編者按：
自GLP-1被發現以來，它已然成為一種“多面手”激素——其多種代謝調節功能被人們發現，遠遠超出了作為腸促胰素的經典定義。GLP-1眾多有益的靶點作用使其受體激動劑逐漸成為更多新興治療領域如脂肪肝、肥胖和神經退行性疾病等的冉冉之“星”藥物。時值利拉魯肽在我國上市10週年、司美格魯肽新上市之際，我們邀請一眾專家講述一系列關於GLP-1的故事。本期“名家說‘肽’”特邀上海交通大學附屬第一人民醫院彭永德教授帶您瞭解目前所知的GLP-1RA之間的差異，以及未來研發之路上還可能出現什麼樣的創新制劑來改變糖尿病。
GLP-1類似物治療肥胖和糖尿病的藥理作用
外源性補充從組織液中純化得到的天然激素開創了無數新藥的發現，最顯著的是1921年［1］胰島素的發現，隨後在1923年發現了胰高糖素［2］。儘管有許多這樣的突破性發現，包括確定腸道是腸促胰素［3］的來源，但其降低體重的作用並不清楚。
GLP-1具有抑制食慾和促胰島素分泌作用，使之成為一種治療肥胖和糖尿病的可選藥物。天然GLP-1的藥理價值雖高，但半衰期短［4-6］，且受劑量相關的胃腸道不良反應的限制［7，8］。因此，基於GLP-1的藥理學作用，改善其藥代動力學成為提高療效的常見方法。對天然肽的生化修飾增加了GLP-1暴露量和作用時間。此外，這些最佳化的分子可以減少給藥頻率，減輕患者負擔，提高依從性。
一、GLP-1單激動劑最佳化
一些經過結構最佳化、生物利用度提高並具有持續作用的GLP-1衍生物已被開發用於治療T2DM［9］。這些藥物包括艾塞那肽（短效的Byetta和長效的Bydureon，阿斯利康）、利司那肽（Lyxumia，賽諾菲）、利拉魯肽（Victoza，諾和諾德）、度拉糖肽（Trulicity，禮來）、阿必魯肽（Tanzeum，葛蘭素史克）和司美格魯肽（Ozempic，諾和諾德）［9］。
圖1.FDA批准GLP-1R激動劑治療糖尿病的時間表
括號中的數字反映了分子的半衰期
艾塞那肽是一種人工合成的含39個氨基酸的肽（Exendin-4結構首次在吉拉毒蜥的唾液中發現）（圖1）［10］。Exendin-4的前30個氨基酸殘基與哺乳動物GLP-1的序列同源性約為53%，而與其C-端非肽延伸結構沒有相似之處。與GLP-1不同，Exendin-4在N-末端的第2個氨基酸位置有1個甘氨酸，它保護Exendin-4不受DPP-4介導的降解和失活。此外，Exendin-4與哺乳動物GLP-1的不同之處在於其中心和C-端結構域的一系列氨基酸，包括Leu10、Lys12、Gln13、Met14、Glu16、Glu17、Tyr19、Arg20、Leu21、Glu24、Lys27、Asn28和Gly30。相對於GLP-1，Exendin-4的C-端延伸了9個氨基酸。C-端的延伸透過形成“色氨酸籠”來支援二級結構，並提高GLP-1受體的效價［11］。當給大鼠分別進行靜脈注射（i。v。）、腹腔注射（i。p。）或皮下注射（s。c。）後，Exendin-4的半衰期分別為18~41 min、125~174 min和90~216 min［12］。相對於GLP-1（7-36醯胺），Exendin-4的生物利用度幾乎翻倍（GLP-1約36%~67%，Exendin-4約74%~76%），血漿清除速度從35~38 ml/min降至4~8 ml/min［12］。這些藥代動力學引數支援每日兩次人體給藥。在T2DM患者中，艾塞那肽可降低空腹和餐後血糖［13，14］、減緩胃排空［15］、降低心血管危險因素［16］、減輕體重同時抑制攝食［15-17］。T2DM患者接受艾塞那肽治療82周後，去除安慰劑效應的減重幅度約為5%［16］。Amylin公司研發的艾塞那肽周製劑由阿斯利康公司從2012年開始以Bydureon為註冊商標在全球銷售。該配方中允許延長釋放的主要成分是聚D，L-乳酸-羥基乙酸，其與其他賦形劑一起透過在注射部位形成微球庫，減慢藥物從注射部位彌散［18］，從而使艾塞那肽的藥代動力學得到改善。與傳統的每日2次（BID）艾塞那肽相比，2 mg劑量水平的每週一次（QW）注射在穩態下提供了相對穩定的血藥濃度（約300 pg/ml），因為連續給藥24周和30周後，血糖和體重的控制效果相同［18］。
利司那肽是艾塞那肽的類似物，其38位脯氨酸被去除，6個序列的賴氨酸殘基被新增到C-端［19］。利司那肽與艾塞那肽藥代動力學特性相似，其半衰期約為3~4 h［20，21］。在T2DM患者中，每日2次或1次使用利司那肽對HbA1c的降低沒有明顯差異［22］。
利拉魯肽1。2 mg和1。8 mg於2009年被批准用於治療T2DM（圖1）。利拉魯肽是基於天然GLP-1（7-37）序列，34位賴氨酸被精氨酸取代。N-端第8位丙氨酸繼續保留。位於26位的賴氨酸透過γ-穀氨酸間隔基與16碳棕櫚酸（C16：0）連線，透過與白蛋白結合，使藥物對DPP-4蛋白水解不敏感。醯化還促進了多聚體的形成，從而減緩了從注射部位彌散的速度［23］，另外脂肪酸對白蛋白的非共價結合可以延緩腎臟清除。總之，這些化學修飾提高了生物利用度，半衰期約為12 h［24］，支援每日1次的人體注射。自2014年以來，更高劑量的利拉魯肽（3 mg，Saxenda）已被批准用於治療肥胖。3 mg利拉魯肽在非糖尿病肥胖患者治療52周後，體重減輕範圍通常約為5%~10%［25］。
每週一次司美格魯肽的劑量為0。5 mg和1。0 mg，已被批准用於治療T2DM，並於2018年國外上市（見圖1）。司美格魯肽本質上是利拉魯肽的類似物。利拉魯肽中位於N-端第8位DPP-4敏感的丙氨酸換成氨基異丁酸（Aib）。此外，利拉魯肽中的16碳棕櫚酸（C16：0）單脂肪酸被替換為18碳二羧酸脂酸（C18：0），利拉魯肽的間隔基則延伸為合成間隔基重複［26］。這些化學修飾將司美格魯肽的半衰期延長至160 h，支援每週一次皮下給藥［27］。在T2DM患者治療40周後，每週注射一次司美格魯肽，可劑量依賴性使體重下降達7%，HbA1c降低1。8%［28］。更高劑量的司美格魯肽（2。4 mg）可治療非糖尿病肥胖患者，已在美國獲批用於肥胖治療。同時，司美格魯肽的口服制劑也已在歐美國家上市，用於治療T2DM。在T2DM患者中，利拉魯肽和司美格魯肽還可降低不良心血管事件的風險，降低了MACE（主要不良心血管事件，包括心血管死亡、非致死性心梗和卒中）的發生率［29］。
度拉糖肽0。75 mg和1。5 mg已獲批用於T2DM患者治療。度拉糖肽由兩個GLP-1分子透過甘氨酸和絲氨酸為基礎的間隔基在其C-端融合到人免疫球蛋白G4（IgG4）的Fc片段。在兩個GLP-1基序中，特定Exendin-4殘基被引入以取代天然GLP-1殘基。位於N-端第8位的甘氨酸保護分子不受DPP-4滅活，而位於22位的穀氨酸穩定了分子的二級結構並提高了效力。在GLP-1（7-37）C-端的天然甘氨酸和位於36位替換後的甘氨酸一起，作為連線到固定IgG4 Fc片段的間隔基匯入序列。總之，這些修飾提高了生物利用度並減慢了腎臟清除率［30］。其人體內半衰期達90 h，適合每週注射一次（圖1）［31］。在T2DM患者中，每週皮下注射一次1。5 mg度拉糖肽，26周後，體重較基線降低近3%，HbA1c降低1。4%［32］。
阿必魯肽是兩個GLP-1分子的頭尾串聯，其中第1個分子的C-端與第2個分子的N-端融合。兩個GLP-1分子中每個DPP-4敏感位點均被甘氨酸取代。第2個GLP-1的C-端共價融合於人白蛋白，從而減緩腎臟清除率，並將人體內的半衰期延長至約120 h［33］，支援每週給藥一次。阿必魯肽50 mg，獲批用於治療T2DM，但並未上市。
GLP-1類似物的一個共同特徵是劑量依賴性的胃腸道不良反應，最常見的是噁心、嘔吐和腹瀉。與短效GLP-1類似物（如艾塞那肽BID）相比，長效GLP-1類似物發生噁心和嘔吐減少，但腹瀉更多［7］。
二、基於GLP-1的聯合治療
天然GLP-1的化學修飾對提高GLP-1RA治療T2DM和肥胖的藥理學價值至關重要。儘管如此，使用這些GLP-1RA藥物治療肥胖療效還很有限。理論上，高劑量GLP-1RA可以產生更好的減重效果。但胃腸道反應往往限制使用更高的劑量，即使採用了劑量遞增方案［7，8］。
儘管司美格魯肽有明顯的減重效果，但單獨使用GLP-1RA使體重減輕達20%仍然是個難題。GLP-1RA作為一種重要組分，可與其他體重減輕激素同時使用，在可耐受劑量下最佳化體重減輕。理想狀況下，這種聯合治療將涉及互補機制，產生協同作用。歷史上，這種聯合用藥治療肥胖的例子包括20世紀40/50年代非常流行的彩虹丸［9］，包含甲狀腺激素、安非他明和瀉藥等一系列降低體重的藥物。但是，對心血管和大腦獎賞系統的不良作用導致這類藥物被停止使用［9］。Qsymia是近期一款多藥物學抗肥胖治療的合劑，主要組分是芬特明和託吡酯。Qsymia是複方緩釋製劑，於2012年被FDA批准用於治療肥胖症。Qsymia治療56周後，除去安慰劑效應的減重效果通常在5%~10%［34，35］。GLP-1R類似物與基礎胰島素的聯合在加速T2DM患者的代謝和血糖控制顯示優勢［36-38］。與單藥治療相比，該聯合治療的獲益包括HbA1c更顯著降低，血糖更易達標（HbA1c≤7%）［37］。胰島素聯合DPP-4抑制劑也有類似發現［39］。
基於GLP-1的多重藥理學作用，臨床前研究評估了治療肥胖症和糖尿病的潛力。各種聯合GLP-1RA的藥物如瘦素［40，41］、鮭降鈣素［42］、PYY［43］、CCK［44］、胰島素、腎上腺髓質素［45］、β3-腎上腺素能受體激動劑［46］、大麻素受體1（CB1）拮抗劑［47］、黑素皮質素-4受體（MC4R）［48］或法尼醇酯受體（FXR）激動劑［49］等。綜上所述，一系列基於GLP-1的聯合療法均比單獨使用其中一種成分所獲得的代謝獲益更大。
三、基於單分子GLP-1的多重藥理學
最近發展起來的多重藥理學概念是將幾種結構上相關的激素的某些序列組合成具有效力增強和作用持續的單片複方製劑。這類單分子多激動劑就是單個分子透過多個受體發出互補訊號，其中每個受體都對系統代謝產生有益影響，且在可耐受劑量下將代謝效應最大化。這種策略完善了減重藥理學的治療機制，一些在關鍵代謝受體具有激動作用的分子目前正在臨床評估中。有人可能會問，為什麼單分子多激動劑被認為優於多個激素混合製劑？首先，單個分子相較於多個激素混合更容易獲得監管部門審批；其次，多個激素混合，其中每個激素分子都有自己獨特的藥代動力學特徵。不同激素的吸收、分佈、代謝和清除等速率不同，可導致各自半衰期和作用時間、藥物間相互作用的潛力發生不同。多個激素混合製劑雖然會因為這些差異而相互妥協以達到最佳代謝結果，但單個分子可能可以繞過這些限制。使用單分子多激動劑時，不同激動劑之間的潛在優勢可透過劑量滴定完成相對最佳的活性比例，尤其當其中一個激動劑的治療窗比較窄時。
01
GLP-1雙、三激動劑
使用胰高糖素作為多功能單分子的組分治療慢性代謝疾病的最初靈感源於其可以抵禦胰島素誘導的低血糖。其分解代謝特性，特別是其降低肝內脂肪和迴圈脂質的作用，如果能在代謝性疾病中同時平衡好對糖尿病的作用，則可發揮治療作用。GLP-1能緩衝胰高糖素的高血糖效應，同時GLP-1抑制食慾與胰高糖素的能量消耗作用相協同以降低體重。將GLP-1和胰高糖素聯合輸注給人類受試者可導致食物攝入減少、能量消耗增加，提示這是由GLP-1聯合胰高糖素作用所致［50，51］。與單激動劑相比，長期給非人類靈長類肥胖動物使用選擇性雙激動劑，體重可明顯減輕［52］。
鑑於GLP-1和胰高糖素及其各自受體的結構相似，這些激素在其他受體上也具有低潛能（例如，胰高糖素最近被證明也對GLP-1R起作用［53］），因此提出了將兩種活性融合成一種單分子混合序列。兩項獨立研究首次證實了相對於GLP-1單藥治療，在不影響血糖控制的情況下，增加了減重的臨床前證據。這兩種GLP-1/胰高糖素聯合激動劑，一種是基於胰高糖素衍生的架構［54］，另一種基於胃泌素衍生的序列［55］。自此設計獨特的GLP-1/胰高糖素共激動劑的製藥策略，包括使用Exendin-4衍生序列［56］，形成了豐富的藥物候選序列，正在透過臨床試驗推進［57］。兩種獨特的化合物（SAR425899和MEDI0382）已在Ⅱ期試驗中進行評估，儘管這類雙激動劑在糖尿病患者的體重和血糖控制方面結果不錯［58，59］，但並不明顯優於之前研發的GLP-1RA。
將GLP-1和GIP聯合的研發原理是基於他們各自對胰島作用相疊加會更優的思路［60］。GIPR激動劑［61］和拮抗劑［62，63］作為單獨治療，在臨床前研究中均降低了體重，與GLP-1R激動劑聯合時也可協同減重，但在治療上促進或抑制GIP作用對血糖控制和體重的有益作用尚存爭議［64］。
與胰高血糖素一樣，GLP-1和GIP的結構相似，為合理設計單分子的嵌合體提供了基礎［65］。首次報道的GLP-1/GIP共激動劑使用脂肪醯化或聚乙二醇化延長了半衰期，產生協同效應，相較於單激動劑使肥胖齧齒動物的體重降低更明顯［66］，並在非人類靈長類動物中具有更明顯的促胰島素作用。LY3298176是一種每週使用一次的GLP-1/GIP共激動劑，在臨床前研究、Ⅱ期研究和Ⅲ期研究中，在降低體重和改善血糖控制方面優於GLP-1R激動劑（度拉糖肽）［67-69］。
基於GLP-1/胰高血糖素和GLP-1/GIP共激動劑的療效，單分子三激動劑或許可提供更佳的療效。胰高糖素可以提供的能量消耗獲益是GLP-1和GIP不具備的［61，66，67］，而GIP成分可緩衝胰高糖素的高血糖效應［70］，因此三激動劑應該可以更有效地減重和控糖。事實上，在肥胖小鼠和高脂飼養小鼠中，具有GLP-1R、GIPR和GcgR三重激動作用的單體肽比共激動劑和單激動劑具有更明顯的減重［71，72］。三激動劑首次臨床試驗的結果將決定這種聯合體是否具有臨床前資料所顯示的治療潛力。
02
基於GLP-1的肽和核激素結合製劑
實現序列間嵌合或混合肽的另一種分子形式是單分子融合或耦連。如前所述，胰高糖素超家族的肽序列相似性和激素受體家族的結構相似性為肽嵌合工程提供了分子基礎，可在多個受體上發揮激動作用，且大小與天然肽相當。然而，理論上，以GLP-1為基礎的嵌合工程可以擴充套件到結構完全不同的激素，因為多價化學融合或耦連是可行的，其中第二效應分子可以從小的寡核苷酸、核激素到多肽和大的蛋白質。
GLP-1與胃泌素、胰澱素、膽囊收縮素（CCK）之間的分子融合已有報道，還有與更大的蛋白如FGF21、抑制PCSK9的抗體。GLP-1/胃泌素融合有可能使易發糖尿病的齧齒類動物的病變胰島再顆粒化，並改善胰島細胞健康［73］。有趣的是，改良的GLP-1/胃泌素融合分子包含了具有一定臨床前療效［74，75］的相關腸道激素的生物活性。GLP-1/胰澱素融合在肥胖糖尿病患者中發揮兩種獨立的藥理作用來減少食物攝入和降糖。GLP-1/澱粉酶融合的臨床前研究顯示在肥胖齧齒類動物中具有減重作用［76］。GLP-1/CCK融合則透過不攝入多餘的食物機制來降低體重。最佳化的GLP-1/CCK融合與單激動劑或聯合用藥相比，可增強肥胖齧齒動物的減重效果［77，78］。FGF21類似物已被觀察到可有效降低T2DM患者的甘油三酯［79］，並促進齧齒類動物能量消耗。因此，至少在齧齒動物中，GLP-1/FGF21耦合劑比GLP-1R激動劑更能改善血脂異常，並透過能量消耗機制推動更明顯的減重作用。GLP-1和抗PCSK9抗體的聯合使用，對因高膽固醇血癥而具有心血管疾病風險的糖尿病患者有很大的應用前景。據報道，一種藥理學上最佳化的GLP-1/抗PCSK9抗體在肥胖齧齒動物中可有效減重，在食蟹猴中也可有效降低膽固醇［80］。在一項I期臨床研究中，GLP-1/抗PCSK9治療超重和肥胖患者可降低LDL膽固醇，但未能改善糖代謝［81］。
腫瘤藥物的研發一直處於組織靶向策略的最前沿，其透過賦予免疫製劑經典化療機制，使經典小分子的治療窗得以改進，從而改善腫瘤藥物的有效性。透過利用抗體的高特異性和利用有效細胞毒性負載的穩定共價次級連線特異性，針對產生抗原的細胞。一旦確定靶點，細胞毒性劑透過抗體內化過程匯入細胞，在抗體內化過程中釋放，以提供補充抗體免疫效應的細胞毒性機制。在代謝疾病藥物研發中也出現了一個類似的概念，但與腫瘤學領域不同，因為效應分子不是用來殺傷細胞而是改變細胞效應。
GLP-1R類似物在胰島和中樞神經系統中的作用具有相對選擇性，可精確地將反義寡核苷酸和核激素運送到這些組織。其目的是透過效應分子的作用改變特定細胞亞型的細胞生理學，同時發揮GLP-1靶向分子的治療作用。GLP-1/反義耦連劑已被開發，可以避開胰腺β細胞的頑固性來攝取反義寡核苷酸，同時利用這些寡核苷酸來抑制細胞內病理靶點的表達［82］。將特定的反義寡核苷酸耦連到GLP-1類似物上，可增強GLP-1R表達細胞對該寡核苷酸的吸收，從而在體外和體內選擇性誘導有效基因的沉默，並限制寡核苷酸的非靶點的積聚。雖然目前還沒研發出某種特定的GLP-1/反義耦連分子，但資料顯示GLP-1R是一個合適的載體，用於體內組織靶向、細胞內化和細胞內物質片段的沉積。但GLP-1R介導靶向的綜合應用尚未透過藥理學實驗得到證實。
在其他臨床前試驗中，GLP-1類似物已經被用來將核激素的有效負載選擇性地、靶向性地傳遞到細胞中。雌激素對代謝具有多種有益的作用，但其生殖內分泌毒性和潛在致癌作用限制了其在激素替代療法以外的長期使用。臨床前資料表明，相較於單獨GLP-1類似物或單獨雌激素，GLP-1/雌激素結合產物可增強小鼠厭食、減重、促胰島素和胰島儲存作用［83-85］。而這種GLP-1/雌激素結合物並沒有雌激素獨有的促子宮內膜增生的效應，僅體現GLP-1成分介導的治療指標改善。GLP-1R靶向作用也被用來將地塞米松的抗炎特性傳遞到代謝相關組織。儘管糖皮質激素是有效的抗炎分子，但長期使用通常會因增加肝糖輸出，導致代謝紊亂。在小鼠中，GLP-1/地塞米松耦合，可規避單用地塞米松引起的肝臟對血糖的不良調控和骨骼系統不良的骨轉換［86］。這種GLP-1/地塞米松耦合物可降低體重，並改善下丘腦炎症。儘管這些令人興奮的臨床前研究結果提示了一種靶向現象，但仍需更多的機制研究，運用到臨床還有很長的路要走。
專家寄語：
彭永德 教授
上海交通大學附屬第一人民醫院
基於天然或重組長效和不同給藥途徑，GLP-1類似物對代謝具有多效作用。在GLP-1R激動劑介導的眾多有益作用中包括調節血糖、透過抑制食物攝入和延緩胃腸蠕動降低體重、刺激細胞增殖、減輕炎症、減少細胞凋亡、改善心血管功能和神經保護都已被大家熟知和重視。修飾後改進藥代動力學和作用時間的重組GLP-1R類似物對2型糖尿病的治療作用受到認可，目前仍在持續最佳化分子結構以改善治療結果和患者依從性。研發思路進一步拓展到GLP-1 單分子多激動劑以及GLP-1與其他腸道肽類物質的藥理結合。這些臨床前研究和臨床研究都在積極開展中，我們可以推測，與目前可用的GLP-1R激動劑相比，基於GLP-1基礎上的分子修飾或者聯合制劑將可能安全地應用於我們臨床實踐，並進一步提升患者的依從性。
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