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)科技學院動物醫(yī)學學院，吉林 吉林132101；2.東北農(nóng)業(yè)大學 動物醫(yī)學學院，黑龍江 哈爾濱150030）

胰島素是由胰島β細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域。眾所周知，胰島素受體（InsR）為胰島素起作用靶細胞膜上的特定部位，胰島素通過與細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問題。同樣，胰島素受體在生長激素－胰島素樣生長因子（growth hormone－insulin－like growth factor GH－IGF）軸中所起的作用也一直是國外研究的重點之一。

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，即具有受體自動磷酸化激活的酪氨酸激酶活性，幾乎體內(nèi)所有細胞的膜上都有胰島素受體。胰島素受體是由兩個α亞單位和兩個β亞單位構(gòu)成的四聚體，相對分子質(zhì)量分別為130ku和90ku，α單位由719個氨基酸組成，完全裸露在細胞膜外，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個氨基酸殘基組成，分為3個結(jié)構(gòu)域：N端194個氨基酸殘基伸出膜外。中間是含有23個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)細胞膜與細胞內(nèi)效應的功能單位［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胞膜上的胰島素受體相結(jié)合而實現(xiàn)的，通過結(jié)合后的一系列后續(xù)過程激發(fā)細胞內(nèi)特定的生理以及生化反應，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)細胞內(nèi)的信號傳導。

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，最終實現(xiàn)胰島素的生物學效應。激素與其受體結(jié)合后，形成復合物，于數(shù)分鐘內(nèi)在局部聚集而內(nèi)化。內(nèi)化后產(chǎn)生胰島素效應的確切機制尚不十分清楚，目前有兩大學說：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。β亞單位插入膜內(nèi)的區(qū)域中存在13個酪氨酸殘基，至少有5個（1 146、1 150、1 316和1 322）酪氨酸殘基磷酸化，并導致胞質(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)運子4（glucose transport 4GLUT4）向細胞膜轉(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［4］。

（2）第二信使說：早在1979年Larner即在某些細胞株中發(fā)現(xiàn)存在著胰島素依賴性小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)與胰島素應用胰島素抵抗的機制有關(guān)。1986年Saltied等證實此物質(zhì)為肌醇聚糖（inositolglycan，IG），它來自細胞膜雙層磷脂結(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。后兩者向細胞質(zhì)擴散，進而實現(xiàn)胰島素作用。

4 進展

在人類醫(yī)學上，由于糖尿病的發(fā)生，目前大多數(shù)學者主要研究胰島素受體介導的信號傳遞的作用機制、不同外界刺激對其信號傳遞的影響、胰島素抵抗與胰島素信號相互轉(zhuǎn)導的產(chǎn)生關(guān)系等。國內(nèi)從事奶牛胰島素受體的研究還未見相關(guān)報道。國外研究胰島素信號轉(zhuǎn)導的問題相對比較先進，他們從事奶牛胰島素受體的研究也相對比較多。Ontsouka E C等做過飼喂初乳、相同能量的配方乳制品和應用地塞米松對出生后1～5d的犢牛消化道不同部位胰島素受體含量的變化特點，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胞（white blood cell，WBC）的豐度變化特點進行了研究。Georgieva Tm等通過適時熒光定量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）、肝中的表達特點，證實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端具有增加趨勢，而同樣的結(jié)果在小鼠腸道中已經(jīng)得到了證實；在小腸中，胰島素受體在回腸表達量是最高的；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等證實腸黏膜胰島素受體表達量和最大結(jié)合率在腸中不同位置是不同的，能通過年齡改變，但通過營養(yǎng)差別改變量并不是太大，受體有選擇地與腸黏膜生長有一定關(guān)系。Hammon Hm等也證實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)在事先準備好的冷凍視網(wǎng)膜切片中把胰島素受體檢測出來，而離體細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.胰島素對過渡期奶牛代謝的影響［J］.國外畜牧科技，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］.生物化學與生物物理學報，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［J］.生物化學與生物物理學報，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)學報，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.