磷脂酶C在胰岛中的分布及作用

雷雨欣，焦 凯

第四军医大学唐都医院 内分泌科，陕西西安 710038

磷脂酶C在胰岛中的分布及作用

雷雨欣，焦 凯

第四军医大学唐都医院 内分泌科，陕西西安 710038

磷脂酶C(phospholipase C，PLC)是磷脂酰肌醇信号通路的关键酶，根据不同的结构特点和激活机制被分为6大类15种亚型。PLC在体内分布相当广泛，包括心、脑、骨骼肌等组织。PLC在不同的组织细胞中具有不同的功能，有研究表明胰岛中有PLC不同亚型的分布并提示其与胰岛素的分泌相关。本文就PLC的生理学特性及其在胰岛中的作用进行综述。

磷脂酶 C；胰岛；胰岛素分泌

磷脂酶C(phospholipase C，PLC)是磷酸肌醇信号转导通路中一个关键酶，当体内的相关激素、神经递质以及细胞因子等激活其受体时，PLC可以通过其作用于甘油磷脂C3位上甘油磷酸酯键的脂类水解酶活性，将磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2)水解，产生第二信使：三磷酸肌醇(inositol-1，4，5-triphosphate，IP3)和甘油二酯(diacylglycerol，DAG)。IP3能引起细胞内Ca2+运动，DAG则可以使蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活化，通过信号转导和转录调控，使多种蛋白磷酸化，从而参与细胞的生长、分化等过程。越来越多研究表明，PLC在胰岛中的分布及其在信号转导过程中的作用对胰岛素的分泌有着重要的意义。本文就PLC的生理学特性及其在胰岛中的作用进行综述。

1 磷脂酶C

到目前为止，PLC在哺乳动物中已鉴定出15种亚型，根据其不同的结构特点和调节激活机制分为6大类：PLCβ、PLCγ、PLCδ、PLCε和新近发现的PLCζ及PLCη。其中PLCβ有PLCβ1 ～ PLCβ4四种亚型；PLCγ有PLCγ1和PLCγ2两种亚型；PLCδ有PLCδ1 ～ PLCδ4四种亚型；PLCη有PLCη1和PLCη2两种亚型；PLCε有PLCε1和PLCε2两种亚型。

PLC由保守结构域和特殊结构域组成，其中保守结构域包括PH结构域、EF手型结构域、C2结构域以及高度保守的X区和Y区。新近研究显示PLCβ的PH结构域能够特异性地与异三聚体G蛋白的βγ亚单位结合，进而和磷脂酰肌醇相互作用，而PLCβ同工酶的EF手型结构域上与Ca2+相结合的残基已经丢失，并且经序列研究证实PLCβ的C2结构域也没有与Ca2+结合的能力[1]。Waldo等[2]研究表明PLCβ3的第3和第4个EF手型结构域之间的环形结构能够与Gαq相互作用并且提高GTP酶的活性。另一个可与Gαq作用的是PLCβ的特殊结构域-CT结构域，研究表明移除该结构域后，PLCβ就不再能够被异三聚体G蛋白的Gq族蛋白所激活[3]。

由于PLC各亚型结构的不同，激活途径也不相同。PLCγ通过受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases，RTK)途径和非依赖蛋白酪氨酸激酶活化途径被激活，RTK的磷酸化酪氨酸结合位点与含有SH2区的PLCγ相结合，从而激活PLCγ水解PIP2[3]。PLCβ通过多种机制经G蛋白偶联受体G-protein-coupled receptors，激活，异三聚体G蛋白Gαq和Gβγ两个亚单位均可调控。PLCε既可被GPCR途径激活也可被RTK途径激活[4]。PLCδ1和PLCη1被GPCR介导的钙动员激活并且正反馈PLC的信号转导[5]。PLCη2可直接被G蛋白偶联受体Gαi/o族βγ亚单位激活[6]。PLCζ的激活机制目前仍不清楚。

Suh等[7]在研究PLC各同工酶及mRNA在组织的分布表明，各种PLC同工酶广泛分布于机体各组织器官，包括心、脑、肺、骨骼肌等。研究显示，目前已在人类患者中观察到PLCβ1基因的突变，且PLCβ1基因突变与早发性癫痫性脑病密切相关[8]。PLCγ1广泛高表达于大脑区域，并通过RTK受体参与多种神经事件如神经突长出、神经细胞迁移和突触可塑性[9]。PLCη不仅参与调节细胞的存活及神经细胞的成熟和迁移，还与突触神经递质的释放及突触功能障碍相关[6]。PLCδ3的shRNA介导的沉默基因抑制轴突和树突原代皮质神经元在体外的生长，且PLCδ3还负调控RhoA的表达，抑制RhoA蛋白/Rho激酶活性，并促进PLC活性依赖性神经突的生长[10]。有研究发现，PLCε是原癌基因Ras的直接效应物，由此提出了PLCε在癌症中的潜在作用。PLCε不仅有助于肿瘤的生长，且PLCε的单核苷酸多态性与食管癌和胃癌的发生正相关[4]。PLCβ1和细胞周期蛋白D3调节能够促进正确的肌分化过程，从而使强直性肌营养不良患者的肌细胞生成素和肌间线蛋白恢复[11]。PLCβ1在核水平的调节与骨髓增生异常综合征有关，并可能参与此病的粒系细胞和红系细胞的分化[12]。

2 PLC在胰岛的分布

目前，人们仅对鼠的胰岛开展了关于PLC分布和定位的研究。Wang等[13]在4周龄C57BL小鼠胰腺采用免疫金标记法检测PLCβ1 ～ PLCβ3和γ1四种亚型，结果认为PLCβ2、PLCβ3和PLCγ1在胰岛分布；Kim等[14]对8周龄C57BL/6J成年小鼠胰岛采用免疫组织化学方法检测PLCβ1 ～PLCβ4、PLCγ1 ～ PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八种亚型，结果示仅有PLCβ3、PLCβ4和PLCγ1在胰岛有不同程度的分布； Dzhura等[15]通过RT-PCR和Western blot在野生型C57BL/6小鼠的胰岛发现有PLCε的表达，同时通过Western blot分析发现人胰岛也有PLCε的表达，这是首次关于人胰岛PLCε亚型分布的报道。

Gasa等[16]通过免疫印迹法在新鲜大鼠胰岛检测PLCβ1 ～ PLCβ3、PLCγ1、PLCδ1和PLCδ2六种亚型结果示：此六种亚型在胰岛均有不同程度表达；Kim等[17]在成年SD大鼠胰腺采用免疫组织化学法检测PLCβ1 ～ PLCβ4、PLCγ1、PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八种亚型结果示，仅有PLCβ1 ～ PLCβ4及PLCδ1 ～ PLCδ2在胰岛不同程度的分布；Zawalich等[18]在成年CD-1小鼠和SD大鼠胰岛采用Western blot分析对比研究PLCβ1 ～ PLCβ4、PLCγ1、PLCγ2、PLCδ1和PLCδ2八种亚型结果示：PLCβ1 ～PLCβ3和PLCδ1在大鼠和小鼠均有表达且有显著的种系表达差异，PLCγ1在两种鼠中无差异性表达，而PLCβ4和PLCδ2在大鼠和小鼠均未检测到。对比各研究结果，产生差异的原因除研究者对检测亚型的选择不一致外，实验动物的品系、实验方法和实验条件的不同都可能也是重要的影响因素。

3 PLC在胰岛中的作用

大量研究表明，PLC在胰岛细胞中通过不同途径调节胰岛素的分泌，成为胰岛素分泌及作用过程中的重要因子。在磷脂酰肌醇通路中，IP3通过刺激Ca2+从内质网的贮库中释放，升高胞质内Ca2+的浓度，DAG通过激活蛋白激酶途径从而引起细胞应答。在胰岛，这一信号转导通路被认为是胰岛素分泌的重要途径。Zawalich等[18]用20 mmol/L葡萄糖刺激大鼠胰岛时发现当胰岛素二相分泌高峰时，B细胞内被标记的IP3和DAG积累量同步增加，而IP3和DAG是由PLC介导水解而成的，提示PLC可能参与葡萄糖刺激胰岛素二相分泌的过程。他们的研究还提示地塞米松可能是通过抑制大鼠胰岛B细胞PLC的活性从而抑制胰岛素的分泌[19]。另有研究表明，构建PLCβ1真核表达载体(PCMV-HA-PLCβ1)瞬时转染到INS-1细胞并用40 mmol/L葡萄糖刺激60 min，时胰岛素分泌量最大，同时PLCβ1表达显著增加，提示PLCβ1可能参与葡萄糖刺激胰岛素分泌(glucose-stimulated insulin secretion，GSIS)的信息传递[20]。也有研究提示，胰岛B细胞对于葡萄糖刺激的反应是由迷走神经释放的乙酰胆碱通过PLC信号通路产生的。胰岛B细胞表现出的剂量依赖性PLC活性增加是对生理相关性血糖水平升高的响应[21]。Suzuki等[22]研究显示，在C57BL/6N小鼠胰岛细胞和MIN-6细胞用1 200 pg/ml的重组IL-6预处理48 h后GSIS增强，并且通过PLC抑制剂实验证明了PLCIP3信号转导途径参与了IL-6增强胰岛B细胞GSIS的过程。另外siRNA实验发现敲除PLCβ1基因的小鼠胰岛B细胞由IL-6引起的GSIS会显著减弱，进一步提示了PLCβ1是参与这一过程的主要亚型。

胰岛素-磷脂酰肌醇3激酶-3磷酸磷脂酰肌醇是胰岛素发挥生物效应的重要信号通路，而PLC在这一通路中也起着关键的作用。我们之前的研究表明，用100 mIU/L的胰岛素孵育大鼠胰岛和BTC-3细胞，发现在30 min内胰岛B细胞PLCγ1发生磷酸化改变，BTC-3细胞PLCγ1表达明显减少而磷酸化水平明显升高，并且通过实验证明了PLCγ1在胰岛素作用下的磷酸化改变是由RTK介导激活的，提示PLCγ1参与了胰岛素作用的信息传递过程[23]。

胰岛素的分泌是一个依赖Ca2+的过程，而Ca2+与PLC也有着重要的作用联系。Throe等[24]研究表明，PLC的活性是靠通过门控通道内流入胞的Ca2+所维持，并且在幼年小鼠B细胞的研究显示，钙库释放入胞质的Ca2+和通过细胞膜门控通道进入胞质的Ca2+增多时能够激活并且增强PLC的活性。这些结果提示PLC活性的增强机制在激素和神经递质刺激胰岛素分泌当中起重要作用。

Dzhura等[15,25]研究表明Exendin-4能够促进小鼠胰岛B细胞钙诱导的Ca2+释放(calcium induced calcium release，CICR)过程，而敲除PLCε基因的小鼠胰岛B细胞却丧失了此功能。在B细胞CICR的信号转导“模板”中包含了Epac2(8-pCPT-2-O-Me-cAMP-AM)、Rap和PLCε，其中Epac2和PLCε的活性是CICR的关键因素。而CICR与胰岛素的分泌密切相关，提示PLCε参与调节胰岛素分泌的信号转导过程。Zhou等[26]研究表明亚油酸能够通过激活PLC及Ca2+调节通道与GPR40/FFA1相互作用，从而引起SD大鼠胰岛B细胞内Ca2+的释放，继而分泌胰岛素。

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Expression and effects of phospholipase C on islets

LEI Yu-xin, JIAO Kai
Department of Endocrinology, Tangdu Hospital, Fourth Military Medical University, Xi’an 710038, Shaanxi Province, China

JIAO Kai. Email: tdjkai@fmmu.edu.cn

Phospholipase C is an effector molecule in the PI signaling pathway, which have been identified into 15 subtypes and classified in six groups depending on the structural characteristics and activation mechanisms. The PLCs are widely distributed in the body, including the organization of the heart, brain, skeletal muscle, etc. PLC plays different functional roles in different tissues and cells, and some studies have shown that the distribution of different kinds of PLC isozymes on the islet is related to the secretion of insulin. This article reviews the physiological characteristics of PLC and its role in islet.

phospholipase C; pancreatic islet; secretion of insulin

R 335.6；Q 556.1

A

2095-5227(2014)10-1078-03

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.10.028

时间：2014-07-07 17:01

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140707.1701.004.html

2014-04-29

国家自然科学基金项目(30971122)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(30971122)

雷雨欣，女，硕士。研究方向：糖尿病发病机制。Email: emmy1213@126.com

焦凯，博士，教授，主任医师。Email: tdjkai@fmmu.edu. cn