鸟苷酸环化酶-C激动剂的临床应用研究进展

吴碧玉 王倩倩 程 莉 陈胜良

鸟苷酸环化酶-C（GC-C）对维持消化道正常生理功能非常重要，其与GC-C激动剂结合后可激活GC-C相关信号通路，在维持肠道稳态、改善内脏痛觉高敏感、抑制肠组织恶变等多个方面起着关键作用。GC-C激动剂的作用广泛、靶点明确，近年来已成为研究热点之一。本文就GC-C激动剂的临床应用研究进展及其作用机制作一综述，以供临床医师参考。

1 GC-C及其激动剂概述

GC-C是一种跨膜蛋白受体，主要表达于肠上皮细胞，由细胞外配体结合域、跨膜域、激酶同源域、催化域等多个部分组成，可被GC-C激动剂激活；GC-C激动剂包括天然配体和合成配体，天然配体包括内源性配体（如鸟苷素和尿鸟苷素）和外源性配体（如耐热肠毒素），合成配体包括利那洛肽（linaclotide）、普卡那肽（plecanatide）和dolcanatide等[1-2]。各种GC-C激动剂的结构存在差异，与GC-C的亲和力也不尽相同[2-3]。利那洛肽是由14个氨基酸组成的耐热肠毒素类似物，含3个二硫键，结构稳定性强，与GC-C的亲和力不受pH影响。而普卡那肽是由16个氨基酸组成的尿鸟苷素类似物，含2个二硫键，因N端存在天门冬酰胺残基，与GC-C的亲和力在pH 5～6的环境中较强。dolcanatide的结构与普卡那肽相似，区别在于前者两端的氨基酸是后者相同位置氨基酸的对映异构体[2]。

上述3种合成GC-C激动剂中，利那洛肽和普卡那肽已在临床上应用。利那洛肽在美国获批用于治疗成年便秘型肠易激综合征（IBS-C）和慢性特发性便秘（CIC），在欧洲获批用于治疗成年中度或重度IBS-C，在中国获批用于治疗成年IBS-C。普卡那肽仅在美国获批用于治疗成年IBS-C和CIC。目前，dolcanatide尚未获得上市批准，其治疗慢性非癌性疼痛患者的阿片类药物相关便秘的Ⅱ期临床试验（NCT01983306）和预防结直肠癌的Ⅰ期临床试验（NCT03300570）已完成。

2 促进肠道分泌和蠕动

2.1 促进肠道分泌和蠕动的机制

GC-C在与其激动剂结合后被激活，可催化环化反应，使三磷酸鸟苷转化为环磷酸鸟苷（cGMP），促使细胞内cGMP水平上升[1-3]。cGMP可激活cGMP依赖性蛋白激酶Ⅱ（cGKⅡ），从而促使肠上皮细胞顶端囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）磷酸化[1,3-5]。此外，cGMP还可抑制磷酸二酯酶Ⅲ，进而抑制环磷酸腺苷（cAMP）水解，激活cAMP依赖性蛋白激酶A相关信号通路，促使CFTR磷酸化[1,4-6]。CFTR磷酸化会开放离子通道，增加氯离子、碳酸氢根和水向肠腔分泌[1-6]，分泌入肠道的液体可间接刺激肠道内容物推进，促进肠道蠕动[3]。

2.2 缓解便秘的临床应用

GC-C激动剂可促进肠道分泌和蠕动，故可用于治疗便秘。许多临床试验结果表明，GC-C激动剂可有效缓解多个患者群体的便秘症状。一项北美III期临床试验纳入800例成年IBS-C患者，以完全自发排便（CSBM）复合终点（治疗周数中≥75%时间内，1周CSBM≥3次且该周CSBM较基线次数增加≥1次）为主要终点之一，其中利那洛肽组（290 μg/d，12周）中达到该终点的患者占比较安慰剂组显著升高（19.5%比6.3%）[7]。一项美国Ⅲ期临床试验纳入804例成年IBS-C患者，同样以CSBM复合终点为主要终点之一，利那洛肽组（290 μg/d，26周）中达到该终点的患者占比也显著高于安慰剂组（15.7%比3.5%）[8]。一项国际Ⅲ期临床试验纳入839例成年IBS-C患者（中国患者659例），利那洛肽组（290 μg/d，12周）中达到该终点的患者占比也较安慰剂组显著升高（19.9%比7.3%）[9]。上述3项研究中，利那洛肽组治疗结束时自发排便（SBM）和CSBM频率、Bristol粪便性状评分（BSFS）、排便用力程度等指标均较基线情况显著改善[7-9]。另有研究报道了2项美国Ⅲ期临床试验，结果显示普卡那肽（3 mg/d或6 mg/d）也可改善IBS-C患者的CSBM频率、BSFS和排便用力程度[10]。一项网络荟萃分析显示，在对IBS-C患者应用促肠道分泌药物的随机对照临床试验中，利那洛肽（290 μg/d）改善CSBM频率的效果优于普卡那肽（3 mg/d或6 mg/d）等其他药物[11]。

此外，北美的Ⅲ期临床试验结果显示，接受利那洛肽（145 μg/d或290 μg/d）治疗12周的慢性便秘患者[12]和接受普卡那肽（3 mg/d或6 mg/d）治疗12周的CIC患者[13-14]的CSBM频率等指标均较安慰剂组显著改善。一项美国Ⅱ期临床试验显示，利那洛肽（145 μg/d或290 μg/d）治疗8周可减轻慢性非癌性疼痛患者的阿片类药物相关便秘[15]。另一项美国的回顾性研究显示，对伴有严重消化道症状的系统性硬化症患者采用利那洛肽治疗可明显改善其排便频率及用力程度[16]。

2.3 肠道准备的临床应用

GC-C激动剂具有促进肠道分泌的特点，故也可用于肠道准备。一项美国Ⅳ期临床试验表明，在胶囊内镜检查前的肠道准备过程中，口服胶囊前1 h服用290 μg利那洛肽的功效与检查前一晚服用2 L聚乙二醇电解质制剂相同，利那洛肽组与聚乙二醇组的肠道准备质量（≥75%肠黏膜可见的肠道准备高质量患者占比67.9%比64.3%）及小肠通过时间（192 min比202 min）的差异均无统计学意义[17]。一项中国临床试验结果表明，结肠镜检查当日清晨服用290 μg利那洛肽联合2 L聚乙二醇电解质散作为肠道准备的效果与单用3 L聚乙二醇电解质散相同，两组的结肠各段清洁度及总体清洁度（以波士顿肠道准备量表评估）的差异均无统计学意义，但联合用药组的不良事件发生率较低（3.84%比17.31%）[18]。

3 缓解内脏高敏感和腹痛

3.1 缓解内脏高敏感和疼痛的机制

在健康状态下，机械性刺激激活结肠痛觉感受器的阈值较高[19-20]。但当伴有慢性内脏痛时，这些痛觉感受器转为机械性高敏感，更易被激活[19-21]。在发生伤害性结直肠扩张刺激（CRD）时，被激活的脊髓背角神经元数量较健康状态时增加，从而使伤害性CRD引起的痛觉信号异常增强[19]。

GC-C被激活后，cGMP水平升高，cGMP可由肠上皮细胞的基底外侧膜经多药耐药相关蛋白4/5流至细胞外[1-3,19,22]。研究显示，细胞外的cGMP难以通过扩散重新进入肠上皮细胞，也不会通过主动运输回细胞内[19]。在使用GC-C激动剂后，外流的cGMP可抑制结肠痛觉感受器，进而降低其机械性敏感度，发生伤害性CRD后，被激活的脊髓背角神经元数量亦较未使用GC-C激动剂时减少，痛觉信号相应减弱，从而减轻痛觉感受、缓解腹痛[19]。研究发现，如机体伴有慢性内脏痛时使用GC-C激动剂，则结肠痛觉感受器被抑制的效果比健康状态下更明显，当伤害性CRD发生后，被激活的脊髓背角神经元数量会大幅减少[19]。

此外，cGMP还可通过修复紧密连接损伤和降低肠道通透性，以防止肠腔内炎性因子等物质穿透肠上皮到达痛觉感受器引起炎性反应，从而缓解腹痛[3,23-24]。

3.2 缓解腹痛的临床应用

目前有多项研究表明，GC-C激动剂可显著缓解腹痛。前述2项北美Ⅲ期临床试验[7-8]和以中国患者为主要研究对象的国际Ⅲ期临床试验[9]结果均表明，利那洛肽（290 μg/d）可显著缓解IBS-C相关的腹痛。另有研究报道的2项美国Ⅲ期临床试验结果显示，普卡那肽（3 mg/d或6 mg/d）亦可显著缓解IBS-C相关的腹痛[10]。在对IBS-C患者应用促肠道分泌药物的随机对照临床试验的网络荟萃分析发现，利那洛肽（290 μg/d）缓解腹痛的效果优于普卡那肽（3 mg/d或6 mg/d）等其他药物[11]。一项美国的回顾性研究亦显示，伴有严重消化道症状的系统性硬化症患者采用利那洛肽治疗后，腹痛、腹胀有所改善[16]。此外，大鼠模型研究显示dolcanatide也可缓解腹部痛觉高敏感[23]。

3.3 缓解其他内脏高敏感

除缓解腹痛外，GC-C激动剂还可通过信号串扰缓解其他内脏的高敏感和疼痛。出现信号串扰的可能原因包括：（1）肠道与其他内脏器官的传入神经在脊髓后角处距离较近；（2）背根神经节处存在具有分支的、可同时传递2个及以上内脏器官感觉信号的神经元[25-28]。因此，cGMP外流抑制结肠痛觉感受器而导致的痛觉信号减弱可能通过肠道等内脏器官传入神经间的信号串扰进而缓解其他内脏器官的高敏感。

目前尚无临床研究探索使用GC-C激动剂缓解非肠道内脏器官的高敏感。但在小鼠模型研究中，利那洛肽在缓解结肠痛觉高敏感的同时，还可显著缓解膀胱的痛觉高敏感，提示其可能可以用于治疗膀胱疼痛综合征和膀胱过度活动症[25-27]。另有小鼠模型研究发现，利那洛肽可缓解子宫内膜异位症相关的阴道痛觉高敏感和异常机械性疼痛[28]。GC-C激动剂在缓解内脏高敏感方面的临床应用有待更多研究探索。

4 其他潜在的临床应用

GC-C激动剂的另一项重要的潜在临床应用是抑制肠上皮细胞增殖并维持基因组稳定性，从而抑制肠道肿瘤的发生[1-3,29-30]。GC-C被激活后，cGMP水平升高进而激活环磷酸鸟苷依赖性蛋白激酶Ⅱ（cGKⅡ）[1-3]，cGKⅡ可通过多种机制抑制恶变。例如，cGKⅡ可抑制蛋白激酶B（Akt）相关信号通路[31]，进而抑制由Akt催化的鼠双微染色体2（MDM2）基因的磷酸化反应，从而上调肿瘤抑制因子p53的表达[32]。cGKⅡ还可激活p38 MAPK，使转录因子Sp1的磷酸化水平升高，进而导致细胞内p21蛋白累积，后者可促使细胞衰老，降低癌变风险[33]。此外，cGKⅡ还可促进肠上皮细胞DNA的修复，从而保护肠上皮紧密连接蛋白，维持肠壁完整性，降低肿瘤发生风险[3,30]。

研究发现，与GC-C配体鸟苷蛋白表达被沉默的小鼠相比，恢复鸟苷蛋白表达的小鼠的GC-C相关信号通路得以恢复，结直肠肿瘤负荷也显著降低[34]。另有研究显示，口服普卡那肽可减少小鼠的炎性反应相关结直肠异型增生的发生[35]。由此可见，GC-C激动剂有助于降低结直肠癌的发生风险。

探讨GC-C激动剂防治结直肠癌的临床试验目前尚处于初期阶段。一项美国Ⅰ期临床试验显示，口服聚乙二醇进行肠道准备后，连续7 d服用利那洛肽（870 μg/d）可升高cGMP水平，降低Ki-67阳性结肠上皮细胞占比（较高的Ki-67阳性细胞占比提示较快的细胞增殖速度），该结果表明利那洛肽可抑制人体内结肠上皮细胞的增殖[36]。利那洛肽治疗结直肠癌的Ⅱ期临床试验（NCT03796884）正在进行中，dolcanatide预防结直肠癌的Ⅰ期临床试验（NCT03300570）已于近期完成。

除防治结直肠癌外，小鼠模型研究表明，GC-C激动剂在多种其他疾病中也有潜在临床应用价值。有研究显示，利那洛肽可通过肠-心-肾轴调控减轻肾衰竭小鼠的肾脏炎性反应及肾脏和心肌的纤维化，提示GC-C激动剂可能可以用于治疗心肾综合征[37]。另有研究表明，GC-C配体尿鸟苷素可激活尿钠排泄相关信号通路，提示GC-C激动剂有治疗高血压和肾病的潜力[38-39]。被敲除GC-C基因的小鼠在葡萄糖稳态调控方面有缺陷，提示GC-C激动剂可能可以用于治疗与高血糖相关的肥胖[40]。此外，被敲除GC-C基因的小鼠出现识别记忆障碍，提示GC-C激动剂可能在中枢神经系统调控方面发挥了作用，有望用于治疗相关疾病[41]。

5 小结

GC-C激动剂可发挥多种重要的作用，包括促进肠道分泌和蠕动、缓解肠道及其他内脏器官的痛觉高敏感、维持肠壁完整性和基因组稳定性、抑制肠上皮细胞异常增殖等。目前临床上使用利那洛肽和普卡那肽治疗IBS-C、CIC等肠道疾病已取得显著效果。此外，GC-C激动剂在其他领域（如肠道准备、缓解非肠道内脏器官疼痛、防治结直肠癌等）中也表现出较大的应用潜力，值得深入研究。