PKB基因表达在运动调节胰岛素抵抗中的作用

赵林杰，刘 尊(综述)，郭 巍(审校)

(沧州医学高等专科学校，河北沧州061001)

胰岛素抵抗是指机体产生胰岛素的量低于正常机体所需量的一种病理状态或单位浓度的胰岛素其细胞生物学效应减弱，代偿性引起胰岛β细胞分泌胰岛素量增加，继而引发的高胰岛素血症。运动可以改善胰岛素抵抗已经得到共识，其分子机制仍需要进一步阐明。目前人们一致认为导致胰岛素抵抗的原因之一是胰岛素信号转导通路的异常，蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)是胰岛素效应信号转导磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K)通路中的重要蛋白激酶，引起了广大学者的关注。现就PKB与胰岛素抵抗的关系及运动改善胰岛素抵抗的分子机制予以综述，重点阐述运动与PKB基因表达方面的研究进展。

1 PKB 概述

PKB是1991年发现的一种与致小鼠白血病的病毒癌基因v-Akt高度同源的蛋白激酶，相对分子质量为60×103［1］。因为其PKA和PKC与激酶活性区的氨基酸序列具有同源性，故被命名为 PKB，又称为Akt［2］。根据产生组织特异性的不同，其至少存在三种亚 型:PKBα/Akt1、PKBβ/Akt2、PKBγ/Akt3［3］。 PKB的三种亚型均含有PH区域、中间酶激区和C末端尾部三种特征区域。PH区域约由100个氨基酸构成，位于N端，PH区域是调节PKB与PI3K结合的区域;中间酶激区与PKA和PKC的活性区高度同源，该区域含有一个苏氨酸残基(PKBα为 T308位点，PKBβ为 T309位点，PKBγ为T305位点)，是活化 PKB的磷酸化位点;活化PKB的磷酸化的第2个调节性位点(PKBα为Ser－473位点，PKBβ为Ser－474位点，PKBγ为Ser－472位点)位于C末端尾部。PKBα活化所必需的条件是T308和S473的结合位点被磷酸化，这两个位点的磷酸化并不起调节PKB活性的作用［4-5］。在最近几年的研究过程中，PKB因在PI3K介导的胰岛素信号转导过程中发生着重要的作用而备受关注，研究结果显示，其不但参与调节细胞代谢、细胞周期调控以及细胞存活等多种生理过程，而且与2型糖尿病、癌症、心脑血管疾病的发生和发展密切相关［6］。

2 PKB与胰岛素抵抗

2.1 胰岛素抵抗的分子机制 20世纪30年代初，Himsworth通过观察糖尿病患者了解到其对外源性胰岛素的低血糖反应存在差异［7］。后经葡萄糖+胰岛素试验验证了临床观察的结果，且该试验还成为了胰岛素耐量试验以及口服和静脉葡萄糖耐量试验的共同基础。与此同时，胰岛素抵抗一词被Himsworth初次应用到学术界［8］。随后的研究显示胰岛素抵抗普遍存在于2型糖尿病患者中，且胰岛素抵抗在2型糖尿病发病机制中发挥着重要作用［9-10］。胰岛素抵抗指胰岛素的分泌量在正常水平时，刺激靶细胞摄取和利用葡萄糖的生理效应显著减弱，或是靶细胞维持摄取利用葡萄糖的正常生理效应需要超常量的胰岛素。

胰岛素抵抗的分子机制包括机体组织细胞胰岛素受体前、受体及受体后水平的抵抗［11］。目前认为，受体和受体后水平抵抗发挥主要作用。机体组织细胞胰岛素与其受体结合后经信号转导至细胞内引发的一系列代谢反应称作胰岛素受体后缺陷，也可称“细胞内事件”异常［12］。细胞内事件指连串的信号分子传递放大、磷酸化与脱磷酸化、蛋白质-蛋白质交互反应以及酶促反应等一系列的级联反应，进而影响了葡萄糖、蛋白质、脂肪的代谢过程［13］。

2.2 PKB与胰岛素信号转导通路 在胰岛素信号转导通路中，目前研究比较成熟的主要是PI3K途径和Ras复合途径，后者主要参与胰岛素调节的葡萄糖转运过程。已有研究发现，单独活化PI3K并不能发挥促进葡萄糖转运的作用，能够刺激葡萄糖转运蛋白4转位的重要蛋白分子是PKB［14］。PKB是胰岛素效应信号转导PI3K通路中的重要蛋白激酶，其T308位点和S473位点被磷酸化激活后可以产生多种生物学效应。在细胞因子、神经生长因子等作用下PKB/Akt通过PI3K途径被激活，在不同的生物活动中发挥调节作用。胰岛素与胰岛素受体结合后PI3K被激活，激活的PI3K促使磷酸肌醇、磷脂酰肌醇一磷酸和磷脂酰肌醇二磷酸磷酸化生成可以与下游含有PH区域的PKB/Akt结合的第二信使(磷脂酰肌醇一磷酸、磷脂酰肌醇二磷酸和磷脂酰肌醇三磷酸)。以上产物可以通过PI3K途径将信号传递下去，继续激活PKB/Akt下游的因子，使之促进细胞增长和抗细胞凋亡等生物学效应。有资料显示，非酯化脂肪酸增多虽可有效抑制经葡萄糖以及胰岛素样生长因子诱导的PKB/Akt活性，但对PI3K活性的影响不大，这也是肥胖的糖尿病患者容易发生胰岛素抵抗的原因［15］。以上研究表明，PKB/Akt作为PI3K下游重要分子和胰岛素受体在胰岛素调节脂肪、蛋白质和葡萄糖代谢中发挥着至关重要的作用，其活性降低或表达异常均可能参与胰岛素抵抗和糖尿病的发生。总之，PKB/Akt是胰岛素信号转导通路PI3K途径中的关键信号分子，其活性降低与表达缺陷与胰岛素抵抗的发生紧密相连。

3 PKB基因表达在运动调节胰岛素抵抗中的作用

3.1 运动改善胰岛素抵抗的分子机制 运动能减轻胰岛素抵抗，尤其是肥胖型胰岛素抵抗的研究成果已为很多文献所证实，运动疗法已经作为目前治疗肥胖型胰岛素抵抗以及2型糖尿病的基本方法之一。尽管现有的研究结果并不完全一致，但大致可以认为运动或运动训练可以从机体组织细胞胰岛受体前、受体及受体后三个水平影响胰岛素的作用通路［16］。目前认为机体组织细胞胰岛素受体水平和受体后的抵抗发挥主要作用。在运动对胰岛素信号转导通路的影响研究中，研究结果并没有达成一致，主要是由于运动手段、研究对象等具体环节不尽相同。能够达成共识的是无论是急性运动还是长期训练对于健康人群、糖耐量异常人群和糖尿病人群均能起到提高机体组织胰岛素敏感性的效果。

在过去关于运动改善胰岛素抵抗机制的研究中，多数集中在运动对肌肉组织胰岛素敏感性的影响。肌肉组织是体内处理糖的最重要部位，在运动过程中，肌肉的收缩会对胰岛素信号转导通路产生影响，促进葡萄糖向胞内的转运。目前运动对胰岛素的另外两个靶器官——肝脏和脂肪组织影响的研究相对较少。近年来研究表明，肝脏在全身性胰岛素抵抗产生过程中发挥了关键作用。小鼠肝细胞核因子κB通路在外源性刺激后可被激活，导致肝脏发生胰岛素抵抗。也有研究指出，运动提高肝组织胰岛素敏感性与其提高受体的结合力有关［17］。脂肪组织在糖处理方面的作用虽然不如肌肉，但其可能是胰岛素抵抗产生的起始部位。有文献表明［18］，运动训练可以提高脂肪组织的胰岛素敏感性，其机制与提高胰岛素受体底物/PI3K/Akt途径的蛋白活性有关。这方面的文献研究较少，仍需要深入的研究证实。

3.2 运动对PKB基因表达的影响 目前有关运动对PKB影响的报道，因运动强度、运动时间、运动方法的不同研究结果也存在差异。研究发现［19］，长期耐力训练可使骨骼肌血流量增加，促进肌细胞对葡萄糖的摄取和利用能力升高，进而发挥调节血糖平衡改善胰岛素抵抗形成的作用。多数学者认为，其分子机制是运动对胰岛素受体转导信号级联蛋白激酶活性和表达的改善，使组织对胰岛素敏感性增加。

Christian等［20］研究发现，3周耐力训练虽然可以使正常人体的PKB/Akt蛋白总量增加，但并未观察到其磷酸化水平的改善，经皮下注射胰岛素处理后，PKB/Akt蛋白磷酸化水平呈现出明显的升高趋势。因此，认为3周耐力训练使PKB/Akt磷酸化水平有所改善的前提条件是体内有充足的胰岛素含量。在动物模型中，运动干预PI3K/Akt信号途径级联蛋白激酶活性仍无定论。目前，Ropelle等［21］对4周龄经3个月高脂膳食诱导肥胖Wistar大鼠模型进行了一次性游泳3 h(运动1.5 h后中间休息45 min)运动干预，运动后经腹腔静脉注射胰岛素，取大鼠骨骼肌检测蛋白激酶的活性，PI3K和PKB/Akt的磷酸化水平较未经过运动干预大鼠明显升高。Tanaka等［22］对4周高脂膳食诱导的胰岛素抵抗大鼠进行运动训练1 h，即刻取其比目鱼肌，体外组织培养30 min后经胰岛素处理，发现与未经运动训练大鼠比较，其PKB/Akt的磷酸化水平并未受到影响。目前对于一次性运动对蛋白激酶磷酸化水平影响得出不同结论的原因考虑与动物模型不同以及离体实验和体内测定的不同有关。Hawley等［23］报道一次性运动刺激可以使胰岛素抵抗个体组织细胞对葡萄糖的摄取和利用能力升高。然而，这种改善效应在48 h内便会消失。反复的运动刺激可使肥胖个体对胰岛素敏感性连续增加，促进组织细胞摄取和利用葡萄糖。其机制与肌细胞对脂肪酸的氧化和改善胰岛素信号转导PI3K/PKB途径级联蛋白激酶的活性与表达有关。Reynolds等［24］研究证实了长期运动刺激对改善骨骼肌蛋白激酶磷酸化的作用，对20～22个月龄正常小鼠采用长期耐力轮滑训练发现骨骼肌PKB/Akt磷酸化水平较对照组升高45%，蛋白含量较对照组升高50%。杜晓平等［25］对饮食诱导的胰岛素抵抗大鼠给予一次性2 h中等负荷游泳运动干预，未经过胰岛素处理，结果证明2 h中等负荷游泳运动可以明显改善胰岛素信号转导PI3K途径下游的PKB/Akt蛋白激酶活性和表达，提高组织葡萄糖运输的能力，促进组织对葡萄糖摄取和利用，使胰岛素抵抗得到缓解。

4 结语

胰岛素抵抗被公认为是内分泌代谢异常相关疾病的共有病理生理基础，其分子机制相当复杂。运动可以明显改善胰岛素抵抗，需要注意的是运动时间、运动强度、运动负荷的选择。PKB作为目前影响PI3K/PKB信号转导通路的重要调控因子，对其在运动改善胰岛素敏感性中的作用成为研究重点。目前对PKB研究的可以重点放在下几个方面:①证实不同运动方式对PKB表达的影响及其与改善胰岛素抵抗的关系。②证实在人体内PKB表达的诱导因素及抑制因素，为临床防治胰岛素抵抗提供依据。③进一步探讨运动、生活方式以及药物对抑制PKB表达的作用。

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