全球肥胖和糖尿病的流行促使人们积极寻找有效的治疗靶点和药物。长效肽类胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP1RA）已成为减肥和抗糖尿病的一线药物。自2005年问世以来，利拉鲁肽、司美格鲁肽、度拉糖肽和艾塞那肽等肽类GLP1RA因其能直接、强效地刺激胰腺β细胞胰岛素生物合成和分泌，同时抑制胰高血糖素释放、延缓胃排空和减少热量摄入，最初被开发用于治疗2型糖尿病。近年来，GLP1RA已成为肥胖管理领域的变革性药物，其中司美格鲁肽是典范，其促进的显著且持续的体重减轻效果超越了传统干预手段，这得益于GLP-1-GLP1R系统在稳态和享乐性食欲调节中的生理作用。此外，GLP1RA的适应症已拓展至糖尿病和肥胖之外，司美格鲁肽目前已获美国FDA批准用于降低超重或肥胖个体的心血管风险、治疗糖尿病肾病以及伴有中度至重度肝纤维化的代谢功能障碍相关脂肪性肝炎。
然而，肽类GLP1RA也存在固有挑战，主要是其口服生物利用度低，需要皮下注射给药，这降低了患者的用药依从性，使储存复杂化，并限制了更广泛的患者可及性。虽然司美格鲁肽的口服片剂近期已获批用于2型糖尿病，并正在接受肥胖适应症的审评，但其给药方案需要每日一次，且需在服药前后禁食。更重要的是，要达到与注射剂型相似的疗效，所需的口服司美格鲁肽剂量显著更高，可能增加患者成本，限制其可负担性。这些局限性推动了口服用、非肽类（小分子）GLP1RA的开发，例如orforglipron (LY3502970)、danuglipron (PF-06882961)、HRS-7535和RGT-075。早期临床数据显示，orforglipron和danuglipron的降糖和减重疗效与司美格鲁肽相当。其中，orforglipron是首个成功完成2型糖尿病III期试验的小分子GLP1RA，目前正针对2型糖尿病和肥胖症推进多项III期试验。这些进展凸显了口服小分子GLP1RA在改善治疗可及性、可扩展性以及解决注射制剂依从性挑战方面的变革潜力。
但小分子GLP1RA的开发面临一个关键障碍：物种特异性受体药理学。先前的研究表明，orforglipron和danuglipron等小分子GLP1RA对小鼠GLP1R无活性，因为它们通过与经典肽类GLP1RA不同的、独特的相互作用界面结合GLP1R，其信号传导特别需要结合到细胞外结构域中一个包含灵长类动物特异性色氨酸残基（第33位，W33）的表位，而该残基对于传统肽类GLP1RA的受体激活并非必需。这种物种特异性受体激活给该类药物向临床开发推进带来了重大挑战，因为标准啮齿类模型无法将研究结果转化到人体环境，使得小分子GLP1RA研发中的临床前研究设计复杂化。这一局限性凸显了对替代性临床前策略的需求，以确保进行可靠、结论明确的疗效和安全性评估，并阐明其作用模式。
为了支持和推进小分子GLP1RA的研究，本研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，构建了一种人源化敲入GLP1R（hGLP1R）小鼠，并验证了该小鼠模型在临床前药物发现中的实用性。
研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术方法：利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建hGLP1R敲入小鼠模型；通过免疫组织化学验证人源GLP1R的表达及鼠源GLP1R的缺失；在分离的小鼠胰腺胰岛细胞中进行细胞内cAMP积累测定，以评估GLP1RA的功能活性；对orforglipron进行了药代动力学分析；通过实时监测系统评估了药物对体重、摄食量、饮水量和自发活动的影响；进行了腹腔及口服葡萄糖耐量试验以评估血糖调节功能；使用对乙酰氨基酚吸收试验评估胃排空速率；通过条件性味觉厌恶实验评估药物的厌恶潜能；在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中进行了长期药效学评价；最后，采用高分辨率三维全脑c-Fos成像技术，结合深度学习辅助的解剖学配准和计数，分析了药物对中枢神经系统的激活模式。
研究结果
免疫组化验证hGLP1R小鼠中人源化受体表达
通过CRISPR-Cas9基因组编辑技术，用人类GLP1R基因（hGLP1R）cDNA替换内源性小鼠Glp1r基因，成功构建了hGLP1R小鼠模型。免疫标记比较证实，在hGLP1R小鼠的胰腺β细胞胰岛以及下丘脑弓状核（ARH）、最后区（AP）和孤束核（NTS）等关键食欲调节脑区，鼠源GLP1R表达完全缺失，而人源GLP1R表达强烈。
肽类与小分子GLP1RA在分离的hGLP1R小鼠胰腺胰岛细胞中cAMP产生的差异功效
在从WT和hGLP1R小鼠分离的培养胰腺β细胞中，比较了肽类激动剂（GLP-1 (7–37) 和司美格鲁肽）与小分子激动剂（orforglipron和danuglipron）的cAMP反应谱。GLP-1 (7–37) 和司美格鲁肽在WT和hGLP1R小鼠的β细胞中表现出相似的cAMP产生效价（EC50）和最大反应（Emax）。相比之下，orforglipron和danuglipron在WT小鼠的β细胞中直至10 μM浓度均无活性，这与它们对人GLP1R的选择性一致。在hGLP1R小鼠的β细胞中，这些小分子显示出与GLP-1 (7–37) 和司美格鲁肽相当的效价，但均未达到完全激动剂功效，danuglipron引发的最大cAMP反应高于orforglipron。
司美格鲁肽和orforglipron改善hGLP1R小鼠的葡萄糖耐受性
在WT和hGLP1R小鼠中进行的腹腔葡萄糖耐量试验（IPGTT）显示，司美格鲁肽（10 nmol/kg）在两种基因型小鼠中均能显著降低基础血糖和IPGTT期间的血糖水平。Orforglipron（1 mg/kg）在WT小鼠中不改变葡萄糖曲线，但在hGLP1R小鼠中能显著改善基础和IPGTT血糖水平，效果与司美格鲁肽相当。在口服葡萄糖耐量试验（OGTT）中，两种化合物也显示出相似的抑制餐后血糖升高的能力。
司美格鲁肽和orforglipron降低hGLP1R小鼠的体重和摄食量
在瘦型hGLP1R小鼠中，单次给予司美格鲁肽（10 nmol/kg）或orforglipron（3.0 mg/kg）均可产生显著的体重减轻和累积摄食量抑制，效果相当。在饮食诱导肥胖（DIO）的hGLP1R小鼠中，经过4周每日一次给药，司美格鲁肽（30 nmol/kg）和orforglipron（0.3 或 3.0 mg/kg）均能剂量依赖性地降低体重和减少热量摄入。在hGLP1R DIO小鼠中，司美格鲁肽和orforglipron（3.0 mg/kg）产生的体重减轻和热量摄入减少程度相似。停药两周后，司美格鲁肽组出现补偿性摄食增加和体重几乎完全恢复，而orforglipron停药后的体重恢复程度较轻。
司美格鲁肽和orforglipron在hGLP1R小鼠中诱导条件性味觉厌恶
条件性味觉厌恶（CTA）测试表明，司美格鲁肽（10 nmol/kg）在WT和hGLP1R小鼠中均能诱导强烈的厌恶反应，效果与阳性对照顺铂（3.0 mg/kg）相当。Orforglipron（3.0 mg/kg）在WT小鼠中不诱导CTA，但在hGLP1R小鼠中产生明显的厌恶效应，其强度与司美格鲁肽相似。
司美格鲁肽而非orforglipron在hGLP1R小鼠中持续延迟胃排空
通过测量口服对乙酰氨基酚后的系统吸收率来评估胃排空。司美格鲁肽（10 nmol/kg）在WT小鼠中有效延迟胃排空，但在hGLP1R小鼠中抑制作用较弱。相比之下，orforglipron（低剂量3.0 mg/kg或高剂量10、30 mg/kg）在WT或hGLP1R小鼠中均未对胃排空产生一致的影响。
司美格鲁肽和orforglipron在hGLP1R小鼠中募集食欲调节神经回路
通过三维全脑c-Fos成像技术评估药物对中枢神经系统的激活。司美格鲁肽在WT和hGLP1R小鼠中均显著激活了包括中央杏仁核（CEA）、丘脑束旁核（PSTN）、臂旁核（PB）、孤束核（NTS）、迷走神经背核（DMX）在内的关键食欲调节区域，并在hGLP1R小鼠中额外激活了终纹床核（BST）和丘脑室旁核（PVT）。司美格鲁肽在两种基因型中也激活了与厌恶刺激、恶心和呕吐相关的最后区（AP）。Orforglipron在WT小鼠中不诱导c-Fos表达，但在hGLP1R小鼠中显著激活了BST、CEA和PB，激活水平与司美格鲁肽相当，在PVT也有适度激活，但对NTS或DMX无显著激活作用。
研究结论与讨论
本研究成功构建并全面验证了一种人源化GLP-1受体（hGLP1R）敲入小鼠模型。该模型特异性表达人源GLP1R，而不再表达鼠源受体。研究证实，该模型能够有效响应口服小分子GLP1RA（orforglipron）和注射用肽类GLP1RA（司美格鲁肽），在葡萄糖稳态调节、体重控制、摄食行为调控以及中枢神经系统激活方面展现出与临床预期相符的药理活性。
研究的关键发现在于揭示了肽类与小分子GLP1RA在药效学特征上的异同。两者在hGLP1R小鼠中均能有效改善葡萄糖耐受、减轻体重、抑制食欲并诱导条件性味觉厌恶，表明其具有类似的治疗代谢疾病的潜力。然而，它们的作用模式存在差异：司美格鲁肽能强效延迟胃排空并广泛激活脑干食欲调节中枢（如NTS、AP、DMX），而orforglipron在测试剂量下对胃排空影响不大，且对脑干区域的激活模式不同于司美格鲁肽，更侧重于前脑和部分脑干核团（如BST、CEA、PB）。这种差异可能源于两者不同的药理特性（如信号偏好性、是否为完全激动剂）和药代动力学特征（如分子大小、血脑屏障通透性）。值得注意的是，orforglipron在停药后的体重反弹较司美格鲁肽更轻，提示其可能具有不同的长期体重维持特性，但这需要进一步研究。
该hGLP1R小鼠模型的建立，克服了标准小鼠模型无法用于评估小分子GLP1RA的局限性，为这类新兴口服药物的临床前功效、安全性及作用机制研究提供了一个可靠且转化价值高的平台。研究结果强调了考虑物种特异性受体药理学在代谢疾病药物开发中的重要性。该模型有望加速针对肥胖、2型糖尿病及相关代谢疾病的新型小分子GLP1RA的发现和评估进程。本研究为理解肽类与口服小分子GLP1RA的相似性和差异性提供了重要的临床前见解，并支持进一步探索其在不同患者群体中的潜在治疗优势。
本研究已发表在《eBioMedicine》期刊上。
