β-arrestins在2型糖尿病中的多功能信号调节作用

蔡 明，唐丽琴

（1.安徽中医药大学，安徽 合肥 230031；2.安徽医科大学附属省立医院，安徽 合肥 230001）

◇综述与讲座◇

β-arrestins在2型糖尿病中的多功能信号调节作用

蔡 明1，唐丽琴2

（1.安徽中医药大学，安徽 合肥 230031；2.安徽医科大学附属省立医院，安徽 合肥 230001）

β-arrestins不仅仅是 GPCR（G-protein-coupled receptor，GPCR）信号通路的负性调控者，也是很多信号分子中重要的衔接蛋白。尽管在分子信号介导中 β-arrestins经常会被提到，然而在胰岛素受体信号通路中却涉及的比较少，但是最近的研究结果却显示与原先的观点有所不同。该文就 β-arrestins在调节与 2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）相关的胰岛素作用、炎症信号通路以及其他细胞信号通路中所扮演的角色作一综述。

β-arrestins；信号转导；胰岛素抵抗；2型糖尿病

Arrestins家族最初是在20世纪80年代中期作为一类细胞溶质蛋白被发现的，一共由四个部分组成，可分为两大类：可见性 arrestins（arrestins 1与 arrestins 4）和非可见性 arrestins（β-arrestin 1与 β-arrestin 2，分别又称为arrestins 2与 arrestins 3）。前两者主要存在于视网膜杆状和椎体细胞中，而后两者则是广泛的分布于各种细胞中，并且在 GPCRs信号通路转导中起到重要的调节作用［1］。过去的二十年里，在基于大量的 GPCRs如 β2肾上腺素受体中的多项研究表明，GPCRs活化后被G蛋白偶联受体激酶（G-protein-coupled receptors kinases，GRKs）磷酸化，紧接着 β-arrestins从胞浆里转移到细胞膜与磷酸化的GPCRs结合，会导致这些受体与G蛋白分离，从而使受体内化，终止 GPCRs信号转导［2-3］。事实上β-arrestins的作用远不止这些，它不但可以使受体与 G蛋白解聚、受体内吞，还可以作为支架蛋白在受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）信号转导中充当重要的信号分子［4］，RTKs是一类独特的细胞表面受体家族，例如胰岛素受体、胰岛素样生长因子-1受体（insulin like growth factor-1 receptor，IGF-1R）、表皮生长因子受体以及核转录因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路［5］，以上这些在特定的炎症基因表达中都是不可或缺的。现在我们很清楚的知道β-arrestins可作为支架蛋白和适配器分子参与受体信号胞内转导，因此它可以调节一系列细胞信号的强度和持续时间。

T2DM现已成为世界上危害公众健康最严重的疾病之一，该疾病的主要特点是胰岛 β细胞上的胰岛分泌功能紊乱以及产生胰岛素抵抗。一旦胰岛β细胞出现问题，胰岛素的分泌就会逐渐减少，随着病程发展就会导致慢慢从血糖正常到胰岛素抵抗再到高血糖等一系列 T2DM中的代谢综合征。胰岛素抵抗虽然只是胰岛素无法去刺激胰岛素受体信号，但是它的病理生理学却涉及到复杂的胰岛素信号通路系统。在胰岛素的刺激下，首先通过受体的二聚化以及胰岛素受体基质蛋白（insulin receptor substrate proteins，IRS）的磷酸化来激动胰岛素受体，进而活化磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3-OH kinase，PI3K），PI3K又会使磷脂酰肌醇 4，5-二磷酸（phosphorylates phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PI（4，5）P2）磷酸化而生成三磷酸肌醇（phosphorylates phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，IP3），然而IP3又募集了磷酸肌醇依赖性激酶-1／2（phosphoinositide-dependent kinase 1／2，PDK-1／2）和Akt／蛋白激酶B（Akt／protein kinase B，PKB）里所知道的三个亚型，紧接着PDK-1和 PDK-2分别使Akt／PKB上的苏氨酸 308位点和丝氨酸 473位点磷酸化，活化了的 Akt／PKB继续磷酸化下游的激酶和转录因子例如：糖原合成激酶-3（glycogen synthase kinase 3，GSK-3）、叉头转录因子-1（forkhead box O1，Foxo-1）、葡萄糖转运蛋白（glucose transporter，Glut）、激素敏感性脂肪酶（hormone sensitive lipase，HSL）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR），以上这些过程就是大多数胰岛素代谢行为的重要组成部分，这样一系列的胰岛素代谢行为是维持体内血糖、脂肪和蛋白质平衡的重要方式，其中也包括了葡萄糖的摄取、合成、糖异生、脂肪动员以及蛋白质的合成［6-7］。我们都知道PI3K通路的失活会引发胰岛素抵抗，此外近年来越来越多的研究表明，一些炎症因子例如：肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白介素-1（interleukin-1，IL-1）、干扰素-γ以及白介素-6（interleukin-6，IL-6）等也会影响和抑制胰岛素信号转导，进而导致胰岛素抵抗［8］。NF-κB通路与炎症因子的表达息息相关，通过抑制 NF-κB通路来减少炎症因子的表达会从一定程度上减轻胰岛素抵抗［9］。本文就近年来 β-arrestins在与T2DM相关的细胞信号通路中作用的研究进展作一简要的综述。

1 β-arrestins的结构特点

虽然可见性和非可见性 arrestins有不同的表达区域，但是它们具有相似的结构（70%的序列相同），β-arrestin1和 β-arrestin2之间有78%的氨基酸序列是相同的［2，10］，大部分编码的差异主要分布于其C端［11］。Arrestins包括 N端结构域和C端结构域，它们由两层反向平行的 β片层结构折叠而成，通过一个锁链区和和背面氨基末端的一个短 α螺旋相连［12］。它们通常也占据氨基末端的某些位点来区分磷酸化／活化和去磷酸化／未活化的受体，进一步的研究表明β-arrestins与受体相互作用的位点是一个阳离子两亲性螺旋，这样就可通过一个活化受体的方式促进β-arrestins与 GPCRs可逆的形成高亲和力的复合体［13］。β-arrestins除了可以识别受体之外，还可以与一系列的信号和支架分子相互作用，如：磷脂、网格蛋白、衔接蛋白-2（AP-2）以及存在于 β-arrestins中的 β-衔接蛋白［14］，所以 β-arrestins可以调节许多不同细胞的功能，然而蛋白中β-arrestins构象的改变也会影响它们的生物学活性［15］。事实上β-arrestins处于蛋白质的单体形式和四聚体结构之间的平衡，蛋白质的单体形式是一个有能力去结合活化受体的活化结构，而四聚体结构则是当需要减弱受体信号时作为一种存储形式提供有活性的单体［16］。

2 β-arrestins和 PI3K信号通路

早在 2003年，Povsic［17］等提出最初的 PI3K活性信号通路源自于小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）上的 IGF-1R，在这个信号通路中，β-arrestin1作为支架蛋白以一种激动剂依赖的方式募集PI3K到 IGF-1R上，进而调节 PI3K和Akt的活性，显示有抗细胞凋亡的作用。胰岛素受体和 IGF-1R具有高度的结构同源性，现在非常想知道胰岛素的刺激与否是否会使 β-arrestin1和β-arrestin2在 PI3K中表现出相似的作用。

高胰岛素血症是在 T2DM早期胰岛素抵抗中的一个病理学状态，表现为机体对胰岛素的敏感性降低进而发展为胰岛素抵抗。长期的胰岛素治疗会导致胰岛素信号在各个方面发生脱敏，如：PI3K的钝化、Akt的去磷酸化以及胰岛素受体底物-1 （IRS-1）的泛素化和退化，这些都是与 PI3K通路中下游激酶的活化有关联的，包括 PI3K的活化和 Akt的磷酸化。IRS-1泛素化和退化的真正原因是IRS-1结合到了Mdm2蛋白上，Mdm2蛋白是一个 E3泛素连接酶，它可通过特定的识别序列和降解目标蛋白来识别特定的蛋白质基质［18］。，我们都清楚通过泛素系统的蛋白质泛素化和降解是一个必要的细胞机制，泛素系统是一个快速的、可逆的翻译后修饰并且包含了一系列应答过程来保证目标蛋白正确的选择去泛素化。在级联过程中，E1作为泛素激酶激活泛素，其中泛素的一部分被转运到 E2，E2是泛素结合酶，用来转运泛素到E3上，E3作为泛素蛋白连接酶主要负责具体的泛素化应答来直接的与基质相互作用，或者直接的只通过与 E3酶的相互作用去泛素化既定的蛋白［19］。大量的研究［20］证实 β-arrestins是泛素系统中介导目标蛋白泛素化的重要调节者，β-arrestins不仅仅能支配和募集泛素连接酶底物，如GPCRs和泛素连接酶结合，从而增加 E3介导的目标蛋白泛素化和终止相关的细胞信号，还能够与Mdm2相互作用，继而通过Mdm2竞争性的抑制泛素化目标蛋白如：IRS和p53，导致自身的降解［21］。最近的实验［22］揭示 β-arrestin1用同样的方式负向调节胰岛素诱导的IRS-1泛素化和降解的过程，在人胰岛素受体的过度表达的 Rat-1成纤维细胞（human insulin receptors，HIRc-B cells）中，βarrestin1野生型的过度表达会减少胰岛素诱导的IRS-1的降解，通过 PDK-1保持 PI3K的活性和 Akt的磷酸化可以促进胰岛素信号通路下游的 IRS-1的激活，PDK-1在一定程度上可被 PI3K的抑制剂所灭活；然而内源性的 β-arrestin1通过 β-arrestin1小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）的转染被敲除会加速胰岛素诱导的 IRS-1的降解和加重胰岛素信号通路下游的 IRS-1的钝化。事实上它和 IGF-1信号不一样，尽管它可以免疫共沉淀胰岛素受体，但是 β-arrestin1也可以结合到 Mdm2上，因此它还可以竞争性的抑制 Mdm2介导的 IRS-1的降解和提高胰岛素的敏感性。进一步的研究［23］发现β-arrestin1氨基末端丝氨酸412位点的去磷酸化是它结合到Mdm2上以及阻断胰岛素诱导的 IRS-1的降解的必备要求，是因为 β-arrestin1的突变体缺少 N-末端氨基酸或者其在丝氨酸 412位点上的去磷酸化会减弱它的抑制作用。

尽管 β-arrestin1可以竞争性的抑制胰岛素诱导的IRS-1的泛素化和降解，进而通过长期的胰岛素的刺激、快速的胰岛素代谢方式包括：Akt的磷酸化和活化、葡萄糖的摄取以及葡萄糖转运体（Glut4）转移到细胞质膜等来激活 PI3K通路，但这样的情况在HIRc-B细胞和3T3-L1脂肪细胞上通过抑制βarrestin1的功能却是无效的［24］。近期的研究［25］指出由胰岛素刺激的 PI3K的活性在 β-arrestin2敲除的小鼠、野生型小鼠以及转基因型小鼠的肝脏上的人β-arrestin2的表达没有什么不同，但是不同基因的小鼠的Akt活性在肝脏、骨骼肌以及脂肪组织中是有差别的。由此可以得出，在胰岛素信号通路中β-arrestin2与PI3K的活性无关，但是可以通过其他的途径影响 Akt的活性。

3 β-arrestins依赖性的胰岛素信号通路

在信号转导机制的研究中对于 β-arrestins调控MAPK级联过程作用的关注最多，β-arrestins通过形成β-arrestins依赖性信号复合物和信号分子作为信号转导者引导信号从细胞膜到促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路。它作为支架蛋白以依赖性激动剂的方式募集多种MAPK分子如：细胞外信号调节激酶1／2（extracellular signal-regulated kinase 1 and 2，ERK1／2）和 c-Jun氨基端激酶3（Jun N-terminal kinase 3，JNK3）到上游激酶如：MAPK激酶和MAPK激酶激酶，因而活化 ERK1／2和JNK3［22-29］。

与β-arrestins的作用一样，在胰岛素信号通路中也有相似的支架蛋白调节机制，之前有专家［24，30-32］提出 β-arrestins能够分 别 的 支 配 胰 岛 素受体、Akt以及 Src家族形成分子复合物，并且 Src与 Akt之间的相互作用是激活 Akt的关键步骤。进一步的研究［32-33］表明β-arrestins支配 Src和 Akt形成信号复合物是通过Src的磷酸化来完全激活 Akt的一个先决条件，并且它还能够介导GSK-3，β-arrestins功能的不足是会减弱它们之间的相互作用和损伤 GSK-3；反之，β-arrestins的过度表达则会加强其复合物的构造。早在2009年研究者Luan和他的同事们［25］推出他们最新的研究结果，这篇文章发表在自然杂志上，谈论的是 β-arrestin2和胰岛素抵抗之间的关系，并且给出证据证明二者有着紧密的联系这一新的机制。文章里他们提到β-arrestin2在肌肉和肝脏组织而不是在脂肪组织的表达会很明显的下调胰岛素抵抗的动物模型，肌肉和肝脏组织里有相同的胰岛素抵抗的位点是由于它们都通过胰岛素介导以及作为在胰岛素介导的情况下抑制糖异生和糖原合成维持体内血糖稳态的主缓冲来负责葡萄糖的代谢；同时他们还发现了一小部分T2DM病人的肝脏里也存在类似的下调。在敲除了β-arrestin2的野生型小鼠中，证实了会产生餐后高血糖、糖耐受量降低并且也会出现胰岛素抵抗；反之，对 β-arrestin2进行调节则会改善胰岛素抗性小鼠和 T2DM小鼠中胰岛素的敏感性。进一步的研究揭示，在胰岛素的刺激下，β-arrestin2募集 Akt和Src到胰岛素受体上，形成一个新的 β-arrestin2复合物的构造，这个复合物使Src去磷酸化Akt上酪氨酸的 315／326位点，进而继续活化 Akt上苏氨酸308位点和丝氨酸473位点，这两个位点通常分别是由PDK-1和 PDK-2去磷酸化的，因此可以加强胰岛素介导的葡萄糖的摄取、GSK-3和 Foxo-1的磷酸化以及胰岛素对糖原合成和糖异生的调控。另外，β-arrestin2在复合物中的支配信号分子的位置已明确，β-arrestin2的氨基末端（1-185）对于 Src的定位是必不可少的，但对于Akt却不是必要的，它的C末端（186-409）则是胰岛素受体的结合位点，但是β-arrestin2的氨基末端或是 C末端的过度表达会完全抑制胰岛素诱导的 Akt的活性，所以β-arrestin2的缺失或者它的突变会弱化这个信号复合物，接而损伤胰岛素的敏感性。而且 PI3K的活性与Akt的活性不同，它不受 β-arrestin2的影响，是因为 PI3K的活性在 β-arrestin2敲除的小鼠、野生型小鼠以及转基因小鼠中人 β-arrestin2的表达上没有区别。以上这些结果表明，除了 PI3K通路之外，另一条通路下游的胰岛素受体是完全激活 Akt活性所必需的，并且 β-arrestin2作为支架蛋白分子在 β-arrestins依赖性胰岛素信号通路中发挥了重要的作用。这样的胰岛素信号通路给人们提供一个新的思路去认识胰岛素抵抗，并且 β-arrestin2也可能作为一个潜在的靶分子去应对胰岛素抵抗和 T2DM［30，34］。

4 β-arrestins和 NF-κB炎症信号通路

NF-κB是一个参与炎症、免疫、应激以及细胞增殖、凋亡的二聚化转录因子。在静息状态下，抑制蛋白 IκBα与NF-κB结合，使得NF-κB处于细胞质中。IκB激酶（IκB kinase，IKK）是调控IκBα功能的一个上游激酶，在它的刺激下，胞外信号磷酸化IκBα导致自身的降解，NF-κB就移位到细胞核，在核内结合到靶基因启动子如炎症基因，激活相关介质的转录。多项研究［35-36］证实 NF-κB通路是胰岛素抵抗和胰岛素敏感性药物学靶向的分子调控者，在胰岛素抵抗的啮齿动物模型［35］中 IKK-β基因的缺失或抑制 IKK-β可以提高胰岛素的敏感性，高剂量的水杨酸盐类的药物和 IKK-β的抑制剂可以改善T2DM病人的胰岛素抵抗的情况［36］。同时，NF-κB的抑制可以增加葡萄糖的转运率和减少炎症因子的表达，反之亦然［37］。NF-κB通路的激活会使大量的炎症因子如：TNF-α、IL-1、干扰素-γ以及 IL-6表达增多，进而产生胰岛素抵抗。越来越多的研究［35，38］表明炎症和 T2DM之间有着一个密切的 联系，有报道称在 T2DM中，包括TNF-α、IL-1和 IL-6等在内的一系列炎症因子的表达明显增加［35］，他们提出在T2DM和胰岛素抵抗之间存在非常紧密的相关性［35，38］，并且细胞因子反过来又会加重胰岛素抵抗的程度，由此形成一个恶性循环。例如，IL-6抑制胰岛素受体的自身磷酸化和与PI3K的 p85亚单位相关的 IRS-1酪氨酸的磷酸化，会干扰肝脏和骨骼肌细胞中Glut4转运到细胞质膜的过程［39］。TNF-α会减少胰岛素受体的表达和酪氨酸的自身磷酸化，诱导 IRS-1在丝氨酸上的磷酸化，并且还可降低它的酪氨酸激酶的活性，因此会对 IRS-1的活性以及 IRS-1和下游的信号转导蛋白如 PI3K、Akt之间的相互作用产生非常大的影响［40］。综上所述，炎症因子诱导胰岛素抵抗主要是通过干扰 PI3K信号通路，然而 NF-κB信号通路则是产生炎症因子所不可缺少的。通过终止 NF-κB信号通路来抑制炎症因子的表达会增加葡萄糖的转运率，因而可以缓解胰岛素抵抗；反之若通过激活 NF-κB信号通路来增加炎症因子的表达则会加重胰岛素抵抗［35-37］。

越来越多的实验证明β-arrestin1和 β-arrestin2作为负性调控蛋白和支架蛋白不仅可以与 IκBα免疫共沉淀，还可免疫共沉淀IKK，两者这样的结合具有使 IκBα、IKK和下游转录因子 NF-κB稳定的作用，因此 β-arrestins阻止了 IκBα的磷酸化和降解，从而减弱了 NF-κB的活性和 NF-κB靶基因的转录［41］。在 HeLa细胞中，β-arrestin1或β-arrestin2通过与 IκBα的相互作用可以明显的降低TNF-α诱导的 NF-κB的活性；反过来使用 siRNA来抑制 β-arrestin1的表达但不抑制 β-arrestin2的表达会出现TNF-α诱导的NF-κB的活性 3倍的提高［41］。最近的研究［42］表明 β-arrestin2还能与转化生长因子-β受体Ⅲ（transforming growth factor-β receptor Ⅲ，TGF-β R-Ⅲ）结合，并且减少 IκBα的降解，负性调控 NF-κB介导的转录因子的活性。在人胚胎肾脏293和THP-1的细胞系中，β-arrestin1和β-arrestin2都可抑制脂多糖介导的 NF-κB的活性。通过 siRNA的转染来敲除 β-arrestin1或 β-arrestin2可以显著的增加脂多糖介导的 NF-κB的活性；相反野生型的 β-arrestin1或 β-arrestin2的过度表达则会明显的降低脂多糖介导的NF-κB的活性［43］。以这种方式β-arrestin2也可以作为多形核白细胞（ploymorphonuclear leukocyte，PMN）的负性调控者，但在PMN中β-arrestin2不足的是它不能够抑制脂多糖诱导的IL-6和 TNF-α的表达［44］。我们都知道，NF-κB信号通路的激活是哺乳动物应对紫外线保护细胞的重要机制，在 MEF细胞系中，β-arrestin2通过与IκBα的相互作用成为紫外线诱导NF-κB活性的有效抑制剂，其中β-arrestin2氨基末端的（1-240）残基是与 IκBα相互作用里必不可少的［45］。此外，β-arrestins还通过结合 Toll样白介素 1受体（Toll-like receptor-interleukin 1 receptor，TLR-IL1R）和肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TNF receptor-associated factor 6，TRAF6）相互作用形成复合物来阻止 TRAF6的自身泛素化、调节NF-κB和AP-1介导的转录，进而影响NF-κB的活化［46］。在单核细胞系中，β-arrestin2通过下调膜结合的TLR信号而表现出抗炎作用［43］。然而确实在缺失 β-arrestin2的小鼠中，展示出较高的炎症因子的表达，并且更容易发生由内毒 素 引起 的 休克［46-47］。

因此，β-arrestins可以通过抑制NF-κB信号通路来负性调控炎症因子的表达，进而改善胰岛素抵抗。

5 β-arrestins和胰岛素的分泌

除了胰岛素抵抗之外，高血糖是 T2DM的另一个典型特点，也是胰岛素分泌不足的后果。大家所公认的至少有两条信号通路可以调节胰岛素的分泌，一条是依赖性的蛋白激酶 A（protein kinase A，PKA）信号通路，另一条则是非依赖性的PKA信号通路。最近的研究［48］发现 β-arrestin1可以调节胰腺β细胞的胰岛素分泌。

胰高血糖素样肽-1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）主要来自于肠道内分泌 L细胞产生的多肽样激素，以应答体内葡萄糖的摄取，并且在通过葡萄糖依赖的方式来加强胰岛素分泌和改善血糖处置方面是十分有效的。在 GLP-1的刺激下，GLP-1受体（GLP-1 receptor，GLP-1R）结合到G蛋白上，进而导致腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）的活化，AC又可升高环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的水平，由此会带来 cAMP依赖的PKA和 Epac2的活化，这两个是 β细胞胰岛素分泌的主要调控者［49］。确实 β-arrestin1与 GLP-1R的关系非常紧密，并且起到调节 GLP-1去刺激 cAMP表达的作用，β-arrestin1的敲除会使 cAMP水平显著降低，cAMP水平的降低也会损伤 PKA以及包括Epac在内的其他非依赖性PKA靶分子的活性，同时还会减少胰岛素的分泌［50］。通过ERK1／2和蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）的活化，GLP-1信号通路的激活还可诱导 IRS-2和早期基因的表达，这会促进 β细胞的生长、分化和再生［51］。β-arrestin1也可以加强 IRS-2的表达以及对 cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）和ERK1／2的磷酸化［44］。除此之外，通过增加GLP-1介导的 Bad丝氨酸112位点的磷酸化，发现β-arrestin1有调控 β细胞 GLP-1细胞凋亡的作用，并且 Bad丝氨酸112位点的磷酸化依赖于 β-arrestin1介导的 ERK1／2的活性，也对维持 β细胞的功能有着重要的作用［48］。

垂体腺苷酸环化酶介导的多肽（Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP）是一种神经肽，常常会在胰岛副交感神经的终端出现表达，结合到受体上后，PACAP会以一种葡萄糖依赖的方式通过依赖性的PKA的信号通路表现出其强有力的分泌胰岛素的作用［52］。像 GLP-1一样，PACAP可以加强包括CREB转录活性以及IRS-2 mRNA的表达在内的 ERK1／2活性的持续时间，而 β-arrestin1的削弱作用则是通过在胰岛或β细胞上用 siRNA阻断PACAP诱导的ERK1／2活性的持续时间来实现的，因而减弱CREB的转录活性和IRS-2 mRNA的表达［48］。

6 结语

β-arrestins的角色从过去的纯粹是 GPCRs信号通路的调控终端逐渐发展为包括RTK信号转导在内的 G蛋白依赖性或非依赖性信号通路中新的调节分子。研究得出的结论已经证实 β-arrestins对于准确的调控与 T2DM相关的细胞信号通路是十分重要的。由于 β-arrestins在调节胰岛素信号通路、炎症因子通路以及胰岛素的分泌方面有治疗 T2DM的作用，因此它很有可能成为潜在的治疗靶点。现在科学家们正在探索以 β-arrestins为靶点治疗T2DM的药物，这样的药物完全不同于以前的以过氧化物酶体增生物介导的受体-γ为靶点来改善胰岛素抵抗的噻唑烷二酮类药物，如罗格列酮和比格列酮。当然进一步的研究会促使新药的研发，但这对我们带来的挑战则是如何保持以β-arrestins为靶点研发药物的双重功能，即促进胰岛素信号通路的同时还要阻断GPCRs信号通路。然而尽管 β-arrestins在调控细胞信号通路中发挥了重要的作用，但它在改善胰岛素敏感性和胰岛素的分泌甚至在抑制 NF-κB信号通路方面并不是唯一的调节器，只是异常复杂的细胞信号通路中的一部分。因此，对β-arrestins在调节与T2DM相关的胰岛素行为、炎症因子信号通路以及其他细胞信号通路方面的深入研究会加快新药研发的进程。

［1］ Kang DS，Tian X，Benovic JL.Beta-Arrestins and G protein-coupled receptor trafficking［J］.Methods Enzymol，2013，521：91-108.

［2］ Zhao J，Pei J.Arrestins in metabolic regulation［J］.Prog Mol Biol Transl Sci，2013，118：413-427.

［3］ Cattaruzza F，Poole DP，Bunnett NW.Arresting inflammation：contributions of plasma membrane and endosomal signalling to neuropeptide-driven inflammatory disease［J］.Biochem Soc Trans，2013，41（1）：137-143.

［4］ Shenoy SK.Deubiquitinases and their emerging roles in β-arrestinmediated signaling［J］.Methods Enzymol，2014，535：351-370.

［5］ Lee SU，In HJ，Kwon MS，et al.β-Arrestin 2 mediates G proteincoupled receptor 43 signals to nuclear factor-κB［J］.Biol Pharm Bull，2013，36（11）：1754-1759.

［6］ Burgering BM，Coffer PJ.Protein kinase B（c-Akt）in phosphatidylinositol-3-OH kinase signal transduction［J］.Nature，1995，376 （6541）：599-602.

［7］ Li XC，Zhuo JL.Current insights and new perspectives on the roles of hyperglucagonemia in non-insulin-dependent type 2 diabetes ［J］.Curr Hypertens Rep，2013，15（5）：522-530.

［8］ Ma X，Lin L，Yue J，et al.Ghrelin receptor regulates HFCS-induced adipose inflammation and insulin resistance［J］.Nutr Diabetes，2013，3：e99.

［9］ Barma P，Bhattacharya S，Bhattacharya A，et al.Lipid induced overexpression of NF-kappaB in skeletal muscle cells is linked to insulin resistance［J］.Biochim Biophys Acta，2009，1792（3）：190-200.

［10］DeFea KA.Arrestins in actin reorganization and cell migration［J］.Prog Mol Biol Transl Sci，2013，118：205-222.

［11］Patwari P，Lee RT.An expanded family of arrestins regulate metabolism［J］.Trends Endocrinol Metab，2012，23（5）：216-222.

［12］Bayburt TH，Vishnivetskiy SA，McLean MA，et al.Monomeric rhodopsin is sufficient for normal rhodopsin kinase（GRK1）phosphorylation and arrestin-1 binding［J］.J Biol Chem，2011，286（2）：1420-1428.

［13］Kaparianos A，Argyropoulou E，Spiropoulos K.The role of Beta-arrestins in respiratory pathophysiology and tumorigenesis：going a step beyond the cell surface［J］.Eur Rev Med Pharmacol Sci，2012，16（13）：1781-1794.

［14］Ibrahim IA，Kurose H.Beta-arrestin-mediated signaling improves the efficacy of therapeutics［J］.J Pharmacol Sci，2012，118（4）：408-412.

［15］Vibhuti A，Gupta K，Subramanian H，et al.Distinct and shared roles of β-arrestin-1 and β-arrestin-2 on the regulation of C3a receptor signaling in human mast cells［J］.PLoS One，2011，6 （5）：e19585.

［16］Reiter E，Ahn S，Shukla AK，et al.Molecular mechanism of betaarrestin-biased agonism at seven-transmembrane receptors［J］.Annu Rev Pharmacol Toxicol，2012，52：179-197.

［17］Povsic TJ，Kohout TA，Lefkowitz RJ.Beta-Arrestin1 mediates insulin-like growth factor 1（IGF-1）activation of phosphatidylinositol 3-kinase（PI3K）and anti-apoptosis［J］.J Biol Chem，2003，278 （51）：51334-51339.

［18］Scheufele F，Wolf B，Kruse M，et al.Evidence for a regulatory role of Cullin-RING E3 ubiquitin ligase 7 in insulin signaling［J］.Cell Signal，2014，26（2）：233-239.

［19］Del′guidice T，Lemasson M，Beaulieu JM.Role of Beta-arrestin 2 downstream of dopamine receptors in the Basal Ganglia［J］.Front Neuroanat，2011，5：58.

［20］Yin C，Zhang R，Xu Y，et al.Intact MDM2 E3 ligase activity is required for the cytosolic localization and function of β-arrestin2 ［J］.Mol Biol Cell，2011，22（9）：1608-1616.

［21］Malik R，Soh UJ，Trejo J，et al.Novel roles for the E3 ubiquitin ligase atrophin-interacting protein 4 and signal transduction adaptor molecule 1 in G protein-coupled receptor signaling［J］.J Biol Chem，2012，287（12）：9013-9027.

［22］Min C，Zheng M，Zhang X，et al.Novel roles for β-arrestins in the regulation of pharmacological sequestration to predict agonist-induced desensitization of dopamine D3 receptors［J］.Br J Pharmacol，2013，170（5）：1112-1129.

［23］Shukla AK，Xiao K，Lefkowitz RJ.Emerging paradigms of beta-arrestin-dependent seven transmembrane receptor signaling［J］.Trends Biochem Sci，2011，36（9）：457-469.

［24］Zheng H，Worrall C，Shen H，et al.Selective recruitment of G protein-coupled receptor kinases（GRKs）controls signaling of the insulin-like growth factor 1 receptor［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2012，109（18）：7055-7060.

［25］Luan B，Zhao J，Wu H，et al.Deficiency of a beta-arrestin-2 signal complex contributes to insulin resistance［J］.Nature，2009，457 （7233）：1146-1149.

［26］Whalen EJ，Rajagopal S，Lefkowitz RJ.Therapeutic potential of beta-arrestin-and G protein-biased agonists［J］.Trends Mol Med，2011，17（3）：126-139.

［27］Lymperopoulos A.Beta-arrestin biased agonism／antagonism at cardiovascular seven transmembrane-spanning receptors［J］.Curr Pharm Des，2012，18（2）：192-198.

［28］Yang X，Zhou G，Ren T，et al.β-Arrestin prevents cell apoptosis through pro-apoptotic ERK1／2 and p38 MAPKs and anti-apoptotic Akt pathways［J］.Apoptosis，2012，17（9）：1019-1026.

［29］Wehbi V，Tranchant T，Durand G，et al.Partially deglycosylated equine LH preferentially activates beta-arrestin-dependent signaling at the follicle-stimulating hormone receptor［J］.Mol Endocrinol，2010，24（3）：561-573.

［30］Talbot J，Joly E，Prentki M，et al.β-Arrestin1-mediated recruitment of c-Src underlies the proliferative action of glucagon-like peptide-1 in pancreatic β INS832／13 cells［J］.Mol Cell Endocrinol，2012，364（1／2）：65-70.

［31］Dalle S，Ravier MA，Bertrand G.Emerging roles for beta-arrestin-1 in the control of the pancreatic beta-cell function and mass：new therapeutic strategies and consequences for drug screening［J］.Cell Signal，2011，23（3）：522-528.

［32］Schmid CL，Bohn LM.Serotonin，but not N-methyltryptamines，activates the serotonin 2A receptor via a β-arrestin2／Src／Akt signaling complex in vivo［J］.J Neurosci，2010，30（40）：13513-13524.

［33］Lodeiro M，Theodorpoulou M，Pardo M，et al.c-Src regulates Akt signaling in response to ghrelin via beta-arrestin signaling-independent and dependent mechanisms［J］.PLoS ONE，2009，4 （3）：e4686.

［34］Kommaddi RP，Shenoy SK.Arrestins and protein ubiquitination［J］.Prog Mol Biol Transl Sci，2013，118：175-204.

［35］Lee DF，Kuo HP，Chen CT，et al.IKKbeta suppression of TSC1 function links the mTOR pathway with insulin resistance［J］.Int J Mol Med，2008，22（5）：633-638.

［36］Liu K，Zhao W，Gao X，et al.Diosgenin ameliorates palmitate-induced endothelial dysfunction and insulin resistance via blocking IKKβ and IRS-1 pathways［J］.Atherosclerosis，2012，223（2）：350-358.

［37］Moon MK，Kim M，Chung SS，et al.S-Adenosyl-L-methionine ameliorates TNFalpha-induced insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes［J］.Exp Mol Med，2010，42（5）：345-352.

［38］Claing A.Beta-Arrestins：modulators of small GTPase activation and function［J］.Prog Mol Biol Transl Sci，2013，118：149-174.

［39］Tsuchiya M，Kiyama T，Tsuchiya S，et al.Interleukin-6 maintains glucose homeostasis to support strenuous masseter muscle activity in mice［J］.Tohoku J Exp Med，2012，227（2）：109-117.

［40］Ko WC，Liu TP，Cheng JT，et al.Effect of opioid mu-receptors activation on insulin signals damaged by tumor necrosis factor alpha in myoblast C2C12 cells［J］.Neurosci Lett，2006，397（3）：274-278.

［41］Gupta K，Subramanian H，Klos A，et al.Phosphorylation of C3a receptor at multiple sites mediates desensitization，β-arrestin-2 recruitment and inhibition of NF-κB activity in mast cells［J］.PLoS One，2012，7（10）：e46369.

［42］Mythreye K，Knelson EH，Gatza CE，et al.TβRIII／beta-arrestin2 regulates integrin α5β1 trafficking，function，and localization in epithelial cells［J］.Oncogene，2013，32（11）：1416-1427.

［43］Wang W，Xu M，Zhang YY，et al.Fenoterol，a beta（2）-adrenoceptor agonist，inhibits LPS-induced membrane-bound CD14，TLR4／CD14 complex，and inflammatory cytokines production through beta-arrestin-2 in THP-1 cell line［J］.Acta Pharmacol Sin，2009，30（11）：1522-1528.

［44］Basher F，Fan H，Zingarelli B，et al.Beta-Arrestin 2：a negative regulator of inflammatory responses in polymorphonuclear leukocytes［J］.Int J Clin Exp Med，2008，1（1）：32-41.

［45］Luan B，Zhang ZN，Wu YL，et al.Beta-Arrestin2 functions as a phosphorylation-regulated suppressor of Uvinduced NF-kappaB activation［J］.EMBO J，2005，24（24）：4237-4246.

［46］Madera-Salcedo IK，Cruz SL，Gonzalez-Espinosa C.Morphine prevents lipopolysaccharide-induced TNF secretion in mast cells blocking IkappaB kinase activation and SNAP-23 phosphorylation：correlation with the formation of a beta-arrestin／TRAF6 complex ［J］.J Immunol，2013，191（6）：3400-3409.

［47］Seregin SS，Appledorn DM，Patial S，et al.Beta-Arrestins modulate adenovirus-vector-induced innate immune responses：differential regulation by beta-arrestin-1 and beta-arrestin-2［J］.Virus Res，2010，147（1）：123-134.

［48］Quoyer J，Longuet C，Broca C，et al.GLP-1 mediates antiapoptotic effect by phosphorylating Bad through a beta-arrestin 1-mediated ERK1／2 activation in pancreatic beta-cells［J］.J Biol Chem，2010，285（3）：1989-2002.

［49］Hart NJ，Chung WJ，Weber C，et al.Hetero-bivalent GLP-1／Glibenclamide for Targeting Pancreatic β-Cells［J］.Chembiochem，2014，15（1）：135-145.

［50］Jorgensen R，Norklit Roed S，Heding A，et al.Beta-arrestin2 as a competitor for GRK2 interaction with the GLP-1 receptor upon receptor activation［J］.Pharmacology，2011，88（3／4）：174-181.

［51］Kuna RS，Girada SB，Asalla S，et al.Glucagon-like peptide-1 receptor-mediated endosomal cAMP generation promotes glucosestimulated insulin secretion in pancreatic beta-cells［J］.Am J Physiol Endocrinol Metab，2013，305（2）：E161-E170.

［52］Portela-Gomes GM，Lukinius A，Ljungberg O，et al.PACAP is expressed in secretory granules of insulin and glucagon cells in human and rodent pancreas.Evidence for generation of cAMP compartments uncoupled from hormone release in diabetic islets［J］.Regul Pept，2003，113（1／3）：31-39.

Effect of β-Arrestins on various signaling regulation in type 2 diabetes mellitus

CAI Ming1，TANG Li-qin2
（1.Anhui University of Chinese Medicine，Hefei，Anhui 230031，China；2.Affiliated Anhui Provincial Hospital，Anhui Medical University，Hefei，Anhui 230001，China）

β-Arrestins are not only negative regulators of G-protein-coupled receptor（GPCR）signaling，but also important scaffolding proteins in a variety of signaling molecules.β-arrestins are not generally associated with insulin signaling despite they are well described as signal-mediated molecules，while recent work has confirmed the difference.The current review aims to explore the roles of β-arrestins in regulating insulin action，inflammatory signal pathway and other cellular signaling which are associated with type 2 diabetes mellitus.

β-Arrestins；signal transduction；insulin resistance；type 2 diabetes mellitus

10.3969／j.issn.1009-6469.2014.03.001

2013-11-10，

2013-12-25）

国家自然科学基金（No 81073109，No 81102864）；安徽省中医药科研课题（No 2012zy48）

作者介绍：蔡 明，男，硕士研究生

唐丽琴，女，教授，硕士生导师，研究方向：内分泌及代谢药理学，E-mail：tulcyl＠vip.sina.com