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GHSR基因缺陷与LEAP2治疗增强利拉鲁肽在雄性小鼠中依赖代谢状态的降糖作用
《Life Sciences》:Genetic GHSR deficiency and LEAP2 treatment enhance the glucose-lowering effects of liraglutide in male mice in a metabolic state-dependent manner
编辑推荐:
目的:利拉鲁肽是一种胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)激动剂,可降低血糖,用于治疗2型糖尿病(T2D)和肥胖症。生长激素促分泌素受体(GHSR)的激活会升高血糖。本研究旨在确定GHSR抑制是否能增强利拉鲁肽的降糖效果。
材料与方法:研究人员在自由进食、禁食
目的:利拉鲁肽是一种胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)激动剂,可降低血糖,用于治疗2型糖尿病(T2D)和肥胖症。生长激素促分泌素受体(GHSR)的激活会升高血糖。本研究旨在确定GHSR抑制是否能增强利拉鲁肽的降糖效果。
材料与方法:研究人员在自由进食、禁食和餐后条件下,研究了利拉鲁肽在GHSR基因敲除小鼠或接受GHSR药理学阻断的小鼠中的急性降糖作用。研究人员还利用转录组学和免疫标记方法在鼠胰岛中,以及利用公开的转录组数据集在人类胰腺组织中,探讨了这种相互作用的潜在细胞基础。
主要发现:在自由进食的GHSR-null和对照小鼠中,利拉鲁肽降低血糖的效果相似。在禁食后,利拉鲁肽在雄性(而非雌性)GHSR-null小鼠中比在对照小鼠中更能有效地减弱餐后血糖升高。利拉鲁肽降低了禁食的GHSR-null雄性小鼠的血糖,但对野生型(WT)雄性小鼠无效。在雄性小鼠中,使用LEAP2(肝脏表达抗菌肽2)类似物(一种内源性GHSR拮抗剂和反向激动剂)预处理,增强了利拉鲁肽在餐后和禁食条件下的降糖效果。在鼠胰岛中,GHSR和GLP-1R的共表达有限。在人胰岛中,它们的共表达同样有限,并且富集于δ细胞,但在β细胞中也检测到,其中GHSR+/GLP-1R+细胞的比例在T2D供体中更高。
意义:GHSR抑制以性别依赖的方式增强利拉鲁肽的降糖效果,凸显了GHSR作为提高GLP-1R激动剂疗效的潜在靶点。
论文解读文章
一、研究背景与目的
胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)激动剂是治疗2型糖尿病(T2D)和肥胖症的重大进展,通过增强葡萄糖依赖性胰岛素分泌、延缓胃排空和抑制食欲来改善血糖控制。然而,其临床应用仍面临挑战,如疗效的个体差异大、停药后效果易反弹,以及常见的胃肠道不良反应,这些都限制了其长期使用。因此,寻找能够增强GLP-1R激动剂疗效并减少副作用的新策略至关重要。
与此同时,生长激素促分泌素受体(GHSR)系统已被确认为能量稳态的关键调节器。GHSR是两种对能量平衡具有相反作用的激素——胃饥饿素(ghrelin)和肝脏表达抗菌肽2(LEAP2)的受体。胃饥饿素作为GHSR激动剂,可刺激食物摄入并升高血糖;而LEAP2则作为GHSR的拮抗剂和反向激动剂,降低食物摄入和血糖。尽管临床前证据强烈表明抑制GHSR可降低血糖,但目前尚无合成的GHSR靶向配体被批准用于临床治疗肥胖症或T2D。LEAP2的发现为药理学上利用这一通路提供了新的可能性。
已有证据表明,GLP-1R和GHSR系统在功能上相互作用,例如,GLP-1R激动剂可阻断胃饥饿素诱导的摄食行为变化。此外,研究人员此前已证明,在缺乏GHSR的小鼠中,GLP-1R激动剂利拉鲁肽的厌食作用得到增强。鉴于GLP-1R和GHSR的激活对血糖控制具有相反的作用,研究人员假设,GHSR的阻断可能同样增强GLP-1R激动剂的降糖作用。本研究旨在直接检验这一假设,并探讨其潜在的细胞基础。
二、研究方法概述
为探究GHSR抑制对利拉鲁肽降糖作用的影响,研究人员开展了一系列小鼠体内实验。实验使用了野生型(WT)小鼠、GHSR基因敲除(GHSR-null)小鼠以及表达eGFP的GHSR-eGFP报告小鼠。研究在自由进食、禁食后复喂(餐后)和持续禁食(空腹)三种不同的代谢状态下,比较了利拉鲁肽与安慰剂对血糖和食物摄入的影响。此外,研究人员还使用了两种药理学工具来阻断GHSR:合成的GHSR阻断剂JMV2959和棕榈酰化的LEAP2(1–14)类似物(palmLEAP2)。为探究相互作用的细胞基础,研究人员通过免疫荧光标记技术,在GHSR-eGFP小鼠的胰腺切片上分析了GHSR与GLP-1R的共表达情况。同时,研究人员还利用公开的小鼠胰岛单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集(GSE244390,来源于8周龄雄性小鼠)和整合的人类胰腺分析计划(HPAP)胰岛图谱数据集(包含101名供体,其中67名健康,34名T2D),在转录组水平上分析了两种受体在不同胰岛内分泌细胞类型中的共表达模式及其在T2D状态下的变化。
三、主要研究结果
1. 利拉鲁肽在自由进食的GHSR-null和WT小鼠中同等降低血糖
在自由进食条件下,无论雄性还是雌性,利拉鲁肽均能显著降低GHSR-null和WT小鼠的血糖,且未观察到基因型与治疗之间的显著交互作用。这表明在饱食状态下,GHSR信号缺失不影响利拉鲁肽的急性降糖效果。
2. 利拉鲁肽在禁食后雄性GHSR-null小鼠中更有效地降低餐后血糖升高
在禁食后复喂的餐后模型中,利拉鲁肽在雄性GHSR-null小鼠中比在WT雄性小鼠中更显著地抑制了1小时食物摄入和餐后血糖的升高。线性回归分析显示,餐后血糖的升高主要受食物摄入量驱动,而基因型并非独立预测因素。在雌性小鼠中未观察到这种基因型差异。
3. 利拉鲁肽降低禁食的GHSR-null雄性小鼠的血糖
在持续禁食(无食物摄入)的条件下,利拉鲁肽对WT雄性小鼠的血糖无显著影响,但能显著降低GHSR-null雄性小鼠的血糖约21%。尽管血糖反应存在差异,但两组小鼠的血浆胰岛素和胰高血糖素水平变化相似,表明这种增强的降糖作用并非简单地通过放大经典的促胰岛素分泌效应实现。
4. 利拉鲁肽在经palmLEAP2预处理的禁食雄性小鼠中降低血糖
在禁食条件下,palmLEAP2预处理能够增强利拉鲁肽的降糖效果,使其在WT雄性小鼠中也显著降低血糖。在餐后条件下,palmLEAP2预处理也增强了利拉鲁肽抑制食物摄入和减弱餐后血糖升高的效果。配对喂养实验证实,餐后血糖升高的减弱部分归因于食物摄入的减少。然而,使用另一种GHSR阻断剂JMV2959进行预处理,并未能增强利拉鲁肽的任何效果,表明不同的GHSR药理学操作在功能上并不等价。
5. GHSR和GLP-1R在δ细胞、γ细胞和β细胞的少数亚群中共表达
通过免疫荧光标记,研究人员在GHSR-eGFP小鼠的胰岛中检测到GHSR(eGFP+)和GLP-1R的共表达。定量分析显示,约25.8%的eGFP+细胞同时也是GLP-1R+。三重标记进一步鉴定出eGFP+/GLP-1R+/SST+(δ细胞)、eGFP+/GLP-1R+/PP+(γ细胞)和eGFP+/GLP-1R+/INS+(β细胞)的存在。在禁食状态下,共表达的比例相似。
6. 小鼠胰腺中Ghsr和Glp1r在δ细胞的一个小子集中共表达
对小鼠胰岛scRNA-seq数据的分析显示,Ghsr表达富集于δ细胞,而Glp1r表达主要见于β细胞。全胰岛水平的分析表明两种受体的表达存在显著分离,双重阳性细胞仅占δ细胞的0.27%和β细胞的0.05%。在β细胞和δ细胞内部,两种受体的表达是独立发生的。
7. 人类胰腺α、β和δ细胞中共表达GHSR和GLP1R,且在T2D中频率改变
在人类胰岛数据集中,GHSR表达主要在δ细胞(37.1%)和β细胞(2.6%)中检测到,而GLP1R表达富集于β细胞(48.3%)和δ细胞(31.5%)。双重GHSR+/GLP1R+细胞占所有内分泌细胞的0.9%,在δ细胞中最为丰富(13.3%)。在T2D供体中,β细胞和δ细胞中双重阳性细胞的比例显著高于健康供体,这种增加在β细胞中与GHSR表达水平的升高相关,并且在调整年龄和BMI后,β细胞的效应依然显著。
四、讨论与结论
本研究表明,GHSR信号是GLP-1R介导的血糖控制的重要调节器。GHSR的缺失或通过LEAP2类似物进行药理学阻断,能够在雄性小鼠的餐后和空腹状态下增强利拉鲁肽的降糖效果,但这种增强作用依赖于代谢状态。在餐后状态下,增强的降糖效果很大程度上归因于利拉鲁肽在GHSR信号减弱或缺失背景下诱导的更大幅度的食物摄入减少。而在空腹状态下,利拉鲁肽在无GHSR信号时能发挥不依赖食物摄入的降糖作用,其机制尚不完全清楚,可能与中枢机制或胰岛内旁分泌相互作用有关,而非简单的循环激素水平变化。
研究还发现,GHSR和GLP-1R在小鼠和人类的胰岛细胞中存在有限的共表达,主要富集于δ细胞,在人类β细胞中也有检测。在T2D供体中,β细胞和δ细胞中双重阳性细胞的比例显著增加,且β细胞中GHSR表达上调,这提示在T2D状态下,GHSR活性的增加可能损害β细胞功能或降低对基于肠促胰岛素的治疗的敏感性。
总之,本研究得出结论:GHSR抑制能够以性别依赖的方式增强利拉鲁肽的降糖效果,凸显了GHSR作为提高GLP-1R激动剂疗效的潜在靶点。研究结果支持了通过联合调节GHSR和GLP-1R通路来改善血糖控制,特别是增强β细胞反应性的治疗策略,为开发更有效的糖尿病联合治疗方案提供了新的理论基础和转化前景。