奶牛胰島素受體

郝景鋒，王 力，寧良辰，趙 權(quán)

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，吉林 吉林132101；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030）

胰島素是由胰島β細(xì)胞分泌的一種重要的激素，具有加速葡萄糖利用和抑制葡萄糖生成和促進(jìn)蛋白質(zhì)、脂肪的合成，抑制蛋白質(zhì)和脂肪的分解等生物功能，多年來一直是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究的活躍領(lǐng)域。眾所周知，胰島素受體（InsR）為胰島素起作用靶細(xì)胞膜上的特定部位，胰島素通過與細(xì)胞膜上高親和力的胰島素受體結(jié)合，發(fā)揮各種生理作用，調(diào)控各種各樣的代謝過程［1］。近年來，隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入，胰島素抵抗和受體結(jié)合后過程是人們一直關(guān)注并試圖搞清楚的重要問題，也是近10年來胰島素研究的熱點(diǎn)問題。同樣，胰島素受體在生長(zhǎng)激素－胰島素樣生長(zhǎng)因子（growth hormone－insulin－like growth factor GH－IGF）軸中所起的作用也一直是國(guó)外研究的重點(diǎn)之一。

1 InsR的結(jié)構(gòu)

InsR是一種糖蛋白，屬于酪氨酸激酶受體家族，即具有受體自動(dòng)磷酸化激活的酪氨酸激酶活性，幾乎體內(nèi)所有細(xì)胞的膜上都有胰島素受體。胰島素受體是由兩個(gè)α亞單位和兩個(gè)β亞單位構(gòu)成的四聚體，相對(duì)分子質(zhì)量分別為130ku和90ku，α單位由719個(gè)氨基酸組成，完全裸露在細(xì)胞膜外，是受體結(jié)合胰島素主要部位［2］。α與α亞單位、α與β亞單位之間依靠二硫鍵相結(jié)合。β亞單位由620個(gè)氨基酸殘基組成，分為3個(gè)結(jié)構(gòu)域：N端194個(gè)氨基酸殘基伸出膜外。中間是含有23個(gè)氨基酸殘基的跨膜結(jié)構(gòu)域；C端伸向膜內(nèi)側(cè)為蛋白激酶結(jié)構(gòu)域；β亞單位是胰島素引發(fā)細(xì)胞膜與細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)的功能單位［3］。胰島素與亞單位結(jié)合后，β亞單位中酪氨酸激酶被激活，使受體磷酸化，產(chǎn)生介體，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶系統(tǒng)的活性，控制物質(zhì)的代謝。

2 InsR激活過程

胰島素所發(fā)生的生理功能是由它與細(xì)胞膜上的胰島素受體相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，通過結(jié)合后的一系列后續(xù)過程激發(fā)細(xì)胞內(nèi)特定的生理以及生化反應(yīng)，而胰島素與受體結(jié)合后過程是人們一直關(guān)注并試圖搞清楚的核心問題，也是近10年來胰島素研究的熱點(diǎn)問題。胰島素受體的激活過程是：胰島素先與其受體的α亞基結(jié)合，然后激活其β亞基，將三磷酸腺苷（ATP）上的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移到β亞基上，從而促發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)。

3 InsR后研究

胰島素與其受體結(jié)合后可發(fā)生一系列生化變化，最終實(shí)現(xiàn)胰島素的生物學(xué)效應(yīng)。激素與其受體結(jié)合后，形成復(fù)合物，于數(shù)分鐘內(nèi)在局部聚集而內(nèi)化。內(nèi)化后產(chǎn)生胰島素效應(yīng)的確切機(jī)制尚不十分清楚，目前有兩大學(xué)說：第二信使說（secondary messenger theory）和磷酸化聯(lián)鎖說（phosphorylation cascade theory）。

（1）磷酸化聯(lián)鎖說：胰島素與其受體結(jié)合后通過某些機(jī)制激活β亞單位上的酪氨酸，使其磷酸化，此種磷酸化可經(jīng)加入三磷酸腺苷（adenosine triphosphate ATP）和Mn2＋而得到加強(qiáng)。β亞單位插入膜內(nèi)的區(qū)域中存在13個(gè)酪氨酸殘基，至少有5個(gè)（1 146、1 150、1 316和1 322）酪氨酸殘基磷酸化，并導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)酪氨酸激酶活性上升，胰島素受體底物（insulin receptor substrate IRS－1）的酪氨酸磷酸化，SH2的特定氨基酸序列與IRS－1上磷酸化酪氨酸相結(jié)合，磷脂酰肌醇－3激酶（phosphatidyl inositol－3－kinase PI－3－K）被激活，促使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子4（glucose transport 4GLUT4）向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位及葡萄糖被攝取。酪氨酸磷酸化后繼之引起乙酰CoA羥化酶、核糖體種特異性抗原－6（speciesspecific antigen－6S6）和肌腺苷磷酸（muscle adenosine phosphoric acid2MAP2）激酶上的絲氨酸和蘇氨酸的磷酸化（聯(lián)鎖磷酸化），最終出現(xiàn)胰島素效應(yīng)［4］。

（2）第二信使說：早在1979年Larner即在某些細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)存在著胰島素依賴性小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)與胰島素應(yīng)用胰島素抵抗的機(jī)制有關(guān)。1986年Saltied等證實(shí)此物質(zhì)為肌醇聚糖（inositolglycan，IG），它來自細(xì)胞膜雙層磷脂結(jié)構(gòu)的磷脂酰肌醇聚糖（phosphatidylinositol glycan，PI－G），伴隨產(chǎn)物尚有1，2－二乙酰甘油（1，2－diacylglycerol，DAG），此兩種物質(zhì)均被視為傳遞胰島素信息的第二信使。PI－G大部分存在于細(xì)胞膜雙層結(jié)構(gòu)的外層，經(jīng)磷脂酰肌醇特異性磷 酸 脂 酶（phosphatidylinositol－specificity phospholipase PI－PLC）作用水解為等分子的IG和DAG。后兩者向細(xì)胞質(zhì)擴(kuò)散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)胰島素作用。

4 進(jìn)展

在人類醫(yī)學(xué)上，由于糖尿病的發(fā)生，目前大多數(shù)學(xué)者主要研究胰島素受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞的作用機(jī)制、不同外界刺激對(duì)其信號(hào)傳遞的影響、胰島素抵抗與胰島素信號(hào)相互轉(zhuǎn)導(dǎo)的產(chǎn)生關(guān)系等。國(guó)內(nèi)從事奶牛胰島素受體的研究還未見相關(guān)報(bào)道。國(guó)外研究胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的問題相對(duì)比較先進(jìn)，他們從事奶牛胰島素受體的研究也相對(duì)比較多。Ontsouka E C等做過飼喂初乳、相同能量的配方乳制品和應(yīng)用地塞米松對(duì)出生后1～5d的犢牛消化道不同部位胰島素受體含量的變化特點(diǎn)，研究結(jié)果表明，飼喂相同能量的配方乳制品組小牛消化道各組織mRNA豐度差異顯著，而飼喂初乳，同時(shí)又經(jīng)地塞米松處理的小牛食道和胃底的胰島素受體豐度的下降很顯著［5］。Nielsen L等就胰島素受體在不同年齡段小母牛的白細(xì)胞（white blood cell，WBC）的豐度變化特點(diǎn)進(jìn)行了研究。Georgieva Tm等通過適時(shí)熒光定量PCR闡述了早產(chǎn)小牛、足月產(chǎn)小牛、飼喂7d的早產(chǎn)小牛中胰島素受體豐度在胃腸道（十二指腸、空腸、回腸、結(jié)腸）、肝中的表達(dá)特點(diǎn)，證實(shí)了胰島素受體豐度在結(jié)腸、空腸、回腸大于十二指腸，差異極顯著；回腸中早產(chǎn)小牛大于足月產(chǎn)小牛，差異極顯著；十二指腸中飼喂7d的早產(chǎn)小牛大于早產(chǎn)小牛，差異顯著；肝中胰島素受體豐度早產(chǎn)小牛大于足月產(chǎn)小牛，差異比較顯著；他們另外發(fā)現(xiàn)，胰島素受體mRNA豐度有從腸道近端到遠(yuǎn)端具有增加趨勢(shì)，而同樣的結(jié)果在小鼠腸道中已經(jīng)得到了證實(shí)；在小腸中，胰島素受體在回腸表達(dá)量是最高的；肝臟和腸道中胰島素受體豐度在早產(chǎn)小牛明顯大于足月產(chǎn)小牛，這種變化和IGF－Ⅱ大致一致，說明在圍產(chǎn)期胰島素受體和IGF－Ⅱ存在一定的相互聯(lián)系，并由此說明了胰島素受體和GH－IGF軸存在相互關(guān)系［6］。Georgiev I P等證實(shí)腸黏膜胰島素受體表達(dá)量和最大結(jié)合率在腸中不同位置是不同的，能通過年齡改變，但通過營(yíng)養(yǎng)差別改變量并不是太大，受體有選擇地與腸黏膜生長(zhǎng)有一定關(guān)系。Hammon Hm等也證實(shí)了初乳替代品和不同能量攝入均能改變腸道和肝內(nèi)胰島素受體含量［7］。Gosbell A D等通過多克隆抗胰島素受體抗體用免疫過氧化酶技術(shù)在事先準(zhǔn)備好的冷凍視網(wǎng)膜切片中把胰島素受體檢測(cè)出來，而離體細(xì)胞通過單克隆抗胰島素受體抗體用免疫金、銀技術(shù)定位檢測(cè)出來，證明了胰島素受體在視網(wǎng)膜中廣泛存在，從而支持了胰島素參與調(diào)解視網(wǎng)膜功能的假說。

［1］PAUL CHANDLER.劉德義摘譯.胰島素對(duì)過渡期奶牛代謝的影響［J］.國(guó)外畜牧科技，2006，25（8）：2－5.

［2］季少平.胰島素受體底物1的PH結(jié)構(gòu)域與PKC的結(jié)合［J］.生物化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)，2006，31（4）：400－404.

［3］張弘，喬志松，馮佑民.胰島素受體的配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域的克隆與表達(dá)［J］.生物化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)，2005，32（6）：627－632.

［4］Hayirli A.，Bertics S.J.，Grummer R.R.Effects of Slow－release Insulin on Production，Liver Triglyceride，and Metabolic Profiles of Holsteins in Early Lactation［C］.American Dairy Science Association，2008：85：2180－2191.

［5］Chirieac，Doru V，etal.Glucose－stimulated insulin secretion suppresses hepatic triglyceride－rich lipoprotein and apoB producti［J］.AmJPhysiolEndocrinolMetab，2009，279：E1003－E1011.

［6］孫玉成，王雪瑩，李紅梅，等.不同能量攝入水平對(duì)圍產(chǎn)期奶牛肝載脂蛋白E mRNA豐度的影響［J］.畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào)，2006，37（4）：342－347.

［7］Stephen C.Van Iderstine，etal.Mechanisms of Hepatic Very Low Density LipoproteinOverproduction in Insulin Resistance.The Journal of Biological［J］.Chemistry，2009，Vol.275，No.12，Issue of March 24，8416－8425.