胰高血糖素

胰高血糖素是一种 29 个氨基酸的胰腺激素，通过刺激糖原分解和糖异生来抵消胰岛素的降糖作用。人、兔、大鼠、猪和牛的胰高血糖素是相同的。胰高血糖素是多基因家族的成员，该家族包括促胰液素（ 182099 ）、血管活性肠肽（VIP; 192320 ）、胃抑制肽（GIP; 137240 ）、glicentin 等。

▼ 克隆与表达

贝尔等人（1983）分析了前胰高血糖素基因的结构。它包含至少 3 个插入序列，将蛋白质编码部分分为 4 个区域，分别对应于信号肽和 N 端肽的一部分、N 端肽和胰高血糖素的其余部分、胰高血糖素样肽-1（GLP1 ） 和 GLP2。胰高血糖素由外显子 2 编码。Bell 等人建议的人类前胰高血糖素基因的组织结构（1983）在 1 或 2 个步骤中，一个外显子编码胰高血糖素或 GLP 的串联重复已经发生。这被认为支持吉尔伯特的观点（吉尔伯特，1978） 真核基因的镶嵌结构反映了它们的进化历史，通过重组和扩增现有蛋白质的外显子产生新的蛋白质。

▼ 基因功能

GLP1，也称为编码它的前胰高血糖素分子密码子的 7-37，使胰腺 β 细胞具有“葡萄糖能力”，可用于治疗非胰岛素依赖型糖尿病（Holz 等，1993） .

GLP1 是一种有效的胰岛素促分泌剂。王等人（1995）提出证据表明它在肠岛轴中起主要作用，例如，发现伴随口服葡萄糖摄入的血浆胰岛素水平高于静脉内给予葡萄糖时观察到的水平。它就是所谓的葡萄糖-肠促胰岛素。王等人（1995）使用了一种 GLP1 抑制剂，称为 exendin（9-39），它是一种在希拉怪兽毒液中发现的肽片段，它与 GLP1 受体（GLP1R; 138032） 紧密结合，没有激动活性。尽管 GLP1 及其特异性受体存在于下丘脑中，但尚未确定中枢 GLP1 的生理作用。特顿等人（1996）发现脑室内 GLP1 强烈抑制禁食大鼠的进食。注射特异性拮抗剂毒蜥外泌肽可阻断 GLP1 对食物摄入的抑制作用。单独的 Exendin 对快速诱导喂养没有影响，但饱腹大鼠的食物摄入量增加了一倍以上，并增强了对食欲刺激神经肽 Y 的喂养反应（ 162640 ）。FOS的感应（164810） 是神经元激活的标志物。在脑室内注射 GLP1 后，FOS 仅出现在下丘脑的室旁核和杏仁核的中央核中，并且这被先前施用的毒蜥外泌素抑制。大脑的这两个区域在调节进食方面都非常重要。研究结果表明，中枢 GLP1 是饱腹感的生理介质。

Drucker（1999）回顾了 GLP2 的生理相关性。GLP2 以营养依赖性方式从整个胃肠道的肠内分泌细胞分泌，对肠上皮黏膜具有营养作用。它通过刺激隐窝细胞增殖和抑制细胞死亡而起作用。GLP2 还刺激肠道葡萄糖转运，降低粘膜通透性，并在短肠综合征和小肠和大肠炎症的实验模型中显示出治疗效果。

德鲁克（2001）注意到 GLP1 和 GLP2 均由肠道内分泌细胞分泌，并通过不同的机制促进营养吸收。GLP2调节胃动力、胃酸分泌、肠己糖转运，并增加肠上皮的屏障功能。GLP2 通过刺激隐窝细胞增殖和抑制肠细胞和隐窝区室中的细胞凋亡显着增加粘膜上皮细胞的表面积。GLP2 的细胞保护和修复作用在实验性肠损伤的啮齿动物模型中很明显。GLP2 在小肠和大肠炎症的情况下降低死亡率并减少粘膜损伤、细胞因子表达和细菌性败血症。GLP2 还能增强啮齿动物或患有短肠综合征的人类的营养吸收和肠道适应。603659 ），一种在胃、小肠和结肠的肠道内分泌细胞中表达的 G 蛋白偶联受体。异源细胞中 GLP2 受体信号传导的激活可促进体外对凋亡损伤的抵抗。作者得出结论，GLP2 的细胞保护、修复和能量保持特性表明 GLP2 可能对治疗以肠粘膜上皮损伤和/或功能障碍为特征的人类疾病有潜在的用途。

GLP2 在大鼠中被二肽基肽酶 IV（DPP4; 102720 ） 广泛代谢。为了阐明它在人类中的命运，Hartmann 等人（2000）调查健康志愿者在（1） 500 卡路里混合餐后的 GLP2 代谢；（2） 静脉输注合成人 GLP2；（3） 皮下推注；（4）在血浆和血液中体外培养。GLP2 浓度通过仅测量完整 GLP2 的 N 端 RIA、测量完整和降解形式（例如，由 DPP4 降解产生的 GLP2-（3-33））的侧视 RIA 和高效液相色谱法（HPLC） 确定。膳食摄入升高血浆 GLP2（完整的，90 分钟时为 16 +/- 3 至 73 +/- 10 pmol/L），HPLC 显示 2 种免疫反应性成分，完整的 GLP2 和 GLP2-（3-33）。消除 t-1/2 值为 7.2 +/- 2 分钟（完整 GLP2）和 27.4 +/- 5.4 分钟（GLP2-（3-33）），MCR 为 6.8 +/- 0.6 和 1.9 +/- 0.3 mL/kg.min，分别。皮下注射将完整的 GLP2 增加到最大 1，哈特曼等人（2000）得出结论，GLP2 在人类中被广泛降解为 GLP2-（3-33），可能是由 DPP4。尽管如此，69% 在注射 GLP2 后 1 小时仍保持完好，这支持了在肠功能不全患者中皮下使用的可能性。

胰腺β细胞在发育方面与胰腺内分泌细胞共享几种分子机制，因此它们可能具有表达胰岛素的潜力。为了测试这个想法，铃木等人（2003）试图通过使用胰高血糖素样肽-1 在肠上皮祖细胞中诱导胰岛素产生。他们发现 GLP1-（1-37） 在体外和体内诱导成人肠上皮细胞发育过程中产生胰岛素，在较小程度上诱导成人肠上皮细胞产生胰岛素，这一过程由编码神经原 3（NGN3; 604882） 及其下游靶点，这些靶点参与胰腺内分泌分化。这些细胞在体外对葡萄糖挑战有反应，并在植入糖尿病小鼠后逆转胰岛素依赖性糖尿病。研究结果表明，GLP1-（1-37） 有效诱导肠上皮细胞产生胰岛素可能代表一种新的糖尿病治疗方法。实验在细胞和器官培养中进行。

平泽等人（2005）发现 GPR120（ 609044 ） 和 GLP1 在人结肠上皮内神经内分泌细胞中的共定位。使用包括 RNA 干扰在内的多种技术，他们表明小鼠 Gpr120 介导了小鼠肠道内分泌细胞系中游离脂肪酸诱导的 Glp1 分泌。

Dyachok 等人（2006）引入了一种新的比率消逝波显微镜方法来测量质膜下的 cAMP 浓度，并表明分泌胰岛素的 β 细胞对胰高血糖素和 GLP1 有明显的 cAMP 振荡反应。细胞内钙浓度的同时测量表明，这 2 个信使相互关联并相互加强。此外，cAMP 振荡能够诱导快速的开关钙反应，但只有 cAMP 浓度的持续升高才会诱导 cAMP 依赖性蛋白激酶的催化亚基的核转位。Dyachok 等人（2006）得出结论，他们的结果为 cAMP 建立了一种新的信号传导模式，并表明 cAMP 信号的时间编码可能构成下游细胞靶标差异调节的基础。

张等人（2007）检查了人类十二指肠活检标本，发现甜味受体 T1R2（ 606226 ） 和 T1R3（ 605865 ）、α-味觉诱导素（GNAT3; 139395 ） 和其他味觉转导元件在肠内分泌 L 细胞中的表达。小鼠肠细胞也表达 α-gustducin，Gnat3 缺失小鼠摄入葡萄糖显示 GLP1 分泌不足和血浆胰岛素调节不足（ 176730） 和葡萄糖。来自 Gnat3-null 小鼠的分离的小肠和肠绒毛显示出对葡萄糖的反应明显有缺陷的 GLP1 分泌。在人类 NCI-H716 L 细胞中，糖和人造甜味剂三氯蔗糖促进 GLP1 的释放，并被甜味受体拮抗剂 lactisole 或 α-gustducin 的 siRNA 阻断。张等人（2007）得出结论，肠道的 L 细胞通过与舌头味觉细胞相同的机制“品尝”葡萄糖。

马戈尔斯基等人（2007）证明，膳食糖和人造甜味剂增加了钠依赖性葡萄糖转运蛋白 SGLT1（SLC5A1; 182380 ） 的 mRNA 和蛋白质表达，并增加了野生型小鼠的葡萄糖吸收能力，但在缺乏 T1R3 或 α-gustducin 的敲除小鼠中没有。在小鼠 GLUTag 肠内分泌细胞中，三氯蔗糖增加了 GLP1 和 GIP（ 137240 ）、与 SGLT1 上调有关的肠道激素的释放，并增加了细胞内钙；gurmarin 对 T1R2-T1R3 甜味受体的抑制阻断了三氯蔗糖刺激的 GLP1 和 GIP 释放以及 GLUTag 细胞中钙的三氯蔗糖依赖性动员。

马吉等人（2009）发现内分泌系统分泌颗粒中的肽和蛋白质激素，包括 GLP2，以富含淀粉样蛋白的交叉 β 折叠构象储存，并得出结论，垂体和其他器官中的功能性淀粉样蛋白有助于正常细胞和组织生理学。

约尔等人（2014）在小鼠中发现了一类 GLUT4（SLC2A4; 138190 ） 调节的脂质，称为羟基脂肪酸的脂肪酸酯（FAHFA）。FAHFA 异构体的不同之处在于羟基脂肪酸（例如，棕榈酸-9-羟基-硬脂酸、9-PAHSA）上的支链酯位置。PAHSA 在体内合成并通过禁食和高脂喂养进行调节。PAHSA 水平与胰岛素敏感性高度相关，并且在胰岛素抵抗人类的脂肪组织和血清中降低。在小鼠中使用 PAHSA 可降低环境血糖并改善葡萄糖耐量，同时刺激 GLP1 和胰岛素分泌。PAHSA 还减少了脂肪组织炎症。在脂肪细胞中，PAHSA 通过 GPR120（ 609044 ） 发出信号以增强胰岛素刺激的葡萄糖摄取。约尔等人（2014 年）因此得出结论，FAHFA 是具有治疗 2 型糖尿病的潜力的内源性脂质。

他等人（2019 年）描述了一个免疫细胞亚群，整合素 β-7（ITGB7；147559）+ 天然肠道上皮内 T 淋巴细胞（天然 IEL），它分散在小肠的整个肠细胞层并调节全身代谢。缺乏天然 IEL 的 ITGB7 缺失小鼠代谢过度活跃，并且在喂食高脂肪和高糖饮食时，对肥胖、高胆固醇血症、高血压、糖尿病和动脉粥样硬化具有抵抗力。此外，他等人（2019）表明，在没有天然 IEL 的情况下对心血管疾病的保护取决于肠内分泌衍生的肠促胰岛素 GLP1，这通常由 IEL 通过 GLP1 受体（GLP1R; 138032） 的表达来控制）。在这个代谢控制系统中，IEL 通过充当限制 GLP1 生物利用度的看门人来调节肠内分泌活动。他等人（2019 年）得出的结论是，尽管当食物稀缺时 IEL 的功能可能被证明是有利的，但当今高脂肪和高糖饮食的过剩使这一代谢检查点对健康有害。

佩里等人（2020）表明胰高血糖素通过增加肝脏脂肪甘油三酯脂肪酶的活性、肝内脂肪分解、肝乙酰辅酶 A 含量和丙酮酸羧化酶（ 608786 ） 通量来刺激肝脏糖异生，同时还增加线粒体脂肪氧化，所有这些都是由刺激介导的肌醇三磷酸受体-1（INSP3R1，也称为 ITPR1；147265 ）。在大鼠和小鼠中，血浆胰高血糖素浓度的慢性生理性增加增加了肝脏中脂肪的线粒体氧化，并逆转了饮食诱导的肝脂肪变性和胰岛素抵抗。然而，这些慢性胰高血糖素治疗、逆转肝脂肪变性和葡萄糖耐受不良的作用在 Insp3r1 基因敲除小鼠中被消除。佩里等人（2020）表明他们的结果提供了对胰高血糖素生物学的见解，并表明 INSP3R1 可能代表了旨在逆转非酒精性脂肪肝和 2 型糖尿病的疗法的靶点。

▼ 基因结构

White 和 Saunders（1986）表明人类胰高血糖素基因长约 9.4 kb，包含 6 个外显子和 5 个内含子。

▼ 生化特征

低温电子显微镜

梁等人（2018）描述了人类 GLP1 受体（ 138032 ） 与 G 蛋白偏向肽 exendin-P5 和 G-α（s） 异源三聚体复合的结构，通过冷冻电子显微镜以 3.3 埃的全局分辨率测定。在细胞外表面，细胞外环 3 和近端跨膜片段的组织在毒蜥外泌肽-P5 结合结构和先前描述的 GLP1 结合 GLP1 受体结构之间有所不同。在细胞内表面，结构之间 G-α-s-α-5 螺旋接合的角度存在 6 度差异，该角度通过 G 蛋白异源三聚体遗传。此外，这些结构在 G-α（s） 蛋白的构象重组的速率和程度方面存在差异。

▼ 测绘

Tricoli 等人（1984）通过在体细胞杂交体中使用 DNA 探针将胰高血糖素分配给 2 号染色体。通过使用 DNA 探针进行原位杂交，Schroeder 等人（1984）将该基因分配给 2q36-2q37。在小鼠中，胰高血糖素由 2 号染色体编码（Lalley 等人，1987）。

Stumpf（2020）基于 GCG 序列（GenBank BC005278 ） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 GCG 基因对应到染色体 2q24.2。

▼ 动物模型

在接受高血糖高胰岛素钳夹的小鼠中，Knauf 等人（2005）表明，GLP1R 拮抗剂 exendin（9-39） 的脑血管内给药增加了肌肉葡萄糖利用和糖原含量，即使在肌肉胰岛素受体（ 147670 ） 缺失的小鼠中也是如此。相反，GLP1R 激动剂 exendin-4 的脑血管内输注降低了胰岛素刺激的肌肉葡萄糖利用。在通过静脉输注葡萄糖实现的高血糖症中，脑血管内 exendin-4 导致胰岛素分泌增加 4 倍并增强肝糖原储存。可耐福等人（2005）得出结论，在高血糖期间，脑 GLP1 抑制肌肉葡萄糖利用并增加胰岛素分泌，从而有利于肝糖原储存。

通过腺病毒介导的激素原转化酶 PC1（PCSK1; 162150 ） 转导到胰腺 α 细胞中，Wideman 等人（2006 年）在体外增加胰岛 GLP1 分泌，观察到葡萄糖刺激的胰岛素分泌得到改善，并在细胞因子治疗时提高了存活率。与正常胰岛相比，移植到 I 型糖尿病小鼠模型中的转导胰岛显示出更好的葡萄糖控制恢复能力，其空腹血糖和葡萄糖耐量与正常小鼠相匹配。