1、1上海交通大学医学院研究生课程分子内分泌学的基础与临床教材目录1. 原发性醛固酮症的发现及对此综合征的筛查 12. 2 型糖尿病的发病机制 53. 餐后高血糖与心血管病 194. 脂肪内分泌学 255. 骨质疏松与遗传及其研究策略 426. 自身免疫性甲状腺病的发病机制 45上海交通大学医学院附属瑞金医院内分泌代谢学科2007 年 9 月2原发性醛固酮症的发现及对此综合征的筛查思维敏锐，推断合理1954 年 4 月的一天，美国密歇根大学(The University of Michigan)医学院内科教授 Jerome W. Conn 在作例行的病室巡视中，他的同事向他汇报了一例 34 岁的女
2、性患者(M.W.)，7 年来有间歇性手足搐搦，肌无力，肌瘫痪，4 年来发现高血压 (收缩压 180、190 mmHg)，数年来有多尿及夜尿增多；体检示血压增高176/104 mmHg。Chvostek 及 Trousseau 征阳性，心脏未扩大，无水肿。突出的实验室检查异常为低血钾及代谢性碱中毒。听完病史介绍后，Conn 未继续巡视下去，却停了下来进行思考。同事有些不解，为何对这位诊断明确的“失钾性肾炎”患者发生了兴趣，是什么问题使他止步不前，陷入沉思呢?Conn 当时思索的是：这位表面看上去是肾脏疾病伴发大量钾丢失的患者的病因会不会是肾上腺盐皮质激素过多呢。Conn 的想法并未立即得到同事的
3、认可，他们面面相觑，表情有些茫然。Conn 之所以有上述的想法，是因为于 19431948 年间他的实验室对高温条件下人体的生理性适应能力做过深入的研究。根据汗液中钠及氯化物浓度的变化，结论为在高温导致多汗、体液及电解质丢失的状况下，肾上腺盐皮质激素活性增强，是机体在“应激”(stress)状况下的一种代偿性反应，而在另一些应激下，则出现糖皮质激素活性过强。20 世纪 3040 年代对肾上腺皮质的实验生理学研究已提出肾上腺皮质激素有理糖及理盐功能，糖皮质激素的代表已被确定为氢皮质素(皮质醇) ，但是否存在着特异的盐皮质激素，抑或潴钠、排钾只是糖皮质激素兼有的生理作用，一直未有定论。直到 195
4、3 年英国化学家 Simpson 和 Tait 建立了一种高度敏感的测定盐皮质激素的生物测定法，在此基础上从 500 kg 牛肾上腺中提取出了 21 mg 结晶的盐皮质激素：“电( 解质)皮质素”(electrocortin) 。数月后 electrocortin 的化学结构被阐明，由于其含有醛基而被称为“aldosterone”，即醛固酮。就是在此特定的条件下：原来深厚的对盐皮质激素活性的研究基础，加上刚出现的醛固酮这一新激素突破性进展所激活的临床思维，促使 Conn 在见到这一病例时作出了原创性的判断。深入研究，多方求证在初步判断患者 M.W.的病情可能是由于肾上腺盐皮质激素过多所致后，M
5、.W. 随即于 1954 年 4 月 27 日被转入代谢研究组病室进行了一系列研究，主要结果如下。电解质研究：血清钠高于正常而唾液、汗液中钠却低于正常，与此相反血清钾低于正常，而唾液、汗液钾高于正常，提示肾上腺盐皮质激素对唾腺、汗腺上皮细胞的作用增强。尿电解质排量表明，钾代谢处于负平衡，而钠代谢处于平衡状态。此首例研究即已发现了以后被证实，并称之为原醛症中肾脏对醛固酮潴钠作用的“脱逸现象”(escape phenomenon)。肾上腺盐皮质激素测定：当时尚未建立经层析法分离类固醇，进行各种肾上腺皮质类固醇的化学测定法，放射免疫法尚未问世。可利用的仅为生物测定法，测患者及正常人尿中所含有的潴钠活
6、性进行比较。Conn 实验室按 Luetscher (1954)方法测定正常人尿中潴钠活性相当于醋酸去氧皮质酮 (DCA) 24115 g /日，而患者 M.W.连续 5 天，所测尿潴钠活性却介于 DCA 3002300 g /日，较正常人高 430 倍。证明患者尿中含有大量的潴钠皮质类固醇。患者尿 17-酮类固醇、17- 羟类固醇测定皆处于正常范围。患者对氢皮质素注射后尿氮增加的反应为正常，停用氢皮质素后尿氮减少，说明患者肾上腺糖皮质激素分泌正常，对注射外源性糖皮质激素后的生理反应也为正常。肾功能检查显示肾小球及肾小管功能尚正常，仅有的不正常为尿浓缩功能减退，尿比重恒定处于 1.010，在注
7、射血管加压素后尿比重也不增高，说明尿比重较低并非由于继发性血管加压素受到抑制。各种肝功能检查未显示有肝损害。根据上述临床表现及实验室检查结果，判定此例患者的临床综合征系由盐皮质激素：醛固酮过多所致，3病因在肾上腺。治疗方案应采用双侧肾上腺切除术，术后用肾上腺皮质激素作替代治疗，以解除患者的临床症状及代谢异常。此例患者的研究整理成文后 (一直到术前检查研究为止) 投寄美国的“实验与临床医学杂志 (J. Lab. Clin. Med)”，题目为“Primary Aldosteronism, A New Clinical Syndrome”(一种新的临床综合征，原发性醛固酮症)。此文于 1955 年
8、 1 月在 J. Lab. 141: 1589-1593.9. Young WF Jr. Minireview: primary aldosteronism changing concepts in diagnosis and treatment. Endocrinology. 2003, 144: 2208-2213.10. Edwards CRW, Stowasser M. Primary aldosteronism (including Conns syndrome.) In: De Groot LJ, Jameson JL (eds): Endocrinology. 5th ed. P
9、hiladelphia PA: Elsevier, 2006, 2461-2475.11. Mulatero P, Stowasser M, Loh K.C, et al. Increased diagnosis of primary aldosteronism, including surgically correctable forms, in centers from five continents. J Clin Endocrinol Metab. 2004, 89: 1045-1050.612. Olivieri O, Ciacciarelli A, Signorelli D, et
10、 al. Aldosterone to renin ratio in a primary care setting: the Bussolengo study. J Clin Endocrinol Metab. 2004, 89: 4221-4226.2 型糖尿病的发病机制2 型糖尿病（T2DM）是遗传和环境因素共同作用而形成的一种多基因遗传性疾病。遗传因素和环境因素的多样性造成了患病个体的多样性和异质性。目前普遍认为，胰岛素抵抗和 细胞分泌缺陷是 T2DM 发病机制的两个主要环节。本章主要从这两方面阐述 T2DM 的发病机制。第一节 细胞功能缺陷在 T2DM 发病机制中的作用一胰岛素分泌量的
11、缺陷1.空腹胰岛素浓度：在吸收后（postabsorptive)状态，T2DM 患者血浆胰岛素浓度正常或升高，甚至部分患者空腹胰岛素浓度亦正常。T2DM 患者存在空腹高血糖，对细胞造成持续性刺激，导致基础胰岛素分泌水平增加。空腹血糖与空腹胰岛素间的关系呈倒“U ”形或马蹄形曲线（图 1） 。当空腹血糖浓度由 4.4 mmol/L（80 mg/dl）增至 7.8 mmol/L（140 mg/dl）时，空腹胰岛素水平迅速增加，达对照组的 2-2.5 倍，这是细胞对葡萄糖稳态破坏产生的适应性反应。当空腹血糖浓度超过 7.8 mmol/L（140 mg/dl）时，细胞不再能维持高速率的胰岛素分泌。这种
12、基础胰岛素浓度降低具有重要的病理意义。此时胰岛素抑制肝脏葡萄糖产生的效应减弱，肝糖输出增多，成为引起空腹高血糖的主要原因。在 T2DM 患者，空腹血糖在 13.9-16.7 mmol/L（250-300 mg/dl）之间时，基础血浆胰岛素浓度与对照组相似或略高。空腹高血糖与空腹高胰岛素血症并存提示存在严重的胰岛素抵抗。2.葡萄糖刺激的胰岛素分泌（1）T2DM 伴高胰岛素血症T2DM 患者口服和静脉葡萄糖负荷后血浆胰岛素水平呈现很强的异质性，可以升高、正常或降低。以绝对量计，尽管胰岛素水平可以升高或正常，但相对于血糖水平而言胰岛素的分泌是不足的。不过这也表明，除胰岛素分泌缺陷外，还有其它的因素参
13、与了糖代谢紊乱的形成。血浆胰岛素水平的这种多样性变化的可能原因为：（1）血浆胰岛素水平与高血糖和糖尿病的严重程度之间关系的复杂性。 （2）糖尿病的病因，胰岛素抵抗和/或胰岛素分泌缺陷。若以空腹血糖浓度作为衡量糖尿病严重程度的指标，在口服葡萄糖耐量试验（OGTT）中（100 g 葡萄糖） ，平均血浆胰岛素浓度与空腹血糖的关系呈倒“U ”形曲线（图 2） 。在正常人，空腹血糖 4.4 mmol/L（80 mg/dl）时，葡萄糖负荷 2 小时后平均胰岛素浓度为 50 uU/L。进展至糖耐量减低（空腹血糖 6.7 mmol/L，120 mg/dl）时，葡萄糖负荷 2 小时后胰岛素分泌较上述正常人增加约
14、 2 倍。只要细胞能保持这种高速率分泌，则可维持糖耐量正常或仅轻度异常。当空腹血糖6.7 mmol/L（120 mg/dl）时，葡萄糖负荷后细胞不再能维持其高速率分泌，胰岛素分泌进行性减少，血糖进一步升高。当空腹血糖达 8.3-8.9 mmol/L（150-160 mg/dl）时，葡萄糖负荷后胰岛素的分泌量与正常非糖尿病个体相似，但相对于高血糖而言，胰岛素分泌是严重不足的。若空腹血糖进一步升高（8.3-8.9 mmol/L，150-160 mg/dl） ，以绝对量计几乎呈胰岛素缺乏状态。当空腹血糖11.1-12.2 mmol/L（200-220 mg/dl）时，血浆胰岛素对糖负荷的反应明显迟钝
15、。不过在吸收后状态，胰岛素分泌速率仍加快，高胰岛素血症仍然存在，甚至在空腹血糖达13.9-16.7 mmol/L（250-300 mg/dl ）的糖尿病患者亦是如此。在 T2DM 的高危人群，如美国印第安人、墨西哥裔美国人及太平洋岛国患者中，T2DM 与肥胖密切相关。在这些人群中，从糖耐量正常进展至糖耐量减低时，空腹和葡萄糖刺激的胰岛素水平显著增加，机体对胰岛素的敏感性降低。必须指出，尽管血浆胰岛素水平增加 2-3 倍，但若不伴胰岛素分泌缺陷也不会出现糖耐量减低。纵向研究显示，T2DM 发病前最早的异常是空腹和葡萄糖刺激的胰岛素分泌增加和机体对胰岛素的敏感性降低，随之出现胰岛素高速率分泌不能维
16、持，出现空腹高血糖和糖耐量减低。多数研究表明，T2DM发病前出现高胰岛素血症，并认为高胰岛素血症可预测糖耐量减低和糖尿病的发生。（2）T2DM 伴低胰岛素血症：尽管有很多证据表明，在 T2DM 发病前存在高胰岛素血症和胰岛素抵抗，7但也有一些研究发现，胰岛素绝对缺乏伴或不伴胰岛素敏感性降低也可引起 T2DM 的发生。最好的例证是青少年起病的成年型糖尿病（MODY） 。尽管目前 MODY 已归为特殊类型糖尿病，但可视为 T2DM 的一个家族性亚型。在普通的 T2DM 中，也有学者提出胰岛素分泌缺陷是其原发性损害，认为高胰岛素血症是继发于高血糖。在许多消瘦的欧洲裔空腹血糖轻度升高的 T2DM 患者
17、，OGTT 的各点均显示胰岛素的分泌缺陷。在纽约的 50黑人 T2DM 患者存在严重的胰岛素分泌缺陷而胰岛素敏感性正常。这些资料表明，单一的胰岛素分泌缺陷而无胰岛素抵抗也可导致 T2DM 的发生。但也有一些问题迄待解决，如单一的胰岛素分泌缺陷是如何导致普通的 T2DM 的发生？在这些胰岛素缺乏的患者中，为什么高血糖损害了胰岛素的作用，但并不出现胰岛素抵抗？二胰岛素分泌质的缺陷T2DM 血循环中胰岛素总的变化已如前所述， T2DM 的胰岛素分泌还呈现很多细微的变化，它们可能在影响胰岛素的效应中起关键性作用。1.第一相胰岛素分泌：正常人胰岛素第一相分泌峰值在负荷后 2-4 min 出现，6-10
18、min 后消失；若负荷持续存在，随后出现胰岛素的第二相分泌，直至葡萄糖被清除。口服葡萄糖负荷后，由于葡萄糖缓慢进入血循环，外周血胰岛素水平不能显示胰岛素的第一相分泌。第一相胰岛素分泌在抑制基础状态下肝脏葡萄糖产生中具有重要意义。在 T2DM 早期，第一相胰岛素分泌延迟或消失。已有证据表明，胰岛素第一相分泌缺陷参与了胰岛素抵抗的发生。在糖耐量减低患者和血糖正常的 T2DM 的一级亲属中亦观察到胰岛素第一相分泌缺陷。因此这种缺陷很可能是原发性损害，而不是继发于高血糖（葡萄糖毒性） 。在T2DM 患者中，胰岛素第二相分泌亦减少，因此一旦出现糖尿病，就难以区分胰岛素的哪一相分泌缺陷对血糖的影响更大。磺
19、脲类药物能显著改善胰岛素的两相分泌，并可增强胰岛素的信号转导，发挥胰外降糖效应。2.胰岛素的脉冲式分泌：如其它激素一样，胰岛素亦呈脉冲的方式分泌。正常人在空腹时，胰岛素的脉冲分泌周期为 13 min。胰岛素的脉冲式分泌有助于防止靶组织中胰岛素受体水平的下调，维持胰岛素的敏感性。反之，持续的高胰岛素血症将导致胰岛素受体水平下调，引发胰岛素抵抗。在 T2DM 中，胰岛素的分泌谱紊乱，正常的间隔 13 min 脉冲消失，出现高频（5-10 min）脉冲。胰岛素的脉冲式分泌缺陷是T2DM 的早期标志，但它在 T2DM 发病机制中的作用尚未阐明。此外，在 T2DM 的一级亲属中亦观察到正常的胰岛素脉冲式
20、分泌消失，提示胰岛素的脉冲式分泌缺陷亦是原发性损害。3.胰岛素原：人前胰岛素原（preproinsulin）在粗面内质网经酶去除信号肽后转变成胰岛素原（proinsulin） 。胰岛素原在高尔基体经激素原转换酶 2（PC2） 、激素原转换酶 3（PC3 ）和羧肽酶 H 的作用下转变成胰岛素，同时产生 C 肽和去二肽胰岛素原。高血糖可强力刺激胰岛素原和 PC3 的合成，但 PC2 和羧肽酶 H 不受血糖的影响。在胰岛素抵抗和慢性高血糖时，持续刺激细胞，PC3 和胰岛素原的合成增加，导致T2DM 中胰岛素原与胰岛素的比例增加。不过从胰岛素原加工成胰岛素的过程能正常进行，表明细胞内有足够量的 PC2
21、 和羧肽酶 H。胰岛素原的生物活性约为胰岛素的 15。三细胞功能缺陷的原因1.遗传性因素：凡是参与葡萄糖识别、胰岛素加工或分泌的特异性蛋白基因突变均会导致细胞功能紊乱。迄今为止仅发现少数这类信号蛋白的基因突变，如葡萄糖激酶、线粒体 DNA、胰岛素及胰岛素加工的酶等。葡萄糖激酶突变导致 MODY2。线粒体基因突变导致多种呈母系遗传的综合征。线粒体基因突变糖尿病表现为糖尿病、肌病、耳聋和其它异常。胰岛素基因突变导致“胰岛素病综合征（insulinopathy syndrome） ”，出现不同程度的糖耐量减低和高胰岛素血症。其它可能与细胞功能缺陷有关的基因还有葡萄糖转运子 2（GluT2） 、细胞表
22、面的钾通道蛋白和胰岛淀粉样多肽（IAPP）等。2. 细胞量： 细胞数目是决定胰岛素分泌量的关键因素。多数研究表明，在长病程 T2DM 患者 细胞量呈一定程度的下降，约减少 20-40。从形态学看，胰岛的朗罕氏细胞基本正常，也未发现胰岛炎。目前 细胞量减少的机制尚不清楚，也不能简单地归结为年龄因素。肥胖或其它胰岛素抵抗状态下，常伴有 细胞量的显著增加。因此任何胰岛素抵抗状态下出现 细胞量的并不明显的减少就可能具有重要的病理意义。不过， 细胞量减少 80-90以上才足以导致胰岛素缺乏和糖尿病，且目前尚不清楚在T2DM 的最早期，是否存在 细胞量的减少。因此除 细胞减少外，很可能存在其它因素损害了胰
23、岛素的分泌。83.低出生体重：研究表明，胎儿期和出生后第一年内营养不良易患 T2DM。回顾性分析发现，成年后患T2DM 与出生时和出生后第一年的体重呈反向关系，且这种关系在出生时体重较轻而以后变得肥胖的患者中尤为显著。其机理可能是由于胎儿期和出生早期营养不良，尤其是蛋白质和某些氨基酸的缺乏损害细胞的发育。此外，胰岛素原的水平升高也与低出生体重相关。4.IAPP、类高糖素肽1（GLP-1 ）和甘丙肽（galanin）IAPP，又称胰淀素，由细胞合成，与胰岛素共同贮存和释放，该基因与胰岛素基因有相似的启动子序列。在葡萄糖和其它促泌剂作用下，IAPP 与胰岛素平行分泌，但 IAPP 的浓度明显低于胰
24、岛素，两者的克分子比例为 1:1050。胰岛淀粉样变性是 T2DM 的特征性病理改变。在 96的 T2DM 的胰岛中可观察到此种变化。胰岛淀粉样沉积物由 IAPP 形成的不溶性纤维组成。促使正常的可溶性 IAPP 向不溶性纤维转变的致病因子，目前尚不清楚。在人类，需胰岛素替代治疗的 T2DM 患者较饮食或药物可控制的患者胰岛内胰岛淀粉样变性更广泛，提示胰岛淀粉样沉积影响了细胞的功能，但其确切的机理亦未阐明。目前认为，淀粉样纤维在细胞和毛细血管间沉积，且深深嵌入细胞膜，损害了细胞膜对葡萄糖的感知和胰岛素的分泌。IAPP 是否具有细胞毒作用尚存争议。有证据表明，胰岛淀粉样沉积可能在 T2DM 后期
25、胰岛素分泌能力激剧下降中起重要作用，这也为 T2DM 的防治提供了新的药物靶点。在日本的一组研究显示，胰淀素基因第 20 位密码子由丝氨酸到甘氨酸的突变（S20G）后患 T2DM 的风险增加。近年发现，胰岛素降解酶（insulin-degrading enzyme IDE）也是一种胰淀素降解酶，它在胰淀素清除和阻止胰岛淀粉样变性的形成中起重要作用。转基因鼠研究表明，胰腺和血浆中 IAPP 的水平显著升高，但并未出现高胰岛素血症和高血糖。基因相关和连锁分析亦未发现 IAPP 与 T2DM 有相关性。GLP-1 由小肠合成和分泌，与 细胞上特异性受体结合，强力促进胰岛素分泌。近年研究发现，GLP-
26、1 呈磷脂酰肌醇 3 激酶（PI-3K）依赖的方式激活蛋白激酶 C异形体（PKC ） ，并促进 PKC向胞核转位，增加细胞 DNA 合成和胰岛素基因的表达。在 T2DM 患者 GLP-1 正常或升高，但 GLP-1 促进胰岛素分泌的效应减弱，提示存在细胞 GLP-1 抵抗。甘丙肽，29 肽，由交感神经末稍释放。在啮齿动物，甘丙肽能抑制基础和饮食诱导的胰岛素分泌。在人类，未发现甘丙肽能影响葡萄糖刺激的胰岛素分泌。5.葡萄糖毒性（glucotoxicity）目前认为导致胰岛素分泌缺陷的最可能获得性因素是葡萄糖毒性。严格的血糖控制可显著改善胰岛素的分泌，这强力提示高血糖损害了胰岛 细胞的功能。给切除
27、 90%胰腺造成糖尿病模型的大鼠长期喂食根皮苷（phlorhizin） （强力抑制肾小管的葡萄糖转运，除血糖外，不改变其它代谢环境） ，结果显示，长期高血糖至少可部分影响 细胞对急性高血糖的反应性。 细胞长期暴露于高浓度的葡萄糖会损害胰岛素的基因转录，导致胰岛素的合成和分泌减少。有学者将这种暂时的、易诱导的、可逆的胰岛素分泌损害称为“失敏感（desensitization） ”，而将 细胞分泌功能不可逆性丧失称为“葡萄糖毒性” 。长期的高血糖能导致 细胞由暂时的不适应进展至不可逆性的功能丧失。因此高血糖已不仅仅是一种表现，也是损害胰岛素分泌的致病因素。长期高血糖可通过下列机制损害 细胞的分泌功
28、能：（1）抑制转录因子胰腺十二指肠同源异型盒-1（pancreas duodenum homeobox-1, PDX-1）和大鼠胰岛素启动子元件 3b 结合蛋白（rat insulin promotor element 3b binding protein, RIPE3bBP）的活性以及增强 CCAAT/增强子结合蛋白（CCAAT/EBP）的活性，抑制胰岛素基因的表达，减少胰岛素的生物合成。 （2）通过已糖胺途径强化，导致细胞内葡萄糖胺（glucosamine)含量升高，后者可降低 细胞对葡萄糖的敏感性，并可抑制三磷酸肌醇 /Ca2+和二酯酰甘油信号转导通路，抑制胰岛素的分泌。 （3）加速体内
29、多种蛋白质的糖基化反应，形成晚期的糖基化终末产物（AGEs） ，后者与其受体结合后发生氧化应激反应，生成多种有活性的氧化产物（ reactive oxygen species ROS） ，由于细胞较其它组织中抗氧化酶含量低得多，因此更易受到氧化产物的破坏。4）加速 细胞的调亡。6.脂毒性（lipotoxicity）近年，在 T2DM 的发病机制中又提出了脂毒性的概念，由于脂毒性与葡萄糖毒性有许多交叉，因此称之为“糖脂毒性（glucolipotoxicity） ”或“脂糖毒性（lipoglucotoxicity） ”可能更合适。已有证据表明，脂代9谢的变化在葡萄糖引发的胰岛素分泌过程中起重要的辅
30、助作用（图 3） 。胞液中长链脂酰辅酶 A 酯是细胞内游离脂酸（FFA）的激活形式和 FFA 代谢酶的底物，也是胰岛素分泌的触发因子。FFA 与脂肪酸结合蛋白 2 结合运输至 细胞，在胞液中转化成脂酰辅酶 A 衍生物。在基础状态下，脂酰辅酶 A 由肉毒碱棕榈酰转移酶（CPT-1）运输至线粒体，进入三羧酸循环或 氧化。当血糖升高时，该过程被抑制。胞液中长链脂酰辅酶 A 增加，刺激胰岛素的分泌。糖代谢增加导致丙二酰辅酶 A 形成增加，后者通过抑制CPT-1 增加胞液中脂酰辅酶 A 水平。细胞内葡萄糖增多，三羧酸循环加速，导致草酰乙酸畜积，后者与乙酰辅酶 A 结合生成柠檬酸，柠檬酸被运输至胞液，转变
31、成乙酰辅酶 A，后者在乙酰辅酶 A 羧化酶作用下生成丙二酰辅酶 A，再通过抑制 CPT-1 增加胞液中脂酰辅酶 A 水平。长链脂酰辅酶 A 可通过下列机制促进胰岛素的分泌：（1）增加细胞内 Ca2+浓度，促进胰岛素颗粒的胞吐作用；（ 2）增加磷脂酸和 DAG合成，激活蛋白激酶 C（PKC） ，促进胰岛素的胞吐作用；（ 3）直接促进胰岛素颗粒的胞吐作用。葡萄糖和 FFA 均能迅速增加胰岛素的分泌。但 细胞暴露于 FFA 或葡萄糖中，通过葡萄糖脂肪酸循环（Randle 循环）开放，抑制胰岛素的分泌。此时 氧化增强，乙酰辅酶 A 生成增加，抑制丙酮酸脱氢酶活性，导致柠檬酸水平升高，后者抑制磷酸果糖激
32、酶和糖酵解，因此葡萄糖毒性可能是通过脂毒性介导的。体外研究发现， 细胞暴露于葡萄糖或脂质中，胰岛素分泌受损会持续相当一段时间，这表明细胞内脂代谢改变很可能调控了一些参与葡萄糖介导的胰岛素分泌的基因表达。现已证实长链脂酰辅酶 A下调乙酰辅酶 A 羧化酶基因表达，并上调 CPT-1 基因表达，导致脂酰辅酶 A 运输至线粒体进行 氧化增加（肌肉组织的胰岛素抵抗和肝脏的糖异生增加） ，胞液中脂酰辅酶 A 降低，胰岛素的分泌减少。将 细胞长期暴露于高浓度的 FFA 中，亦观察到类似的改变。第二节 胰岛素抵抗在 T2DM 发病机制中的作用一胰岛素抵抗的部位胰岛素在调节机体葡萄糖稳态中起关键作用。它主要通过
33、下列三种紧密联系的机制发挥降血糖效应：（1）抑制肝脏葡萄糖产生；（2）刺激内脏组织（肝脏和胃肠道）对葡萄糖的摄取；（3）促进外周组织对葡萄糖的摄取。组织对葡萄糖的摄取主要通过葡萄糖氧化和非氧化（主要为糖原合成）途径来实现的。1. 肝脏葡萄糖产生（Hepatic Glucose Production HGP）用 3H 标记葡萄糖研究显示，健康个体吸收后状态下，肝葡萄糖产生速率约为 1.8-2.0 mg/kg/min。这一速率对维持脑和其它神经组织的能量供应是至关重要的。进食混合性食物或葡萄糖负荷后，胰岛素由门静脉进入肝脏，与肝细胞表面的特异性受体结合，抑制肝糖输出。若肝脏不能有效感知胰岛素的信号
34、，持续产生葡萄糖，此时肝脏和胃肠道均有葡萄糖进入血循环，导致显著的高血糖。伴有中等度空腹高血糖的 T2DM 患者，其基础 HGP 约增加 0.5mg/kg/min，显著高于正常人，且发现基础 HGP 的增加与空腹高血糖的程度密切相关。这表明在伴明显的空腹高血糖（7.8 mmol/L）的 T2DM 患者，肝糖输出增加是导致空腹高血糖的主要原因。在吸收后状态，糖尿病患者的血浆胰岛素和血糖水平均升高。高胰岛素血症是 HGP 的强力抑制因子，因此 T2DM 患者在吸收后状态必定存在显著的肝脏胰岛素抵抗，导致肝脏葡萄糖输出增多。单纯的高血糖也能有力抑制 HGP，因此在 T2DM 中，也可能存在肝脏对葡萄
35、糖的抵抗，导致葡萄糖对 HGP 的抑制效应减弱。目前一致认为，当空腹血糖7.8 mmol/L 时，T2DM 患者的 HGP 增加提示存在显著的肝脏胰岛素抵抗。但血浆胰岛素浓度达多少时提示存在肝脏胰岛素抵抗，现尚无定论。已有证据表明，肝脏的胰岛素抵抗亦受获得性因素的影响，且随病情的进展而加重。肝脏葡萄糖产生有两种形式：肝糖原分解和糖异生。多数研究认为，肝糖异生增加是 HGP 增多的主要原因。导致肝糖异生增加的机制尚未阐明，可能与下列因素有关：高胰高血糖素血症；糖异生的原料，如乳酸、丙氨酸和甘油等增加；FFA 氧化增加；对胰高血糖素的敏感性升高和/或对胰岛素的敏感性降低等。2.肝脏葡萄糖摄取胰岛素
36、作用受损的另一表现为肝脏对葡萄糖的摄取减少。在人类由于难以进行门静脉插管，不能直接测10定肝脏对葡萄糖的处理能力。有学者应用肝静脉插管联合正葡萄糖胰岛素钳夹技术，检测伴轻到中度空腹高血糖的 T2DM 的内脏组织（肝脏和胃肠道）在维持葡萄糖稳态中所起的作用。在吸收后状态，T2DM 和对照者的内脏葡萄糖净释出量反应了肝脏的葡萄糖产生量。胰岛素能迅速抑制内脏的葡萄糖输出（抑制肝糖产生） ，20 min 后内脏组织净葡萄糖摄取和释放为零。高胰岛素血症持续 2 小时后，内脏组织出现少量的净葡萄糖摄取，约为 0.5mg/kg/min。这样的摄取速率与基础状态下是相等的，表明内脏组织象脑组织一样，对胰岛素的
37、刺激不敏感。值得注意的是，在整个胰岛素钳夹试验的任何时间段，T2DM患者与对照组的内脏葡萄糖摄取量并无差异。因此，静脉葡萄糖输注并未显示 T2DM 患者存在内脏（肝脏）葡萄糖摄取缺陷。在正葡萄糖高胰岛素条件下，输入的葡萄糖仅很少部分由内脏（肝脏）摄取。在胰岛素钳夹试验中，整个机体对葡萄糖摄取的平均速率为 7 mg/kg/min，其中仅 7或 0.5 mg/kg/min 由内脏摄取。在正葡萄糖钳夹试验中，T2DM 患者与对照组的胰岛素介导的机体的葡萄糖处理速率的差异为 2.5 mg/kg/min。因此从定量的角度看，内脏（肝脏）的葡萄糖摄取缺陷在整个机体的葡萄糖摄取缺陷中并不占主要地位。总之，在
38、伴由中度空腹高血糖（8.9-10.0）的 T2DM 中，胰岛素抑制 HGP 缺陷和肝葡萄糖摄取减少均不足以解释胰岛素敏感性降低。在低浓度胰岛素（+100 uU/ml）钳夹试验中，HGP 增加是导致有严重空腹高血糖的 T2DM 机体胰岛素抵抗的主要原因。3.外周（肌肉）葡萄糖摄取已有资料表明，T2DM 患者肌肉组织对葡萄糖的基础处理速率显著增加。这是由于在吸收后状态，高血糖被动促使葡萄糖进入肌细胞。但须指出，T2DM 患者外周组织（肌肉）对葡萄糖摄取增加是不正常的。在吸收后状态，T2DM 患者肌肉组织内葡萄糖氧化作用和糖原合成酶活性均受损，没有净葡萄糖合成糖原。因此，在吸收后状态，肌肉组织过量摄
39、取的葡萄糖被转换为乳酸，随后释放入血成为肝脏糖异生的原料。在内脏组织亦存在类似的循环（肠道摄取葡萄糖，转换成乳酸，由门静脉被肝脏摄取，经糖异生又转换成葡萄糖） 。乳酸循环（Cori 循环）活性增强，糖异生原料增加成为维持糖尿病患者 HGP 增加的重要机制。用正葡萄糖胰岛素钳夹试验测定腿部对葡萄糖的摄取，结果发现在对照组高胰岛素血症促进葡萄糖的摄取速率迅速增加，达平台值时约为 10 mg/kg 腿重/min；而在 T2DM 患者，胰岛素的作用延迟约 40min，且促进葡萄糖摄取的作用显著迟钝，对葡萄糖的摄取速率下降 50。这表明 T2DM 患者胰岛素抵抗的主要部位在外周组织，后者主要包括肌肉和脂
40、肪组织。有资料显示，在输注或摄入葡萄糖后，脂肪组织仅摄取 2-3。在正常人约 75的葡萄糖由肌肉组织摄取。因此，在 T2DM 患者肌肉组织对葡萄糖的摄取受损是外周胰岛素抵抗的主要原因。在正葡萄糖胰岛素钳夹试验中，内源性胰岛素分泌被抑制，糖尿病患者与对照者的血浆胰岛素浓度是一样的。T2DM 的 HGP 抑制程度及内脏葡萄糖摄取与对照者相似。这也提示外周组织是胰岛素抵抗的主要部位。大量的证据表明，胰岛素抵抗是 T2DM 和糖耐量减低的重要致病机制。但必须注意到，在吸收后状态，上述组织在胰岛素抵抗中所起的作用与胰岛素刺激下的胰岛素作用缺陷有很大不同。在基础状态下，肝脏是胰岛素抵抗的主要部位，表现为尽
41、管存在空腹高血糖和高胰岛素血症，肝糖仍过度产生。在吸收后状态，以绝对量计，尽管组织对葡萄糖的摄取增加，但机体对葡萄糖的处理速率（如葡萄糖的清除）是降低的。在葡萄糖输注或摄入后，胰岛素刺激状态下，骨骼肌对葡萄糖摄取减少和胰岛素抑制 HGP 的效应受损在胰岛素抵抗的发病机制中均起主要作用。从定量的角度，胰岛素介导的肌肉组织对葡萄糖的摄取减少和胰岛素抑制 HGP 的作用缺陷在 T2DM 患者机体糖代谢紊乱中的作用是大致相同的。然而，在正葡萄糖高胰岛素条件下，HGP 被大部分抑制，肌肉组织对葡萄糖摄取受损是导致胰岛素抵抗的主要原因。二胰岛素抵抗的发生机制胰岛素抵抗的病因及发病机制有关因素可分为遗传及环
42、境两大类，前者与胰岛素信号转导的各个环节、调控糖脂代谢的多种基因的多态性、突变有关。目前普遍认为普通型 2 型糖尿病及代谢综合征中的胰岛素抵抗极可能是多种基因细微变化叠加效应的后果。在环境因素中主要为摄食过多，尤其脂肪过多，体11力劳动过少所引起的一系列代谢变化及一些细胞因子的表达增加。(一)胰岛素信号蛋白遗传变异1.胰岛素受体基因突变：由于 2 型糖尿病有很强的遗传因素，因而在胰岛素受体被克隆后，人们寄厚望于胰岛素受体基因分子扫查能发现轻微的异常从而阐明 2 型糖尿病发病的遗传机制。经多个实验室的研究，发现了 50 种以上的胰岛素受体基因突变，然而这些基因突变主要见于一些少见的特殊类型的伴严
43、重胰岛素抵抗综合征的患者，突变的类型大多为纯合子，或复合型的杂合子，发生于受体酪氨酸激酶区段突变的杂合子也可致病。在大量常见的普通型 2 型糖尿病患者中所进行胰岛素受体基因扫查并未发现基因突变，说明普通的 2 型糖尿病的致病因素并非由于胰岛素受体基因编码区发生突变。2.胰岛素受体底物(IRS)基因变异于糖尿病患者所作 IRS 蛋白基因序列的分析未发现单一基因突变为致病因素。于 2 型糖尿病患者发现了几种 IRS-1 基因多态性较一般人群为常见。研究得较多的为甘氨酸 972 精氨酸多态性，一项丹麦研究观察到此种多态性频率于正常人为 5.8%，而于 2 型糖尿病患者为 10.7%。有意义的是甘氨酸
44、 972 精氨酸多态性位于和下游 PI-3K 相结合的两个潜在的酪氨酸磷酸化位点之间，当此种 IRS-1 蛋白变异型在体外细胞中表达时，引起 PI-3K 与 IRS-1 结合的特异性缺陷，而使 PI-3K 活性降低 36%。日本 2 型糖尿病患者还有其他数种 IRS-1 多态性，包括脯氨酸 190 精氨酸，甲硫氨酸 209 苏氨酸，丝氨酸809 苯丙氨酸。这些多态性的频率在患者及对照者的比较中以单独一种计，并无差别，但加在一起，再加上甘氨酸 972 精氨酸多态性，则糖尿病者较正常人高 3 倍。于白人，观察到 2 种 IRS-2 多态性，分别为甘氨酸 1057 门冬氨酸及甘氨酸 879 丝氨酸，
45、不过这两种变异都不伴有糖尿病或胰岛素抵抗。3.PI-3K 多态性于 PI-3K 的调节性 亚基 p85，观察到一种常见的多态性，第 326 位的甲硫氨酸为异亮氨酸所取代，此种变异纯合子者与杂合子及不伴此变异者相比较，在多样本静脉糖耐量试验中胰岛素敏感性降低32%。由上可见，胰岛素信号中关键性信号的基因多态性可能在参与胰岛素抵抗的发生中起作用，单独一种变异不足以造成糖尿病。（二）胰岛素信号蛋白功能变化1.胰岛素受体蛋白酪氨酸激酶活性降低含蛋白酪氨酸激酶的胰岛素受体 亚基的功能与其酪氨酸或丝氨酸磷酸化状态密切相关，胰岛素即是通过刺激其关键位点的酪氨酸磷酸化而实现生理效应，在受体 亚基上还存在多个丝
46、氨酸，如其被磷酸化则抑制胰岛素受体酪氨酸磷酸化而降低其功能。加强受体丝氨酸磷酸化的因素包括：(1) 长时期高胰岛素血症，其机制可能是通过激素结构上的相似性与类胰岛素生长因子-1 (IGF-1) 受体结合，刺激有关的丝氨酸激酶，阻碍胰岛素受体功能。(2) 长时期高血糖使细胞内二酰甘油 (DAG)增加，刺激蛋白激酶 C (PKC)，后者可催化胰岛素受体及 IRS 丝氨酸磷酸化。(3) 蛋白酪氨酸磷酸酶 (PTP)，使胰岛素受体酪氨酸去磷酸化，活性降低，信号转导受阻。胰岛素抵抗患者及 2 型糖尿病者胰岛素靶组织中 PTB1B 表达增强。PTB1B 基因剔除小鼠对胰岛素敏感性增强，目前正在积极研究特异
47、性抑制 PTB1B 活性的物质，以开发治疗胰岛素抵抗及 2 型糖尿病的药物，已取得一些成果。近年在比较胰岛素抵抗者和正常对照成纤维细胞基因表达的差别中，发现胰岛素抵抗者浆细胞膜糖蛋白-1 (PC-1)表达明显升高。研究表明， PC-1 为一穿膜糖蛋白，存在于多种组织，具磷酸二脂酶及焦磷酸酶活性，可抑制胰岛素受体酪氨酸激酶活化及下游信号转导。PC-1 的作用机制为直接作用于胰岛素受体的 亚基。临床研究提示二甲双胍的作用机制可能与抑制 PC-1 的表达有关。2.IRS 功能受损12IRS 蛋白的丝氨酸/ 苏氨酸磷酸化是引起胰岛素抵抗的重要因素，凡是能加强 IRS 蛋白或其他下游信号效应蛋白丝氨酸/
48、苏氨酸磷酸化的物质对胰岛素信号转导及效应皆起负面调节作用，这是由于丝氨酸/ 苏氨酸磷酸化阻碍胰岛素刺激下的 IRS 蛋白酪氨酸磷酸化，可使胰岛素信号转导受阻，引发胰岛素抵抗。IRS 丝氨酸磷酸化增强见于以下情况：(1) 蛋白激酶 C (PKC) 在激活物刺激下活化；(2) 血小板源生长因子；(3) 长期高胰岛素血症；(4) 血管紧张素 II；(5) 细胞应激通路被 TNF- 及其他细胞因子激活。于肥胖症及 2 型糖尿病患者的骨骼肌及脂肪细胞观察到 IRS 蛋白的酪氨酸磷酸化程度降低及 PI-3K 活性下降。同样，于遗传性的或高热量、高脂饲料诱发的动物肥胖及胰岛素抵抗模型也观察到胰岛素刺激的酪氨
49、酸磷酸化及下游效应蛋白的活力降低。总的说来，IRS 蛋白功能受损可继发于胰岛素受体酪氨酸激酶(RTK)活力下降，也可为其他多种因素对IRS 的直接作用。（三）细胞因子对胰岛素信号转导的抑制效应在肥胖(尤其中心性肥胖)、氧化应激等状况下产生的一些细胞因子对胰岛素信号途径起阻碍作用。近年研究进展提示肥胖时脂肪组织产生的细胞因子可能为引起全身性胰岛素抵抗及 细胞分泌功能障碍的原因。在这些细胞因子中，备受关注的有肿瘤坏死因子- (TNF-)及瘦素。1.肿瘤坏死因子-(TNF- )肥胖者及一些肥胖动物模型腹腔脂肪及肌组织中 TNF- 的表达增加，此细胞因子表达增加与肥胖的程度及血浆胰岛素浓度呈正相关。在胰岛素抵抗好转后，TNF- 的表达即下降。血中 TNF- 于肥胖者升高，在体重减轻后下降。TNF- 引起胰岛素抵抗的机制有直接的，也有间接的。TNF- 可直接作用于培养中细胞的胰岛素信号转导系统，TNF- 增强 IRS-1 及 IRS-2 的丝氨酸磷酸化，这些底物的丝氨酸磷酸化可引发胰岛素受体酪氨酸自身磷酸化的减少及受体酪氨酸激酶活力的降低；另一方面，又显
