神經(jīng)肽kisspeptins與胰島素分泌

閆航 張莉 王玉環(huán)

·綜述·

神經(jīng)肽kisspeptins與胰島素分泌

閆航 張莉 王玉環(huán)

神經(jīng)肽kisspeptins(KISS1基因編碼)及其受體KISS1R[又稱(chēng)為G蛋白耦聯(lián)受體54(GPR54)]不僅在大腦區(qū)域表達(dá)，而且存在于脂肪、肝臟、胰腺等外周組織中。新近研究發(fā)現(xiàn)，胰高血糖素通過(guò)cAMP-蛋白激酶A-cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白通路來(lái)刺激肝臟產(chǎn)生神經(jīng)肽kisspeptins，不同濃度的kisspeptins通過(guò)胰島因子-1作用于GPR54對(duì)胰島素分泌產(chǎn)生不同的影響。同時(shí)，kisspeptins信號(hào)受損也會(huì)導(dǎo)致肥胖的發(fā)生。神經(jīng)肽kisspeptins可影響胰島素的分泌，提示生殖系統(tǒng)軸、胰島素分泌及肝臟之間存在一定關(guān)系，這些發(fā)現(xiàn)有利于進(jìn)一步理解胰島素分泌的調(diào)節(jié)機(jī)制。

Kisspeptins；G蛋白耦聯(lián)受體54；胰島素

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，肥胖相關(guān)性疾病在世界范圍內(nèi)不斷增加，而糖尿病與胰島素分泌異常密切相關(guān)，在這種背景下，調(diào)節(jié)胰島素分泌的機(jī)制已被廣泛的研究。人體內(nèi)胰島素分泌受多種因素的影響，如瘦素、胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)等。Kisspeptins(由KISS1基因編碼)及其受體KISS1R[又稱(chēng)為G蛋白耦聯(lián)受體(GPR)54]在下丘腦-生殖軸的作用是公認(rèn)的，但在外周組織中(如胰腺)的作用及機(jī)制目前仍不清楚，本文就胰腺組織中神經(jīng)肽kisspeptins 對(duì)胰島素分泌的影響作一綜述。

1 Kisspeptins概述

KISS1基因最初被描述為乳腺癌和黑色素瘤細(xì)胞系中的一種腫瘤抑制基因，它編碼一種被稱(chēng)為kisspeptins的多肽類(lèi)物質(zhì)，該物質(zhì)具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[1]。后來(lái)發(fā)現(xiàn)kisspeptins 在中樞系統(tǒng)中合成，水解后可產(chǎn)生kisspeptin54、kisspeptin14、kisspeptin13和kisspeptin10，后者調(diào)節(jié)下丘腦釋放促性腺激素釋放激素(GnRH)并且參與多種生物活動(dòng)[2]。下丘腦kisspeptins及其內(nèi)源性受體GPR54是青春期正常啟動(dòng)的關(guān)鍵性因素，它可以引起下丘腦神經(jīng)元中GnRH的脈沖釋放和青春期的出現(xiàn)[3]。然而，kisspeptins和GPR54的功能并不僅局限于下丘腦神經(jīng)元，它們?cè)谕庵芙M織也有所表達(dá)，如在人類(lèi)和小鼠的胰島細(xì)胞中都能檢測(cè)到kisspeptins mRNAs和GPR54 mRNAs，并且也在MINI6(胰島β細(xì)胞)和alphaTC1(胰島α細(xì)胞)中發(fā)現(xiàn)GPR54的表達(dá)[2,4-6]。

2 GPR54概述

GPR是橫跨細(xì)胞膜上的一種受體，把細(xì)胞外配體的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)。人體的基因組編碼GPR超過(guò)800種，這些配體激活各種各樣的 G蛋白亞型，從而影響細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。GRR54是一種新型的GPR，1999年首次在大鼠腦組織中的互補(bǔ)DNA中被發(fā)現(xiàn)[2]。在人體中，GPR54是一種由5個(gè)外顯子編碼的398個(gè)氨基酸構(gòu)成的酸性蛋白質(zhì)。GPR54在人類(lèi)的胰腺和胎盤(pán)中高度表達(dá)，而在脾臟、外周血液、睪丸和淋巴結(jié)中為中度表達(dá)[2]。胰島素釋放是由一系列的因子調(diào)控，而許多因子都是通過(guò)GPR完成，如抑胃肽和GLP-1等[7]。與上述通路不同的是，Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)kisspeptins作用于胰島中GPR54時(shí)，胰島因子-1的作用是不可忽略的。在胰腺發(fā)育和胰島素分泌中，需要LIM同源結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子胰島因子-1。Kisspeptin54與胰島表面的GPR54結(jié)合后，激活磷脂酶C。在磷脂酶C的作用下，磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸水解產(chǎn)生甘油二酯和肌醇1，4，5-三磷酸，從而增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平。隨后，對(duì)甘油二酯敏感的蛋白激酶C(PKC)亞型被激活，磷酸化PKC引起下游絲裂原活化蛋白激酶的一系列反應(yīng)，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2被激活后影響胰島因子-1 mRNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白水平，胰島因子-1蛋白結(jié)合胰島素啟動(dòng)子，增強(qiáng)其活性從而影響胰島素的合成和分泌。遺傳學(xué)證據(jù)也表明，在病態(tài)肥胖人群中，胰島因子-1與2型糖尿病密切相關(guān)[8]。

3 Kisspeptins、GPR54與胰島素分泌

研究顯示，給意識(shí)清醒和不限制活動(dòng)的大鼠靜脈注射kisspeptin，其循環(huán)胰島素水平升高，而中樞系統(tǒng)中的kisspeptins并沒(méi)有受到影響，提示循環(huán)胰島素水平升高是外周kisspeptins的作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的kisspeptins對(duì)血漿胰島素水平?jīng)]有影響，說(shuō)明由kisspeptins刺激引起的胰島素釋放是通過(guò)外周介導(dǎo)，與中樞系統(tǒng)無(wú)關(guān)[1]。而在小鼠的正常胰腺切片中，使用免疫組織化學(xué)來(lái)檢測(cè)KISS1的表達(dá)和GPR54，發(fā)現(xiàn)它們局限在胰腺α和β細(xì)胞中，而在胰腺外分泌腺中并沒(méi)有檢測(cè)到[4]。表明kisspeptins在胰島中通過(guò)GPR54來(lái)影響胰島素分泌。

3.1 Kisspeptins/GPR54在胰島中的作用 Kisspeptins/GPR54在胰島中的潛在作用尚存在爭(zhēng)議。Hauge-Evans等[4]研究發(fā)現(xiàn)，kisspeptin54在小鼠和人類(lèi)胰島中刺激胰島素的分泌，而在胰島細(xì)胞MIN6細(xì)胞株中的研究顯示其發(fā)揮抑制作用。在使用胰腺作為研究組織時(shí)，當(dāng)葡萄糖濃度為2 mmol/L時(shí)，kisspeptin54對(duì)胰島素的分泌無(wú)影響，而當(dāng)濃度為20 mmol/L時(shí)會(huì)刺激胰島素分泌；而當(dāng)選擇MIN6細(xì)胞時(shí)，無(wú)論葡萄糖的濃度為2 mmol/L還是20 mmol/L，kisspeptin54對(duì)胰島素的分泌均起抑制作用，對(duì)胰高血糖素的分泌均沒(méi)有影響。造成這種現(xiàn)象的原因并不清楚，可能由于胰島素的分泌是一種生理調(diào)節(jié)，使用MIN6細(xì)胞株尚不能模擬正常的生理過(guò)程。Silvestre等[9]在大鼠的胰腺灌注模型中發(fā)現(xiàn)kisspeptin13可減少胰島素的分泌，當(dāng)葡萄糖濃度從5.5 mmol/L上升到9.0 mmol/L時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)kisspeptin13對(duì)胰島素分泌的抑制作用，而當(dāng)葡萄糖濃度為5.5 mmol/L時(shí)，抑制作用并沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)，證明kisspeptin13并不是通過(guò)胰島α及D細(xì)胞間接發(fā)揮作用，而是直接作用于胰島β細(xì)胞從而抑制胰島素的分泌。但是，Bowe等[10]發(fā)現(xiàn)，在小鼠、豬和人類(lèi)的胰島中，kisspeptin10和kisspeptin13刺激胰島素的分泌。當(dāng)葡萄糖的濃度從2 mmol/L上升到20 mmol/L時(shí)，刺激了胰島素的分泌。研究顯示，kisspeptin10是有生物活性的最短的kisspeptin序列，而kisspeptin13是由kisspeptin10加上3個(gè)氨基酸延伸而來(lái)，所有被確定的kisspeptins 的形式均與GPR54的結(jié)合具有相似的親和力[10]。外周血漿kisspeptins水平與空腹胰島素水平呈負(fù)相關(guān)[9]。最近，一項(xiàng)在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中的研究顯示，成年雄猴在禁食和進(jìn)食這兩種狀態(tài)下外周給予kisspeptin10，平均基礎(chǔ)血漿胰島素水平并沒(méi)有改變，但是葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌顯著增強(qiáng)[11]。造成上述研究結(jié)果的差異可能與物種的選擇、研究方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)。

胰高血糖素及胰島素分別由胰島α及β細(xì)胞分泌，它們精確地調(diào)節(jié)血糖穩(wěn)態(tài)。胰島素抵抗與胰島β細(xì)胞功能缺陷是2型糖尿病的病理生理基礎(chǔ)，但最近有研究提出，2型糖尿病的一個(gè)早期的特點(diǎn)是胰高血糖素紊亂[6]。非糖尿病者在餐后表現(xiàn)出對(duì)血中胰高血糖素的抑制，而糖尿病患者則缺乏這種抑制，甚至出現(xiàn)餐后胰高血糖素升高。而且，一些2型糖尿病患者胰高血糖素水平升高出現(xiàn)在β細(xì)胞功能受損之前[6]。胰高血糖素可以通過(guò)cAMP-蛋白激酶A-cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白通路來(lái)刺激肝臟產(chǎn)生神經(jīng)肽kisspeptins，它可抑制β細(xì)胞釋放胰島素[6]。并且在2型糖尿病患者及糖尿病小鼠模型中，kisspeptin在肝臟和血清中都增加[6]。不僅如此，研究還提到在葡萄糖不耐受及糖尿病的情況下，胰高血糖素刺激肝臟產(chǎn)生kisspeptins，減少β細(xì)胞中cAMP的產(chǎn)生，從而影響胰島素分泌，并且在腸促胰素增強(qiáng)胰島素釋放的方面，也有對(duì)抗作用[6]。與對(duì)照組相比，喂以高脂飲食、選擇性敲除KISS1受體基因的實(shí)驗(yàn)組小鼠胰腺顯示了糖耐量改善，這種現(xiàn)象主要?dú)w因于胰島素釋放增加。再次從嚙齒類(lèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上說(shuō)明了kisspeptins抑制胰島素的分泌[6]。

3.2 受損的kisspeptins信號(hào)與糖耐量異常 血中葡萄糖濃度降低可導(dǎo)致下丘腦KISS1基因表達(dá)減少，而食物的攝入會(huì)改善KISS1基因的表達(dá)[5]。推測(cè)kisspeptins可能會(huì)增加食物的攝入量，刺激胰島素分泌，從而將儲(chǔ)存更多的能量[12]。有報(bào)道提出，當(dāng)kisspeptin信號(hào)受損后會(huì)降低機(jī)體的新陳代謝，促進(jìn)葡萄糖耐受不良和肥胖的發(fā)生[12]。該研究為了闡明KISS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)潛在的代謝作用，建立了KISS1受體基因敲除小鼠，模擬KISS信號(hào)通路的受損。實(shí)驗(yàn)組為KISS1受體基因敲除的小鼠，對(duì)照組為野生型雜合小鼠，二組的性別保持一致，并且都是在第4周開(kāi)始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。從第10周開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)組雌性小鼠的重量比對(duì)照組增加，而實(shí)驗(yàn)組雄性小鼠與對(duì)照組相比變化不大。令人驚訝的是，盡管實(shí)驗(yàn)組體重增加，但是它們每天攝入量與對(duì)照組相比有所減少。實(shí)驗(yàn)組小鼠攝入并不多，但是其體重卻增加，也許與其新陳代謝及能量的減低有關(guān)。而當(dāng)小鼠的年齡為18～20周時(shí)，在葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)中，禁食后實(shí)驗(yàn)組的雌性小鼠比對(duì)照組來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)了較高的基礎(chǔ)葡萄糖水平和葡萄糖耐量的受損，而雄性實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)了正常的基礎(chǔ)葡萄糖水平和葡萄糖耐量。實(shí)驗(yàn)組中KISS信號(hào)通路受損的雌性小鼠，表現(xiàn)了體重的增加、較高的基礎(chǔ)葡萄糖水平和葡萄糖耐量的受損，而對(duì)照組并沒(méi)有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，證明葡萄糖耐量受損及肥胖與kisspeptins的信號(hào)受損有一定關(guān)系[12]。但是出現(xiàn)上述性別差異現(xiàn)象的原因還是不清楚，需要進(jìn)一步的探討。

3.3 Kisspeptins 與妊娠期糖尿病的關(guān)系 人類(lèi)血液中循環(huán)的kisspeptins濃度非常低。在妊娠中，循環(huán)中kisspeptins的濃度主要依賴于胎盤(pán)的合成[4]。在妊娠期間可見(jiàn)kisspeptins的水平顯著升高(比正常值高7 000倍)，這可能與KISS1基因在胎盤(pán)中高度表達(dá)有關(guān)[9]。由于在懷孕期間存在大量循環(huán)的kisspeptins，那么妊娠糖尿病的發(fā)生可能也與kisspeptins有關(guān)，但還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，神經(jīng)肽kisspeptins可影響胰島素的分泌，提示生殖系統(tǒng)軸、胰島素分泌軸及肝臟之間的關(guān)系。Kisspeptins不僅參與青春期、妊娠以及生殖方面的過(guò)程，而且能夠通過(guò)調(diào)節(jié)胰島功能，作為一個(gè)整體的燃料平衡的調(diào)節(jié)因子而存在。根據(jù)目前的研究結(jié)果來(lái)看，無(wú)論是在嚙齒類(lèi)動(dòng)物還是靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中，kisspeptins對(duì)胰島素分泌確實(shí)有一定的影響，它與血糖的高低有關(guān)，而胰島因子-1在調(diào)控kisspeptins對(duì)胰島素分泌的影響上起著決定性的作用。Kisspeptins對(duì)胰島素分泌的影響究竟是抑制還是促進(jìn)，多個(gè)研究結(jié)果的不一致可能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方法及物種的選擇有關(guān)。這些結(jié)果的發(fā)現(xiàn)有利于進(jìn)一步理解胰島素分泌的調(diào)節(jié)機(jī)制，并且在2型糖尿病中可能成為藥物干預(yù)的新靶點(diǎn)。

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Neuropeptidekisspeptinsandinsulinsecretion

YanHang,ZhangLi,WangYuhuan.

DepartmentofEndocrinology,TheSecondAffiliatedHospital,Xi′anJiaotongUniversitySchoolofMedicine,Xi′an710000,China

WangYuhuan,Email:wangyuhuan369@126.com

Neuropeptide kisspeptins (coded by KISS1 gene) and their receptors, KISS1R [also known as G protein-coupled receptors 54(GPR54)] are not only expressed in the discrete brain tissues, but also expressed in the peripheral tissues, such as fat, liver, pancreas, etc. Recent studies have indicated that glucagon stimulates the liver to produce neuropeptide kisspeptins via the cAMP-protein kinase A-cAMP-response element binding protein pathway, and different concentrations of kisspeptins act on GPR54 through islet-1(ISL-1)and have differernt effects on the secretion of insulin. Meanwhile, the damage of the kisspeptins signal can also lead to obesity. Neuropeptide kisspeptins can affect the secretion of insulin, it is suggested relationships among the axis of reproductive system, the secretion of insulin and the liver, and these findings are beneficial to further understand the regulatory mechanism of insulin secretion.

Kisspeptins; G protein-coupled receptors 54; Insulin

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.011

710000 西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科

王玉環(huán)，Email：wangyuhuan369@126.com

2015-05-23)