其他碳水化合物为主；缺血区主要以糖酵解方式提供能量，以克服氧合减少时能量不足，这些发现在成年大鼠心肌细胞(CMs)中得到了进一步证实，可增加葡萄糖利用率，降低脂肪酸氧化率。Nguyen等[19]在压力负荷诱导的射血分数保留心力衰竭(HFpEF)大鼠模型中发现，GLP-1使心脏代谢向依赖葡萄糖氧化转变，增加葡萄糖氧化/脂肪酸氧化(GO/FAO)，改善左室舒张功能，但收缩功能未见明显改善。GLP-1的这种有利作用在射血分数减少心力衰竭中未体现。有研究发现，GLP-1增加葡萄糖摄取不依赖于胰岛素分泌，而是通过增加心肌一氧化氮生成，p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)活性和葡萄糖转运蛋白1(GLUT-1)易位实现的[20-21]。GLP-1除了对代谢底物有影响外，还能改善线粒体功能，降低线粒体ROS产生率，阻止线粒体膜去极化，减轻线粒体肿胀，增加线粒体呼吸功能，也可通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC-1α)/核呼吸因子1(NRF1)/线粒体转录因子A(Tfam)信号途径促进线粒体的生物合成[16]。

5 调节自噬反应

自噬是维持细胞内稳态的主要调节因子，可促进不必要或功能失调的细胞成分，错误折叠或聚集的蛋白质及受损的细胞器(即线粒体、内质网)溶酶体降解。自噬活性增强，可促进营养循环和能量产生以维持细胞活力，但自噬增加或减少可能引起过度失调，导致功能障碍[22]。自噬是维持血管周围脂肪组织(PVAT)生物功能所必需的，在肥胖病人中受到抑制，导致PVAT功能障碍，表现出炎症特征，降低局部脂联素和一氧化氮生物利用度，进一步导致内皮功能障碍。有研究显示，阿格列丁通过GLP-1依赖性机制促进PVAT的自噬作用，改善血管内皮依赖性舒张功能，而不影响内皮非依赖性舒张功能[23]。Cai等[24]首次证实GLP-1减弱过氧化氢(H2O2)诱导的自噬，H2O2通过激活ROS依赖的丝氨酸/苏氨酸激酶(Akt)和细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)信号通路促进人脐静脉内皮细胞(HUVECs)自噬，而GLP-1通过减少自噬体形成，预防氧化应激诱导的内皮细胞功能障碍和自噬，GLP-1在早期对内皮细胞的抗自噬作用可预防动脉硬化。导致这种结果的差异，可能是由于氧化应激造成自噬过度激活，自噬通量异常升高，引起功能障碍，GLP-1通过协调自噬平衡维持细胞内稳态。除影响内皮功能外，Yu等[25]在心肌细胞中加入艾塞那肽和利拉鲁肽，结果显示其能促进自噬，减轻高糖诱导的心肌损伤，且依赖于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/Unc-51样激酶1(mTOR/ULK1)信号途径，因此GLP-1通过影响自噬对抗高糖诱导的心肌损伤可能是通过调节mTOR实现的，而给予自噬抑制剂氯喹(CQ)或加入AMPK抑制剂化合物C(Comp C)后可逆转利拉鲁肽对糖尿病大鼠心功能的改善，说明利拉鲁肽通过AMPK途径促进自噬[26]。

6 抑制细胞凋亡

细胞凋亡是由于多种信号级联被激活而发生的程序性死亡过程，是心血管疾病发生和发展的关键因素。生理条件下，细胞凋亡是破坏非必要细胞的一种防御机制；然而，过度的细胞凋亡导致病理性改变。因此，对凋亡途径的药物干预可能是治疗心血管疾病的潜在治疗策略，GLP-1可通过多种信号机制发挥抗凋亡作用，提高心肌细胞存活率。有研究显示，DPP-4抑制剂西格列汀通过抑制肝激酶B1(LKB-1)/AMPK/蛋白激酶B(Akt)通路及激活糖原合成酶3β(GSK3-β)和p38α/MAPK预防糖尿病诱导的细胞凋亡和心肌病[27]。艾塞那肽通过血红素加氧酶-1/核因子相关因子2(HO-1/Nrf-2)系统和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt凋亡相关信号通路减轻高糖诱导的心肌细胞凋亡，提高细胞活力，表现为细胞凋亡率及促凋亡蛋白Bax和Caspase-3表达降低，抗凋亡蛋白Bcl-2表达升高[28]。GLP-1通过抑制JNK途径阻止人心脏前体细胞凋亡。除了影响高糖诱导的凋亡外，内质网应激可激发凋亡发生[29]，内质网应激诱导的细胞凋亡是心肌缺血再灌注损伤的主要原因。GLP-1通过抑制心肌细胞凋亡，减小心肌梗死面积[30-31]，减轻内质网应激诱导的缺氧/复氧损伤引起的细胞凋亡，发挥心脏保护作用，且这些作用可能与GLP-1R/PI3K/Akt信号通路激活有关[32]。

7 小 结

GLP-1作为一种新型的降糖药，除发挥稳定的降糖作用且不易引起低血糖症状外，大量研究表明GLP-1对心血管疾病的积极作用，但具体机制尚未明确，仍需大量的临床和实验研究证实GLP-1对心血管疾病的保护效应及其作用机制，为临床治疗提供更多的理论依据。