导读
9月19日，拉斯克基金会将2024年拉斯克临床医学研究奖（Lasker~DeBakey Clinical Medical Research Award）授予马萨诸塞州总医院的乔尔·哈伯纳（Joel Habener）、洛克菲勒大学的斯韦特兰娜·莫约索娃（Svetlana Mojsov）和诺和诺德公司的洛特·比耶雷·克努森（Lotte Bjerre Knudsen）， 以表彰他们在胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体激动剂及其对肥胖症的应用方面的开创性工作。
这一荣誉突显了3位科学家所做出的革命性工作，正是这些工作让我们发现了有生之年最令人兴奋的药物之一。
齐 萱 | 翻译
01
发现GLP-1的历程
20世纪80年代初，乔尔·哈伯纳及其团队利用从鲟鱼胰岛细胞生成的文库，成功分离出编码原胰高血糖素的cDNA。这一发现随后被大鼠原胰高血糖素cDNA序列的鉴定所证实。
大约在同一时期，芝加哥大学的格雷姆·贝尔（Graeme Bell）也鉴定了仓鼠、奶牛和人类中的原胰高血糖素cDNA和基因。哺乳动物和鱼类的序列均显示，除了胰高血糖素外，cDNA中还包含与胰高血糖素相关的序列，这些序列类似于20世纪70年代发现的另一种肠道衍生激素，即促胰岛素分泌的葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）。
图一 GLP-1的产生机制及其有益作用。胰高血糖素从肠细胞中释放出来，并被加工成其成分，其中之一是GLP-1。GLP-1与胰腺中的受体结合，导致胰岛素分泌。GLP-1 通过与其他组织中的GLP-1受体结合或间接减少炎症而发挥额外的有益作用。图中还包括FDA批准的GLP-1RA 药物列表。
贝尔的研究表明，哺乳动物的原胰高血糖素包含两个GLP区域，分别称为GLP-1和GLP-2（图1），其中GLP-1在哺乳动物中高度保守。这些早期研究表明，胰高血糖素和GLPs与胰岛素和甲状旁腺激素类似，都是作为较大的前体激素产生的，并在翻译后裂解成最终的肽类。后来人们发现了特定的内肽酶——前体激素转化酶，这些酶在含有氨基酸精氨酸和赖氨酸的基本位点上裂解前体激素。
1984年夏，丹尼尔·德鲁克（Daniel Drucker）作为博士后研究员加入了哈伯纳实验室，并进行了开创性的研究，描述了预测的原胰高血糖素产物及其生物活性。他将原胰高血糖素cDNA转染到胰岛细胞、垂体细胞和成纤维细胞中。虽然成纤维细胞中的加工过程很少，但他证明GLP-1的生物活性形式在单个碱性位点处被氨基截断，且GLP-1和GLP-2均在转染的垂体和胰岛细胞中进行了加工。在多伦多建立自己的实验室后，德鲁克继续揭示GLP-1和GLP-2的生理作用以及原胰高血糖素表达和加工的分子控制。他的研究表明，肠道原胰高血糖素cDNA与胰腺中表达的形式相同。
然而，进一步研究还表明，肠道提取物中的免疫反应性GLP-1肽仅由较小的肽组成，这表明肠道中的加工过程与胰腺不同，且将原胰高血糖素加工成较小肽的效率更高。这一发现与这些肽的促分泌素性质一致，因为口服营养素会刺激它们在肠道中的产生，而不是在胰腺中产生（图1）。
德鲁克还确定了GLP-2作为一种肠道生长因子，因为其给药与保护肠道粘膜细胞免受损伤相关。研究表明，GLP-2能增加营养物质的吸收。因此，一种抗降解的GLP-2类似物（在德鲁克实验室研发，后来被指定为替度鲁肽，即teduglutide，于2012年获得美国FDA批准，用于依赖肠外营养治疗的短肠综合征患者的慢性治疗。
在这些研究进行的同时，丹麦的延斯·霍尔斯特（Jens Holst）研究了胃手术后餐后反应性低血糖中调节胰岛素分泌的信号。他的研究小组专注于产生胰高血糖素的肠道细胞，而他的实验室工作导致了前体激素分子胰高血糖素原和氧抑胃肽的发现。这些分子包含完整的胰高血糖素氨基酸，但与原胰高血糖素不同，它们缺乏GLP序列。因此，霍尔斯特及其同事将研究重点转向开发免疫测定法，并证明原胰高血糖素在肠道（而非胰腺）中被裂解以产生两种GLP（图1）。他们还证明，从肠道中分离出的原胰高血糖素截断形式（aa 78–108）可以诱导胰岛素产生。
上世纪90年代，霍尔斯特的研究小组还表明，输注相同截断形式的原胰高血糖素会导致人体胰岛素分泌并抑制胰高血糖素产生。霍尔斯特研究小组及其他研究小组的进一步工作表明，GLP-1可以抑制胃动力和胃及胰腺的外分泌功能，并抑制食欲和食物摄入量。这些后期研究最终助力了GLP-1激动剂在肥胖症治疗中的应用。
02
GLP-1生物活性形式的发现
当哈伯纳实验室正在研究原胰高血糖素时，斯韦特兰娜·莫伊索夫（Svetlana Mojsov）则独立地专注于GLP-1生物活性形式的化学鉴定。
莫伊索夫出生于塞尔维亚（当时称为南斯拉夫），并在诺贝尔奖得主布鲁斯·梅里菲尔德（Bruce Merrifield）的实验室完成了关于胰高血糖素化学合成的研究生学习。
之后，她前往麻省总医院工作，尽管她与乔尔·哈伯纳（Joel Habener）在同一机构，但她对GLP-1的研究是独立进行的。莫伊索夫利用她在化学领域的背景，采取了一种替代且互补的方法来鉴定GLP-1的生物活性形式。研究表明，在大鼠胰岛素瘤细胞中，预测的GLP-1序列（aa 1–37）并未增加环磷酸腺苷（cAMP）的产生。基于她之前在胰高血糖素方面的工作，她假设氨基酸7–37可能构成长期以来一直寻找的促分泌素GLP-1的活性形式。她合成了GLP-1的独特区域，并随后针对这些GLP-1区域生成了兔抗体。
大约在这个时期，她开始与德鲁克和哈伯纳合作，并使用她开发的抗体在大鼠肠道中鉴定出GLP-1（aa 7–37）；然而，他们至关重要的实验是证明GLP-1（aa 7–37）具有生物活性。他们的合作研究发现了GLP-1（aa 7–37）肽能够刺激大鼠胰腺胰岛细胞释放胰岛素。
此外，他们还与戈登·韦尔（Gordon Weir）合作，证明了GLP-1（aa 7–27）在体外大鼠胰腺模型中增加胰岛素产生的能力。这项开创性的工作于1987年发表在Journal of Clinical Investigation上。
03
GLP-1在人类中应用的初步研究
1992年，第一项关于GLP-1在人类中的研究展开，该研究证明，输注GLP-1（aa 7–37）肽可诱导胰岛素分泌，并对糖尿病患者及非糖尿病患者均具有抗糖尿病作用。一年后，瑙克（Nauck）及其同事表明，输注GLP-1肽可使2型糖尿病患者的血糖水平恢复正常。然而，随后对GLP-1进行皮下注射的研究却令人失望，因为GLP-1被二肽基肽酶-4（DDP4）酶迅速降解，DDP4抑制剂能够减少GLP-1的降解，并显著增加循环胰岛素水平。DDP4抑制剂，也被称为格列汀类药物，如西格列汀、沙格列汀、利格列汀和阿格列汀等，随后在21世纪中期获得美国FDA批准，用于治疗成人2型糖尿病。
霍尔斯特的研究小组也在人类中进行了平行研究，并表明通过泵输注合成的GLP-1（aa 7–36）酰胺（皮下注射）可改善血浆葡萄糖水平、胰岛素敏感性、糖化血红蛋白（HgA1C）和体重，且副作用极小。
这项开创性的人类研究为GLP-1的治疗潜力提供了概念验证，并推动了进一步开发GLP-1激动剂以供临床使用的努力。
04
GLP-1受体激动剂
尽管临床研究显示GLP-1能够刺激胰岛素产生，但其较短的半衰期（静脉注射和皮下注射后分别为1.5分钟和1.5小时）限制了其临床应用。首个获批用于临床的GLP-1受体激动剂（GLP-1RA）是艾塞那肽，这是一种DPP4蛋白酶抵抗型激素，基于exendin-4并最初从蜥蜴毒液中分离出来。艾塞那肽最初需要每日给药两次，并于2005年获得批准。随后，另一种每周给药一次的艾塞那肽也获批用于治疗2型糖尿病。
为了克服这些药物半衰期短所带来的限制，诺和诺德公司的科学家，包括洛特·比耶雷·克努森（Lotte Bjerre Knudsen），致力于开发更稳定的GLP-1RA。克努森在丹麦技术大学攻读化学工程专业时开始在诺和诺德工作。完成学业后，她加入诺和诺德，并专注于通过结合白蛋白来增加GLP-1RA的半衰期。白蛋白能与多种不溶性底物结合，包括脂肪酸和类固醇，并促进它们在血液中的溶解和运输。克努森的研究小组对GLP-1进行了脂肪酸衍生物处理，生成了能够与白蛋白以可逆方式结合的类似物，从而保护GLP-1免受DPP4降解和肾脏过滤。这些研究促使了利拉鲁肽的发现，这是首个适合每日给药一次的GLP-1类似物。
鉴于GLP-1RA通过注射给药，因此更长效的剂型更受欢迎。首个长效GLP-1RA是他司鲁肽，在III期临床试验中显示出良好效果，但由于极少数患者出现过敏反应，因此未提交给FDA批准。诺和诺德公司的克努森研究小组继续专注于白蛋白结合，并通过修饰GLP-1和脂肪酸部分连接子，成功开发了司美鲁肽这一长效GLP-1RA，可每周给药一次。
05
GLP-1R激动剂的其他益处
最近令人振奋的研究表明，GLP-1RA的益处远不止于糖尿病和肥胖。在至少8项评估糖尿病患者心血管结局的随机临床试验中，对GLP-1RA进行了研究。其中四项临床试验达到了主要目标，并显示出CV结局的显著降低。
值得注意的是，在SUSTAIN-6研究中，市场份额最大的GLP-1RA药物司美鲁肽实现了主要复合终点（首次发生CV相关死亡）的26%减少，以及非致死性心肌梗死或非致死性卒中的减少。另一项SELECT试验显示，在未患糖尿病的肥胖患者中，司美鲁肽治疗与CV死亡、非致死性心肌梗死或非致死性卒中的发生率降低相关。最后，STEP-HFpEF试验表明，在射血分数保留的心力衰竭患者中，司美鲁肽治疗与症状和身体限制的减少、运动功能的更大改善以及更大的体重减轻相关。
这些试验共同表明，GLP-1RA治疗可能对心脏具有保护作用，防止其受损。这种保护作用的机制可能是多方面的。当然，这些药物通过抗糖尿病作用减轻体重和控制血糖可能是其心脏保护作用的关键因素。然而，临床前和临床研究表明，这些药物对心脏的有益作用超出了其对体重和糖尿病的影响。例如，在SELECT试验中，司美鲁肽对心脏的有益作用超过了体重减轻的程度。此外，GLP-1RA还被证明可以降低血压和致动脉粥样硬化的脂蛋白水平。最后，现在有证据表明，GLP-1RA治疗与全身性炎症的减少相关，这似乎与体重减轻的程度无关，也可能解释了其CV益处。
GLP-1-RAs在肝病和肾病领域也进行了研究。FLOW试验表明，司美鲁肽可降低糖尿病和慢性肾脏病患者临床上重要的肾脏结局和心血管疾病死亡风险。ESSENCE研究是一项正在进行中的III期临床试验，旨在研究司美鲁肽在代谢功能障碍相关脂肪性肝炎中的作用。GLP-1RA在肝脏和肾脏中的保护机制尚不清楚，但其作用可能通过这些器官内表达GLP-1R的其他细胞实现。这些药物的抗炎作用也可能有助于其益处。
GLP-1RA在神经系统疾病中的作用也在研究中。两项III期临床试验EVOKE和EVOKE Plus将研究口服司美鲁肽（目前尚未获得FDA批准）在认知功能下降患者中的效果。此外，还提出GLP-1RA可能减少成瘾性和精神疾病。然而，在SELECT试验中，精神疾病方面并未发现差异。队列研究和电子健康记录研究表明，司美鲁肽可能与自杀意念的减少有关。最后，一些研究的事后分析表明，GLP-1RA可能与酒精摄入量的减少有关。
尽管这些药物在逆转多种主要疾病方面取得了成功，但其使用也伴随着一系列副作用，包括恶心、呕吐、胰腺炎和注射部位反应。其中一些副作用似乎是由于这些药物与大脑中GLP-1R的结合所致。这些药物的另一个主要副作用是肌肉流失，在某些患者中可高达40%，在老年患者中可能更为严重。还有一个令人担忧的问题是，如果停药，体重增加将完全以脂肪的形式出现，导致这些患者净肌肉量减少。
06
总结
GLP-1RAs的发现由多位研究人员共同完成，并引领了糖尿病和减肥治疗的新策略。这些药物不仅具有代谢作用，还显示出对其他器官的益处，使其有可能用于治疗更多疾病。
GLP-1RAs彻底改变了代谢性疾病的治疗方法，该领域的先驱们因其开创性的发现而真正值得认可。
Joel Habener, Svetlana Mojsov, and Lotte Bjerre Knudsen awarded Lasker prize for pioneering work on GLP-1
https://www.jci.org/articles/view/186225
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