讲座

　　胰岛素分泌功能缺陷的病理生理学与治疗对策

　　田勍 洪天配

　　【摘要】 胰岛素分泌功能缺陷是推动T2DM发生和发展的重要因素。现已发现许多与T2DM易感性增加相关的基因，其中大多数与胰岛b细胞功能缺陷有关。在针对胰岛素分泌功能缺陷的治疗策略中，以胰升糖素样肽-1(GLP-1)为基础的药物具有良好的发展前景。

　　【关键词】 胰岛素分泌功能缺陷;胰岛b细胞;病理生理学;基因;治疗

　　The pathophysiology of insulin secretory dysfunction and its therapeutic strategy TIAN Qing, HONG Tian-pei. Department of Endocrinology, Peking University The Third Hospital, Beijing 100191, China

　　Corresponding author: HONG Tian-pei, E-mail: tpho66@bjmu.edu.cn

　　【Summary】 Insulin secretory dysfunction plays an important role in the development and progression of type 2 diabetes mellitus. Several genes have been found to be associated with the susceptibility to type 2 diabetes mellitus, which are mostly related to the defect in pancreatic b-cell function. Glucagon-like peptide-1 (GLP-1)-based pharmacotherapies hold a good promise in the anti-diabetic treatment methods targeted at insulin secretory dysfunction.

　　【Key words】 Insulin secretory dysfunction; Islet b cells; Pathophysiology; Gene; Therapy

　　IR和(或)胰岛素分泌功能缺陷是导致高血糖发生的两个最主要病理生理学环节。业已证实，胰岛b细胞功能缺陷在T2DM的发生和发展过程中起关键作用。本文重点讨论胰岛素分泌功能缺陷的病理生理学意义、相关分子机制及治疗对策。

　　一、胰岛素分泌功能缺陷的检测方法及病理生理学意义

　　T2DM的主要病理生理学基础是IR和(或)胰岛素分泌功能缺陷。IR在葡萄糖代谢异常个体中普遍存在，并且可以随着血糖水平升高而加重。然而，具有IR的人群并不一定都会出现糖尿病，故胰岛素分泌功能缺陷是发生糖尿病的前提条件，一般认为只有在胰岛b细胞对IR的代偿功能失调时才可能引起糖尿病[1]。

　　在临床研究中，用于评价胰岛b细胞功能的方法包括：① 胰岛素分泌节律和脉冲分析;② 高葡萄糖钳夹试验;③ 静脉葡萄糖耐量试验(IVGTT);④ 口服葡萄糖耐量试验(OGTT);⑤ 标准餐刺激试验;⑥ 联合刺激试验(胰升糖素、葡萄糖、精氨酸等刺激物的联合);⑦ 稳态模型评估法计算的胰岛b细胞功能指数(HOMA-b);⑧ 血胰岛素原/总胰岛素比值分析等。

　　胰岛素分泌在葡萄糖刺激后表现为双时相特征，即第一时相和第二时相。第一时相胰岛素分泌在血糖>5.6 mmol/L时即开始，胰岛b细胞快速将贮存的胰岛素释放入血，而这种快速分泌只持续数分钟便减弱。临床上通过进食负荷餐测定的胰岛素分泌高峰常出现在30~45 min，即早时相胰岛素分泌，其与第一时相胰岛素分泌成线性正相关，故可基本反映第一时相胰岛素分泌情况。在第一时相胰岛素分泌结束前已开始出现缓慢上升的胰岛素分泌的第二个峰，即第二时相，只要血糖未恢复到基线水平，则第二时相胰岛素水平始终居高不下。高葡萄糖钳夹试验可显示第一和第二时相的胰岛素分泌反应，IVGTT也可很好地检测出第一时相胰岛素分泌，但却不能满意地显示第二时相胰岛素分泌。OGTT和标准餐刺激试验尽管因操作简便而在临床研究中被广泛采用，但这两种方法不能对第一和第二时相胰岛素分泌进行评价，仅能显示早时相和晚时相胰岛素分泌。

　　第一时相胰岛素分泌是维持正常血糖稳态所必需的，可以降低肝糖输出，抑制脂肪分解，并使胰升糖素水平下降从而保证餐后血糖不会过度升高。第一时相胰岛素分泌功能障碍是T2DM发生过程中的早期缺陷，可导致餐后高血糖和继发性高胰岛素血症[2]。已有研究显示，餐后30 min血浆胰岛素水平与餐后2 h血糖水平呈负相关，而餐后2 h血浆胰岛素水平与餐后2 h血糖水平呈正相关[3]。Weyer等[4]在Pima印第安人群中进行的前瞻性队列研究显示，葡萄糖负荷后30 min的快速胰岛素释放反应(AIR)在葡萄糖耐量正常(NGT)→IGT→T2DM的进展过程中发挥着重要的作用。对Pima印第安人群研究数据的进一步分析显示，NGT、IGT及早期T2DM患者的AIR水平呈递减趋势[2]。对756例日本受试者(其中226名肥胖受试者，530名非肥胖受试者)的横断面研究显示，在IGT受试者中无论是肥胖者还是非肥胖者都有早时相胰岛素分泌显著减低的情况[5]。一项对于我国32 245名受试者胰岛素分泌特点的研究表明，随着葡萄糖耐量恶化，早时相胰岛素分泌减少，其开始于餐后血糖正常阶段(餐后2 h血糖5.0~5.9 mmol/L)。当达到糖尿病诊断标准时，早时相胰岛素分泌已减少了73%[6]。

　　上述结果提示，第一时相(或早时相)胰岛素分泌功能缺陷是造成餐后高血糖的主要原因。此外，第一时相(或早时相)胰岛素分泌功能缺陷可导致餐后高甘油三酯血症，餐后血浆FFA水平不能得到有效控制，并引起其他不良代谢效应，如血管内皮功能异常、炎症因子表达增加等。

　　二、胰岛素分泌功能缺陷的相关分子机制

　　胰岛b细胞总量减少是胰岛素分泌功能缺陷的病理学基础，T2DM患者在确诊时胰岛b细胞总量即已减少了50%[7]。维持功能性胰岛b细胞总量稳态平衡的机制包括：由胰腺前体细胞形成新的胰岛b细胞、已存在的胰岛b细胞的增殖、单个胰岛b细胞的体积增大、细胞凋亡等[8]。DeFronzo将导致胰岛b细胞总量减少和功能衰竭的原因归结为以下几个方面：① 年龄，② 基因变异，③ IR，④ 脂毒性，⑤ 高糖毒性，⑥ 胰岛淀粉样多肽沉积，⑦ 肠促胰素效应降低[9]。

　　近年来，采用全基因组关联研究策略，发现了许多与T2DM易感性增加相关的新基因，其中大多数基因变异与胰岛β细胞功能缺陷有关。

　　2002年，日本学者首次报道了家族性或散发性配对盒因子6(Pax6)基因突变的无虹膜症患者存在IGT[10]。2009年，本课题组通过对一个Pax6突变无虹膜症家系进行分析，并且结合Pax6突变小鼠的动物实验和基因表达调控的离体实验，对Pax6突变导致高血糖的分子机制进行了系统的研究。结果显示：在Pax6突变的无虹膜症患者和小眼睛小鼠中，杂合子Pax6缺乏均可导致胰岛素原剪切加工缺陷和葡萄糖代谢异常;Pax6基因突变患者的血胰岛素原/总胰岛素比值显著增高，即使在NGT阶段也是如此，而Pax6突变杂合子小鼠中胰岛素原不适当分泌增加也早于负荷后血糖升高。此外，Pax6基因杂合子突变患者和小鼠均可同时伴有胰岛素原剪切加工缺陷和早时相胰岛素分泌丧失。Pax6可直接与激素原转化酶(PC)1/3启动子结合，并上调PC1/3表达;Pax6突变导致胰岛β细胞PC1/3缺乏和胰岛素原剪切加工缺陷，进而引起葡萄糖代谢异常[11]。因此，PC1/3缺乏引起的胰岛素原剪切加工缺陷是Pax6突变杂合子导致人类和小鼠葡萄糖代谢异常最重要的分子机制之一。

　　转录因子7类似物2(TCF7L2)是一个与Wnt信号通路相关的转录因子，在肠道和胰腺中均有表达。Wnt通路在胰岛素分泌和胰岛β细胞增殖方面发挥重要作用。近年来的研究显示，TCF7L2基因亦与胰岛β细胞功能相关。Stolerman等[12]对于Framingham心脏研究中的2 512名受试者进行研究发现，TCF7L2基因变异个体中存在血胰岛素原/总胰岛素比值升高。同样，Gjesing等[13]通过对于62名受试者进行含566千卡的标准餐试验发现，TCF7L2基因变异组餐后血胰岛素原和葡萄糖依赖性促胰岛素分泌多肽(GIP)均有明显升高。上述研究提示，TCF7L2基因变异与胰岛素分泌功能缺陷存在一定的相关性。TCF7L2变异或者活性降低使胰升糖素样肽-1(GLP-1)/GIP受体表达和信号传导功能降低，导致肠促胰素对胰岛β细胞的效应减弱，是糖尿病风险增加的原因之一[14-15]。

　　CDKAL1、SLC30A8、HHEX、CDKN2A/B、IGF2BP2、ADRA2A等其他基因也被认为与胰岛β细胞功能异常有关。其中CDKAL1、SLC30A8、HHEX的易感性基因变异类型与血中胰岛素原/总胰岛素比值增高相关联，其确切机制尚不完全明了，可能与GLP-1信号传导减低有关[16-17]。

　　三、胰岛素分泌功能缺陷的治疗对策

　　目前针对胰岛素分泌功能缺陷的治疗选择包括胰岛素促泌剂、胰岛素或胰岛素类似物、以GLP-1为基础的治疗药物、促进胰岛再生策略等。

　　1.胰岛素促泌剂

　　英国糖尿病前瞻性研究(UKPDS)显示，与传统的饮食治疗相比，磺脲类药物、胰岛素及二甲双胍单药治疗均不能使T2DM患者的血糖控制维持长期达标，HbA1c水平在第1年呈现降低之后逐年上升[18]。应用磺脲类药物或二甲双胍的非肥胖或肥胖的T2DM患者，其HOMA-β随着时间推移呈逐渐下降趋势，提示这些传统降糖药物无法阻止进行性的胰岛β细胞功能减退[19]。

　　糖尿病终点进展试验(ADOPT)研究评价了新诊断的T2DM患者接受罗格列酮、二甲双胍或磺脲类单一药物治疗的长期血糖控制。结果显示，与二甲双胍和磺脲类药物相比，罗格列酮提供了长达5年的较好的血糖控制，并且显著降低了单药治疗失败的风险，与二甲双胍相比降低了32%，与磺脲类药物相比降低了63%[20]。

　　格列奈类药物促进胰岛素分泌的作用具有快进快出的特点，可以部分恢复第一时相胰岛素分泌，从而有效降低餐后高血糖。然而，2010年公布的那格列奈和缬沙坦治疗糖耐量受损人群的预后研究(NAVIGATOR)显示，在生活方式干预的基础上，那格列奈治疗5年并不能减少IGT人群进展为糖尿病的风险，同时也不能预防空腹和餐后血糖的进行性恶化[21]。上述结果提示，格列奈类药物治疗也无助于延缓进行性胰岛β细胞功能减退。

　　2.以GLP-1为基础的降糖药物

　　GLP-1是一种肠道分泌的肽类激素，主要由末端空肠、回肠及结肠的L细胞所分泌，可被二肽基肽酶-4(DPP-4)快速降解。业已证实，GLP-1对于胰岛α细胞和β细胞均有调节作用。其主要作用包括：促进胰岛β细胞的胰岛素合成和葡萄糖依赖性的胰岛素分泌，增强胰岛β细胞对葡萄糖的敏感性，抑制胰岛α细胞胰升糖素分泌;在离体研究和动物实验中，也可抑制胰岛β细胞凋亡，促进胰岛β细胞增殖和新生，从而增加胰岛β细胞总量[22]。

　　以GLP-1为基础的降糖药物包括GLP-1受体激动剂和DPP-4抑制剂，两者均可促进葡萄糖依赖性的胰岛素分泌，抑制不适当的胰升糖素分泌。近年来，利拉鲁肽对糖尿病的影响和作用(LEAD)系列临床研究相继发表。其中LEAD-3研究显示，GLP-1受体激动剂利拉鲁肽与格列美脲单药治疗1年相比，利拉鲁肽组降低HbA1c显著优于格列美脲组[23]。治疗2年的延长期研究显示，与格列美脲组相比，利拉鲁肽组的HbA1c下降仍然保持较为平稳，并且有更多的患者达到HbA1c<7.0%的目标[24]。同样，另一个GLP-1受体激动剂艾塞那肽的临床研究显示，217例T2DM患者在应用二甲双胍和(或)磺脲类药物的基础上，加用艾塞那肽治疗至少三年，其血糖水平得到持续改善，HbA1c较治疗前显著降低并长期维持稳定 [25]。以上研究提示，GLP-1受体激动剂可维持HbA1c水平较持久的稳定控制，反映了其可能有助于延缓胰岛β细胞功能减退。

　　3.胰岛素或胰岛素类似物

　　我国的一项临床研究采用多中心随机平行对照设计，纳入了9个中心的382例新诊断的T2DM患者，随机分为胰岛素强化治疗组(持续皮下输注胰岛素组和多次皮下注射组)及口服降糖药组，以短期快速纠正高血糖状态。在血糖正常维持2周后停止治疗，仅进行生活方式干预。一年后，以上三组仍然无需药物治疗的患者比例依次为51.1%、44.9%及26.7%，胰岛素强化治疗组明显优于口服降糖药组[26]。上述结果提示，早期胰岛素强化治疗可能更好地保护胰岛β细胞功能。尽管如此，上述研究发现还需要有更长期的研究数据来进一步验证。

　　4.基础胰岛素与GLP-1受体激动剂的联合治疗

　　众所周知，理想的降糖模式是模拟人体生理性的胰岛素分泌。因此，长效胰岛素类似物联合应用短效胰岛素类似物或GLP-1受体激动剂，可能代表了基础-餐时强化降糖治疗模式的发展方向。一项纳入了48例T2DM患者的单中心、开放性、随机对照临床研究显示，在联合应用甘精胰岛素和二甲双胍的基础上加用艾塞那肽治疗4周可显著改善餐后血糖控制，并可以降低体重，且低血糖几率小[27]。另一项为期30周的多中心、随机、双盲、安慰剂对照临床研究，共纳入了259例T2DM患者，在应用甘精胰岛素的基础上，比较艾塞那肽与安慰剂对于血糖控制的影响，结果显示，艾塞那肽组可改善HbA1c和餐后血糖的控制，并且不导致低血糖发生率增加和体重增加[28]。

　　基础胰岛素与GLP-1受体激动剂联合应用兼顾了胰岛素分泌的基础与餐时需要，使得空腹与餐后血糖均得到全面有效控制，两类药物协同增效的同时，避免了低血糖和体重增加，兼顾了有效性和安全性之间的平衡。

　　5.促进胰岛再生策略

　　干细胞根据来源的不同可分为成体干细胞、胚胎干细胞及诱导性多潜能干(iPS)细胞。干细胞可以在体外诱导分化为胰岛素分泌细胞，移植到人体内可以重建功能性胰岛β细胞总量，改善胰岛素分泌功能。Maehr等[29]从T1DM患者皮肤活检得到的成纤维细胞建立了患者特异性的iPS细胞，并且可进一步在体外诱导分化为胰岛素分泌细胞。此外，筛选具有促进干细胞在体内重建胰岛β细胞总量和功能的小分子化合物近年来成为干细胞研究领域的热点，这将是药物研发的新方向。

　　四、小结

　　综上所述，在IR的基础上，由于遗传、环境等因素导致的胰岛素分泌功能缺陷是推动T2DM发生和发展的重要因素。多个易感基因变异与胰岛β细胞功能减退密切相关，阐明胰岛素分泌功能缺陷的分子机制对于预防和治疗糖尿病至关重要。在针对胰岛素分泌功能缺陷的治疗策略中，以GLP-1为基础的降糖药物具有良好的发展前景。