蛙皮素樣肽調控胰島素分泌機制研究進展

趙紅瓊，姚　剛，夏利寧

(新疆農業(yè)大學動物醫(yī)學學院，新疆烏魯木齊 830052)

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蛙皮素樣肽調控胰島素分泌機制研究進展

趙紅瓊，姚剛，夏利寧

(新疆農業(yè)大學動物醫(yī)學學院，新疆烏魯木齊 830052)

摘要:哺乳動物蛙皮素樣肽(BLP)主要包括胃泌素釋放肽(GRP)、神經肽C(NMC)和神經肽B(NMB)，主要通過GRP-R和NMB-R 2種受體亞型介導生物學效應。其受體BRS-3的內源性配體尚未發(fā)現。BLP已經被證明具有促進胰島素分泌的作用。從組織定位來看，BLP及其受體在胰腺均有分布，其調控胰島素的分泌主要通過GRP-R介導，其效能與動物的種屬、血糖和能量水平有關。BLP可能作為胰腺內神經遞質直接促進胰島β細胞或間接通過激活副交感神經促進胰島素分泌。BLP還可激活三磷酸肌醇等途徑，增加胞外Ca2+內流或者動員胞內鈣庫，促進胰島素分泌。BLP對胰島素分泌的研究不僅補充調控胰島素分泌機制的理論，也為臨床糖尿病的治療提供新的思路。

關鍵詞:蛙皮素樣肽；胃泌素釋放肽；胰島素；鈣離子；三磷酸肌醇

蛙皮素(bombesin, BBS)和豹蛙肽(ranatensin)首先發(fā)現于蛙的皮膚，而第一個哺乳動物蛙皮素樣肽(bombesin-like peptide，BLP)分離于豬的胃腸道，因其具有促進胃泌素分泌的作用而命名為胃泌素釋放肽(gastrin-releasing peptide, GRP)。GRP含有27個氨基酸，其C-末端7個氨基酸與蛙皮素相同。而之后發(fā)現的含有10個氨基酸的神經介素C(neuromedin C, NMC)，與GRP的C-末端10個氨基酸完全相同。在哺乳動物豹蛙肽的類似物是神經介素B(neuromedin B, NMB),其C-末端的7個氨基酸序列與豹蛙肽相同。以上多肽均屬于BLP家族成員。目前為止，在哺乳動物正常機體發(fā)現的BLP受體主要有2個亞型，即GRP-受體(也稱作BB2-受體)和NMB-受體(也稱作BB1-受體)。GRP-受體與GRP和NMC有高親和力，而與NMB親和力低；NMB-受體同NMB有高的親和力，而與GRP和NMC親和力低[1]。另外發(fā)現于豚鼠子宮的BLP受體亞型-3 (BLP receptor subtype-3，BRS-3)是一個孤兒受體。自從BLP家族成員被發(fā)現以來，研究人員廣泛探究了其在調控食欲、生長和性功能等方面作用，以及其與各種癌癥疾病的相關性及針對性治療方法[2-5]。同樣，由于胰島素對機體代謝起到至關重要的作用[6]，BLP家族成員對胰島素分泌的影響得到了深入的研究。本文從BLP家族及其受體在胰腺的分布，BLP對胰島素分泌的調控及其可能機制等方面研究進行綜述。

1BLP及其受體的分布

胰島素是由胰島β-細胞受內源性或外源性物質的刺激而分泌的一種蛋白質激素。如果要說明BLP直接作用于胰島影響胰島素分泌，那么找到BLP及其受體在胰島有定位就是一個直接證據。研究發(fā)現，GRP特異性定位在大鼠腸道和胰腺的神經纖維上。Karlsson S等報道在大鼠胰腺切片中，GRP免疫活性物質不僅存在于胰腺外分泌神經纖維，還存在于胰島和胰腺內神經節(jié)，而且胰島中比神經節(jié)少，其中大量存在神經纖維和突起，在胞體中少見。但是Shimosegawa T等報道，在人正常胰腺盡管GRP免疫活性物質大量存在于胰腺外分泌部，并且腺泡和毛細血管的神經纖維上GRP免疫活性物質最豐富，胰導管和動脈壁上濃度相對低，然而在胰島很少。用RNA印跡技術發(fā)現，健康人GRP-受體基因在胰腺表達量最高，在胃表達少，而在腎上腺皮質和腦表達量微弱，在結腸、肺和前列腺不表達[7-8]。Wahl M A等用競爭抑制試驗表明，NMC和GRP-受體特異性阻斷劑N-acetyl-GRP20-27可競爭性抑制100 pmol 125I-GRP1-27在離體小鼠胰島細胞(用膠原酶預處理)的結合，而GRP1-16(切除C-末端11個氨基酸)不能抑制125I-GRP1-27的結合，說明在小鼠胰島存在GRP活性部位(C-末端10個氨基酸)的特異性結合位點。在人源離體甲狀腺神經內分泌細胞即能分泌GRP又能分泌胰島素[9]。GRP已經被證實在小鼠脊髓有表達[9]，GRP mRNA在小鼠脊髓背側高表達，但在背根神經節(jié)幾乎檢測不到；而NMB在背根神經節(jié)中高表達[11-12]。從這些研究可以看出，BLP主要分泌于哺乳動物神經細胞，包括支配到胰腺的神經細胞，在胰島存在BLP家族的結合位點或受體，揭示了BLP家族成員調控胰島素分泌的組織學基礎。

2BLP對胰島素分泌的影響

2.1BLP家族不同多肽的調節(jié)作用不同

由于BLP家族多肽的活性部位在C-末端10個氨基酸殘基，因此C-末端的差異可能影響它們生物學作用。Kawai K等一次性靜脈注射NMB或NMC(4.5 nmol/kg)給犬，均促進血漿胰島素水平升高，但是只有NMC促進胰高血糖素升高，同樣在離體胰腺灌注試驗中，盡管這2種激素均促進胰島素分泌，NMC(10 nmol/L和100 nmol/L)還促進其分泌胰高血糖素而同劑量NMB未起作用。NMB-R基因敲除雌性小鼠同野生型相比，有胰島素水平下降的趨勢[13]。這些研究說明BLP對同樣分泌于胰島的胰島素和胰高血糖素分泌的影響不同，提示這2種調控血糖的激素分泌調控存在不同的機制。Mukai H等通過一次性靜脈注射NMB或NMC的類似物對胰島素和胰高血糖素分泌影響，證明NMC第6位的纈氨酸和C-末端氨基化很重要。然而，McDonald T J等靜脈輸注豬GRP或BBS(0～600 pmol/ kg·h)給犬，同等效力并劑量依賴性升高血漿胰島素和胰高血糖素水平，這是因為這2種多肽C-末端具有大致相同的氨基酸序列。最近報道，靜脈注射BBS給獲得母源營養(yǎng)物小鼠，可使循環(huán)血中胰島素水平升高[14]。可見BLP家族多肽在發(fā)揮調控胰島素或胰高血糖素作用方面，其C-端生物活性部位對其發(fā)揮作用至關重要。

2.2不同動物種屬對BLP生物學作用的影響

不同種屬動物由于體格的差異，消化系統(tǒng)結構的不同，BLP的生物學作用或者效能也可能存在差異。McDonald T J等靜脈輸注合成的GRP給禁食的犬和羊，盡管30 min后均升高血漿胰島素和胰高血糖素水平，然而在羊升高血糖水平，但是在狗卻劑量依賴性降低血糖水平。Bloom S R等報道同為反芻動物的犢牛靜脈輸注BBS或人工合成的豬GRP (5 pmol/kg·min) 30 min后動脈血漿中胰島素和胰高血糖素水平均升高，并伴隨小量的血糖水平上升。犬是單胃動物，羊和牛是反芻多胃動物，單胃動物和反芻動物對食物的消化方式、胃排空時間均有差異[15]，雖然BLP可刺激胰島素和胰高血糖素的分泌，但是在調控血糖方面，反芻動物和單胃動物可能存在種屬差異性。

2.3動物的能量代謝水平對BLP作用的影響

胰島素的分泌及其分泌的調節(jié)是影響機體物質代謝，尤其是糖代謝重要的因素。BLP家族多肽可影響機體的消化機能[16]，Pettersson M等研究表明GRP不僅可以增加基礎水平胰島素的分泌，也可增強葡萄糖引起的胰島素分泌。McDonald T J等將GRP灌注給豬離體胰腺劑量依賴性(0.01、0.1、1.0、10 nmol/L)促進胰島素的分泌，并隨著灌注葡萄糖量增加，增強GRP引起的胰島素分泌；而無論是否灌注氨基酸或葡萄糖，胰高血糖素分泌均未受影響[7]。正常飼喂大鼠靜脈注射GRP(55 μg/kg)后10 min和30 min促進血清胰島素水平升高，而未促進24 h 禁食大鼠胰島素水平升高。犢牛靜脈輸注GRP前90 min靜脈輸注氨基酸(0.03 mmol/kg·min)可顯著增加和延長GRP導致的胰島素分泌。野生型小鼠尾靜脈注射GRP給能夠增強葡萄糖引起的胰島素分泌作用，而在胰島GRP-受體基因敲除的小鼠則不表現這種作用[17]。但是，McDonald T J等給小鼠靜脈輸注GRP(4.3 pmol/min)可抑制精氨酸(8.5 mg/min)導致的胰島素分泌。因此，在機體能量水平不同的情況下，BLP對胰島素的調節(jié)效能存在差異，可能是為了維持機體血糖的穩(wěn)態(tài)。

3BLP調控胰島素分泌的機制

3.1神經和受體機制

神經系統(tǒng)對胰島素分泌的影響取決于機體或胰島細胞所處生理狀態(tài)或神經遞質受體的分布和表達量影響[18]。刺激迷走神經可使豬胰腺GRP分泌增加[7]，推測GRP可能作為胰腺內神經遞質直接促進胰島β細胞或間接通過激活節(jié)后膽堿能纖維促進胰島素分泌。據報道，GRP在神經纖維的發(fā)育中起到調節(jié)作用[8]，因而GRP在胰島素分泌的調節(jié)作用，可能不僅作為神經遞質，還是促神經生長因子。

BLP家族成員的生物學作用主要通過GRP-R和NMB-R 2種受體亞型介導。Varga G等[19]股靜脈輸注GRP-R阻斷劑[D-Phe6]Bn(6-13)OMe給大鼠，不僅阻斷BBS (10 nmol/kg·h)導致的胰島素分泌，單獨輸注還減低基礎胰島素水平。同樣，Singh P報道靜脈輸注BBS受體阻斷劑BM-10給犬可阻斷BBS引起的胰島素分泌。這些研究結果說明GRP-R介導了外源性和內源性BLP促胰島素分泌的作用，但是其他類型受體可能也參與其中。Karlsson S等試驗證明，GRP促進胰島素分泌的作用可能還與M受體、N受體和β受體有關，并且在GRP-R受體敲除小鼠可通過增強膽堿能活性而補償其加強葡萄糖誘導的胰島素分泌作用。用孤兒受體BRS-3激動劑或阻斷劑已經證明其參與調控胰島素分泌和調控血糖穩(wěn)態(tài)，并且在肥胖和2-型糖尿病人肌細胞中BRS-3受體下調[20-21]。另外，胰島素的分泌也受到胰高血糖素的相互調控[22]，因而BLP家族也可能通過對胰高血糖素的調控而影響對胰島素的分泌。

3.2細胞信號機制

胰島素在胰島β細胞中合成后貯存在胞內分泌囊泡中。β-細胞通過調節(jié)分泌囊泡的胞吐過程來調控胰島素的分泌。胞內Ca2+濃度是影響胰島素分泌的重要因素。胞內Ca2+濃度的升高可能是來自于胞外鈣離子的內流，也可能是胞內鈣庫釋放鈣離子[23]。胞內鈣庫主要有內質網和線粒體等。關于Ca2+參與介導GRP各種功能已有報道[24]。無論在正常小鼠胰腺β-細胞還是胰島腫瘤細胞，GRP均可促進胞內Ca2+濃度增加[25]。β-細胞對胞外葡萄糖濃度的變化也十分敏感。當胞外葡萄糖濃度升高的時候，β-細胞通過膜上的葡萄糖轉運體(GLUT2)攝入葡萄糖，使胞內ATP/ADP比值加大，ATP敏感鉀通道失活，鉀離子外流減少，細胞發(fā)生去極化，導致電壓依賴性鈣離子通道開放，Ca2+內流，胞內Ca2+濃度增加，促進分泌囊泡中胰島素的分泌[26]。GRP可促進單個正常小鼠β-細胞中胞質內Ca2+濃度增加，推測GRP可直接作用于β-細胞升高胞質中Ca2+濃度[25]。Wilkes L C等報道在胰島細胞瘤RINm5F細胞系， GRP不僅增加胰島素釋放，而且胞內Ca2+濃度快速而短暫的升高，而如果沒有細胞外Ca2+存在時，胞內Ca2+濃度增加減少了一半，因而說明GRP通過增加胞外Ca2+內流和動員胞內貯藏Ca2+，增加胞質中Ca2+濃度而介導胰島素的分泌。Karlsson S等在能夠產生胰島素的倉鼠HIT-T15細胞，GRP可增加胞內Ca2+濃度，但這種作用可因為葡萄糖去除、內質網Ca2+-ATP 酶選擇性抑制劑毒胡蘿卜素(1 mmol/L)或鈣離子螯合劑乙二醇雙四乙酸(2 mmol/L，EGTA)處理而停止。蛋白激酶C(PKC)激活或抑制均影響GRP引起的鈣離子波動，并且磷脂酶D(PLD)被抑制可取消GRP引起的胰島素分泌[27]?？梢娫诋a生胰島素的細胞，GRP導致的胞內Ca2+濃度變化主要是基于動員了胞內Ca2+以及電壓門控Ca2+進入機制，然后PLD激活二酰甘油(DG)，后者激活PKC，PKC介導了GRP增強葡萄糖導致的胰島素分泌。

4小結

在哺乳動物，BLP家族多肽或者其受體均被發(fā)現在胰腺有定位分布，其調控胰島素的分泌主要通過GRP-R受體介導，同動物的種屬和能量水平有關。BLP可能作為胰腺內神經遞質直接促進胰島β-細胞或間接通過激活副交感神經促進胰島素分泌。BLP還可能通過增加胞外Ca2+內流或者動員胞內鈣庫，增加胞漿中Ca2+，同時通過磷脂酶和蛋白激酶等途徑促進胰島素的分泌。探討B(tài)LP對胰島素分泌的影響，不僅補充了調控胰島素分泌機制的理論，也為臨床治療糖尿病提供新的思路。

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Progress on Regulatory Mechanisms of Bombesin-like Peptides on Insulin Secretion

ZHAO Hong-qiong, YAO Gang，XIA Li-ning

(CollegeofVeterinaryMedicine,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang, 830052,China)

Abstract:Mammalian bombesin-like peptides (BLPs) include gastrin-releasing peptide (GRP), neuromedin C (NMC) and neuromedin B (NMB). Two main receptor subtypes, the GRP- receptor and the NMB- receptor, mediate the biological functions of BLPs. BLPs and their receptors histologically localize in the pancreas. BLPs have been reported to stimulate the secretion of insulin mediated by the GRP-receptor. The efficiency of BLP on insulin secretion is affected by animal species, blood glucose level and energy level. BLPs may act as a neurotransmitter to directly stimulate pancreatic islet β- cells, or indirectly activate the parasympathetic neuron to increase the secretion of insulin. Moreover, BLPs may activate the inositol triphosphate and promote the secretion of insulin when the cytosolic Ca2+concentration increased through promoting extracellular Ca2+influx and mobilization of intracellular calcium stores. The inositol triphosphate pathway may mediate the BLPs-induced insulin secretion. Studies of BLPs on insulin secretion not only complement the theoretical mechanism of regulation of insulin secretion, but also provide a novel idea for clinical treatment of diabetes.

Key words:bombesin-like peptide; gastrin-releasing peptide; insulin; calcium ion; inositol triphosphat

文章編號:1007-5038(2016)02-0097-04

中圖分類號:R335

文獻標識碼:A

作者簡介：趙紅瓊(1974-)，女，四川西充人，副教授， 博士， 主要從事生物活性物質結構和功能研究。

基金項目：國家自然科學青年基金項目(31201872)；中國博士后科學基金(2013M542413)

收稿日期：2015-06-10