文摘
Glucagon-like肽1 (GLP-1)是一个小肽激素原的组件,proglucagon,肠道内产生。Exendin-4, GLP-1受体激动剂原本孤立的唾液h . suspectum或毒蜥,是一个股票的肽序列和功能与GLP-1同源性。肽都证明刺激胰岛素分泌,抑制胰高血糖素分泌,促进饱腹感和减缓胃排空。因此,GLP-1和制药Exendin-4变得如此有吸引力的目标作为辅助治疗II型糖尿病患者,目前临床上与几个产品。这里我们总结了细胞生物学主要从肠道L-cells GLP-1生产和分泌和内分泌功能的多肽和Exendin-4人类。此外,基因治疗的应用GLP-1和讨论Exendin-4关注最近的工作使用唾腺作为基因治疗的靶器官治疗糖尿病。
1。介绍
大量的研究已经完成glucagon-like peptide-1初步鉴定以来(GLP-1) glucagon-like物质从肠道分泌反应口服葡萄糖(1]。搜索的文献标识很多文章描述原始数据以及许多优秀的评论(霍尔斯特(2),里德尔和麻醉品3),和布鲁巴克4])。因此,这不是本文的目的重复此前写什么,但是总结什么是知道GLP-1关注基因疗法使用表达式GLP-1向量和其他肠促胰岛素模拟的唾腺治疗2型糖尿病(T2DM)病人体内。
2。细胞生物学
Glucagon-like peptide-1 (GLP-1(7-37)是最初30氨基酸肽合成作为proglucagon的一部分,由180个氨基酸组成的激素原(NCBI参考人类proglucagon NP 002045.1)。在proglucagon肽躺几个较小的序列肽激素,如胰高血糖素、GLP-1, GLP-2 glicentin, oxyntomodulin。在胰腺Proglucagon表示α胰岛内肽和肠道内分泌细胞L (5,6]。在这些特殊细胞,proglucagon细胞贩卖到监管分泌通路,它可以加工成小肽激素产品上面显示。然而,由于微分表达式的激素原转化酶(pc)在每一个组织7- - - - - -10),proglucagon处理,这样在胰腺胰高糖素产生PC2 [11,12)和glp - 1在肠道产生PC1 [13- - - - - -15]。GLP-1肽可以在两末端然后进行额外的处理。氨基酸,六个氨基酸中生成一个新的、成熟的n端,参与激活glp - 1在目标组织受体(16,17]。羧基末端修剪是羧肽酶E [18]删除两个精氨酸残基,允许新暴露的甘氨酸残基酰胺化的酶,肽基α采用mono-oxygenase [19]。GLP-1是存储在L细胞分泌ranules直到刺激依赖的方式发布。glp - 1在应对分泌到血液中的味觉感受器激活(20.)和营养物质在消化道餐后(21,22)包括葡萄糖、氨基酸,最近证实,一些选定的四肽(23]。此外,神经内分泌输入(24)涉及信号通过瘦素,胰岛素,抑胃肽和毒蕈碱的受体激活(25)参与刺激GLP-1 L细胞分泌物。
3所示。内分泌学
GLP-1体内分泌后,据估计,大约有30%的循环GLP-1存活足够长的时间到达胰腺(26]。GLP-1生物半衰期为2 - 3分钟,类似于胰岛素,并迅速退化dipeptidyl氨基肽酶IV (DPP IV),到达胰腺GLP-1诱发胰岛素的分泌β肽glucose-dependent方式以及抑制胰高血糖素的分泌α肽。重要的是,它还表明GLP-1增强β细胞增殖与随后的增加β细胞质量(了27])。这导致胰岛素增加可用性条件下的高需求和恢复β细胞质量之前失去了胰腺的逐步减少β细胞质量和功能由于T2 DM。此外,GLP-1恢复葡萄糖敏感性β肽(28)和强化刺激葡萄糖利用率pancreatized狗(29日]。GLP-1也减缓胃排空功能(30.),允许更多的控制射流的营养肠和血液循环。控制释放的养分循环反过来导致更多控制养分吸收反应在体内的组织。此外,核心作用GLP-1的饱腹感已被证明的规定(31日]。
4所示。Exendin-4
Exendin-4 39个氨基酸肽,股票类似的功能性质与glp - 1在蜥蜴的毒液和被确认,毒蜥属suspectum,俗称毒蜥(了32])。而不是一个GLP-1直接同源,exendin-4股票53%和长篇GLP-1氨基酸的同源性。由于甘氨酸残基的位置,更耐民进党四世,因此降解半衰期较长的生物(~ 3 - 4 h)循环系统(33]。如前所述,exendin-4充当GLP-1受体激动剂被证明增加豚鼠胰腺(营34),刺激胰岛素分泌不仅从小鼠胰岛瘤细胞系还大鼠胰岛分离(35]。类似于GLP-1在人类和哺乳动物,exendin-4已表现出抑制胰高血糖素分泌,刺激胰岛素分泌,防止β细胞凋亡,促进β细胞增殖,促进饱腹感,抑制胃排空(32]。
5。基因传递GLP-1和Exendin-4结构
的能力glp - 1在一个及其类似物刺激胰岛素分泌glucose-dependent方式使这些分子有吸引力的潜在治疗T2 DM。然而,GLP-1短半衰期的血清会需要重复剂量,使注射用重组肽一个昂贵和不方便的治疗策略。为了克服这些缺点,许多组织探索替代方法的表达式和交付修改GLP-1肽和类似物包括细胞工程(3,36),更常见的基因治疗方法。
几组展示了表达和分泌GLP-1交付后的病毒或基因治疗载体质粒通过静脉注射(IV)注入(37- - - - - -42)或腹腔内注射43,44]。作为一个整体,这些研究说明体内表达的转基因GLP-1肽对葡萄糖体内平衡会有积极的影响,可以延缓糖尿病的发生在T1和T2 DM模型。此外,参孙和他的同事证明了静脉注射helper-dependent腺病毒编码exendin-4能够改善葡萄糖稳态在T2 DM模型(45]。有效的动物模型时,固有风险参与系统性管理基因治疗载体使目标交付向量的一种有吸引力的选择治疗的病人。
一些研究实验室的博士问:王用“plasmid-based electroporation-enhanced肌肉注射基因疗法”目标的向量编码GLP-1或exendin-4融合蛋白在小鼠模型的DM (46- - - - - -48]。在最初的研究中,一个活跃的GLP-1肽或exendin-4肽融合到重链恒定区域(Fc地区)的小鼠免疫球蛋白生成双价多肽假定的增加体内半衰期和效力。质粒编码这些构造直接注射到老鼠的肌肉与T1 DM(体外实验)或T2 DM (db / db老鼠)和循环融合肽在等离子体中发现了至少3 - 4周后注射。GLP-1融合肽显示改善葡萄糖耐量两种模型的DM (46,47]和exendin-4融合肽也显示改善葡萄糖体内平衡和改善T1 DM症状当测试小鼠的治疗慢性低剂量链脲霉素(46]。
的研究glp - 1在2010年融合肽被进一步当刘和他的同事指导特定站点集成GLP-1 / Fc融合肽的质粒DNA基因组的转基因老鼠携带人类腺相关病毒S1 - (AAVS1)整合区域(48]。最高水平的循环二价GLP-1肽是实现肌内注射后2周和随后的整合质粒构建基因组DNA,通过10周与持续的等离子体水平的分析。当测试high-fat-diet-challenged老鼠,那些表达GLP-1融合肽从肌肉减少体重增加和食物摄入量随着时间的推移,保留正常的循环瘦素,饥饿激素水平,展示了一种改进的胰岛素反应的胰岛素耐量试验。当综上所述,这些研究证明靶向基因治疗的潜在治疗糖尿病和其他内分泌缺陷。
6。唾腺作为基因治疗的靶器官治疗T2 DM
唾腺(SG)已被证明是一种有效的基因治疗的靶器官向量在一些动物模型,和I / II期临床试验的安全性和有效性评价重组adenoviral向量交付腮腺SG目前正在进行的(49]。唾液腺拥有许多特征,使其适用于基因转移(了50])。也许最重要的是这些特征与肝或肺,SGs并非重要的生命器官,发生不良反应时一个SG删除可能会影响病人的发病率。此外,由于SGs封装,系统性的病毒载体传播的可能性和随后的不良反应减少。
唾液腺能产生和分泌大量蛋白质,一个属性做SGs高度适合基因疗法治疗单一蛋白质缺乏症。除了治疗内分泌失调的诱导模型,它最近被证明了基因治疗载体交付SGs可以用来治疗先天遗传错误如Fabry疾病展品在溶酶体酶缺乏症alpha-galactosidase (51]。尽管SG上皮细胞主要是外分泌,假设SG本构分泌通路(CSP)传达了转基因蛋白质通过基底外侧膜循环(综述[49])。这是支持我们组的动物研究表明治疗相关的生长激素水平和甲状旁腺素是存在于血清SG转导后,指示潜在的SG基因疗法治疗内分泌失调(52,53]。
作为SG-mediated原理治疗糖尿病,我们最近发现,与重组腺病毒转导鼠标SGs编码GLP-1肽能够延缓T1 DM小鼠的发生(54]。在这些研究中使用的腺病毒(Ad-GLP-1)包含一个修改人类GLP-1 cDNA序列编码活动GLP-1(7-37)肽的阿拉巴马州g替换位置8 DPP-IV带来阻力。这种构造是生产生物活性肽GLP-1证明耐DPP-IV退化和从胰腺能够刺激胰岛素的分泌β肽在体外。
Ad-GLP-1当时交付给小鼠的颌下腺体retroductal滴剂(55确定路线的glp - 1在体内肽分泌和生物活性的能力。glp - 1在血清所表达的SGs检测这些老鼠和能够快速降低血清葡萄糖水平葡萄糖耐量试验相比,动物治疗控制(Luciferase-containing Ad-Luc)腺病毒。此外,符合glucose-dependent机制GLP-1行动,禁食动物的血糖水平处理Ad-GLP-1与那些接受Ad-Luc是没有区别的。
建立后,生物活性转基因GLP-1分泌的循环,我们测试的能力SG-derived glp - 1在一个改善糖尿病诱导模型。在这些研究中,Ad-GLP-1或Ad-Luc送到SGs,一天后,所有老鼠然后beta-cell-specific毒素处理四氧嘧啶,和血糖值Ad-GLP-1——或者Ad-Luc-treated老鼠实验的整个过程。从先前的实验预期,GLP-1表达和分泌SGs推迟发病alloxan-diabetes证明血清葡萄糖水平显著低于Ad-Luc-treated老鼠四氧嘧啶治疗后48 - 72 h。我们正在生成腺相关病毒(AAV)载体能够稳定,长期glp - 1在秩序和exendin-4表达测试的有效性SG-derived glp - 1在治疗基因及其受体激动剂的T2 DM模型和肥胖。初步数据表明,长期表达可能实现。
因此,SG的使用作为一个组织表达GLP-1或exendin-4腺病毒或腺相关病毒载体,展示一种手段来完成一个非侵入性的治疗糖尿病的基因治疗载体。
7所示。结论
的生物学glp - 1在基因治疗和潜在使用治疗T2 DM是显而易见的从缓存中可用的论文主题。GLP-1似乎所有必要的属性来维持体内平衡的葡萄糖水平为了有效地治疗T2 DM。的确,民进党IV抑制剂(例如,Sitagliptin)的半衰期延长病人的内生GLP-1和合成GLP-1受体受体激动剂(例如,Exenatide和Liraglutide)批准和在市场上作为辅助治疗糖尿病药治疗。只是一个时间问题,直到基因治疗方法适合诊所将开发和赶上小分子受体激动剂,工业拮抗剂和抑制剂。第一和最重要的障碍横在从实验室过渡到诊所演示这种方法的安全性。SG作为生物反应器的使用代表了一个这样的组织,允许用更少的并发症,这个问题需要解决生理和监管,而其他潜在的基因治疗的目标组织。很明显的许多成功的尝试使用基因治疗方法来表达glp - 1在动物模型或exendin-4,成功与否取决于他们的持续,在未来,监管的表达式。
作者的贡献
a . m . Rowzee和n x考利同样对本文亦有贡献。