GLP-1R：GPCR糖稳态和能量代谢分子，2型糖尿病药物研发有效靶点！
日期：2023-08-02 13:47:52
GLP-1R属于G蛋白偶联受体（GPCR）B族成员。GPCR是近年来药物开发研宄的热门家族靶点，其中，GLP-1R的药物研发已取得显著成功！GLP-1R被认为是2型糖尿病（T2DM）最为有效的治疗靶点之一。多年的基础研究和临床研究表明GLP-1与受体GLP-1R相互作用，有效调节机体的糖稳态和能量代谢。大量研究已证实，GLP-1R在糖尿病和肥胖症中扮演着重要的调控作用，具有降糖和减重的功能。因此，越来越多的研究者对能够同时抵抗肥胖和降低血糖的GLP-1R表现出了重视和兴趣！未来，GLP-1R靶点在T2DM临床药物研发上将占据重要地位！
1. 什么是GLP-1R？
1.1 GLP-1R的结构
胰高血糖素样肽-1受体（Glucagon-like peptide-1 receptor，GLP-1R），是一种膜上的G蛋白偶联受体（GPCR）。人的GLP-1受体（hGLP-1R）基因位于人染色体6p21。结构上，典型特征是具有一个相对比较大的胞外域（ECD）和有α-螺旋束构成的7次跨膜核心域（TMD）（图1）[1]。该受体的N端胞外段长116个氨基酸残基，含有3对二硫键，在配体特异性识别中起重要作用。跨膜域由117-381位氨基酸残基组成，包括TM1-TM7及其之间的连接序列，这个结构域具有配体N端的结合位点，介导受体的激活。GLP-1R的C端胞内序列长59个氨基酸残基，是招募下游G蛋白的主要结构域 [1-3]。
图1. GLP-1R跨膜区的氨基酸残基以α螺旋形式排列 [1]
1.2 GLP-1R的表达和功能
GLP-1R在机体中广泛分布于被检测的胰岛、胃、小肠、心脏、肾脏、肺及大脑等组织中。在胃肠道中，GLP-1R可延迟胃排空，增加饱食感，控制食物摄取来减轻体重。在神经组织中，GLP-1R保护神经细胞和增强学习记忆能力。在心血管方面，GLP-1R调控心率、心室舒张压，并抑制心肌细胞的凋亡 [4-8]。GLP-1R在胰岛β细胞中发挥主要作用，GLP-1R的激活，促进胰岛素的释放，抑制胰高血糖素的释放，有助于调节血糖水平。因此，GLP-1R是糖尿病治疗的重要靶点 [4-8]。
2. GLP-1R的配体
GLP-1R的内源性配体为胰高血糖素样多肽-1（GLP-1）和胃泌酸调节素（oxyntomodulin，OXM）。胰高血糖素样多肽-1（GLP-1）和胃泌酸调节素（OXM）由肠道内的L细胞分泌，主要分布在消化系统的小肠和结肠的上皮层。当食物进入消化系统，尤其是通过小肠时，L细胞受到刺激并释放这两种肽类激素GLP-1和OXM [9-13]。
GLP-1是体内GLP-1R的主要激动剂，主要是通过“two-domain model”来激活受体。首先GLP-1 C端域（cGLP-1）同GLP-1R胞外域（ECD）形成的“affinity trap”结合，从而确保GLP-1 N端域（nGLP-1）与受体核心域（TMD）形成的“pocket”互交。这种相互作用能够有效激活PKA、PI3K、MAPK等多种下游信号通路，参与诸如胰岛素的释放，β-细胞增生，胰高血糖素释放减少，延迟胃排空等重要生理过程 [9-13]。
图2. G蛋白偶联受体与其配体结合的“two-domain model” [12]
3. GLP-1R调控的相关信号通路
GLP-1R是一种多效性偶联受体。当GLP-1R与其配体GLP-1结合时，G蛋白α亚基与β，γ亚基解离，从而引发受体变构，激活多种下游信号通路。这些信号通路包括多种G蛋白信号通路，如Gαs、Gαi、Gαo和Gαq/11，以及非G蛋白依赖的β-arrestin信号通路 [12, 14-16]。
在胰岛β细胞中，激活的GLP-1R通过偶联Gs蛋白，激活腺苷环化酶，增加cAMP含量，提高PKA和Epac2水平，导致离子通道活性改变。这一过程引起钾离子通道关闭，同时使电压依赖性钙离子通道（VDCCs）打开，促使钙离子内流，进而增加胰岛素原基因的转录和胰岛素分泌小泡释放。GLP-1通过cAMP-PKA途径提高葡萄糖感受性，刺激血糖依赖性胰岛素的分泌。GLP-1R通过G蛋白β、γ亚基激活PI3K和MAPK信号通路，诱导β细胞增值和分化 [12, 14-16]。
同时，cAMP还以PKA独立的方式与β细胞中cAMP调节的鸟苷酸交换因子（cAMP-GEFs）相互作用，激活Ras/MAPK信号通路，促进β细胞的生长和分化。GLP-1R还能通过调控cAMP反应元件结合蛋白（CREB）以及Bcl-2、Bcl-XL等蛋白复活因子来抑制细胞凋亡。近些年，也发现β-arrestin的募集也参与了GLP-1R功能 [12, 14-16]。例如，敲出β细胞中β-arrestin1会诱使cAMP的降低和胰岛素释放减少，敲出β-arrestin2的野生小鼠会产生餐后高血糖，糖耐性降低并会引起胰岛素抵抗等症状 [15]。
图3. 胰岛β细胞中GLP-1R调控的信号通路 [12]
4. GLP-1R在2型糖尿病等疾病中的作用
GLP-1R在2型糖尿病（T2DM）中已成为非常成功的药物靶点。同GLP-1的生理作用一样，不仅降糖效果显著，单独使用发生低血糖的风险小，还有减重、降压、改善血脂等作用。除糖尿病外，GLP-1R还在其他疾病中展现出潜力，如肥胖症、心血管疾病等，深入研究GLP-1R的功能，有望带来新的治疗方法和策略，为相关疾病带来积极影响。
4.1 GLP-1R和2型糖尿病
GLP-1R激动剂是一种新型抗2型糖尿病（T2DM）药物。目前大部分的降糖药会引起体重增加，如双胍类、噻唑烷二酮类TZDs、二肽基肽酶4（DPP-4）抑制剂。因此，T2DM患者迫切需要一种既可以降低血糖水平，并可以改善肥胖的药物治疗。在2型糖尿病治疗中，GLP-1R激动剂可以促进胰岛素释放、调节血糖水平，并改善胰岛素抵抗和β细胞功能 [17-20]。
也就是说，GLP-1R可同时降低血糖和改善肥胖症状。艾塞那肽（Exenatide）是第一款美国FDA批准用于治疗2型糖尿病的GLP-1R激动剂。近年来，已有多款GLP-1R靶向药研发成功，用于治疗2型糖尿病，如利司那肽（Lixisenatide）、聚乙二醇洛塞那肽（PEG-Loxenatide）、司美格鲁肽（Semaglutide）、贝那鲁肽（Beinaglutide）、艾塞那肽（Exenatide）、利拉鲁肽（Liraglutide）等 [17-22]。
4.2 GLP-1R和肥胖症
在某些病理状态下，肥胖患者可能会出现胰岛素抵抗，但他们的胰岛β细胞会增加胰岛素的分泌，以适应这种情况。但这种代偿性增加的胰岛β细胞在一段时间后可能会减退或衰竭，导致糖代谢紊乱，引发糖尿病。因此，糖尿病的高危因素与肥胖和超重等因素密切相关。大量研究揭示，糖尿病肥胖及糖尿病患者，其胰腺GLP-1R蛋白在胰腺的表达是逐渐下降的，这说明GLP-1R表达的下降是肥胖患者更易发展为糖尿病的重要病理机制之一 [23-26]。
4.3 GLP-1R和其它疾病
GLP-1R与糖尿病的多种并发症相关，尤其是动脉粥样硬化性心血管疾病。研究表明，GLP-1R激动剂（GLP-1RA）除了降血糖外，还能独立保护心血管系统。GLP-1R激动剂可通过调控巨噬细胞向M2型极化，在冠状动脉粥样硬化进程中发挥保护作用 [27-28]。
此外，在脊髓损伤研究中，GLP-1RA利拉鲁肽干预显示出促进运动功能恢复和保护脊髓组织的潜力 [29]。另外，在多囊卵巢综合症（PCOS）的研究中，GLP-1RA联合二甲双胍治疗可降低超重或肥胖PCOS患者的黄体生成素（LH）水平 [30]。进一步研究发现，GLP-1RA艾塞那肽通过调节下丘脑SIRT1和kisspeptin表达改善PCOS病情 [31-32]。
5. GLP-1R的临床在研药物
根据Pharmsnap的数据，目前有200多款基于GLP-1R靶点的药物正在进行临床研究。这些药物主要是GLP-1R激动剂，其中包括许多基于GLP-1R治疗糖尿病的小分子先导化合物。如前所述，多个GLP-1R药物已经上市，主要用于2型糖尿病治疗。近年来，也出现了基于GLP-1R的单抗、双抗等生物药，如GCGR x GLP-1R、GDF-15 x GIP-1R、FGF21 x GIP-1R双激动剂（表1）。这些基于GLP-1R的靶向药物有望更有效地管理血糖和调节血脂，同时延缓2型糖尿病患者的相关并发症，并改善患者的生活质量。这些探索对于下一代糖尿病药物的研发具有重要的临床应用意义！
| 药物 | 靶点 | 作用机制 | 在研适应症 | 药物最高研发状态（全球） | 药物类型 | 在研机构 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GMA102/105（重组抗人GLP-1受体人源化单克隆抗体） | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病；肥胖；超重 | 临床3期 | 单克隆抗体 | 鸿运华宁（杭州）生物医药有限公司（Gmax Biopharm LLC） |
| Recombinant GLP-1 receptor agonists (Beijing Lepu)（重组GLP-1受体激动剂 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病；肥胖 | 临床3期 | 重组蛋白 | 北京乐普医药科技有限公司 |
| Ecnoglutide | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 肥胖；超重；非酒精性脂肪性肝炎；阿尔茨海默病 | 临床3期 | 重组蛋白 | 杭州先为达生物科技有限公司 （Hangzhou Sciwind Biosciences Co., Ltd.）； Sciwind Biosciences APAC CO Pty. Ltd. |
| Efinopegdutide | GCGR+GIP-1R | GCGR激动剂； GIP-1R激动剂 |
非酒精性脂肪性肝炎；2型糖尿病 | 临床2期 | 重组蛋白 | Merck Sharp & Dohme LLC；韩美药品株式会社 （Hanmi Pharmaceutical Co., Ltd.）；Merck Gesellschaft mbH |
| GMA-106（重组人胰高糖素样肽1修饰抗人葡萄糖依赖性促胰岛素释放肽受体的人源化单克隆抗体） | GIPR+GIP-1R | GIPR拮抗剂； GIP-1R拮抗剂 |
2型糖尿病；非酒精性脂肪性肝炎；肺沉着症；超重；肥胖；非酒精性脂肪性肝炎；糖尿病 | 临床1期 | 双特异性抗体 | 鸿运华宁（杭州）生物医药有限公司 （Gmax Biopharm LLC）；中国生物制药有限公司 （Sino Biopharmaceutical Ltd.） |
| IRDye800CW-exendin-4 | GIP-1R | GIP-1R激动剂；诊断染料分子 | 2型糖尿病 | 临床阶段不明 | 其他体内诊断药物；合成多肽 | Radboud University Nijmegen |
| ZT-007 | GDF-15+GIP-1R | GDF-15激动剂； GIP-1R激动剂 |
肥胖 | 临床前 | 重组蛋白 | 北京质肽生物医药科技有限公司 （Beijing QL Biopharmaceutical Co.,Ltd） |
| ZT-003 | FGF21+GIP-1R | FGF21激动剂； GIP-1R激动剂 |
肥胖；非酒精性脂肪性肝炎 | 临床前 | 重组蛋白 | 北京质肽生物医药科技有限公司 （Beijing QL Biopharmaceutical Co.,Ltd） |
| HTB-C041 | Collagen+GIP-1R | 胶原蛋白刺激剂；GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病 | 临床前 | 重组蛋白 | 上海惠盾生物技术有限公司 （Shanghai Humantech Biotechnology Co.Ltd） |
| HDM-1005 | GIPR+GIP-1R | GIPR激动剂； GIP-1R激动剂 |
糖尿病；肥胖 | 临床前 | 双特异性抗体 | 华东医药股份有限公司 （Huadong Medicine Co., Ltd.） |
| P-017 | GIP-1R | GIP-1R拮抗剂 | / | 临床前 | 单克隆抗体 | 株式会社NB健康研究所 （NB Health Laboratory Co. Ltd.） |
| TB-01-3 | GIP-1R | GIP-1R拮抗剂 | 低血糖 | 临床前 | 单克隆抗体 | 扭轉生物科技有限公司 （Twist Bioscience Corp.） |
| P-11 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病 | 临床前 | 重组蛋白 | Protheragen, Inc. |
| GZR-18 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病；肥胖；超重 | 临床2期 | 生物药 | 甘李药业股份有限公司 （Gan & Lee Pharmaceuticals Co., Ltd.） |
| HR-17031 | GIP-1R+INSR | GIP-1R激动剂；INSR激动剂 | 2型糖尿病 | 临床2期 | 生物药 | 江苏恒瑞医药股份有限公司 （Jiangsu Hengrui Pharmaceuticals Co., Ltd.） |
| NPM-119 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病 | 临床2期 | 生物药 | 纳诺精密医疗有限公司 （Nano Precision Medical, Inc.）；Vivani Medical, Inc. |
| NN-9277 | GCGR+GIP-1R | GCGR激动剂； GIP-1R激动剂 |
超重 | 临床1期 | 生物药 | 诺和诺德 （Novo Nordisk A/S） |
| XW-014 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病；非酒精性脂肪性肝炎；肥胖 | 临床1期 | 生物药 | 杭州先为达生物科技有限公司 （Hangzhou Sciwind Biosciences Co., Ltd.） |
| HL-08 | GIP-1R | GIP-1R调节剂 | 2型糖尿病 | 临床1期 | 生物药 | 华兰生物工程股份有限公司 （Hualan Biological Engineering, Inc.） |
| VTC-G15 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 1型糖尿病 | 临床1期 | 生物药 | Mass General Brigham, Inc. |
| XW-015 | 胰淀素+GIP-1R | 胰淀素激动剂；GIP-1R激动剂 | 肥胖 | 临床前 | 生物药 | 杭州先为达生物科技有限公司 （Hangzhou Sciwind Biosciences Co., Ltd.） |
| LBT-6030 | GIPR+GIP-1R | GIPR激动剂；GIP-1R激动剂 | 糖尿病 | 临床前 | 生物药 | Longevity Biotech, Inc. |
| HYBR-011 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病 | 临床前 | 生物药 | 上海仁会生物制药股份有限公司 （Shanghai Benemae Pharmaceutical Corp.） |
| BEM-012 | GIP-1R | GIP-1R激动剂 | 2型糖尿病 | 药物发现 | 生物药 | 上海仁会生物制药股份有限公司 （Shanghai Benemae Pharmaceutical Corp.） |
表1：GLP-1R的临床在研药物（部分）
为鼎力协助科研和药企人员针对GLP-1R在糖尿病、肥胖症等疾病中的临床应用中的研究，CUSABIO推出GLP-1R活性蛋白（Code: CSB-MP009514HUb1）产品，助力您在GLP-1R机制方面的研究或其潜在临床价值的探索。（点击查看GLP-1R系列产品：GLP-1R蛋白；GLP-1R抗体；GLP-1R试剂盒）
GLP-1R蛋白
Recombinant Human Glucagon-like peptide 1 receptor(GLP1R),partial (Active)（Code: CSB-MP009514HUb1）
High purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE. SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized Human GLP1R at 2 μg/mL can bind Anti-GLP1R recombinant antibody (CSB-RA009514MA1HU), the EC50 is 54.54-94.23 ng/mL.
GLP-1R抗体
GLP1R Recombinant Monoclonal Antibody (Active)（Code: CSB-RA009514MA1HU）
anti-GLP1R antibody
Activity: Measured by its binding ability in a functional ELISA. Immobilized Human GLP1R (CSB-MP009514HUb1) at 2 μg/mL can bind Anti-GLP1R recombinant antibody, the EC50 is 54.54-94.23 ng/mL.
Untransfected HEK-293T cells surface (green line) and transfected Human GLP1R HEK-293T stable cells surface (red line) were stained with anti-GLP1R antibody (2µg/1*106 cells), washed and then followed by FITC-conjugated anti-Human IgG Fc antibody and analyzed with flow cytometry.
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