磷脂酶C在胰島中的分布及作用

雷雨欣，焦 凱

第四軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院 內分泌科，陜西西安 710038

磷脂酶C在胰島中的分布及作用

雷雨欣，焦 凱

第四軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院 內分泌科，陜西西安 710038

磷脂酶C(phospholipase C，PLC)是磷脂酰肌醇信號通路的關鍵酶，根據不同的結構特點和激活機制被分為6大類15種亞型。PLC在體內分布相當廣泛，包括心、腦、骨骼肌等組織。PLC在不同的組織細胞中具有不同的功能，有研究表明胰島中有PLC不同亞型的分布并提示其與胰島素的分泌相關。本文就PLC的生理學特性及其在胰島中的作用進行綜述。

磷脂酶 C；胰島；胰島素分泌

磷脂酶C(phospholipase C，PLC)是磷酸肌醇信號轉導通路中一個關鍵酶，當體內的相關激素、神經遞質以及細胞因子等激活其受體時，PLC可以通過其作用于甘油磷脂C3位上甘油磷酸酯鍵的脂類水解酶活性，將磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2)水解，產生第二信使：三磷酸肌醇(inositol-1，4，5-triphosphate，IP3)和甘油二酯(diacylglycerol，DAG)。IP3能引起細胞內Ca2+運動，DAG則可以使蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活化，通過信號轉導和轉錄調控，使多種蛋白磷酸化，從而參與細胞的生長、分化等過程。越來越多研究表明，PLC在胰島中的分布及其在信號轉導過程中的作用對胰島素的分泌有著重要的意義。本文就PLC的生理學特性及其在胰島中的作用進行綜述。

1 磷脂酶C

到目前為止，PLC在哺乳動物中已鑒定出15種亞型，根據其不同的結構特點和調節(jié)激活機制分為6大類：PLCβ、PLCγ、PLCδ、PLCε和新近發(fā)現的PLCζ及PLCη。其中PLCβ有PLCβ1 ～ PLCβ4四種亞型；PLCγ有PLCγ1和PLCγ2兩種亞型；PLCδ有PLCδ1 ～ PLCδ4四種亞型；PLCη有PLCη1和PLCη2兩種亞型；PLCε有PLCε1和PLCε2兩種亞型。

PLC由保守結構域和特殊結構域組成，其中保守結構域包括PH結構域、EF手型結構域、C2結構域以及高度保守的X區(qū)和Y區(qū)。新近研究顯示PLCβ的PH結構域能夠特異性地與異三聚體G蛋白的βγ亞單位結合，進而和磷脂酰肌醇相互作用，而PLCβ同工酶的EF手型結構域上與Ca2+相結合的殘基已經丟失，并且經序列研究證實PLCβ的C2結構域也沒有與Ca2+結合的能力[1]。Waldo等[2]研究表明PLCβ3的第3和第4個EF手型結構域之間的環(huán)形結構能夠與Gαq相互作用并且提高GTP酶的活性。另一個可與Gαq作用的是PLCβ的特殊結構域-CT結構域，研究表明移除該結構域后，PLCβ就不再能夠被異三聚體G蛋白的Gq族蛋白所激活[3]。

由于PLC各亞型結構的不同，激活途徑也不相同。PLCγ通過受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases，RTK)途徑和非依賴蛋白酪氨酸激酶活化途徑被激活，RTK的磷酸化酪氨酸結合位點與含有SH2區(qū)的PLCγ相結合，從而激活PLCγ水解PIP2[3]。PLCβ通過多種機制經G蛋白偶聯受體G-protein-coupled receptors，激活，異三聚體G蛋白Gαq和Gβγ兩個亞單位均可調控。PLCε既可被GPCR途徑激活也可被RTK途徑激活[4]。PLCδ1和PLCη1被GPCR介導的鈣動員激活并且正反饋PLC的信號轉導[5]。PLCη2可直接被G蛋白偶聯受體Gαi/o族βγ亞單位激活[6]。PLCζ的激活機制目前仍不清楚。

Suh等[7]在研究PLC各同工酶及mRNA在組織的分布表明，各種PLC同工酶廣泛分布于機體各組織器官，包括心、腦、肺、骨骼肌等。研究顯示，目前已在人類患者中觀察到PLCβ1基因的突變，且PLCβ1基因突變與早發(fā)性癲癇性腦病密切相關[8]。PLCγ1廣泛高表達于大腦區(qū)域，并通過RTK受體參與多種神經事件如神經突長出、神經細胞遷移和突觸可塑性[9]。PLCη不僅參與調節(jié)細胞的存活及神經細胞的成熟和遷移，還與突觸神經遞質的釋放及突觸功能障礙相關[6]。PLCδ3的shRNA介導的沉默基因抑制軸突和樹突原代皮質神經元在體外的生長，且PLCδ3還負調控RhoA的表達，抑制RhoA蛋白/Rho激酶活性，并促進PLC活性依賴性神經突的生長[10]。有研究發(fā)現，PLCε是原癌基因Ras的直接效應物，由此提出了PLCε在癌癥中的潛在作用。PLCε不僅有助于腫瘤的生長，且PLCε的單核苷酸多態(tài)性與食管癌和胃癌的發(fā)生正相關[4]。PLCβ1和細胞周期蛋白D3調節(jié)能夠促進正確的肌分化過程，從而使強直性肌營養(yǎng)不良患者的肌細胞生成素和肌間線蛋白恢復[11]。PLCβ1在核水平的調節(jié)與骨髓增生異常綜合征有關，并可能參與此病的粒系細胞和紅系細胞的分化[12]。

2 PLC在胰島的分布

目前，人們僅對鼠的胰島開展了關于PLC分布和定位的研究。Wang等[13]在4周齡C57BL小鼠胰腺采用免疫金標記法檢測PLCβ1 ～ PLCβ3和γ1四種亞型，結果認為PLCβ2、PLCβ3和PLCγ1在胰島分布；Kim等[14]對8周齡C57BL/6J成年小鼠胰島采用免疫組織化學方法檢測PLCβ1 ～PLCβ4、PLCγ1 ～ PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八種亞型，結果示僅有PLCβ3、PLCβ4和PLCγ1在胰島有不同程度的分布； Dzhura等[15]通過RT-PCR和Western blot在野生型C57BL/6小鼠的胰島發(fā)現有PLCε的表達，同時通過Western blot分析發(fā)現人胰島也有PLCε的表達，這是首次關于人胰島PLCε亞型分布的報道。

Gasa等[16]通過免疫印跡法在新鮮大鼠胰島檢測PLCβ1 ～ PLCβ3、PLCγ1、PLCδ1和PLCδ2六種亞型結果示：此六種亞型在胰島均有不同程度表達；Kim等[17]在成年SD大鼠胰腺采用免疫組織化學法檢測PLCβ1 ～ PLCβ4、PLCγ1、PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八種亞型結果示，僅有PLCβ1 ～ PLCβ4及PLCδ1 ～ PLCδ2在胰島不同程度的分布；Zawalich等[18]在成年CD-1小鼠和SD大鼠胰島采用Western blot分析對比研究PLCβ1 ～ PLCβ4、PLCγ1、PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八種亞型結果示：PLCβ1 ～PLCβ3和PLCδ1在大鼠和小鼠均有表達且有顯著的種系表達差異，PLCγ1在兩種鼠中無差異性表達，而PLCβ4和PLCδ2在大鼠和小鼠均未檢測到。對比各研究結果，產生差異的原因除研究者對檢測亞型的選擇不一致外，實驗動物的品系、實驗方法和實驗條件的不同都可能也是重要的影響因素。

3 PLC在胰島中的作用

大量研究表明，PLC在胰島細胞中通過不同途徑調節(jié)胰島素的分泌，成為胰島素分泌及作用過程中的重要因子。在磷脂酰肌醇通路中，IP3通過刺激Ca2+從內質網的貯庫中釋放，升高胞質內Ca2+的濃度，DAG通過激活蛋白激酶途徑從而引起細胞應答。在胰島，這一信號轉導通路被認為是胰島素分泌的重要途徑。Zawalich等[18]用20 mmol/L葡萄糖刺激大鼠胰島時發(fā)現當胰島素二相分泌高峰時，B細胞內被標記的IP3和DAG積累量同步增加，而IP3和DAG是由PLC介導水解而成的，提示PLC可能參與葡萄糖刺激胰島素二相分泌的過程。他們的研究還提示地塞米松可能是通過抑制大鼠胰島B細胞PLC的活性從而抑制胰島素的分泌[19]。另有研究表明，構建PLCβ1真核表達載體(PCMV-HA-PLCβ1)瞬時轉染到INS-1細胞并用40 mmol/L葡萄糖刺激60 min，時胰島素分泌量最大，同時PLCβ1表達顯著增加，提示PLCβ1可能參與葡萄糖刺激胰島素分泌(glucose-stimulated insulin secretion，GSIS)的信息傳遞[20]。也有研究提示，胰島B細胞對于葡萄糖刺激的反應是由迷走神經釋放的乙酰膽堿通過PLC信號通路產生的。胰島B細胞表現出的劑量依賴性PLC活性增加是對生理相關性血糖水平升高的響應[21]。Suzuki等[22]研究顯示，在C57BL/6N小鼠胰島細胞和MIN-6細胞用1 200 pg/ml的重組IL-6預處理48 h后GSIS增強，并且通過PLC抑制劑實驗證明了PLCIP3信號轉導途徑參與了IL-6增強胰島B細胞GSIS的過程。另外siRNA實驗發(fā)現敲除PLCβ1基因的小鼠胰島B細胞由IL-6引起的GSIS會顯著減弱，進一步提示了PLCβ1是參與這一過程的主要亞型。

胰島素-磷脂酰肌醇3激酶-3磷酸磷脂酰肌醇是胰島素發(fā)揮生物效應的重要信號通路，而PLC在這一通路中也起著關鍵的作用。我們之前的研究表明，用100 mIU/L的胰島素孵育大鼠胰島和BTC-3細胞，發(fā)現在30 min內胰島B細胞PLCγ1發(fā)生磷酸化改變，BTC-3細胞PLCγ1表達明顯減少而磷酸化水平明顯升高，并且通過實驗證明了PLCγ1在胰島素作用下的磷酸化改變是由RTK介導激活的，提示PLCγ1參與了胰島素作用的信息傳遞過程[23]。

胰島素的分泌是一個依賴Ca2+的過程，而Ca2+與PLC也有著重要的作用聯系。Throe等[24]研究表明，PLC的活性是靠通過門控通道內流入胞的Ca2+所維持，并且在幼年小鼠B細胞的研究顯示，鈣庫釋放入胞質的Ca2+和通過細胞膜門控通道進入胞質的Ca2+增多時能夠激活并且增強PLC的活性。這些結果提示PLC活性的增強機制在激素和神經遞質刺激胰島素分泌當中起重要作用。

Dzhura等[15,25]研究表明Exendin-4能夠促進小鼠胰島B細胞鈣誘導的Ca2+釋放(calcium induced calcium release，CICR)過程，而敲除PLCε基因的小鼠胰島B細胞卻喪失了此功能。在B細胞CICR的信號轉導“模板”中包含了Epac2(8-pCPT-2-O-Me-cAMP-AM)、Rap和PLCε，其中Epac2和PLCε的活性是CICR的關鍵因素。而CICR與胰島素的分泌密切相關，提示PLCε參與調節(jié)胰島素分泌的信號轉導過程。Zhou等[26]研究表明亞油酸能夠通過激活PLC及Ca2+調節(jié)通道與GPR40/FFA1相互作用，從而引起SD大鼠胰島B細胞內Ca2+的釋放，繼而分泌胰島素。

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Expression and effects of phospholipase C on islets

LEI Yu-xin, JIAO Kai
Department of Endocrinology, Tangdu Hospital, Fourth Military Medical University, Xi’an 710038, Shaanxi Province, China

JIAO Kai. Email: tdjkai@fmmu.edu.cn

Phospholipase C is an effector molecule in the PI signaling pathway, which have been identified into 15 subtypes and classified in six groups depending on the structural characteristics and activation mechanisms. The PLCs are widely distributed in the body, including the organization of the heart, brain, skeletal muscle, etc. PLC plays different functional roles in different tissues and cells, and some studies have shown that the distribution of different kinds of PLC isozymes on the islet is related to the secretion of insulin. This article reviews the physiological characteristics of PLC and its role in islet.

phospholipase C; pancreatic islet; secretion of insulin

R 335.6；Q 556.1

A

2095-5227(2014)10-1078-03

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.10.028

時間：2014-07-07 17:01

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140707.1701.004.html

2014-04-29

國家自然科學基金項目(30971122)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(30971122)

雷雨欣，女，碩士。研究方向：糖尿病發(fā)病機制。Email: emmy1213@126.com

焦凱，博士，教授，主任醫(yī)師。Email: tdjkai@fmmu.edu. cn