神经肽kisspeptins与胰岛素分泌

闫航 张莉 王玉环

·综述·

神经肽kisspeptins与胰岛素分泌

闫航 张莉 王玉环

神经肽kisspeptins(KISS1基因编码)及其受体KISS1R[又称为G蛋白耦联受体54(GPR54)]不仅在大脑区域表达，而且存在于脂肪、肝脏、胰腺等外周组织中。新近研究发现，胰高血糖素通过cAMP-蛋白激酶A-cAMP反应元件结合蛋白通路来刺激肝脏产生神经肽kisspeptins，不同浓度的kisspeptins通过胰岛因子-1作用于GPR54对胰岛素分泌产生不同的影响。同时，kisspeptins信号受损也会导致肥胖的发生。神经肽kisspeptins可影响胰岛素的分泌，提示生殖系统轴、胰岛素分泌及肝脏之间存在一定关系，这些发现有利于进一步理解胰岛素分泌的调节机制。

Kisspeptins；G蛋白耦联受体54；胰岛素

随着经济的发展，肥胖相关性疾病在世界范围内不断增加，而糖尿病与胰岛素分泌异常密切相关，在这种背景下，调节胰岛素分泌的机制已被广泛的研究。人体内胰岛素分泌受多种因素的影响，如瘦素、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)等。Kisspeptins(由KISS1基因编码)及其受体KISS1R[又称为G蛋白耦联受体(GPR)54]在下丘脑-生殖轴的作用是公认的，但在外周组织中(如胰腺)的作用及机制目前仍不清楚，本文就胰腺组织中神经肽kisspeptins 对胰岛素分泌的影响作一综述。

1 Kisspeptins概述

KISS1基因最初被描述为乳腺癌和黑色素瘤细胞系中的一种肿瘤抑制基因，它编码一种被称为kisspeptins的多肽类物质，该物质具有抑制肿瘤转移的作用[1]。后来发现kisspeptins 在中枢系统中合成，水解后可产生kisspeptin54、kisspeptin14、kisspeptin13和kisspeptin10，后者调节下丘脑释放促性腺激素释放激素(GnRH)并且参与多种生物活动[2]。下丘脑kisspeptins及其内源性受体GPR54是青春期正常启动的关键性因素，它可以引起下丘脑神经元中GnRH的脉冲释放和青春期的出现[3]。然而，kisspeptins和GPR54的功能并不仅局限于下丘脑神经元，它们在外周组织也有所表达，如在人类和小鼠的胰岛细胞中都能检测到kisspeptins mRNAs和GPR54 mRNAs，并且也在MINI6(胰岛β细胞)和alphaTC1(胰岛α细胞)中发现GPR54的表达[2,4-6]。

2 GPR54概述

GPR是横跨细胞膜上的一种受体，把细胞外配体的信息传递到细胞内产生信号。人体的基因组编码GPR超过800种，这些配体激活各种各样的 G蛋白亚型，从而影响细胞内信号转导。GRR54是一种新型的GPR，1999年首次在大鼠脑组织中的互补DNA中被发现[2]。在人体中，GPR54是一种由5个外显子编码的398个氨基酸构成的酸性蛋白质。GPR54在人类的胰腺和胎盘中高度表达，而在脾脏、外周血液、睾丸和淋巴结中为中度表达[2]。胰岛素释放是由一系列的因子调控，而许多因子都是通过GPR完成，如抑胃肽和GLP-1等[7]。与上述通路不同的是，Chen等[8]研究发现，当kisspeptins作用于胰岛中GPR54时，胰岛因子-1的作用是不可忽略的。在胰腺发育和胰岛素分泌中，需要LIM同源结构域转录因子胰岛因子-1。Kisspeptin54与胰岛表面的GPR54结合后，激活磷脂酶C。在磷脂酶C的作用下，磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸水解产生甘油二酯和肌醇1，4，5-三磷酸，从而增加细胞内钙离子水平。随后，对甘油二酯敏感的蛋白激酶C(PKC)亚型被激活，磷酸化PKC引起下游丝裂原活化蛋白激酶的一系列反应，细胞外信号调节激酶1/2被激活后影响胰岛因子-1 mRNA的转录和蛋白水平，胰岛因子-1蛋白结合胰岛素启动子，增强其活性从而影响胰岛素的合成和分泌。遗传学证据也表明，在病态肥胖人群中，胰岛因子-1与2型糖尿病密切相关[8]。

3 Kisspeptins、GPR54与胰岛素分泌

研究显示，给意识清醒和不限制活动的大鼠静脉注射kisspeptin，其循环胰岛素水平升高，而中枢系统中的kisspeptins并没有受到影响，提示循环胰岛素水平升高是外周kisspeptins的作用，中枢神经系统的kisspeptins对血浆胰岛素水平没有影响，说明由kisspeptins刺激引起的胰岛素释放是通过外周介导，与中枢系统无关[1]。而在小鼠的正常胰腺切片中，使用免疫组织化学来检测KISS1的表达和GPR54，发现它们局限在胰腺α和β细胞中，而在胰腺外分泌腺中并没有检测到[4]。表明kisspeptins在胰岛中通过GPR54来影响胰岛素分泌。

3.1 Kisspeptins/GPR54在胰岛中的作用 Kisspeptins/GPR54在胰岛中的潜在作用尚存在争议。Hauge-Evans等[4]研究发现，kisspeptin54在小鼠和人类胰岛中刺激胰岛素的分泌，而在胰岛细胞MIN6细胞株中的研究显示其发挥抑制作用。在使用胰腺作为研究组织时，当葡萄糖浓度为2 mmol/L时，kisspeptin54对胰岛素的分泌无影响，而当浓度为20 mmol/L时会刺激胰岛素分泌；而当选择MIN6细胞时，无论葡萄糖的浓度为2 mmol/L还是20 mmol/L，kisspeptin54对胰岛素的分泌均起抑制作用，对胰高血糖素的分泌均没有影响。造成这种现象的原因并不清楚，可能由于胰岛素的分泌是一种生理调节，使用MIN6细胞株尚不能模拟正常的生理过程。Silvestre等[9]在大鼠的胰腺灌注模型中发现kisspeptin13可减少胰岛素的分泌，当葡萄糖浓度从5.5 mmol/L上升到9.0 mmol/L时，可以发现kisspeptin13对胰岛素分泌的抑制作用，而当葡萄糖浓度为5.5 mmol/L时，抑制作用并没有表现出来，证明kisspeptin13并不是通过胰岛α及D细胞间接发挥作用，而是直接作用于胰岛β细胞从而抑制胰岛素的分泌。但是，Bowe等[10]发现，在小鼠、猪和人类的胰岛中，kisspeptin10和kisspeptin13刺激胰岛素的分泌。当葡萄糖的浓度从2 mmol/L上升到20 mmol/L时，刺激了胰岛素的分泌。研究显示，kisspeptin10是有生物活性的最短的kisspeptin序列，而kisspeptin13是由kisspeptin10加上3个氨基酸延伸而来，所有被确定的kisspeptins 的形式均与GPR54的结合具有相似的亲和力[10]。外周血浆kisspeptins水平与空腹胰岛素水平呈负相关[9]。最近，一项在灵长类动物中的研究显示，成年雄猴在禁食和进食这两种状态下外周给予kisspeptin10，平均基础血浆胰岛素水平并没有改变，但是葡萄糖诱导的胰岛素分泌显著增强[11]。造成上述研究结果的差异可能与物种的选择、研究方法及实验设计有关。

胰高血糖素及胰岛素分别由胰岛α及β细胞分泌，它们精确地调节血糖稳态。胰岛素抵抗与胰岛β细胞功能缺陷是2型糖尿病的病理生理基础，但最近有研究提出，2型糖尿病的一个早期的特点是胰高血糖素紊乱[6]。非糖尿病者在餐后表现出对血中胰高血糖素的抑制，而糖尿病患者则缺乏这种抑制，甚至出现餐后胰高血糖素升高。而且，一些2型糖尿病患者胰高血糖素水平升高出现在β细胞功能受损之前[6]。胰高血糖素可以通过cAMP-蛋白激酶A-cAMP反应元件结合蛋白通路来刺激肝脏产生神经肽kisspeptins，它可抑制β细胞释放胰岛素[6]。并且在2型糖尿病患者及糖尿病小鼠模型中，kisspeptin在肝脏和血清中都增加[6]。不仅如此，研究还提到在葡萄糖不耐受及糖尿病的情况下，胰高血糖素刺激肝脏产生kisspeptins，减少β细胞中cAMP的产生，从而影响胰岛素分泌，并且在肠促胰素增强胰岛素释放的方面，也有对抗作用[6]。与对照组相比，喂以高脂饮食、选择性敲除KISS1受体基因的实验组小鼠胰腺显示了糖耐量改善，这种现象主要归因于胰岛素释放增加。再次从啮齿类动物实验的基础上说明了kisspeptins抑制胰岛素的分泌[6]。

3.2 受损的kisspeptins信号与糖耐量异常 血中葡萄糖浓度降低可导致下丘脑KISS1基因表达减少，而食物的摄入会改善KISS1基因的表达[5]。推测kisspeptins可能会增加食物的摄入量，刺激胰岛素分泌，从而将储存更多的能量[12]。有报道提出，当kisspeptin信号受损后会降低机体的新陈代谢，促进葡萄糖耐受不良和肥胖的发生[12]。该研究为了阐明KISS信号转导潜在的代谢作用，建立了KISS1受体基因敲除小鼠，模拟KISS信号通路的受损。实验组为KISS1受体基因敲除的小鼠，对照组为野生型杂合小鼠，二组的性别保持一致，并且都是在第4周开始进入实验。从第10周开始，实验组雌性小鼠的重量比对照组增加，而实验组雄性小鼠与对照组相比变化不大。令人惊讶的是，尽管实验组体重增加，但是它们每天摄入量与对照组相比有所减少。实验组小鼠摄入并不多，但是其体重却增加，也许与其新陈代谢及能量的减低有关。而当小鼠的年龄为18～20周时，在葡萄糖耐量实验中，禁食后实验组的雌性小鼠比对照组来说，表现了较高的基础葡萄糖水平和葡萄糖耐量的受损，而雄性实验组表现了正常的基础葡萄糖水平和葡萄糖耐量。实验组中KISS信号通路受损的雌性小鼠，表现了体重的增加、较高的基础葡萄糖水平和葡萄糖耐量的受损，而对照组并没有出现这种现象，证明葡萄糖耐量受损及肥胖与kisspeptins的信号受损有一定关系[12]。但是出现上述性别差异现象的原因还是不清楚，需要进一步的探讨。

3.3 Kisspeptins 与妊娠期糖尿病的关系 人类血液中循环的kisspeptins浓度非常低。在妊娠中，循环中kisspeptins的浓度主要依赖于胎盘的合成[4]。在妊娠期间可见kisspeptins的水平显著升高(比正常值高7 000倍)，这可能与KISS1基因在胎盘中高度表达有关[9]。由于在怀孕期间存在大量循环的kisspeptins，那么妊娠糖尿病的发生可能也与kisspeptins有关，但还需进一步研究。

综上所述，神经肽kisspeptins可影响胰岛素的分泌，提示生殖系统轴、胰岛素分泌轴及肝脏之间的关系。Kisspeptins不仅参与青春期、妊娠以及生殖方面的过程，而且能够通过调节胰岛功能，作为一个整体的燃料平衡的调节因子而存在。根据目前的研究结果来看，无论是在啮齿类动物还是灵长类动物中，kisspeptins对胰岛素分泌确实有一定的影响，它与血糖的高低有关，而胰岛因子-1在调控kisspeptins对胰岛素分泌的影响上起着决定性的作用。Kisspeptins对胰岛素分泌的影响究竟是抑制还是促进，多个研究结果的不一致可能与实验设计、方法及物种的选择有关。这些结果的发现有利于进一步理解胰岛素分泌的调节机制，并且在2型糖尿病中可能成为药物干预的新靶点。

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Neuropeptidekisspeptinsandinsulinsecretion

YanHang,ZhangLi,WangYuhuan.

DepartmentofEndocrinology,TheSecondAffiliatedHospital,Xi′anJiaotongUniversitySchoolofMedicine,Xi′an710000,China

WangYuhuan,Email:wangyuhuan369@126.com

Neuropeptide kisspeptins (coded by KISS1 gene) and their receptors, KISS1R [also known as G protein-coupled receptors 54(GPR54)] are not only expressed in the discrete brain tissues, but also expressed in the peripheral tissues, such as fat, liver, pancreas, etc. Recent studies have indicated that glucagon stimulates the liver to produce neuropeptide kisspeptins via the cAMP-protein kinase A-cAMP-response element binding protein pathway, and different concentrations of kisspeptins act on GPR54 through islet-1(ISL-1)and have differernt effects on the secretion of insulin. Meanwhile, the damage of the kisspeptins signal can also lead to obesity. Neuropeptide kisspeptins can affect the secretion of insulin, it is suggested relationships among the axis of reproductive system, the secretion of insulin and the liver, and these findings are beneficial to further understand the regulatory mechanism of insulin secretion.

Kisspeptins; G protein-coupled receptors 54; Insulin

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.011

710000 西安交通大学医学院第二附属医院内分泌科

王玉环，Email：wangyuhuan369@126.com

2015-05-23)