胰島素研究的進展

1、PAGE9胰島素研究的進展摘要近年來胰島素的研究在各個方面進展均迅速，在胰島素生理功能方面，除了經(jīng)典的代謝調(diào)節(jié)作用外，還具有促生長作用，可能是體內(nèi)一種重要的生長調(diào)節(jié)因子。此外，本文還介紹了胰島素與其受體相互作用、胰島素蛋白質(zhì)工程研究進展，以及胰島素及其類似物在臨床應(yīng)用的前景。關(guān)鍵詞胰島素胰島素受體促生長作用糖尿病1869年德國的朗格漢斯（Langerhans）發(fā)現(xiàn)，在胰腺內(nèi)除有眾多的腺泡外，還散在有一群群非腺泡細胞，它們在宛如大海的胰腺中，猶如點綴著的星星小島，稱為胰島。成年人胰腺中約有170萬200萬個胰島，以胰尾部的密度較大，每個胰島的直徑從75m175m不等，總重量僅占胰腺總重量（90g

2、）的12。胰島細胞在體內(nèi)究竟起什么作用，曾引起眾多科學(xué)家的關(guān)注，直到1921年，加拿大的班亭（Banting）和貝斯特（Best）從胰腺中分離出純化的胰島素后，胰島分泌胰島素及其與血糖的關(guān)系才大白于天下。作為治療糖尿病的特效藥，胰島素的發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學(xué)史上具有劃時代的意義，它在千百萬糖尿病人心中燃起了生命的希望。1細胞胰島內(nèi)有多種內(nèi)分泌細胞，分泌胰島素的細胞稱為細胞。細胞約占胰島細胞總數(shù)的6080，主要分布在島的中心，周圍圍繞有A細胞、D細胞和ylin）的多肽，它具有抑制胰島素分泌和拮抗胰島素作用的生物活性，與糖尿病的發(fā)生有一定關(guān)系。2胰島素的生物化學(xué)細胞首先合成的是一個大分子的前胰島素原，以后加工

3、成由86個氨基酸殘基組成的胰島素原。在酶的作用下，胰島素原又進一步裂解，產(chǎn)生一個胰島素分子和一段連接肽（C肽）。胰島素是含51個氨基酸的小分子蛋白質(zhì)，分子量約6000，分子中有2個肽鏈（A鏈和B鏈），通過2個二硫鍵結(jié)合在一起。各種哺乳動物的胰島素分子的氨基酸組成雖有差異，但差異不大，因此，在治療人胰島素分泌不足時，可注射豬或牛的胰島素，但長期使用也可因抗體的產(chǎn)生而影響治療效果。C肽是胰島素生成過程中的產(chǎn)物，其數(shù)量與胰島素分泌量有平行關(guān)系。C肽無胰島素活性，但由于它的半衰期比胰島素長，且不受胰島素抗體或外源性注射的胰島素的影響，臨床上常測定C肽在血液中的濃度以反映細胞的分泌功能。1965年我國生

4、化學(xué)家首先人工合成具有高度生物活性的胰島素，成為人類歷史上第一次人工合成蛋白質(zhì)的創(chuàng)舉。近年來隨著基因工程的發(fā)展，人們已能大規(guī)模生產(chǎn)重組人胰島素，迄今已獲得了300多種胰島素類似物，包括不同種屬動物的胰島素、化學(xué)合成的類似物，以及多種基因工程突變的類似物。其中有些類似物在速效、長效、高效等方面，具有比天然胰島素更好的優(yōu)點，展現(xiàn)出光明的臨床應(yīng)用前景。此外，把人類胰島素的基因移植到別的生物體（如大腸桿菌），使后者獲得合成人胰島素的能力，以生產(chǎn)大量人胰島素，并能代代相傳的基因移植工程，也已成為科學(xué)家們攻克的目標(biāo)?？傊?，胰島素已成為蛋白質(zhì)化學(xué)史上研究最廣泛和最深入的蛋白質(zhì)之一。3胰島素的作用及分泌調(diào)節(jié)胰

5、島素是一種多功能的蛋白質(zhì)激素，它對人體物質(zhì)代謝有著廣泛而深刻的調(diào)節(jié)作用，同時，它還是一種重要的生長調(diào)節(jié)因子，可刺激多種細胞的增殖與分化。胰島素對代謝的調(diào)節(jié)作用已廣為人知，對糖代謝，它促進組織細胞對葡萄糖的攝取和利用，它還加速糖原的合成、抑制糖原的異生，因此具有降血糖作用，是體內(nèi)唯一的降血糖激素。對于維持糖穩(wěn)態(tài)具有重要作用，當(dāng)胰島素分泌不足時，血糖會急劇升高。胰島素不僅對糖，它對脂肪和蛋白質(zhì)的合成也有促進作用，因此，胰島素對代謝的作用的總趨向是促進營養(yǎng)物質(zhì)以不同形式保存起來，人們常將其稱為“貯存激素”。胰島素代謝作用的主要靶器官是肝臟、脂肪組織和骨骼肌。3大營養(yǎng)物質(zhì)主要都貯存在這3種組織中。正常

6、人體內(nèi)胰島素的分泌有2個層次，一是長期的低水平釋放，在血液中維持一個基礎(chǔ)值（35145l），以保持正常的血糖水平；另一層次是在進食后短暫的、快速高水平釋放，以適應(yīng)飯后快速降低血糖濃度的需要，通常在飯后3060min內(nèi)，人血中胰島素濃度達到高峰，23h內(nèi)恢復(fù)到基礎(chǔ)水平。血液中葡萄糖、氨基酸和脂肪酸都是刺激胰島素分泌的有效因素，但正常情況下，血液葡萄糖濃度是胰島素分泌的最重要調(diào)節(jié)物。葡萄糖的有效閾濃度為90100mgdL，血糖濃度為300500mgdL時，胰島素分泌量達最大值。在高糖刺激下，首先引起細胞內(nèi)貯存的激素迅速釋放，但這一時相持續(xù)時間不長，510min后胰島素分泌即下降50；隨后由于細胞內(nèi)

7、胰島素合成酶系統(tǒng)的激活，胰島素的合成和分泌又逐漸增多；若高糖刺激持續(xù)1周左右，它還可由細胞的增生而進一步增加分泌。除營養(yǎng)物質(zhì)外，胰島素分泌還受體內(nèi)神經(jīng)和激素的調(diào)節(jié)。刺激迷走神經(jīng)可使胰島素分泌增加，而交感神經(jīng)通過去甲腎上腺素作用于受體抑制胰島素分泌。食物進人腸道后，腸道粘膜中內(nèi)分泌細胞分泌的多種胃腸激素，對胰島素分泌有重要生理意義。作為腸道信號，在血糖尚未大幅度升高時，提前刺激胰島素分泌，使機體為應(yīng)付營養(yǎng)物質(zhì)大量吸收入血而作好準(zhǔn)備，從而避免了血糖水平在攝食后過度升高而從尿中丟失糖。具有這種促胰島素分泌作用的胃腸激素有抑胃肽（GIP）、腸高血糖素樣肽-1（GIP1）等，它們被統(tǒng)稱為腸促胰島素（in

8、cretin），是腸-胰島軸的重要組成部分。胰島內(nèi)的其它內(nèi)分泌細胞分泌的激素，如胰高血糖素、生長抑素等，通過旁分泌途徑或局部微循環(huán)，與細胞之間具有相互制約的關(guān)系。4胰島素受體和受體后過程胰島素與靶組織細胞相互作用引起一系列生物效應(yīng)，首先必須和細胞表面的胰島素受體相結(jié)合，幾乎體內(nèi)所有的細胞表面均存在具有高度特異性和高度親和性付胰島素受體。胰島素受體是靶細胞膜上的一種固有糖蛋白，屬于酪氨酸激酶受體家族，即具有受體自磷酸化激活的酪氨酸激酶活性。胰島素受體是由2個亞單位和2個亞單位構(gòu)成的四聚體，亞單位之間通過二疏鍵相連結(jié)。亞單位裸露于細胞膜外，為結(jié)合單位，是胰島素與受體相結(jié)合的部位；亞單位是跨膜蛋白，

9、為效應(yīng)調(diào)質(zhì)單位。胰島素與亞單位結(jié)合后，即引起亞單位受體蛋白中酪氨酸殘基磷酸化，成為激活的酪氨酸激酶。目前認(rèn)為，胰島素受體的自磷酸化是胰島素發(fā)揮生理作用的早期現(xiàn)象?；罨氖荏w隨后引起細胞內(nèi)胰島素受體底物的磷酸化，信號由此傳導(dǎo)下去，并逐級放大，產(chǎn)生生物效應(yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定出了多種胰島素受體酪氨酸激酶的胞內(nèi)底物，其中廣泛存在的胰島素受體底物-l（IRSl）被認(rèn)為是一種“塢”蛋白，它具有至少20個潛在的酪氨酸磷酸化位點，可被活化的胰島素受體迅速磷酸化，參與了以后級聯(lián)反應(yīng)的第一步。胰島素與受體結(jié)合后，其復(fù)合物可通過胞吞作用（protocytosis）向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，稱為內(nèi)化（internaliation）

10、，并在細胞內(nèi)形成囊泡，囊泡在細胞內(nèi)移動過程中可相互融合而增大，囊泡內(nèi)pH降低，促使胰島素與受體分離。分離后的胰島素主要代謝途徑是降解。分離后的受體多數(shù)可再循環(huán)到細胞表面，一部分則在細胞內(nèi)被降解。因此，靶細胞在接觸胰島素后，將出現(xiàn)時間依賴性和激素依賴性的細胞表面功能性受體數(shù)目減少，稱為受體減數(shù)調(diào)節(jié)或下調(diào)（downregulation），它使靶細胞對胰島素的反應(yīng)降低。新近有資料認(rèn)為，胰島素與受體的復(fù)合物內(nèi)化后，一部分內(nèi)化的胰島素可發(fā)生核轉(zhuǎn)位（nucleartranslocation），進而引起基因活化和基因表達水平的改變。受體和受體后過程是激素產(chǎn)生生物效應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，因此當(dāng)胰島素受體的合成、受體分子由合成部位向細胞表面轉(zhuǎn)運、受體和胰島素結(jié)合力、受體酪氨酸激酶活性、胰島素-受體復(fù)合物的內(nèi)化，以及細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)等過程發(fā)生變異時，或由于自身免疫而產(chǎn)生