奶牛胰岛素受体

郝景锋，王 力，宁良辰，赵 权

（1.吉林农业科技学院动物医学学院，吉林 吉林132101；2.东北农业大学 动物医学学院，黑龙江 哈尔滨150030）

胰岛素是由胰岛β细胞分泌的一种重要的激素，具有加速葡萄糖利用和抑制葡萄糖生成和促进蛋白质、脂肪的合成，抑制蛋白质和脂肪的分解等生物功能，多年来一直是蛋白质结构与功能研究的活跃领域。众所周知，胰岛素受体（InsR）为胰岛素起作用靶细胞膜上的特定部位，胰岛素通过与细胞膜上高亲和力的胰岛素受体结合，发挥各种生理作用，调控各种各样的代谢过程［1］。近年来，随着分子生物学研究的不断深入，胰岛素抵抗和受体结合后过程是人们一直关注并试图搞清楚的重要问题，也是近10年来胰岛素研究的热点问题。同样，胰岛素受体在生长激素－胰岛素样生长因子（growth hormone－insulin－like growth factor GH－IGF）轴中所起的作用也一直是国外研究的重点之一。

1 InsR的结构

InsR是一种糖蛋白，属于酪氨酸激酶受体家族，即具有受体自动磷酸化激活的酪氨酸激酶活性，几乎体内所有细胞的膜上都有胰岛素受体。胰岛素受体是由两个α亚单位和两个β亚单位构成的四聚体，相对分子质量分别为130ku和90ku，α单位由719个氨基酸组成，完全裸露在细胞膜外，是受体结合胰岛素主要部位［2］。α与α亚单位、α与β亚单位之间依靠二硫键相结合。β亚单位由620个氨基酸残基组成，分为3个结构域：N端194个氨基酸残基伸出膜外。中间是含有23个氨基酸残基的跨膜结构域；C端伸向膜内侧为蛋白激酶结构域；β亚单位是胰岛素引发细胞膜与细胞内效应的功能单位［3］。胰岛素与亚单位结合后，β亚单位中酪氨酸激酶被激活，使受体磷酸化，产生介体，调节细胞内酶系统的活性，控制物质的代谢。

2 InsR激活过程

胰岛素所发生的生理功能是由它与细胞膜上的胰岛素受体相结合而实现的，通过结合后的一系列后续过程激发细胞内特定的生理以及生化反应，而胰岛素与受体结合后过程是人们一直关注并试图搞清楚的核心问题，也是近10年来胰岛素研究的热点问题。胰岛素受体的激活过程是：胰岛素先与其受体的α亚基结合，然后激活其β亚基，将三磷酸腺苷（ATP）上的高能磷酸键转移到β亚基上，从而促发细胞内的信号传导。

3 InsR后研究

胰岛素与其受体结合后可发生一系列生化变化，最终实现胰岛素的生物学效应。激素与其受体结合后，形成复合物，于数分钟内在局部聚集而内化。内化后产生胰岛素效应的确切机制尚不十分清楚，目前有两大学说：第二信使说（secondary messenger theory）和磷酸化联锁说（phosphorylation cascade theory）。

（1）磷酸化联锁说：胰岛素与其受体结合后通过某些机制激活β亚单位上的酪氨酸，使其磷酸化，此种磷酸化可经加入三磷酸腺苷（adenosine triphosphate ATP）和Mn2＋而得到加强。β亚单位插入膜内的区域中存在13个酪氨酸残基，至少有5个（1 146、1 150、1 316和1 322）酪氨酸残基磷酸化，并导致胞质内酪氨酸激酶活性上升，胰岛素受体底物（insulin receptor substrate IRS－1）的酪氨酸磷酸化，SH2的特定氨基酸序列与IRS－1上磷酸化酪氨酸相结合，磷脂酰肌醇－3激酶（phosphatidyl inositol－3－kinase PI－3－K）被激活，促使葡萄糖转运子4（glucose transport 4GLUT4）向细胞膜转位及葡萄糖被摄取。酪氨酸磷酸化后继之引起乙酰CoA羟化酶、核糖体种特异性抗原－6（speciesspecific antigen－6S6）和肌腺苷磷酸（muscle adenosine phosphoric acid2MAP2）激酶上的丝氨酸和苏氨酸的磷酸化（联锁磷酸化），最终出现胰岛素效应［4］。

（2）第二信使说：早在1979年Larner即在某些细胞株中发现存在着胰岛素依赖性小分子物质，这些物质与胰岛素应用胰岛素抵抗的机制有关。1986年Saltied等证实此物质为肌醇聚糖（inositolglycan，IG），它来自细胞膜双层磷脂结构的磷脂酰肌醇聚糖（phosphatidylinositol glycan，PI－G），伴随产物尚有1，2－二乙酰甘油（1，2－diacylglycerol，DAG），此两种物质均被视为传递胰岛素信息的第二信使。PI－G大部分存在于细胞膜双层结构的外层，经磷脂酰肌醇特异性磷 酸 脂 酶（phosphatidylinositol－specificity phospholipase PI－PLC）作用水解为等分子的IG和DAG。后两者向细胞质扩散，进而实现胰岛素作用。

4 进展

在人类医学上，由于糖尿病的发生，目前大多数学者主要研究胰岛素受体介导的信号传递的作用机制、不同外界刺激对其信号传递的影响、胰岛素抵抗与胰岛素信号相互转导的产生关系等。国内从事奶牛胰岛素受体的研究还未见相关报道。国外研究胰岛素信号转导的问题相对比较先进，他们从事奶牛胰岛素受体的研究也相对比较多。Ontsouka E C等做过饲喂初乳、相同能量的配方乳制品和应用地塞米松对出生后1～5d的犊牛消化道不同部位胰岛素受体含量的变化特点，研究结果表明，饲喂相同能量的配方乳制品组小牛消化道各组织mRNA丰度差异显著，而饲喂初乳，同时又经地塞米松处理的小牛食道和胃底的胰岛素受体丰度的下降很显著［5］。Nielsen L等就胰岛素受体在不同年龄段小母牛的白细胞（white blood cell，WBC）的丰度变化特点进行了研究。Georgieva Tm等通过适时荧光定量PCR阐述了早产小牛、足月产小牛、饲喂7d的早产小牛中胰岛素受体丰度在胃肠道（十二指肠、空肠、回肠、结肠）、肝中的表达特点，证实了胰岛素受体丰度在结肠、空肠、回肠大于十二指肠，差异极显著；回肠中早产小牛大于足月产小牛，差异极显著；十二指肠中饲喂7d的早产小牛大于早产小牛，差异显著；肝中胰岛素受体丰度早产小牛大于足月产小牛，差异比较显著；他们另外发现，胰岛素受体mRNA丰度有从肠道近端到远端具有增加趋势，而同样的结果在小鼠肠道中已经得到了证实；在小肠中，胰岛素受体在回肠表达量是最高的；肝脏和肠道中胰岛素受体丰度在早产小牛明显大于足月产小牛，这种变化和IGF－Ⅱ大致一致，说明在围产期胰岛素受体和IGF－Ⅱ存在一定的相互联系，并由此说明了胰岛素受体和GH－IGF轴存在相互关系［6］。Georgiev I P等证实肠黏膜胰岛素受体表达量和最大结合率在肠中不同位置是不同的，能通过年龄改变，但通过营养差别改变量并不是太大，受体有选择地与肠黏膜生长有一定关系。Hammon Hm等也证实了初乳替代品和不同能量摄入均能改变肠道和肝内胰岛素受体含量［7］。Gosbell A D等通过多克隆抗胰岛素受体抗体用免疫过氧化酶技术在事先准备好的冷冻视网膜切片中把胰岛素受体检测出来，而离体细胞通过单克隆抗胰岛素受体抗体用免疫金、银技术定位检测出来，证明了胰岛素受体在视网膜中广泛存在，从而支持了胰岛素参与调解视网膜功能的假说。

［1］PAUL CHANDLER.刘德义摘译.胰岛素对过渡期奶牛代谢的影响［J］.国外畜牧科技，2006，25（8）：2－5.

［2］季少平.胰岛素受体底物1的PH结构域与PKC的结合［J］.生物化学与生物物理学报，2006，31（4）：400－404.

［3］张弘，乔志松，冯佑民.胰岛素受体的配体结合结构域的克隆与表达［J］.生物化学与生物物理学报，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］孙玉成，王雪莹，李红梅，等.不同能量摄入水平对围产期奶牛肝载脂蛋白E mRNA丰度的影响［J］.畜牧兽医学报，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.