齊利琴 劉禮斌

·綜述·

GLP-1在2型糖尿病誘發(fā)的阿爾茨海默病治療中的作用

齊利琴 劉禮斌

2型糖尿病是誘發(fā)阿爾茨海默病的高危因素。胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)可誘導(dǎo)胰島β細胞再生和增殖，可以呈葡萄糖依賴性地促進胰島素分泌。另外，GLP-1 在治療神經(jīng)退行性病變中也有重要的作用，能降低腦內(nèi)β淀粉樣蛋白斑塊沉積，減少氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)細胞損傷，還可以調(diào)節(jié)突觸的傳遞，增加突觸的可塑性，刺激軸突生長，影響長時程增強，從而改善記憶并提高認知水平。

胰高血糖素樣肽-1；2型糖尿??；阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(AD)是一種以中樞神經(jīng)退行性病變?yōu)樘卣鞯募膊?，主要表現(xiàn)為認知功能障礙。AD發(fā)病的具體機制還未知，可能和Aβ淀粉樣蛋白異常代謝和tau蛋白的過度磷酸化有關(guān)。糖尿病患者的長期高血糖狀態(tài)使神經(jīng)退行性疾病的危險性明顯增加，并且糖代謝紊亂可以在結(jié)構(gòu)、神經(jīng)生理、精神神經(jīng)等諸多方面產(chǎn)生不良影響。胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)是一種因進食引起的由腸道L細胞分泌的肽類物質(zhì)，其多種衍生物已經(jīng)通過美國食品藥品監(jiān)督管理局認證，用于糖尿病的臨床治療。有研究表明，GLP-1類似物能夠通過血腦屏障進入腦內(nèi)，并且其受體在與認知功能相關(guān)區(qū)域的腦組織中均有表達。GLP-1可以通過降低血糖，改善胰島素抵抗，降低氧化應(yīng)激反應(yīng)等使AD患者受益，同時GLP-1還是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，具有多種神經(jīng)營養(yǎng)特性，可以通過改善Aβ淀粉樣蛋白代謝等作用抑制神經(jīng)細胞凋亡。

1 2型糖尿病(T2DM)與AD的相關(guān)性

有研究表明， T2DM是AD的高危因素。在一項對6 370例老年糖尿病受試者的前瞻性隊列研究中，有126例患者在后續(xù)的隨訪中出現(xiàn)癡呆癥狀，其中89例為AD患者，糖尿病使患AD的風(fēng)險增加1倍(RR=-1.9)[1]。另一項對1 892例中年起病的糖尿病患者的研究發(fā)現(xiàn)，30年后有652例被診斷為AD，Logistic回歸分析了糖尿病和AD的相關(guān)性，同時，與沒有患AD的個體作對照，并控制社會人口因素、心血管變量，結(jié)果表明糖尿病個體AD的患病率顯著增加(OR=2.83)，糖尿病是AD患病的危險因素[2]。糖尿病和AD之間的聯(lián)系密切，但其中的機制還不明了。

2 T2DM導(dǎo)致AD的發(fā)病機制

2.1 胰島素抵抗 T2DM發(fā)病機制之一是胰島素抵抗，胰島素作為神經(jīng)生長因子，具有增加細胞代謝、促進細胞增長和修復(fù)細胞等功能，因此，胰島素在腦組織內(nèi)的敏感性降低能促進神經(jīng)退行性病變的發(fā)生、發(fā)展。并且在T2DM患者中，因胰島素抵抗導(dǎo)致血漿和組織葡萄糖水平升高，從而降低了葡萄糖轉(zhuǎn)運至肝細胞或肌細胞的能力，導(dǎo)致細胞外的高葡萄糖和晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)的產(chǎn)生,并產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，同時細胞內(nèi)葡萄糖含量減少會影響磷酸戊糖代謝途徑，從而降低其抗氧化應(yīng)激能力。并且胰島素抵抗可以使可溶性Aβ淀粉樣蛋白的前體物質(zhì)和Aβ淀粉樣蛋白從細胞內(nèi)釋放作用減弱，從而使Aβ淀粉樣蛋白在細胞內(nèi)累積并導(dǎo)致神經(jīng)細胞損害[3]。

對于發(fā)生T2DM后出現(xiàn)認知功能障礙的患者，給予胰島素治療能明顯改善其記憶能力，而在患有早期糖尿病的嚙齒類動物皮下植入胰島素顆粒，可以使血糖水平顯著下降，同時還能完全緩解學(xué)習(xí)功能障礙，但在糖尿病發(fā)病10周后給予治療，學(xué)習(xí)能力只有部分提高[4-5]。

2.2 Aβ淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié) AD是一種慢性、進行性神經(jīng)退行性病變，其病理特點是在腦中形成淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)。T2DM時糖代謝過程中產(chǎn)生大量的AGEs，在細胞內(nèi)的AGEs可以使蛋白質(zhì)交聯(lián)并改變其可溶性，從而抑制細胞的轉(zhuǎn)運等功能，導(dǎo)致細胞死亡。在細胞外的AGEs沉積，可以導(dǎo)致神經(jīng)纖維纏結(jié)，產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而誘導(dǎo)神經(jīng)細胞功能紊亂和凋亡, AGEs還可以激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生自由基(超氧化物、一氧化氮和腫瘤壞死因子-α)[6]。RAGE作為AGEs的受體，激活后可以產(chǎn)生上述多種損傷效應(yīng)，同時RAGE也是β淀粉樣蛋白在神經(jīng)細胞上的受體，激活RAGE可以導(dǎo)致神經(jīng)細胞變性[7-8]。

細胞內(nèi)β淀粉樣蛋白的累積，尤其是比較長的Aβ1-42，在AD的病理生理學(xué)中起關(guān)鍵作用，因為Aβ1-42呈現(xiàn)出聚集性和神經(jīng)毒特性。在糖尿病患者中AGEs及其前體物質(zhì)甲基乙二醛等可能參與了可溶性蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)棣碌矸蹣拥鞍壮练e的過程，并誘導(dǎo)蛋白質(zhì)交聯(lián)，使tau蛋白相關(guān)的微管蛋白發(fā)生聚集，從而導(dǎo)致AD患者的神經(jīng)細胞損傷，并出現(xiàn)認知功能障礙[9-10]。

因此，減輕AD患者的胰島素抵抗、Aβ淀粉樣沉積以及改善氧化應(yīng)激作用可能使其臨床癥狀得到改善。

3 GLP-1的神經(jīng)保護作用

GLP-1是一種具有30個氨基酸的內(nèi)源性肽類激素，與GLP-1受體結(jié)合后能增加體內(nèi)cAMP的水平，并刺激胰島細胞再生，促進胰島素釋放，從而降低血糖。最近有研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1在神經(jīng)的退行性病變中同樣具有重要作用，能防止神經(jīng)細胞凋亡和氧化應(yīng)激損傷，調(diào)節(jié)β樣蛋白前體的加工，減少β淀粉蛋白在腦中的水平，從而起到改善認知功能的作用[11-12]。

3.1 促進胰島素分泌，保護神經(jīng)細胞 AD患者存在胰島素抵抗，所以，GLP-1刺激胰島細胞再生以及促進胰島素的分泌能夠改善AD患者的臨床癥狀。研究證實，GLP-1受體激活可以有效的刺激嚙齒類動物β細胞再生，抑制β細胞凋亡[13]。 在一項隨機雙盲對照研究中發(fā)現(xiàn)，GLP-1類似物可能通過增加腦組織的代謝率使腦組織內(nèi)血糖水平顯著降低，即單向通過血腦屏障的血糖轉(zhuǎn)運并沒有變，而清除率增加，從而使得腦組織內(nèi)葡萄糖的水平波動更少，在高糖時對神經(jīng)起保護作用[14]。

3.2 減輕腦內(nèi)β淀粉樣蛋白沉積 通常情況下，pmol/L水平的Aβ二聚體和三聚體會導(dǎo)致海馬神經(jīng)元進行性的丟失，并可使錐體神經(jīng)元樹突棘的密度明顯降低，突觸數(shù)量明顯減少。但突觸的損失是可逆的，并可被Aβ抗體所保護[15]。GLP-1受體激動劑exendin-4能改善3xTg-AD(triple transgenic AD)鼠腦組織的Aβ前體以及Aβ蛋白的升高，并能呈濃度依賴性的拮抗Aβ蛋白，保護神經(jīng)元，在100 nmol/L時產(chǎn)生顯著差異，在200 nmol/L時exendin-4達到最大效應(yīng)[16]。 研究發(fā)現(xiàn)，在雄性Wistar大鼠的側(cè)腦室注射β淀粉樣蛋白(10 nmol和100 nmol)均能引起長時程增強(LTP)損傷，但在注射β淀粉樣蛋白30 min前注射Val(8)GLP-1，能顯著改善淀粉蛋白引起的LTP損傷,從而對神經(jīng)的退行性病變起保護作用[17]。

3.3 防止氧化應(yīng)激損傷 急性或慢性高血糖使細胞內(nèi)活性氧簇和醛類累積，并促進糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。甲基乙二醛是糖尿病及其并發(fā)癥中最重要的反應(yīng)性醛，在糖尿病患者的細胞和血清中明顯升高，可以對β細胞分泌的胰島素產(chǎn)生毒性作用，并能修飾蛋白和核酸[18]。并且，AGEs作用于RAGE能產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，引起炎性反應(yīng)爆發(fā)[19]。GLP-1類似物可以抑制AGEs誘導(dǎo)的RAGE和精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶-1基因的表達，減少活性氧簇產(chǎn)生，并且這些效應(yīng)可以被GLP-1受體的小干擾RNA所阻斷[20]。在體外培養(yǎng)的PC12細胞中，GLP-1和exendin-4均能保護高糖以及氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細胞損傷，并能增加神經(jīng)細胞活性[21]。GLP-1受體激動劑還能通過絲裂原活化蛋白激酶途徑激活p90RSK轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)血紅素加氧酶-1和Bcl-2等抗氧化應(yīng)激蛋白的表達，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激效應(yīng)[22]。Ma等[23]研究指出，GLP-1(9-36)酰胺能顯著改善海馬區(qū)Aβ沉積產(chǎn)生的線粒體氧化應(yīng)激。

3.4 調(diào)節(jié)突觸的可塑性 LTP在9月齡APP/PS1-21小鼠中已經(jīng)開始減弱，但靜脈注射Val(8)GLP-1 25 nmol/kg 3周，能誘導(dǎo)其海馬CA1區(qū)的LTP顯著增強，表明GLP-1能完全保護由于過度表達突變APP和PS1基因?qū)ν挥|可塑性的損傷[12]。GLP-1受體激動劑不僅能減少由β淀粉樣蛋白介導(dǎo)的LTP損傷，還能直接增強突觸傳遞和促進LTP的形成，同時用GLP-1拮抗劑Pro3GIP能減少體內(nèi)LTP的數(shù)量[24]。對一項在GLP-1受體基因敲除小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，小鼠海馬CA1區(qū)的LTP嚴重受損，并且產(chǎn)生物體的識別和學(xué)習(xí)障礙[25]。在GLP-1受體基因缺乏的小鼠海馬內(nèi)導(dǎo)入GLP-1受體基因時，其記憶及認知功能受損均可得到改善，而且，在此項研究中發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體在海馬過度表達時，學(xué)習(xí)記憶能力更高[26]。

因此，在AD患者中，GLP-1類似物可以通過促進胰島素分泌，降低腦內(nèi)β樣淀粉蛋白沉積，防止氧化應(yīng)激損傷并通過調(diào)節(jié)突觸可塑性從而使AD患者受益。

GLP-1發(fā)揮其神經(jīng)保護作用的具體分子學(xué)機制是通過調(diào)節(jié)鈣離子內(nèi)流，防止細胞興奮性死亡。神經(jīng)細胞和胰島β細胞具有許多共同點，都具有谷氨酸脫羧酶，能合成腦內(nèi)神經(jīng)抑制性遞質(zhì)如γ-氨基丁酸，同時它們具有電興奮性并能通過去極化和胞吐作用對葡萄糖和激素作出反應(yīng)，類似于神經(jīng)遞質(zhì)從突觸囊泡中釋放過程[27]。實際上，在神經(jīng)細胞的培養(yǎng)中，GLP-1能調(diào)節(jié)谷氨酸誘導(dǎo)的鈣離子釋放。 Gilman等[28]研究發(fā)現(xiàn)，鈣離子在神經(jīng)的可塑性及退行性病變中發(fā)揮重要作用，當(dāng)用GLP-1預(yù)先處理神經(jīng)元時，鈣離子對谷氨酸的反應(yīng)及膜去極化都是減少的，通過全細胞的膜片鉗技術(shù)分析顯示，谷氨酸誘導(dǎo)的電流和通過電壓依賴性的鈣離子通道的電流在GLP-1預(yù)處理后顯著減少。由此說明，GLP-1能顯著減少由谷氨酸誘導(dǎo)的細胞死亡。

同時，GLP-1可以通過下調(diào)葡萄糖激酶合酶(GSK)3β的活性發(fā)揮保護作用。Ma等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在APP/PS1鼠中，通過增加線粒體超氧化產(chǎn)物使GSK3β活性增加，從而減少LTP，出現(xiàn)認知和學(xué)習(xí)功能障礙，并且，GSK3β活性的改變可以被GLP-1調(diào)節(jié)。GSK3β的上游調(diào)節(jié)分子是絲/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)，Akt磷酸化后可抑制GSK3β的活性。在APP/PS1鼠中，去磷酸化的Akt活性降低，從而使GSK3β活性增加。并且，GLP-1(9-36)能逆轉(zhuǎn)磷酸化Akt數(shù)量和活性的下降，降低GSK3β的活性，增強LTP，從而改善學(xué)習(xí)和認知障礙。

綜上所述，GLP-1作為新型糖尿病治療藥物，同時對中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變的治療也具有很大的潛力?；赥2DM和AD的相關(guān)性和GLP-1的神經(jīng)保護作用，利用GLP-1干預(yù)AD也成為近年研究的熱點。大量研究證實，GLP-1及其類似物能夠減少神經(jīng)元凋亡、減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，改善AD模型鼠的認知功能和記憶能力。但GLP-1是否會引起tau蛋白磷酸化程度增加還有爭議，并且GLP-1對神經(jīng)細胞的具體作用機制還有待進一步闡明。

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EffectsofGLP-1inthetreatmentofAlzheimer′sdiseaseinducedbytype2diabetesmellitus

QiLiqin,LiuLibin.

InstituteofEndocrinologyofFujianProvince,DepartmentofEndocrinology,TheUnionHospitalAffiliatedtoFujianMedicalUniversity，F(xiàn)uzhou350001,China

LiuLibin,Email:libin.liu@hotmail.com

Type 2 diabetes has been identified as a risk factor for Alzheimer′s disease (AD). Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) can stimulate β cell proliferation and insulin secretion in a glucose-dependent manner. It has been shown that GLP-1 also plays important roles in the treatment of neurodegenerative disease,such as reversing the detrimental effects that β-amyloid plaque load in brain, preventing neurons from oxidative damage, modulating synaptic transmission, rescuing synaptic plasticity, stimulating neurite growth, and affecting the process of long-term potentiation. Thus it can improve memory and cognitive dysfunction.

Glucagon-like peptide-1; Type 2 diabetes mellitus; Alzheimer′s disease

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.012

350001 福州，福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科，福建省內(nèi)分泌研究所

劉禮斌，Email: libin.liu@hotmail.com

2015-05-18)