生理科学进展2010年第4i卷第4期 胰高血糖素样肽一2研究的新进展水 吴云红 朱 亮。, 邹 原 宫德正。 (大连医科大学 药事管理教研室 生理学教研室,辽宁大连1 16044) 摘要 胰高血糖素样肽 2(glucagon—like peptide一2,GLP一2)是胰高血糖素原基因转录、翻译后处理 加工的33氨基酸的多肽,GLP.2经二酰肽酶Ⅳ水解后,则失去生物学活性。GLP一2作为一种肠上 皮特异性生长因子,能促进正常肠黏膜的生长及损伤肠上皮的修复。GLP一2通过作用于GLP一2受 体(GLP-2R)来发挥生物学作用。GLP一2R在肠道的广泛分布(肠上皮细胞、肠内在神经元、肠内分 泌细胞、肠黏膜下的肌纤维母细胞),提示GLP-2可能通过直接、间接等多条途径发挥生物学作用。 本文概括介绍GLP.2的特性、生理作用及机制等方面的研究进展。 关键词 胰高血糖素样肽一2;生物学作用;胰高血糖素样肽一2受体 中图分类号R333 阶段(1O一15rain),接着是较慢的第二阶段(30~ 60min)。快速阶段,营养物质还未到达分布丰富L 细胞的肠道末端(回肠和盲肠),GLP-2的血浆水平 胰高血糖素样肽一2(glucagon—like peptide一2, GLP一2)是胰高血糖素原基因(proglucagon,PG)转 录、翻译后处理加工的胰高血糖素衍生肽之一 。 GLP一2是一种肠上皮特异性生长因子,与以往的多 升高,不是营养对L细胞的直接作用。此时的GLP一 2分泌高峰可能是营养物质在肠道近端兴奋迷走神 经、刺激促胃泌素释放肽(gastric—realeased peptide, GRP)和葡萄糖依赖的促胰岛素多肽(glucose—de— pendent insulinotropic,GIP)的释放,间接刺激L细 肽类生长因子不同的是,GLP一2的作用具有肠道特 异性,大量的动物实验和临床研究表明GLP.2能促 进正常小肠的生长和病理损伤肠黏膜的修复 。 GLP一2通过G蛋白偶联受体的多途径机制来发挥生 物学作用: 。 一胞分泌GLP一2。相反,GLP一2分泌的第二阶段可能 、GLP-2的合成、分泌和代谢 是由于摄取的营养物质对L细胞直接刺激的结果。 GLP.2的分泌还受到其他激素的影响,生长抑素可 抑制GLP一2的分泌。 Dog(88%)HA DGS FsDEM NTVLD!LATR DFINW LLQTK 1TD HA DGS FSDEM N丁VLD SLATR DFINW LL0TK ITD 对哺乳动物而言,GLP.2是以胰高血糖素原基 因为模板,引起胰腺d细胞、肠L细胞,以及丘脑下 部、脑干等中枢神经元的单链mRNA转录,被表达 翻译后处理加工的33氨基酸的多肽,分子量 Cow(88%1 3900Da。GLP一2的氨基酸序列在哺乳动物高度保 守。猪、狗、牛的GLP一2与人GLP一2 88%相同;小鼠 与大鼠、豚鼠的GLP~2的区别仅为第11位氨基酸残 基不同,前者为丝氨酸,后者为天冬氨酸;而大鼠、豚 Pig(88%)HA DGS FSDEM NTVI D NLAIR DFINW LLHTK ITD Mouse f94%) HA DGS FsDEM STILD NLA!R DFINw LIQTK l11) Guinea pig f97 /UoJ HA DGS FsDEM NT]LD NLATR DFINW LIQTK ITD Rat(97%、Human HA DGS FSDEM NTILD NLATR DF1NW LIQTK ITD GI P 2《I-] )ItA DGS FSDEM NTILD NLAAR DFINW L1OTK ITD Il DPPlV - GLP 2(3 33/DGS FSDEM NTILD NLAAR DFINW LIOTK ITD 鼠的GLP一2与人GLP一2的差异仅为第l9位氨基酸 残基,前者为苏氨酸,后者为丙氨酸(图1)。 在肠道,GLP一2以一种依赖营养的方式由肠L GI)2GLP 2 HG DGS FSDEM NTILD NLAAR DFINW L O丁K rTD 图1 胰高血糖素样肽-2(GLP-2)同源序列肽结构 下划线标注为与人序列不同之处,人GLP一2(1—33氨基酸)在二 酰肽酶(DPPIV)作用下形成GLP-2(3-33氨基酸)。GIy2GLP-2 (GLP一2氨基末端第2位丙氨酸被甘氨酸取代)是人长效GLP一2 类似物(修改自Bun-in等.Domest Anim Endocrinol,2003,24: 103~122) 内分泌细胞(大多数分布于回肠末端和盲肠)分泌, 主要刺激物是机体摄取的营养成分包括葡萄糖、脂 肪酸和食物纤维等。在健康人体内,具有生理活性 形式的GLP-2的血浆水平为10~15pmol/L,摄取食 物后将增加2~5倍,绝对的峰水平依赖于饮食中的 食量和营养成分。当正常成人摄入营养时,GLP一2 以两个阶段的形式释放到循环系统中,早期是快速 国家自然科学基金资助课题(30801 127) 通讯作者 GLP一2在血循环中的主要存在形式是完整的 GLP一2,即GLP一2(1—33),也有部分经二酰肽酶Ⅳ (dipeptidyl peptidase IV,DPPIV)水解氨基末端前两 个氨基酸残基后形成的GLP一2(3—33),则GLP一2失 去生物学活性(图1)。DPPIV又称CD26,是一种细 胞表面的参与信号转导的糖蛋白,同时具有蛋白水 解酶活性,分布广泛,在白细胞、小肠上皮细胞、肝、 肾和血浆中均可发现。因此,大多数GLP一2进入循 环系统后会被事先存在的DPPIV灭活。DPPIV的 作用位点是GLP一2氨基末端第2位的丙氨酸残基, 如果用甘氨酸残基取代后形成[Gly2]GLP一2,则能 抵抗DPPIV的降解作用,从而提高GLP一2的活性效 应(图1)。血循环中GLP一2(1—33)和GLP一2(3— 33)的生物半衰期较短,在人体分别约为7分钟和 27分钟,其降解产物通过肾脏代谢。机体DPPIV 的活性和肾的清除率是影响GLP一2代谢水平的重 要因素。Hansen等(2007)运用测定器官中动静脉 的GLP一2浓度差的方法研究GLP一2的代谢,结果显 示,完整的GLP一2可以通过不依赖DPPIV的机制被 肾脏、内脏床(不包括肝脏)和周边组织(下肢)摄取 和清除,是GLP.2代谢的另一重要途径。 二、GLP-2的生理作用 Burrin等(2007)发现,GLP一2能促进新生仔猪 小肠的重量、长度和肠绒毛高度的增加并呈剂量依 赖效应。Tsai等(1997)研究表明,GLP.2通过促进 肠隐窝细胞的增生,抑制肠上皮细胞和隐窝细胞的 凋亡,促进成年小鼠小肠和大肠的湿重增加。Meier 等(2006)的研究显示,GLP一2促进了健康志愿者对 营养物质的吸收。因此,GLP一2被认为是一种生理 状态下的肠道营养因子。 GLP一2减轻右旋糖酐硫酸钠诱导的小鼠溃疡性 结肠炎和HLA—B27转基因Fisher大鼠结肠炎症及 黏膜损伤。Buchman等 进行的治疗溃疡性结肠炎 患者的Ⅱ期临床试验,表明[Gly2]GLP一2治疗组临 床缓解率高于安慰剂组,治疗效应呈剂量依赖性。 与以往研究不同的是,Sigalet等(2007)发现GLP一2 增加溃疡性结肠炎大鼠体重、减少炎症介质,其作用 是通过增加肠内黏膜下神经元VIP的合成来实现 的,应用特异性VIP竞争抑制剂可阻断GLP.2的上 述作用,提示肠内在神经元可能参与了GLP一2对炎 症性肠病的保护作用。 Jeepesn等(2001)证实,外源性GLP一2增加短肠 综合征患者吸收的绝对量和相对量。长效GLP一2 类似物Teduglutide治疗短肠综合征患者的Ⅱ期临 生理科学进展2010年第41卷第4期 床试验中,结果显示Teduglutide显著增加肠绒毛高 度、隐窝深度和有丝分裂指数。评价Teduglutide治 疗稳定性短肠综合征患者的长期疗效和副作用的Ⅲ 期临床试验正在进行 ,新近的初步结果显示,每 天0.05或0.10mg/kg的Teduglutide能促进短肠综 合征患者营养的吸收,其安全性和耐受性良好 J。 国内也有研究报道,GLP一2可以促进短肠大鼠、 烧伤大鼠、放射损伤小鼠肠上皮的恢复。本实验 室 71也证实GLP一2可减轻小鼠肠缺血一再灌注损伤, GLP一2使肠绒毛病理损害减轻,DAO活性回升,细 菌易位率回降。其作用机制可能通过上调解偶联蛋 白-2(uncoupling protein 2,UCP2)表达,减少MDA含 量来实现。本实验室研究表明 ⅢJ,GLP一2对移植 小肠有保护作用,在同基因大鼠小肠移植后应用 GLP-2,可促进肠黏膜增殖、抑制其凋亡,从而改善 肠屏障功能,促进移植小肠结构和吸收功能的恢复。 三、GLP-2多途径的作用机制 已有的大量研究表明,GLP.2通过作用于GLP一 2R来发挥生物学作用。人GLP一2R基因位于染色 体17p13.3,克隆人和大鼠cDNA编码的GLP一2R, 显示其为G蛋白偶联受体超家族成员,有7个跨膜 结构域,同GLP一1、胰高血糖素和葡萄糖依赖的促 胰岛素多肽(GIP)受体具有高度的同源性。GLP-2R 分布相当广泛,分别和或联合应用免疫组化、原位杂 交、RT.PCR、Western blot和Southern blotting分析的 一系列研究显示,GLP一2R在肠上皮细胞、胃上皮细 胞、肠内在神经元、肠内分泌细胞、肠粘膜下的肌纤 维母细胞、胰岛A细胞、大脑皮层、小脑、下丘脑、杏 仁体、海马、齿状回和肺中表达(表1)。 GLP.2R在肠道的广泛分布提示,GLP.2可能通 过多条途径最终促进正常小肠的生长和病理肠黏膜 的恢复,这是新近研究得出的观点。一方面GLP一2 通过分布于肠上皮细胞GLP.2R直接促进肠上皮细 胞的增殖,抑制其凋亡。另一方面GLP一2通过分布 于肠内其他部位的GLP一2R间接发挥保护肠道细 胞、促进肠功能恢复的作用,GLP.2作用肠内在神经 元、肠内分泌细胞的GLP-2R,使二者产生神经递质 和激素(一氧化氮、血管活性肠肽、5一羟色胺等),促 进肠隐窝细胞的增殖,增加肠系膜血液供应,减少胃 酸分泌和抑制胃排空;GLP一2作用肠黏膜下的肌纤 维母细胞GLP一2R,使其产生生长因子(IGF一1、IGF一 2、KGF等),促进肠上皮增殖和功能改善。可见, GLP一2通过肠道广泛分布的GLP一2R,直接或间接发 挥促进肠上皮增殖,抑制凋亡,增加肠道血供,抑制 生理科学进展2010年第41卷第4期 胃排空和胃酸分泌,促进肠黏膜吸收功能和屏障功 能改善等多方面的生物学功能,这可能也是GLP一2 作用强于以往发现的其他肠生长因子的原因。 表1 已发现的胰高 糖素样肽一2受体的分布 RT—PCR:逆转录聚合酶链反应;IHC:免疫组化;ISH:原位杂交;LCM:激光捕获显微切割技术;WB:蛋白质印迹;SB:DNA印迹 (修改自Dub0等.Am J Physiol Endocrinol Metab,2007,293:E460~465) 由于缺乏表达内源性GLP-2R的细胞株,GLP一 2R活化后下游调节因子及信号转导途径还不是很 明确。Jasleen等(2004)用Caco一2细胞模型研究表 的临床应用前景。目前,GLP-2治疗溃疡性结肠炎 和短肠综合征分别进行了Ⅱ期和Ⅲ期临床试验。总 之,无论是GLP一2代谢的不依赖DPPIV的机制, GLP一2通过肠内在神经元对炎症性肠病的发挥保护 明,在酪氨酸激酶、PI一3K和MAPK三条信号转导通 路,GLP一2通过激活ERK1和ERK2途径,促进肠上 皮细胞的增殖,并可通过增加细胞周期蛋白D1、细 胞周期蛋白E和细胞周期蛋白A(cyclins D1、E、A) 的表达来发挥协同作用。Yusta等(2002)利用转染 大鼠GLP一2R的BHK成纤维细胞(baby hamster kid— ney fibroblasts)的研究显示,GLP一2通过cAMP、PKA 依赖的机制激活AP.1,从而刺激细胞生长,同时 作用,还是新发现的GLP一2对移植小肠的保护作 用,以及GLP一2通过肠内在神经元、肠内分泌细胞、 肠黏膜下的肌纤维母细胞、多途径的间接作用机制, 都加深了人们对GLP一2肠道保护作用的认知水平。 今后的研究中,发现GLP一2新的治疗靶点和GLP一2 临床应用的安全有效性评价是其临床研究迫切需要 回答的问题;机制研究方面,GLP一2多途径的作用机 制的具体信号转导通路是研究的难点和重点;另外, GLP一2强大的特异性促肠生长特性,是否也有可能 促进肠道肿瘤的发生和已有肠道肿瘤的生长和转 移,这对于GLP一2的临床应用(特别是长期使用)和 患者的选择至关重要,相关研究很少,也是今后基础 GLP一2通过减少线粒体细胞色素c释放,减少原癌 基因Bax的表达抑制了线粒体途径的细胞凋亡。 Koehler等(2005)利用Hela细胞分析GLP一2R信号 转导发现,GLP一2激活Ras/MAPK途径,并且GLP一2 刺激的ERK1和ERK2的激活至少部分由p 亚基 所介导。 四、结语与展望 和临床研究需共同解决的问题。 参考文献 GLP一2作为一种肠上皮特异性生长因子,有强 大的促进损伤肠上皮恢复的作用,且强于其他非特 异性肠上皮生长因子,这些优点显示了GLP一2良好 1 Yazbeck R,Howa ̄h GS,Abbott CA.Growth factor based therapies and intestinal disease:is glucagon—like peptide-2 生理科学进展2010年第41卷第4期 一~一2 一一一一3 一一 一4 一一一一5 一一 6 Mardini HE,de Villiers WJ.Teduglutide in intestinal adap- tation and repair:light at the end of the tunne1.Expe ̄Opin Invesfig Drugs,2008,17:945~951. 7 Lili Guan,Dezheng Gong,Tian Nan,et a1.Uncoupling pro— tein 2 involved in protection of ̄ucagon like peptide 2 on small intestine with ischemia and reperfusion in mice.Digest Dis Sci,2005,50:554~560. 8 Zhu L,Gong DZ,Zou Y,et a1.Cervical Heterotopic Small Intestinal Transplantation in Rats using Artery Sleeve Anas— tomosis.Transplant Proc,2008,40:1645~1649. 9朱亮,宫德正,邹原,等.GLP-2对移植小肠结构和功能 ~一 ~一~一~一 一~一一~~一 ~一~一~一一~一一~ 恢复的促进作用.中国组织工程研究与临床康复,2008, 12:3401~3405. 10 Zhu I ,Zou Y,Gong DZ,et a1.Glucagon—like peptide一2 improve graft morphology and glucose uptake after ortho— topic intestinal transplantation in the rat.J Gastroenterol Hepatol,2008,23(Suppl 5):A91. 人类乳头瘤病毒16抑制干扰素-K的表达 2008年度诺贝尔生理学或医学奖的一半颁发给了德国科学家Harlad ZIIF Hausen,表彰其发现了“人类乳 头瘤病毒(HPV)是引起宫颈癌的原因”。此后,科学家们对HPV的致癌机制进行了深入研究并取得了一些 有意义的进展。最近,德国科学家又在该研究领域取得了重要进展,研究成果发表在2009年11月15日出 版的《癌症研究》(Cancer Research)上。 干扰素(interferon,IFN)是机体针对病毒感染产生的具有抗病毒作用的蛋白质。此前,科学家已就IFN一 /p在对高危型HPV16/18感染的免疫应答中的作用进行了研究,但对只在角化细胞中特异性表达的IFN.14. 的作用并没有研究过。此次,德国海德堡大学的Frank R6sl等以高危型HPV16感染阳性的人包皮角质细胞 (human foreskin keratinocytes,HFK)和宫颈癌细胞系为研究对象,揭示了IFN.K与HPV感染的关系。HPV16 感染宫颈上皮细胞后将其基因组整合到宿主细胞基因组中,表达癌蛋白E6和E7,使细胞获得无限增殖的能 力,进而发生癌变。研究人员检测了各实验细胞系中IFN—K的表达水平,结果显示在E6表达阳性的HFK细 胞及癌细胞中IFN—K不表达,而在E7表达阳性及正常HFK细胞中IFN,K表达正常。结果表明E6能负性调 节IFN—K的表达,使受感染细胞无法产生干扰素杀灭病毒。为了验证体外实验的临床意义,研究人员检测了 人活检组织中IFN—K的表达水平,结果显示IFN。K在HPV16感染阴性的正常宫颈上皮细胞中表达正常,在 宫颈上皮内瘤样变一1级(cervical intraepithelila neoplasia,CIN.1)细胞中表达有所下降,而在癌细胞中则完全 不表达,结果与体外实验一致。整个实验首次确定了IFN.K基因是高危型HPV攻击的一个新的靶点,揭示 了HPV逃避机体免疫应答的一种新的机制。 (Cancer Res,2009,69:8718~8725)(宋伟)