1、胰岛素研究的进展摘要 近年来胰岛素的研究在各个方面进展均迅速，在胰岛素生理功能方面，除了经典的代谢调节作用外，还具有促生长作用，可能是体内一种重要的生长调节因子。此外，本文还介绍了胰岛素与其受体相互作用、胰岛素蛋白质工程研究进展，以及胰岛素及其类似物在临床应用的前景。关键词 胰岛素 胰岛素受体 促生长作用 糖尿病1869 年德国的朗格汉斯（Langerhans）发现，在胰腺内除有众多的腺泡外，还散在有一群群非腺泡细胞，它们在宛如大海的胰腺中，犹如点缀着的星星小岛，称为胰岛。成年人胰腺中约有 170 万200 万个胰岛，以胰尾部的密度较大，每个胰岛的直径从 75m175m 不等，总重量仅占胰腺总
2、重量（90g）的12。胰岛细胞在体内究竟起什么作用，曾引起众多科学家的关注，直到 1921 年，加拿大的班亭（Banting）和贝斯特（Best）从胰腺中分离出纯化的胰岛素后，胰岛分泌胰岛素及其与血糖的关系才大白于天下。作为治疗糖尿病的特效药，胰岛素的发现在医学史上具有划时代的意义，它在千百万糖尿病人心中燃起了生命的希望。1 细胞胰岛内有多种内分泌细胞，分泌胰岛素的细胞称为 细胞。 细胞约占胰岛细胞总数的 6080，主要分布在岛的中心，周围围绕有 A 细胞、D 细胞和 PP 细胞等内分泌细胞。 细胞体积较小，马洛里（Mallory）染色胞质着桔黄色，内含大小不一的分泌颗粒，称为 颗粒，免疫组化
3、研究观察到，抗胰岛素抗体定位其内，表明 颗粒是胰岛素在 细胞内的贮存形式，当细胞外液葡萄糖浓度增加时，可出现 细胞脱颗粒现象。 细胞释放的胰岛素可通过体循环、岛内细胞间的缝隙连接及岛内微血管，对体内各种细胞、胰腺外分泌细胞及岛内相邻的内分泌细胞发挥巨大的影响。新近资料表明， 细胞除分泌胰岛素外，还合成一种叫淀粉素（amylin）的多肽，它具有抑制胰岛素分泌和拮抗胰岛素作用的生物活性，与糖尿病的发生有一定关系。2胰岛素的生物化学 细胞首先合成的是一个大分子的前胰岛素原，以后加工成由 86 个氨基酸残基组成的胰岛素原。在酶的作用下，胰岛素原又进一步裂解，产生一个胰岛素分子和一段连接肽（C 肽）。胰
4、岛素是含 51 个氨基酸的小分子蛋白质，分子量约 6000，分子中有 2 个肽链（A 链和 B 链），通过 2 个二硫键结合在一起。各种哺乳动物的胰岛素分子的氨基酸组成虽有差异，但差异不大，因此，在治疗人胰岛素分泌不足时，可注射猪或牛的胰岛素，但长期使用也可因抗体的产生而影响治疗效果。C 肽是胰岛素生成过程中的产物，其数量与胰岛素分泌量有平行关系。C肽无胰岛素活性，但由于它的半衰期比胰岛素长，且不受胰岛素抗体或外源性注射的胰岛素的影响，临床上常测定 C 肽在血液中的浓度以反映 细胞的分泌功能。1965 年我国生化学家首先人工合成具有高度生物活性的胰岛素，成为人类历史上第一次人工合成蛋白质的创举
5、。近年来随着基因工程的发展，人们已能大规模生产重组人胰岛素，迄今已获得了 300 多种胰岛素类似物，包括不同种属动物的胰岛素、化学合成的类似物，以及多种基因工程突变的类似物。其中有些类似物在速效、长效、高效等方面，具有比天然胰岛素更好的优点，展现出光明的临床应用前景。此外，把人类胰岛素的基因移植到别的生物体（如大肠杆菌），使后者获得合成人胰岛素的能力，以生产大量人胰岛素，并能代代相传的基因移植工程，也已成为科学家们攻克的目标。总之，胰岛素已成为蛋白质化学史上研究最广泛和最深入的蛋白质之一。3胰岛素的作用及分泌调节胰岛素是一种多功能的蛋白质激素，它对人体物质代谢有着广泛而深刻的调节作用，同时，它
6、还是一种重要的生长调节因子，可刺激多种细胞的增殖与分化。胰岛素对代谢的调节作用已广为人知，对糖代谢，它促进组织细胞对葡萄糖的摄取和利用，它还加速糖原的合成、抑制糖原的异生，因此具有降血糖作用，是体内唯一的降血糖激素。对于维持糖稳态具有重要作用，当胰岛素分泌不足时，血糖会急剧升高。胰岛素不仅对糖，它对脂肪和蛋白质的合成也有促进作用，因此，胰岛素对代谢的作用的总趋向是促进营养物质以不同形式保存起来，人们常将其称为“ 贮存激素 ”。胰岛素代谢作用的主要靶器官是肝脏、脂肪组织和骨骼肌。3 大营养物质主要都贮存在这 3 种组织中。正常人体内胰岛素的分泌有 2 个层次，一是长期的低水平释放，在血液中维持一
7、个基础值（35145pmol 或 1020uml），以保持正常的血糖水平；另一层次是在进食后短暂的、快速高水平释放，以适应饭后快速降低血糖浓度的需要，通常在饭后 3060min 内，人血中胰岛素浓度达到高峰，23h 内恢复到基础水平。血液中葡萄糖、氨基酸和脂肪酸都是刺激胰岛素分泌的有效因素，但正常情况下，血液葡萄糖浓度是胰岛素分泌的最重要调节物。葡萄糖的有效阈浓度为 90100mgdL，血糖浓度为 300500mgdL 时，胰岛素分泌量达最大值。在高糖刺激下，首先引起 细胞内贮存的激素迅速释放，但这一时相持续时间不长，510min 后胰岛素分泌即下降 50；随后由于 细胞内胰岛素合成酶系统的激
8、活，胰岛素的合成和分泌又逐渐增多；若高糖刺激持续 1 周左右，它还可由 细胞的增生而进一步增加分泌。除营养物质外，胰岛素分泌还受体内神经和激素的调节。刺激迷走神经可使胰岛素分泌增加，而交感神经通过去甲肾上腺素作用于 受体抑制胰岛素分泌。食物进人肠道后，肠道粘膜中内分泌细胞分泌的多种胃肠激素，对胰岛素分泌有重要生理意义。作为肠道信号，在血糖尚未大幅度升高时，提前刺激胰岛素分泌，使机体为应付营养物质大量吸收入血而作好准备，从而避免了血糖水平在摄食后过度升高而从尿中丢失糖。具有这种促胰岛素分泌作用的胃肠激素有抑胃肽（GIP）、肠高血糖素样肽-1（GIP1）等，它们被统称为肠促胰岛素（incretin
9、），是肠-胰岛轴的重要组成部分。胰岛内的其它内分泌细胞分泌的激素，如胰高血糖素、生长抑素等，通过旁分泌途径或局部微循环，与 细胞之间具有相互制约的关系。4胰岛素受体和受体后过程胰岛素与靶组织细胞相互作用引起一系列生物效应，首先必须和细胞表面的胰岛素受体相结合，几乎体内所有的细胞表面均存在具有高度特异性和高度亲和性付胰岛素受体。胰岛素受体是靶细胞膜上的一种固有糖蛋白，属于酪氨酸激酶受体家族，即具有受体自磷酸化激活的酪氨酸激酶活性。胰岛素受体是由 2 个 亚单位和 2 个 亚单位构成的四聚体，亚单位之间通过二疏键相连结。 亚单位裸露于细胞膜外，为结合单位，是胰岛素与受体相结合的部位； 亚单位是跨膜
10、蛋白，为效应调质单位。胰岛素与 亚单位结合后，即引起 亚单位受体蛋白中酪氨酸残基磷酸化，成为激活的酪氨酸激酶。目前认为，胰岛素受体的自磷酸化是胰岛素发挥生理作用的早期现象。活化的受体随后引起细胞内胰岛素受体底物的磷酸化，信号由此传导下去，并逐级放大，产生生物效应。已经发现和鉴定出了多种胰岛素受体酪氨酸激酶的胞内底物，其中广泛存在的胰岛素受体底物-l（IRSl）被认为是一种“坞”蛋白，它具有至少 20 个潜在的酪氨酸磷酸化位点，可被活化的胰岛素受体迅速磷酸化，参与了以后级联反应的第一步。胰岛素与受体结合后，其复合物可通过胞吞作用（protocytosis）向细胞内转移，称为内化（internal
11、ization），并在细胞内形成囊泡，囊泡在细胞内移动过程中可相互融合而增大，囊泡内 pH 降低，促使胰岛素与受体分离。分离后的胰岛素主要代谢途径是降解。分离后的受体多数可再循环到细胞表面，一部分则在细胞内被降解。因此，靶细胞在接触胰岛素后，将出现时间依赖性和激素依赖性的细胞表面功能性受体数目减少，称为受体减数调节或下调（downregulation），它使靶细胞对胰岛素的反应降低。新近有资料认为，胰岛素与受体的复合物内化后，一部分内化的胰岛素可发生核转位（nuclear translocation），进而引起基因活化和基因表达水平的改变。受体和受体后过程是激素产生生物效应的重要环节，因此当胰岛素受体的合成、受体分子由合成部位向细胞表面转运、受体和胰岛素结合力、受体酪氨酸激酶活性、胰岛素-受体复合物的内化，以及细胞内信号传导等过程发生变异时，或由于自身免疫而产生抗受体的抗体时，都可出现组织细胞对胰岛素反应程度小于正常的一种病理状态，称为胰岛素抵抗（insulin resistance）或胰岛素耐受（instulin tolerance），患者血糖水平升高，但胰岛素水平正常或高于正常水平。产生胰岛素抵抗的原因很复杂，除胰岛素受体的变异外，受体后葡萄糖转运系统的变化必可导致胰岛素抵抗。http:/
