发现和开发基于 GLP-1 的药物彻底改变了肥胖的治疗
2024 年 Lasker~DeBakey 临床医学研究奖旨在表彰三位科学家，以表彰他们发现和开发基于 GLP-1 的药物，这些药物彻底改变了肥胖的治疗方法。 Joel Habener（马萨诸塞州总医院）和 Svetlana Mojsov（洛克菲勒大学）发现了这种激素的生理活性形式，Lotte Bjerre Knudsen（诺和诺德）将其转化为促进减肥的药物。
全球有近 9 亿成年人患有肥胖症。在美国，多达 40% 的成年人患有此病；在欧洲，患病率接近 25%。体重过多会导致多种危及生命的疾病。肥胖通常被认为是意志力的失败，但对许多人来说，饮食和锻炼并不能解决问题。从历史上看，制造安全有效的帮助人们减肥的药物的尝试都以失败告终。 Habener、Mojsov 和 Knudsen 开创了体重管理的新时代，基于 GLP-1 的药物有望显着增强健康。
20 世纪 70 年代中期，新晋内分泌学家哈本纳在马萨诸塞州总医院建立了自己的实验室，糖尿病很快引起了他的注意。通常，葡萄糖会刺激胰腺释放胰岛素，从而将糖从血液中引入细胞。在糖尿病中，胰岛素的缺乏会使血糖水平保持在高水平，而细胞则会挨饿。尽管供应胰岛素是一种治疗形式的基础，但研究人员正在探索替代策略。人们认为，另一种胰腺激素胰高血糖素可以提高血糖浓度，因此阻止它可能对糖尿病患者有益。
哈本纳决定利用分子生物学的新工具分离出编码胰高血糖素的基因。当时，美国国立卫生研究院关于重组 DNA 研究的指导方针限制了对哺乳动物基因的操作，因此他将目光转向了鮟鱇鱼，鮟鱇鱼具有优势，因为它含有一种可以产生大量胰高血糖素的特殊器官。
科学家们知道，活性肽激素是通过在特定位置剪切的酶从较大的蛋白质中释放出来的。 1982年，哈本纳报道，鱼胰高血糖素基因编码一种预测的前体蛋白，其中含有胰高血糖素，此外还含有第二种类似于胰高血糖素的肽。标记其他激素前体蛋白裂解位点的同一对氨基酸赖氨酸-精氨酸出现在多个位置。切割那里会释放胰高血糖素和第二个肽。
第二年，Graeme Bell（Chiron Corporation）发现仓鼠胰高血糖素编码基因也编码第二种鱼肽的一个版本，他将其称为胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)。人类和其他哺乳动物也得到了类似的结果。
此时，洛克菲勒大学的化学家斯韦特兰娜·莫伊索夫 (Svetlana Mojsov) 已经独立成为一名胰高血糖素爱好者。她想设计一种方法来大量生产它用于机械研究。作为这项工作的一部分，她作为研究生、博士后研究员和研究员，深入研究了激素的结构。 Mojsov 的论文导师 Bruce Merrifield（1969 年阿尔伯特·拉斯克基础医学研究奖；1984 年诺贝尔化学奖）发明了所谓的固相蛋白质合成，到 20 世纪 70 年代中期，它已成为快速生产大量蛋白质的首选技术。清洁材料的供应。
不幸的是，由于胰高血糖素的化学特性，某些氨基酸会与该过程所需的强酸发生副反应。因此，传统观点认为胰高血糖素不适合固相方法。
这个障碍并没有阻止莫伊索夫。她构思了一种避免强酸的替代策略。此外，她的方法产生了肽合成前所未有的纯度。高产量和无污染物对于她未来工作的许多方面都至关重要。
1983 年，当 Mojsov 调任马萨诸塞州总医院担任肽合成设施主任时，她改进了该方案并开始将她的专业知识应用于 GLP-1。这种肽引起了她的兴趣，部分原因是她认为它可能填补长期存在的空白。 1900 年代初，科学家提出肠道中的物质会刺激胰腺产生激素。 1964 年，研究人员证明，摄入葡萄糖比注射葡萄糖能引发更多的胰岛素释放，从而为这种“肠促胰岛素”提供了确凿的证据。他们得出结论，肠道中的某些东西会刺激胰岛素分泌。迄今为止，此类肠降血糖素尚未被识别，而 GLP-1（一种以前未知的肽，类似于已知会影响血糖水平的激素（胰高血糖素））成为了候选者。
Mojsov 对 GLP-1 假定的 37 个氨基酸链的预测序列感到困惑。不同蛋白质的相同位置存在相同的氨基酸表明它们发挥着重要的功能，但 GLP-1 以一段 6 个氨基酸开始，而胰高血糖素或其他分子相关分子中不存在这些氨基酸。 Mojsov 关注的是第 6 位的精氨酸。精氨酸被众所周知的人类酶剪切，如果 GLP-1 在该氨基酸之后开始，所得肽（现在长度为 31 个而不是 37 个氨基酸）将与其胰高血糖素家族完美对齐成员。
Mojsov 着手确定较短版本的 GLP-1[GLP-1 (7-37)] 是否可以从较长版本 [GLP-1 (1-37)] 中释放出来并充当缺失的肠促胰岛素。为此，她在单批次中合成了大量的每种纯肽，从而确保后续研究的一致性。她制造了结合共同区域的抗体；因此，它们识别这两种变体。至关重要的是，她还弄清楚了如何利用较长分子特有的氨基酸电荷，从混合物中分离 GLP-1 (1-37) 和 GLP-1 (7-37)。这些创新使她能够在组织中找到 GLP-1、区分 GLP-1 (7-37) 和 GLP-1 (1-37)，并查明活性肽。
因此，GLP-1 发现早期阶段的关键是这些宝贵的试剂和方法，它们为科学家提供了关于 GLP-1 生物学基本方面得出明确结论的手段。
莫伊索夫随后进行了第一组确定性实验。她用放射性标记了她的肽，并将其与 GLP-1 抗体一起部署，以检查 GLP-1 是否出现在动物体内。确实如此。 Mojsov 随后分离了这些肽，并确定截短的 GLP-1 (7-37) 占总数的很大一部分。 Mojsov、Habener 及其合作者于 1986 年报道称，这种较小的肽存在于自然界中，尤其是肠道中。
Mojsov 和 Habener 与 Gordon Weir（Joslin 糖尿病中心）合作，于 1987 年证明，微量的纯 GLP-1 (7-37)（例如血液中的 GLP-1）可以刺激离体大鼠胰腺的胰岛素分泌，并持续促进胰岛素分泌。即使从体内取出也能发挥作用。即使在高出 10,000 倍的浓度下，较长的形式仍保持惰性。这些观察结果表明，GLP-1 (7-37)（以下简称 GLP-1）是生理相关肽。
哈贝纳和莫伊索夫随后进入人类研究领域。他们与 David Nathan（马萨诸塞州总医院）合作，确定 GLP-1 可以促进胰岛素释放并降低循环血糖水平。这篇 1992 年的出版物证明了这种激素可能为安全的糖尿病药物奠定基础，包括诺和诺德 (Novo Nordisk)、阿斯利康 (AstraZeneca)、礼来 (Eli Lilly) 和葛兰素史克 (GSK) 在内的多家公司都认同这一想法。很快，GLP-1 的潜力就会扩大。
几年后，Knudsen 在诺和诺德掌管 GLP-1 治疗开发，1996 年，一篇论文引起了她的注意。斯蒂芬·布鲁姆（伦敦哈默史密斯医院）将 GLP-1 注射到老鼠的大脑中，动物的食物摄入量急剧下降。布鲁姆提出，这种肽会发出饱腹感信号。
由于 Ole Madsen（哥本哈根哈格多恩研究所）领导的早期动物研究的暗示，这种激素可能对抗肥胖和糖尿病的可能性已经引起了克努森的兴趣。一种与一种疾病挂钩的分子也可以对抗另一种疾病的想法打破了惯例，当克努森倡导这个想法时，她面临着阻力。然而，为了将其用于任何一种用途，她必须克服一个令人惊叹的限制。
在人体内，GLP-1 进入血液几分钟后就会消失。一种称为二肽基肽酶 4 (DPP-4) 的酶会将其分解，然后肾脏清除其余部分。为了将 GLP-1 转化为药物，科学家需要使其能够经受住这些攻击。 Knudsen 的目标是制造一种在皮下注射一次后 24 小时内保持活性的药物。
在尝试了缓释制剂和抵抗 DPP-4 介导的破坏的制剂后，她决定采用将脂肪酸附着到 GLP-1 上的策略。脂肪酸自然地粘附在循环中一种称为白蛋白的丰富蛋白质上，白蛋白将物质输送到身体各处。根据 Knudsen 的设想，白蛋白将通过血流运送其 GLP-1 货物，同时保护其免受酶破坏和肾脏过滤。脂肪酸会逐渐释放GLP-1，使其能够抓住靶细胞上的受体并触发其作用。
Knudsen 的团队制造了在多种方面有所不同的 GLP-1 类似物，包括脂肪酸长度和类型、GLP-1 内的附着位点以及化学接头。然后研究人员评估了这些化合物的行为。他们的目的是稳定该肽并延长其在动物体内的寿命，同时最大限度地发挥效力并保持氨基酸序列尽可能接近人类 GLP-1 以规避免疫反应性。 2000 年和 2007 年的两篇论文详细介绍了结果。
研究人员将注意力集中在一种候选药物上，并将其命名为利拉鲁肽（见图）。他们将皮下注射后的半衰期从 1.2 小时延长至 13 小时。它在2010年一项针对1300名2型糖尿病患者的临床试验中表现良好，不良事件大多为轻度或中度。欧洲药品管理局 (EMA) 于 2009 年批准利拉鲁肽 (Victoza®) 用于控制 2 型糖尿病患者的血糖水平，美国食品和药物管理局 (FDA) 于次年也批准了该药物。利拉鲁肽因此成为第一个每日一次的基于 GLP-1 的药物。
与此同时，积累的数据支持了 GLP-1 降低食欲和体重的观点，Knudsen 的团队为此目的开发了利拉鲁肽。在一项重要研究中，非糖尿病、肥胖或超重受试者一年内平均减重超过 12 磅。利拉鲁肽组中超过三分之一的人体重减轻了至少 5%，几乎四分之一的人体重减轻了 10% 以上。利拉鲁肽让人感觉更饱、更少饥饿，因此他们自愿少吃。 FDA 和 EMA 分别于 2014 年和 2015 年为其开了绿灯，它是第一个被批准用于治疗肥胖的基于 GLP-1 的药物 (Saxenda®)。
诺和诺德的科学家们想更进一步；让药效不是一天，而是一周。它必须以最佳方式粘附在白蛋白上：足够紧密，以便在体内持续更长时间，但足够松散，以便有足够的量释放以结合受体。
由化学家 Jesper Lau 和 Thomas Kruse 领导的寻求这种疗法的团队，用一种能够抵抗 DPP-4 裂解的分子取代了 GLP-1 中的一个氨基酸，然后系统地测试了不同的脂肪酸和化学接头组合。研究人员梳理了大约 4000 种化合物，最终找到了一种半衰期急剧延长的化合物，达到 165 小时。他们将其命名为索马鲁肽（见图）。
索马鲁肽于 2017 年获得 FDA 批准用于治疗糖尿病 (Ozempic®)，并于 2021 年获得 FDA 批准用于治疗肥胖症 (Wegovy®)。该药物的平均减重效果几乎是利拉鲁肽的两倍：16 个月内减重 28 磅。索马鲁肽的副作用大多较轻微，但严重的胃肠道问题会导致一些人停药。自 Wegovy® 进入市场以来，美国已有超过一百万人收到了该药的处方。
利拉鲁肽和索马鲁肽为强大的第二代药物开辟了新途径。礼来公司的替泽帕肽不仅含有 GLP-1，还含有另一种称为 GIP 的肠促胰岛素，比索马鲁肽具有更显着的效果。该公司添加了胰高血糖素以进一步强化其效果，服用瑞他鲁肽的个体平均体重减轻 20% 以上。
与 GLP-1 对糖尿病的影响主要作用于胰腺不同，它的食欲抑制活动主要发生在大脑中，包括克努森在内的许多研究人员正在详细描述其在大脑中的行为。研究人员正在探索其在多种疾病中的用途，包括慢性肾脏疾病、脂肪肝疾病、阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病以及成瘾。基于 GLP-1 的疗法还可以保护心血管系统，今年早些时候，FDA 批准了索马鲁肽来减少患有心血管疾病且超重或肥胖的人的心脏病和中风。
除了上述科学家之外，还有许多其他人对 GLP-1 的故事做出了关键贡献。这些人包括已故的 Werner Creutzfeldt（哥廷根大学）、Richard DiMarchi（当时在礼来公司）、Daniel Drucker（多伦多大学）、John Eng（当时在布朗克斯退伍军人事务医疗中心）、Jens Holst（哥本哈根大学） 、Michael Nauck（波鸿鲁尔大学）和 Nancy Thornberry（当时在默克）。
哈本纳、莫伊索夫和克努森通过雄心勃勃和坚定的努力，改变了众多因体重过重而影响健康的人的健康前景。他们的工作推出了一系列新的重磅药物，以前所未有的影响力推动 GLP-1 进入制药领域。
作者：伊芙琳·施特劳斯
