目前最受欢迎的GLP1类单药疗法司美格鲁肽可通过促进胰岛素分泌来控制血糖，还能持久引发饱腹感，减少食欲。但这类药物会引起恶心和呕吐等副作用，这些副作用会影响患者治疗。 2024年7月10日，Kuei-Pin Huang等人在Nature上发表了一篇题为Dissociable hindbrain GLP1R circuits for satiety and aversion的研究，研究结果指出未来的减肥药物可以通过选择性靶向孤束核NTS的GLP1R神经元，来避免引起厌恶感，从而提高治疗的依从性和有效性[1]。今天我们就来聊聊GLP1R~
1、GLP1R结构
1992年，Thorens从大鼠胰腺β细胞分离并鉴定出第一个胰高血糖素样肽-1受体（GLP1R）cDNA [2]，次年1993年克隆了人类GLP1R。GLP1R与胃抑制肽受体（GIPR）一样，属于G蛋白偶联受体(GPCR)的B1类受体家族。人源胰高血糖素样肽-1受体（hGLP1R）由位于6 号染色体上的GLP1R基因编码，大小为40kb，含14个外显子左右。人和大鼠GLP1R均含有463个氨基酸，小鼠GLP1R为489个氨基酸，与hGLP-1R同源性分别为91%和84%。
与所有B类GPCR一样，GLP1R具有100-150个残基的N端ECD，连接到一个完整的7TM结构域，这是所有GPCR的典型特征，具有七个α螺旋 (TM1-TM7)，由三个细胞内环（ICL1-ICL3）和三个细胞外环（ECL1-ECL3）隔开，另外还有一个胞内C端结构域。GLP1R蛋白N端ECD结构域可形成三层α-β-βα折叠，由三对半胱氨酸二硫键稳定。N端ECD可结合胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的C端螺旋，包含参与配体识别和结合的关键区域。与配体结合后，N端会发生构象变化，从而激活细胞内信号转导级联。跨膜结构域(TMD)可结合GLP-1的N端区域，而且在TMD结构域中，有一个极性残基的支点，可调节受体的偏向信号传导。胞内C端与胞内信号蛋白相互作用，启动下游信号通路[4]。
Figure 1. The structure of GLP1R [4]
2、GLP1R分布与功能
GLP-1R 广泛分布在胰腺、胃、十二指肠、肺、心脏、肾脏和脑等许多组织和器官中，但主要是在胰岛β细胞中表达，脑中GLP-1r 密度最高的是孤束核、后区、脚间核、后背核和腹侧被盖核、下丘脑核、丘脑核、伏隔核和侧隔[5]。
GLP1R可通过与GLP1及其类似物结合激活后发挥生物学功能。在胰岛β细胞中，GLP-1R的主要作用是促进胰岛β细胞的增殖，刺激胰岛素的合成与分泌，并抑制胰高血糖素的合成与释放。在胃肠道等组织中，GLP-1R可以抑制胃酸分泌和胃肠道的蠕动，延迟胃的排空，增加饱食感，减少食物摄取。在神经组织中，GLP-1R信号影响中枢神经系统，特别是参与食欲调节的区域。GLP-1R的激活会促进饱腹感，从而减少食物摄入量并改善体重管理。在心血管方面，GLP-1R可以提升心血管的功能，减少炎症[6]。
Figure 2. The role of GLP1 or GLP1R agonists [6]
3、GLP1R信号作用机制
如前所述，GLP1R主要通过与其配体GLP1及其类似物结合激活后发挥生物学功能，这里重点介绍GLP1R在胰腺中的信号作用机制。在胰腺中，目前认为GLP-1R主要通过Gαs /cAMP 通路发出信号，但有证据表明GLP-1R也与Gαq和其他G蛋白偶联。GLP-1R激活后，C末端发生磷酸化，进一步募集β-arrestin，导致受体内化和脱敏。Gαs/cAMP通路可直接引发葡萄糖诱导的胰岛素颗粒分泌。GLP-1R完全激活后，会与Gαs进行偶联并激活腺苷酸环化酶（AC），使ATP转化为环磷酸腺苷（cAMP），从而增加cAMP的浓度。cAMP水平升高会进一步激活蛋白激酶A（PKA）和Rap鸟嘌呤核苷酸交换因子4（RAPGEF4，又称EPAC2）。激活的PKA和EPAC2可以关闭ATP依赖性的K +通道和电压依赖性的K +通道，使细胞膜去极化，同时激活电压依赖性钙通道（VDCC），引起Ca2+内流。除了cAMP的经典功能外，cAMP/CREB通路还能诱导胰岛素受体底物2 (IRS2) 表达并促进β细胞存活，这也进一步证明了GLP-1类似物对β细胞的保护作用 [7] [8] [9] [10]。
Figure 3. Signaling pathways of GLP-1R in pancreatic β-cell [11]
除了Gαs /cAMP信号通路，GLP-1R也能偶联其他G蛋白亚型，比如Gαi、 Gαq、 Gαo、 和Gα11。最近的研究表明Gαq通路在胰腺β细胞中具有重要作用。首先，Gαq通路从磷脂酶 C (PLC)的偶联开始，将磷脂酰肌醇4,5-二磷酸 (PIP2) 转化为肌醇三磷酸3 (IP3)和二酰甘油 (DAG)，并伴随蛋白激酶C (PKC)的激活和通过IP3受体产生细胞内Ca2+ 内流。PKC 还触发ATP依赖性K+通道的关闭和TRPM4/5的激活[40]。Gαs和Gαq分别调节cAMP和 Ca2+水平 [12] [13]。然而，在复杂的G蛋白信号通路网络中存在变异机制。在某些条件下，比如细胞膜持续去极化和GLP-1浓度降低至皮摩尔，Gαs和Gαq通路会发生切换 [14]。G蛋白通路的转换阐明了药物治疗下基础胰岛素分泌的可能机制，为2型糖尿病的肠促胰岛素治疗提供了重要方向。
4、GLP1R临床药物研究进展
不完全统计，目前全球关于GLP1R临床药物共有413款，其中临床前的有近110款，处于临床阶段和已上市的共计有154款。在这154款中，GLP1R单靶点的药物有96款，双靶点GIPR x GLP1R、GCGR x GLP1R、INSR x GLP1R、FGF21R x GLP1R、GLP-2Rx GLP1R和FGF21 x GLP1R分别有19、16、7、3、2和1款。药物类型包括合成多肽、重组蛋白、小分子化药、生物类似物和融合蛋白等。这里重点展示GLP1R单靶点的药物。更多关于双靶点GIPR x GLP1R药物临床研究进展>>
- 已获批上市药物
目前，靶向GLP1R单靶点药物获批上市的共计12款，7款为合成多肽，5款为重组多肽，均为GLP1R激动剂。其中，最早获批上市的是礼来的艾塞那肽，于2005年4月上市，曾获欧盟的孤儿药认证；随后获批的是诺和诺德的利拉鲁肽，2009年6月上市，这款药也是目前全球累计销售额最高的GLP-1受体激动剂，而且，2023年到2024年间，共有相继有5款款利拉鲁肽生物类似药获批上市；Zealand Pharma的利司那肽是2013年6月获批上市，针对的适应症为2型糖尿病；2014年9月，礼来的度拉糖肽获批上市并获得中国的优先评审资格；现在火爆全球的减肥药司美格鲁肽是由诺和诺德研发，与2017年12月上市，在中国获得了突破性疗法认证，该药2024年上半年的销售额在2024年上半年全球畅销药中排名第二，仅次于默沙东的Keytruda。
利拉鲁肽和司美格鲁肽都是诺和诺德开发的GLP1R单靶点激动剂。GLP1R激动剂的产生主要是为了解决天然GLP-1半衰期短的问题。利拉鲁肽和司美格鲁肽都可以抑制摄食中枢，抑制人的食欲，让人不想吃东西，同时还能延缓胃排空，增强饱腹感，让人感觉不到饿，从而让人进食减少。二者都是皮下注射，不同的是利拉鲁肽是长效激动剂，而司美格鲁肽是超长效激动剂， 利拉鲁肽是一天打一次，司美格鲁肽是每周打一次。
- 正在申请上市的药物
目前处于上市申请阶段的GLP1R单靶点药物共有8款，包含合成多肽、融合蛋白和重组多肽三种药物类型，其中7款为GLP-1R激动剂，有3款为司美格鲁肽生物类似药。
- 临床阶段药物
全球目前处于临床1、2、3期的单靶点GLP-1R药物共有76款，其中处于临床3期的有26款、2/3期的有2款、2期的有15款、1/2期的有1款、1期的有32款，涉及的药物类型包括合成多肽、小分子化药、重组多肽和融合蛋白等，其中多数药物以小分子化药和重组多肽为主。
5、缔码全长活性GLP1R蛋白，助力GLP1R新药研发
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Human GLP1R full length protein-synthetic nanodisc (FLP100121)
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参考文献：
[1]Huang, KP., Acosta, A.A., Ghidewon, M.Y. et al. Dissociable hindbrain GLP1R circuits for satiety and aversion. Nature (2024).
[2]Thorens B (1992) Expression cloning of the pancreatic beta cell receptor for the gluco-incretin hormone glucagon-like peptide 1. Proc Natl Acad Sci USA 89:8641–8645.
[3]Graaf, C.d, Donnelly, D., Wootten, D.,et al. Glucagon-Like Peptide-1 and Its Class B G Protein-Coupled Receptors: A Long March to Therapeutic Successes. Pharmacological reviews, 2016, 68(4), 954–1013.
[4]Donnelly D. The structure and function of the glucagon-like peptide-1 receptor and its ligands. British journal of pharmacology, 2012, 166(1), 27–41.
[5]Smith, N. K., Hackett, T. A., Galli, A., et al. GLP-1: Molecular mechanisms and outcomes of a complex signaling system. Neurochemistry international, 2019, 128, 94–105.
[6]Saraiva, F.K., Sposito, A.C. Cardiovascular effects of Glucagon-like peptide 1 (GLP-1) receptor agonists. Cardiovasc Diabetol, 2014, 13, 142.
[7]Marzook, A.; Tomas, A.; Jones, B. The Interplay of Glucagon-Like Peptide-1 Receptor Trafficking and Signalling in Pancreatic Beta Cells. Front. Endocrinol. 2021, 12, 678055.
[8]Kuna, R.S.; Girada, S.B.; Asalla, S., et al. Glucagon-like peptide-1 receptor-mediated endosomal cAMP generation promotes glucose-stimulated insulin secretion in pancreatic beta-cells. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2013, 305, E161–E170.
[9]Lee, Y.S.; Jun, H.S. Anti-diabetic actions of glucagon-like peptide-1 on pancreatic beta-cells. Metabolism 2014, 63, 9–19.
[10]Rorsman, P.; Braun, M. Regulation of insulin secretion in human pancreatic islets. Annu. Rev. Physiol. 2013, 75, 155–179.
[11]Wan, W.; Qin, Q.; Xie, L.; et al. GLP-1R Signaling and Functional Molecules in Incretin Therapy. Molecules 2023, 28, 751.
[12]Bavec, A.; Hallbrink, M.; Langel, U.; et al. Different role of intracellular loops of glucagon-like peptide-1 receptor in G-protein coupling. Regul. Pept. 2003, 111, 137–144.
[13]Shigeto, M.; Ramracheya, R.; Tarasov, A.I.; et al. GLP-1 stimulates insulin secretion by PKC-dependent TRPM4 and TRPM5 activation. J. Clin. Investig. 2015, 125, 4714–4728.
[14]Shigeto, M.; Cha, C.Y.; Rorsman, P.; et al. A role of PLC/PKC-dependent pathway in GLP-1-stimulated insulin secretion. J. Mol. Med. 2017, 95, 361–368.