一种肠道内 GPCR 的缺失能调节葡萄糖代谢

2022-10-28 18:01:21, HZ 美谷分子仪器（上海）有限公司

前

言

随着近年来奶茶、甜品店的遍地开花，大家纷纷爱上高糖食物带来的“快乐”。然而最新数据显示，我国糖尿病患病率从三十年前的低于 1% 迅速增长至近年来的超过 10% ，意味着如今每十人中就有一位患有糖尿病。医学上通常将糖尿病分为两类，即 1 型糖尿病和 2 型糖尿病，其中，2 型糖尿病人数占大多数，表现特征为体内胰岛素相对缺乏或胰岛素抵抗等等，通常由不良生活饮食习惯和遗传因素引起^[1]。

胃肠道中的肠内分泌细胞（EEC）能够感知管腔内容物并释放肠道激素，通过内分泌和神经元机制调节葡萄糖代谢和输送^[2，3]。GLP-1（胰高血糖素样肽-1）作为一种由 EEC 分泌的肠促胰岛素激素，可被 DPP4（二肽基肽酶 4）快速降解。基于肠促胰岛素激素的餐后降糖作用在 T2D（2 型糖尿病）中通常会被减弱的现象，长效 GLP-1 类似物和 DPP4 抑制剂在临床上用于 T2D 的治疗^[4]。除此之外，还有一种利用调控内源性 GLP-1 分泌的潜在替代疗法，但是其作用机理目前尚未可知。

来自美国 Indiana 大学医学院的 Hongxia Ren 团队在 Cell Report 杂志上发文，报道了一种肠道内的孤儿 G 蛋白偶联受体 Gpr17 ，它的缺失能够促进 GLP-1 的分泌，从而改善葡萄糖的代谢。该研究揭示了肠道内 Gpr17 的作用机理，为后续糖尿病和肥胖症的治疗方案开发提供了潜在靶点。Gpr17 最初被报道为与嘌呤能和半胱氨酰白三烯（CysLT）受体系统发育相关的孤儿 GPCR，在少突胶质细胞髓鞘形成过程中具有牵连功能，然而该团队前期研究表明， Gpr17 还是下丘脑神经元中 FoxO1（叉头盒蛋白 O1）的转录靶标，并证明了其在维持代谢稳态中的生理作用。此次报道又首次揭露，肠道 Gpr17 能调整 GLP-1 分泌并有助于调节葡萄糖代谢。

在研究初期，该团队兴奋地发现了 Gpr17 在胃肠道中产生 GLP-1 的 EEC 中的表达，并验证了其使用的商业化 Gpr17 抗体的特异性。

Figure 1 . 人小肠中 GPR17 和 GIP 的共免疫染色

随后该团队通过特异性肠道内 Gpr17 敲除小鼠模型进一步评估了肠道 Gpr17 的代谢功能。通过口服葡萄糖耐量胰岛素释放试验可以看出，无论是雌小鼠还是雄小鼠，在口服葡萄糖或玉米油 10 分钟以后，基因敲除小鼠血浆内胰岛素和 GLP-1 的含量相比于野生型均显著上升。

Figure 2. 诱导型肠道 Gpr17 敲除小鼠的实验设计

Figure 3 . Gpr17 的缺乏增强了胰岛素和 GLP-1 分泌

为了排除在基因敲除小鼠体内观察到的这一现象受到其他因素的干扰，该团队同时对野生型和基因敲除小鼠做了小肠、结肠和胰腺的形态学观察和比较，发现两者并无明显区别，肠道微生物群也并未因为 Gpr17 的敲除而发生显著变化。

最后该团队成功在培养的 EEC 和肠道类器官中表征了 Gpr17 下游信号通路。该团队通过基因敲除小鼠，成功获得了无 Gpr17 的肠道类器官，并检测到十二指肠部位中 Gpr17 的 mRNA 量显著减少了近 90% 。为了进一步厘清 Gpr17 的分子作用机理，该团队使用了体外培养的 GLUTag 细胞，这是一种已建立的小鼠肠道细胞系，可调节分泌 GLP-1。再加上已有报道过的 cAMP 信号通路可增强包括 EEC 在内的多种分泌细胞中 Ca2+ 诱导的胞吐作用^[5]，该团队测量了用 GloSensor（一种 cAMP 生物传感器）和小鼠 Gpr17（mGpr17）共转染的活体 GLUTag 细胞中的 cAMP 水平，以确定 Gpr17 是否调节 EEC 中的 cAMP 生成。在此步骤中，该团队使用 Molecular Devices 的 SpectraMax iD5 多功能读板机在环境室温下每 2 分钟读取一次发光值，以绘制 cAMP 应答曲线。

Figure 4 . cAMP 应答曲线

结果表明， Gpr17 通过抑制它的两个亚基 Gαi 和 Gβγ 的 cAMP 和 Ca2+ 信号传导，来起到负调节受营养刺激的 GLP-1 分泌的作用。相信随着对 Gpr17 的研究越加深入，未来以 Gpr17 为靶点的 2 型糖尿病治疗方法会越来越多。

Figure 5 . GPR17 如何负调节 EEC 中

营养诱导的 GLP-1 分泌的分子机制

参考文献：

[1] 朱大坑. “每两个成年人就有一个糖尿病前期，会是你吗？.” 丁香医生, 10 Sept. 2022, https://mp.weixin.qq.com/s/PQAXjqRJaGnTmPctKBanWg.

[2] Gribble, F.M., and Reimann, F. (2016). Enteroendocrine cells: Chemosensors in the intestinal epithelium. Annu. Rev. Physiol. 78, 277–299. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-021115-105439

[3] Kim, K.S., Seeley, R.J., and Sandoval, D.A. (2018). Signalling from the periphery to the brain that regulates energy homeostasis. Nat. Rev. Neurosci. 19, 185–196. https://doi.org/10.1038/nrn.2018.8.

[4] Drucker, D.J., and Nauck, M.A. (2006). The incretin system: Glucagon-like peptide-1 receptor agonists and dipeptidyl peptidase-4 inhibitors in type 2 diabetes. Lancet 368, 1696–1705. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(06)69705-5.

[5] Ezcurra, M., Reimann, F., Gribble, F.M., and Emery, E. (2013). Molecular mechanisms of incretin hormone secretion. Curr. Opin. Pharmacol. 13, 922–927. https://doi.org/10.1016/j.coph.2013.08.013

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