胰高血糖素（GCG）是胰岛α细胞分泌、由29个氨基酸构成的一种多肽激素，在糖代谢稳态方面起着重要作用，与胰岛素共同维持正常血糖水平。GCG的主要生理作用之一就是直接作用于肝脏，通过增加肝糖原分解、糖异生和抑制肝糖原合成来诱导肝脏葡萄糖输出量的增加。糖尿病的发病机制“双激素学说”认为，不仅胰岛素缺乏导致葡萄糖利用不足，GCG过量也是导致糖尿病发生的原因之一。GCG在能量代谢中也发挥着重要作用，作为几种代谢性疾病的重要作用靶点引起了较大关注。GCG实验室检测面临的最大的困惑是缺乏高特异性的检测手段和难以确保GCG血样的稳定。随着技术的迭代，GCG精准检测已能满足临床需求，将在代谢性疾病的诊疗中发挥越来越重要的作用。

胰高血糖素（glucagon，GCG）是胰岛α细胞生理分泌、由29个氨基酸构成的一种多肽激素。自1923年Murlin发现了GCG后，人们采用免疫荧光的方法证实了GCG来源于胰岛α细胞，从此GCG真正进入了人们的视野。随着“双激素学说”不断被认可，20世纪80年代GCG的细胞分子生物学研究取得了重大进展，逐渐揭示了GCG及其受体在临床应用中的重要作用 ［ 1 ］ 。值GCG被发现百年之际，我们对其病理生理学、研究的重要进展、实验室检测方法学的发展及检测注意事项进行梳理，以飨读者，期望GCG在代谢性疾病的诊疗中发挥越来越重要的作用。

一、GCG的病理生理学

GCG与胰高血糖素受体（glucagon receptor，GCGR）相结合，通过环核苷酸系统信号通路激活下游信号发挥作用。GCGR是一种G蛋白偶联受体，广泛存在于肝、肾、心、脂肪、大脑、胃肠道等组织，其中在肝细胞中表达最高 ［ 2 ］ 。在肝脏，GCG与GCGR结合，调节葡萄糖、蛋白质及脂肪等营养物质代谢，促进肝糖原分解和糖异生，增加肝葡萄糖输出，升高血中葡萄糖水平，加快氨基酸代谢及尿素生成，降低循环中的氨基酸浓度，刺激肝脏脂质β氧化，抑制脂质合成。

1.GCG的生理作用：GCG与胰岛素共同维持正常血糖水平，在糖代谢稳态方面起着重要作用。GCG的主要生理作用之一是直接作用于肝脏，通过增加肝糖原分解、糖异生和抑制肝糖原合成来诱导肝脏葡萄糖输出量的增加。GCG可以刺激肝脏中的氨基酸转运体，使氨基酸进入肝细胞，增加氨基酸的吸收，为葡萄糖生成提供氨基酸底物；同时，氨基酸也是刺激GCG分泌最有效的营养物质，而且是独一无二的 ［ 3 ］ 。当GCGR信号传导被破坏时，会导致氨基酸的浓度增加，之后便会以反馈方式刺激GCG的分泌，最终与胰岛α细胞的代偿性增殖有关，从而出现高胰高血糖素血症 ［ 4 ］ 。GCG通过调动储存的能量为机体提供能量，在能量代谢中发挥着重要作用。在能量需求增强的条件下，GCG分泌增加，同时能通过减少食物摄入和增加代谢率，进一步促进脂肪分解、脂质氧化及减缓胃排空来降低体重 ［ 5 ］ 。

2.GCG的分泌与调节：GCG的分泌调节非常复杂，营养物质、旁分泌、内分泌和自主神经调节都会影响α细胞GCG的分泌。正常情况下，低血糖被认为是GCG分泌的刺激因素，而高血糖则会抑制GCG的分泌。葡萄糖调节GCG分泌的机制包括α细胞本身的直接内在调节和旁分泌调节，生长抑素和胰岛素在葡萄糖浓度升高时分泌，抑制GCG的分泌。在α细胞中表达的葡萄糖激酶也在GCG分泌的葡萄糖调节中发挥作用。

影响GCG分泌调节的其他胰岛内因子包括尿皮质素3、锌、L-谷氨酸、γ-氨基丁酸、胰淀素和麻黄素等，而有助于GCG分泌调节的胰岛外因子包括胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）、胰高血糖素样肽-2（glucagon-like peptide-2，GLP-2）、葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP）、生长激素、胃泌素以及钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂等 ［ 6 ］ 。

含蛋白质的食物会强烈而迅速地刺激GCG的分泌，摄入蛋白质餐或氨基酸混合物后，胰岛素及GCG均升高。血浆脂肪酸水平降低能刺激α细胞分泌GCG，反之则抑制其分泌。生长抑素和GIP等胃肠胰激素能直接影响GCG的分泌，而生长激素和糖皮质激素等可间接影响GCG的分泌。

自主神经对胰岛细胞亦有调节作用，中枢神经系统能通过副交感神经作用于α细胞，刺激副交感神经促进胰岛素和GCG的分泌。肾上腺素、去甲肾上腺素及多巴胺等儿茶酚胺对胰岛细胞的作用主要表现为胰岛素分泌受抑制和GCG分泌的增多。体育锻炼以及应激状态（如休克、感染和精神紧张等）均可使GCG分泌增多 ［ 6 ］ 。

3.GCG在糖尿病中的作用：糖尿病的发病机制较早被认可的是Roger Unger教授在1975提出的“双激素学说”，即绝对或相对胰岛素缺乏主要导致葡萄糖利用不足，绝对或相对GCG过量导致葡萄糖大量产生，两种激素的分泌调节异常均可导致糖尿病发生。研究表明，1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者中均存在着胰岛α细胞功能紊乱，GCG分泌增多或调节受损导致血糖升高。在糖尿病前期人群中亦存在GCG水平升高的现象，糖尿病前期患者在增加葡萄糖负荷后，GCG分泌不受抑制，部分患者空腹GCG水平可较糖代谢正常人群升高50%左右 ［ 7 ］ 。

糖尿病患者由于GCG分泌不受抑制，机体长期处于高血糖状态下，造成胰岛功能进一步损伤。T2DM的发病与胰岛素抵抗和（或）胰岛素分泌障碍相关。近年来的研究发现，在T2DM患者血糖升高过程中，除胰岛素分泌异常外，同时还存在胰岛α细胞功能紊乱和GCG分泌异常 ［ 8 ］ 。正常生理状态下，当血糖过低时，血浆葡萄糖浓度的降低会使胰岛素分泌减少，GCG分泌增加。而糖尿病患者对低血糖的稳态反应受损、GCG反应不足均可引发低血糖的发生，以及既往低血糖患者易发生后续低血糖 ［ 9 ］ 。在T1DM患者中，GCG对低血糖的反应会随着时间的推移而恶化，而T2DM患者这个恶化进程相对较慢 ［ 10 ］ 。

T1DM患者的胰岛几乎没有β细胞，主要由增生的α细胞组成。由于T1DM患者α细胞不受调节，导致持续高胰高血糖素血症 ［ 11 ］ 。此外，由于没有胰岛素来对抗高胰高血糖素血症的肝脏作用，无节制的糖原分解、糖异生、生酮和高分解代谢将迅速导致酮症酸中毒、恶病质、昏迷甚至死亡 ［ 12 ］ 。

T2DM的主要特点是空腹血浆中的GCG浓度升高，葡萄糖诱导的GCG分泌抑制作用明显受损，对餐后GCG抑制不足，引起血糖持续升高 ［ 13 ］ 。同时，T2DM胰岛α细胞“默认”血糖和GCG水平较高，使其在更高血糖刺激下能够减少GCG的分泌。长期的高血糖状态会进一步加重胰岛α细胞功能失调。GCG分泌亢进，进入“高血糖引起高血糖”的恶性循环，使糖尿病病情越发严重 ［ 14 ］ 。

二、对GCG的最新研究进展及认识

长期以来，GCG一直被广泛用作治疗低血糖症的急救药物，随着深入研究显示的病理生理学意义的扩大，新兴的基于GCG的疗法显示出对体重减轻和脂肪肝疾病的有益影响，GCG作为几种代谢性疾病的新靶点越来越受到关注。

1.GCG制剂：低血糖是糖尿病常见的急性并发症之一，可能发生于任何糖尿病患者，与多种严重不良预后相关。GCG是治疗严重低血糖的标准药物。根据美国糖尿病学会2023版糖尿病诊疗标准，对2级或3级低血糖发生风险增加的患者，应予以GCG处方。相较于传统的GCG注射，GCG类似物制剂可以更快地提高血糖水平，在严重的低血糖发作期间可以使血糖水平在约10 min内提高至少1.1 mmol/L。

2.二肽基肽酶Ⅳ（dipeptidyl peptidase Ⅳ，DPP-4）抑制剂：DPP-4是一种广泛存在于生物体内的酶类蛋白，能将肽链N-末端的第二个残基上的脯氨酸或甘氨酸降解以产生N端二肽，与脯氨酸或丙氨酸一起调节生物活性肽的结构和活性，包括肠促胰素如GLP-1和GIP、细胞因子、趋化因子和生长因子等多肽均易被DPP-4降解。GLP-1和GIP由肠道细胞释放，在餐后浓度升高，参与血糖调节。当血糖水平正常或升高时，GLP-1和GIP增加胰岛β细胞合成并释放胰岛素，GLP-1抑制胰岛α细胞分泌GCG。胰岛素水平的升高和GCG浓度的减少可降低肝葡萄糖生成，从而降低血糖水平。已发现T2DM患者餐后肠促胰岛素反应缺陷以及DPP-4活性增加，降解包括GLP-1和GIP在内的多种肽，从而限制其活性。DPP-4抑制剂抑制DPP-4的活性，减少GLP-1和GIP的降解，提高GLP-1和GIP水平与生物活性来降低血糖。由于GLP-1和GIP都是以葡萄糖依赖的形式刺激胰岛素分泌，因此，没有或极少有低血糖的风险 ［ 15 ］ 。

3.GLP-1受体激动剂：GLP-1受体激动剂因其降糖效果显著、低血糖发生风险低等优势，现被广泛应用于T2DM的治疗。人体正常分泌的GLP-1半衰期较短，约2 min，易被体内DPP-4降解而失活，药物开发中，以GLP-1为基础加以结构修饰，得到半衰期更长的GLP-1受体激动剂。GLP-1受体激动剂与GLP-1受体结合，在胰腺、胃肠道、肾脏、心脏和大脑中表达。GLP-1受体激动剂可刺激胰岛β细胞增殖，促进胰岛素合成和分泌，抑制α细胞分泌GCG，减缓胃排空和肠蠕动，增加饱腹感 ［ 16 ］ 。

4.GLP-1/GIP和GLP-1/GCG双受体激动剂：此类制剂兼顾了多种激素的作用，可增强降血糖和控制体重的效果 ［ 17 ］ 。GIP是第一个被人们发现并研究的肠促胰素 ［ 18 ］ ，但其临床应用却晚于GLP-1。GIP由十二指肠和小肠近端K细胞分泌，GIP受体存在于胰腺、脂肪组织、胃黏膜、心脏、肾上腺皮质、骨骼和大脑等组织中 ［ 19 ］ 。GIP具有双重功能，在正常血糖和低血糖状态下促进GCG分泌，在高血糖状态下抑制GCG分泌。GCGR属于G蛋白偶联受体家族，该受体与GCG激素结合，参与血糖和能量调节。GCGR激动剂通过肝脏中的GCGR可使能量消耗增加，通过糖原分解和糖异生刺激肝脏葡萄糖的产生 ［ 20 ］ ，促进脂肪分解和氨基酸分解，抑制肝脏脂肪积累，在肝脏脂质代谢的调节中发挥重要作用。GCG增加能量消耗，与GLP-1增加饱腹感、减少热量摄入的作用相结合，更有利于控制血糖和减轻体重。

5.GLP-1/GIP/GCG三受体激动剂：新型GLP-1/GIP/GCG三重受体激动剂为药物降糖及减重治疗展现了新的前景。其中GLP-1受体激动剂具有促进胰岛素分泌、抑制GCG分泌、降低血糖和减轻体重等作用；GIP受体在高血糖时增加胰岛素分泌、在低血糖时则刺激GCG释放；GCGR可增加能量消耗，促进脂肪分解，参与人体血糖及能量的调节。目前，GLP-1/GIP/GCG三重激动剂已进入Ⅲ期临床试验，或将为糖尿病和肥胖症的治疗带来新契机 ［ 21 ］ 。

三、GCG实验室检测的方法学发展

GCG自发现以来，已经开展了大量生理生化及其功能的研究。然而，早期GCG的激素地位并未被充分认可，主要是限于检测技术，无法简便、有效、精准测量GCG。而临床应用面临的困惑包括两个方面：一个是由于缺乏高特异性的检测手段，难以测量到“真正的”GCG；另一个是由于GCG的不稳定性，极易降解、聚集和氧化，难以在离体采血管中稳定保存。

1959年，Roger Unger在前人研究基础上成功建立了GCG放射免疫测定（radioimmunoassay，RIA）方法 ［ 22 ］ ，这对整个领域具有里程碑的意义。然而，早年的RIA方法中使用的许多抗体对GCG特异性并不高，因此，RIA方法的准确性一度存在较大争议 ［ 23 ］ 。1982年一项对小鼠血浆进行的研究显示，50%以上被测量为GCG的物质实际上是免疫球蛋白 ［ 24 ］ 。20世纪70年代，Unger实验室从著名的兔子“30K”身上获得了一种特别合适的抗血清，这种抗血清提高了GCG RIA的灵敏度，更重要的是，它不会与胃肠道的“GCG”发生交叉反应 ［ 25 ］ 。

在胰腺中，GCG是由胰高血糖素原在激素原转化酶2（PC 2）的催化下裂解产生的。胰高血糖素原是由160个氨基酸组成的多肽，其中GCG位于第33~61个氨基酸序列。在肠道中，胰高血糖素原主要由激素原转化酶1/3（PC1/3）分解，其产物为肠高血糖素和GCG样肽1和2。位于胰高血糖素原1~69位的肠高血糖素可进一步裂解为胃泌酸调节素（第33~69号肽）。因此，肠高血糖素和胃泌酸调节素都包含整个GCG氨基酸序列，这就解释了针对GCG的抗体若特异性不强则很容易发生交叉反应，导致测量结果出现重大误差 ［ 26 ］ 。

检测技术开发中，N端抗体会与胃泌酸调节素发生交叉反应，而C端抗体则会与胰高血糖素原1~61发生交叉反应，针对GCG中间片段开发的抗体则有可能与上述所有肽结合 ［ 27 , 28 ］ 。GCG的测定需要针对两个末端的双抗体夹心技术，抗体特异性要求高

 GCG和α细胞临床研究与生物学基础研究的进展形成鲜明对比的是，由于缺乏可靠的GCG检测方法，临床研究进展落后了很多。自20世纪70年代以来一直使用的RIA方法可识别GCG C端的抗体与各种类似物存在交叉反应，因此RIA方法的准确性存在争议，人们一直在积极改进GCG检测方法。一种使用针对GCG C端和N端双抗体夹心的酶联免疫吸附试验检测方法应运而生，这种检测方法通过质谱法验证了其准确性，并广泛应用于临床研究 ［ 29 , 30 ］ 。

GCG在血液中的半衰期极短，约3~6 min，在血液采集和处理的几分钟内就开始快速降解，因此，样品采集需在冷藏保存的含有蛋白水解酶抑制剂的采血管中进行［ 31 ］。

临床实践中，不仅要研究GCG水平上升和达到峰值的过程，能够检测到GCG水平下降的过程同样重要。只有使用高特异性、高灵敏度的检测方法，才能避免与类似物的交叉反应，准确检测血清较低水平的GCG、准确反映GCG随时间变化的生理特征。

GCG在循环血液中的浓度较低，约为10 pmol/L（35 pg/ml）或更低。在低血糖状态下可升高至约20~30 pmol/L（70~105 pg/ml），而通常在高血糖状态下可降至1~2 pmol/L（3.5~7.0 pg/ml） ［ 32 , 33 ］ ，若灵敏度达不到5 pmol/L（17.5 pg/ml）以下的检测方法不适合用于评估GCG分泌情况 ［ 34 ］ 。目前，国内已有获国家药品监督管理局批准的完全液态均相化学发光法GCG测定试剂盒，配套GCG专用采血管，可有效避免GCG降解、聚合及氧化，满足临床检测需求。

四、GCG实验室检测的注意事项

GCG在血液循环中的半衰期短，采集标本时需使用专用的含特殊保护剂的真空采血管，并注意环境温度变化及避光处理，使样本中GCG在采集、处理、运输和保存的全过程中能得到最大程度的保护。

当前国际上对空腹GCG尚无统一的参考区间值，临床应用应结合空腹血糖水平，并考虑是否存在脂肪肝等情况，综合判断患者空腹GCG水平与糖尿病的相关性。同时，还要考虑降糖药物对GCG的作用，亦可通过胰岛素与GCG的比值来选择更为合适的用药方案。

胰岛α细胞功能评估通常采用口服75 g无水葡萄糖耐量试验来检测各时间点的GCG水平，从而根据趋势变化及曲线下面积综合判断α细胞的功能，这是国际公认的胰岛α细胞功能的评估方法，也是最简便、最有效的方法。胰岛α细胞功能异常主要表现为3个方面：GCG分泌曲线全面上移；口服葡萄糖耐量试验30 min GCG分泌不受抑制；3 h GCG未能恢复至空腹基础水平。对葡萄糖刺激胰岛α细胞反应不敏感者，可通过精氨酸刺激试验来评估胰岛α细胞功能 ［ 35 ］ 。

五、展望

GCG的发现距今已有100余年，然而对于GCG的确切生理作用仍有很多未解之谜。随着对GCG研究的深入，以GCG为干预靶点药物的使用，GCG检测技术的变革，GCG的神秘面纱将逐步被揭开，并将在代谢性疾病的诊疗中发挥越来越重要的作用。