《胰岛素分泌.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《胰岛素分泌.ppt（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、胰岛素分泌机制,北京协和医院 向红丁,糖尿病的基本异常,致病原因：遗传因素和环境因素长期共同作用的结果。 主要问题：胰岛素不足或和胰岛素作用差（抵抗）。 基本改变：血糖增高。,伴糖尿病的遗传综合征 细胞遗传缺陷 胰岛素作用遗传缺陷 2型糖尿病 1型糖尿病 非常见免疫中介型 妊娠糖尿病 内分泌腺病 药物 胰外分泌病 感染,糖尿病分型及病因机制的关系,遗传因素,环境因素,胰岛素分泌及/或作用不足,2 型糖尿病自然病程,胰岛素分泌,大血管并发症,微血管并发症,胰岛组织学,1869年Langerhans发现，来自消化道。 形态：170200万，大小不一，直径75175m，占胰腺重量1。 组织学：A、B
2、、D细胞形成多种细胞区（胰岛小叶）。,胰岛细胞,A（）：胞体大，鲜红染色，占1520，分泌胰升糖素，外层较多。 B（）：胞体小，桔黄染色，占7580，分泌胰岛素，内层较多。 D（）：胞浆蓝色，占5，分泌生长抑素，中外层较多。,胰岛细胞,PP细胞 胰多肽。 EC细胞（肠嗜铬细胞）5羟色胺。 D1细胞 舒血管肠肽。 G细胞 胃泌素。,胰岛素结构,17种51个氨基酸双链多肽，5734 道尔顿，A（21肽）、B（30肽）双链。 A611间及两链之间共3个二硫键。 在细胞内易形成48倍体。,理化性质,酸性蛋白，分子中酸性氨基酸较多，易与鱼精蛋白及组氨酸等碱性氨基酸结合，等电点的pH值为 5.3，酸、中性
3、条件下稳定，碱性环境下易破坏。 易在锌、钴作用下生成结晶。 空腹623 U/ml，餐后高峰出现在3060分钟，增长5倍左右。 血中半衰期4.8分钟，二硫键及肽链断裂后降解。,可能的分子分区,内核：疏水氨基酸残基，如支链氨基酸及半胱氨酸，维持胰岛素整体结构。 表面疏水区：缬、酪、苯丙氨酸，靶细胞膜受体特异性结合部位。 表面极性区：甘、谷、酪、天门氨酸等组成的极性区信息传递部位，组、丝、谷氨酸组成的极性区与免疫学性质有关。,前胰岛素原的合成,编码前胰岛素原的基因位于第11对染色体短臂，接近胰岛素样生长因子2基因区内。 胰岛素编码基因具有1355个碱基对，其编码区域由3个外显子组成，分别编码前肽、B
4、/C链和C/A肽链。 转录成含有600个核苷酸的mRNA，继而翻译出11.5kDa的前胰岛素原。,胰岛素的生物合成,胰岛素结构基因 前胰岛素原的 mRNA 前胰岛素原（Preproinsulin） 前肽 胰岛素原（Proinsulin） 胰岛素 C 肽 精赖（A）精精（B）。,胰岛素的生物合成,胰岛素原：86个氨基酸，含35个氨基酸的联接肽，占总胰岛素免疫活性的515，生物活性仅为胰岛素的1/101/15。 裂解胰岛素原(splitproinsulin)：有免疫活性，生物活性很低。,胰岛素的生物合成,胰岛素：成人每天合成2mg（50U），总储量200U，储存在B细胞内颗粒中。 C肽：31个氨基
5、酸，与胰岛素等分子释放，二者在血液中比例稳定，血中半衰期长（1011分钟），测定不受外源性胰岛素和胰岛素抗体水平影响，能更好地反映内源性胰岛素水平。,胰岛素分泌的刺激物,营养物质： 主要是葡萄糖，促进合成前胰岛素原的mRNA的生成，也能促进由此mRNA向前胰岛素原翻译的过程。 甘露醇和某些氨基酸也能刺激胰岛素的合成。,胰岛素释放过程,在正常的胰岛B细胞中，胰岛素的分泌主要是通过排粒作用。通过此种作用，富含胰岛素和C肽的分泌颗粒逐渐向细胞膜方向移动，然后颗粒外膜与细胞膜相融合，颗粒内的胰岛素及C肽被释放入血。 颗粒向B细胞膜移动并逐渐成熟 颗粒膜与B细胞膜融合 排粒作用（胞吐）。 在正常情况下，
6、B细胞的排粒作用已足以维持胰岛素基础分泌。,颗粒向膜移动机制（1）,布朗运动学说：现在的电子显微技术已能将此过程放大并显示。在正常情况下， 颗粒的布朗运动可维持胰岛素基础分泌。 微管微丝学说：也很重要。微管系统由54KD的微管蛋白亚单位聚合而成，直径 2025nm，含类肌动蛋白和肌浆球蛋白，具有收缩能力，能将逐渐成熟的分泌颗粒逐渐拉到细胞膜附近。,颗粒向膜移动机制（2）,秋水仙素等微管毒素能通过阻止微管的形成而抑制胰岛素的分泌。在胰岛素的分泌过程中，微管系统总量的意义并不十分重要，重要的是微管蛋白亚单位向微管系统的动态转换过程。,颗粒向膜移动机制（3）,微丝系统：基本组成成分为肌动蛋白，这是一
7、种分子量约为43KD的球蛋白。微丝系统为靠近B细胞膜表面的丝状亚细胞结构，静止时阻止分泌颗粒的外逸，B细胞受刺激后又能加快分泌颗粒向细胞膜运动。细胞松弛素等物质能阻止微丝系统的形成，进而抑制胰岛素的分泌。,颗粒向膜移动机制（4）,膜融合：融合处出现阴离子转运点，Cl- 和OH- 被主动运输入颗粒，颗粒内渗透压升高，进而涨大溶解。 排粒作用：胰岛素、C肽及少量胰岛素原排出细胞。,胰岛素分泌量,成人胰岛素的基础分泌量约为1U/小时，每餐刺激胰岛素分泌量约为8U，因此每日基础的以及三餐的刺激引起的胰岛素分泌总量约为50U。其中95为胰岛素，仅有5以未转化的胰岛素原或者裂解胰岛素原的形式被分泌。有文献
8、报告，成人每天分泌胰岛素总量约2mg，相当与50U，与其合成量相当。,第二信使 钙离子,Ca2+ ：抑制胰岛素合成，刺激胰岛素释放，引起胰岛素分泌所必须的最低细胞外Ca2+为0.1mmolL。可能机制为： 激活腺苷酸环化酶及环化腺苷酸磷酸二酯酶，加快cAMP的合成与代谢。 激活肌球蛋白酶和蛋白激酶，促进微管的聚合与微丝网的收缩。 中和颗粒与B细胞膜上的负电荷，促进二者的融合，Ca2+的作用与钙调节蛋白（Calmodulin）关系密切。,Ca2+升高的机制,Ca2+进入细胞增多：细胞外葡萄糖或K+ 浓度增加B细胞膜去极化膜上电压依赖性钙离子通道开启Ca2+内入。 B细胞内Ca2+外流受抑制。 B
9、细胞内Ca2+的螯合受抑制。 促进细胞内储存的Ca2+的动员。,细胞膜复极,B细胞上有Ca2+ 激活性K+通道，细胞内Ca2+增多，促进K+ 通道开启，细胞膜复极，并激活Ca2+-ATP 酶，Ca2+外流增多，有助于兴奋后细胞内Ca2+ 浓度的恢复。,第二信使 cAMP,B细胞必须在有适量的cAMP的条件下才能对葡萄糖有反应，而且在有效葡萄糖浓度不变的情况下，细胞内cAMP水平越高，胰岛素分泌反应越强。可能作用机制： 激活蛋白激酶，促进微管的合成。 抑制亚细胞结构对 Ca2+的摄取。 促进细胞内蛋白磷酸化，引起细胞膜通透性及膜电位的改变。,第二信使 三磷酸肌醇酯,三磷酸肌醇酯：磷酯在磷脂酶C作
10、用下产生三磷酸肌醇酯（IP3）和不饱和脂肪酸。三磷酸肌醇是一种重要的细胞内第二信使，在胰岛素分泌过程中有其重要的作用。 甘油二脂：肌醇磷酸脂的代谢产物之一，也能激活蛋白激酶C，进而刺激胰岛素的分泌。,IP3的可能作用机制,改变膜对Ca2+的通透性，促进细胞内质网对Ca2+的释放。 激活蛋白激酶C ，促进蛋白磷酸化。,胰岛素的分泌时相,三相理论： 第一时相：快速分泌相。B细胞接受葡萄糖刺激，在0.51.0分钟的潜伏期后，出现快速分泌峰，持续510分钟后减弱。 第二时相：延迟分泌相。快速分泌相后逐渐出现的缓慢但持久的分泌峰，其峰值位于刺激后30分钟左右。,胰岛素的分泌时相,第三时相：对葡萄糖失敏期
11、。延迟分泌相后自发出现的对葡萄糖反应性下降、胰岛素分泌减少的阶段。这种对葡萄糖失敏可能是机体自我保护，以免胰岛素过度分泌的一种机制。但在此阶段，胰岛B细胞对其他刺激物，如对磺脲类降糖药，仍可有反应。,双相分泌机制,糖对B细胞的合成与分泌作用有时间依赖性，新合成者分泌较慢。 胰岛中不同部位的B细胞的分泌速率不同。 B细胞内存在着两种反应性和或活性不同的颗粒。 存在着两种不同的分泌机制。,影响胰岛素释放的因素,营养物质：葡萄糖、氨基酸、脂肪酸。 阳离子：钙、钾、钠、锰。 神经内分泌。 药物。 其他。,葡萄糖刺激胰岛素分泌（1）,最主要的刺激物，而且对氨基酸及磺脲类药刺激胰岛素分泌的功能有着允许作用
12、。B细胞外葡萄糖浓度低于4mmol/l（72mg/dl）时，氨基酸及磺脲类降糖药不能有效地刺激胰岛素的分泌。 胰岛B细胞对葡萄糖反应迅速，血糖升高后数秒至数分即可观察到胰岛素水平的增高，而且这种增高与葡萄糖浓度呈剂量依赖关系。,葡萄糖刺激胰岛素分泌（2）,有效刺激阈浓度：4mmolL（72 mgdl），最佳反应浓度范围为5.516.7mmolL（100300mgdl），最大半刺激当量为8mmol/l（144mg/dl），最大分泌量时葡萄糖水平为1728mmol/L（300500mgdl），血糖恢复正常后胰岛素分泌迅速下降。,葡萄糖刺激胰岛素分泌（3）,启动胰岛素原生物合成的葡萄糖阈浓度为24m
13、mol/l，而刺激胰岛素分泌的葡萄糖阈值略高于这个水平，这就确保了B细胞内有一个适当量的胰岛素储备。 血糖长期过高，胰岛素分泌功能衰竭，胰岛B细胞退化、空泡变性、萎缩。,葡萄糖作用机制（1）,B细胞葡萄糖受体学说：认为葡萄糖是通过其在胰岛B细胞上特异性受体而发挥作用的。证据是葡萄糖刺激胰岛素分泌的立体特异性，按其立体构象的不同，葡萄糖可分为D型和L型两大类，只有D型葡萄糖能刺激胰岛素分泌。而D型葡萄糖又可分为-D葡萄糖和-D葡萄糖两种，它们对胰岛素分泌的刺激作用也有显著差异。有人认为葡萄糖激酶即是葡萄糖受体。,葡萄糖作用机制（2）,代谢学说：认为葡萄糖代谢产物方有刺激胰岛素分泌的作用，如6磷酸
14、葡萄糖、1，6二磷酸果糖、磷酸丙糖和山梨醇等都有刺激作用，其受体可能是糖代谢酶类，能抑制糖酵解的物质均能抑制胰岛素分泌。,葡萄糖作用机制（3）,葡萄糖在B细胞中通过糖酵解或者三羧酸循环代谢，产生ATP或引起ATP/ADT比率的增加，导致ATP依赖性钾离子通道关闭，阻止了细胞内钾离子的外流，造成胰岛B细胞膜的去极化，促进细胞膜上电压依赖性钙离子通道的开启，胞外钙离子的内入和细胞内钙离子水平的升高，进而刺激胰岛素的分泌。,葡萄糖作用机制（4）,在代谢学说中，葡萄糖激酶也发挥着极为重要的作用，是葡萄糖刺激胰岛素分泌的起始点，又是此过程的限速酶。能将葡萄糖运入B细胞的葡萄糖载体（GLUT-2）虽在葡萄
15、糖刺激胰岛素分泌过程中意义重要，但似乎不具有限速作用。除葡萄糖外，某些糖酵解的产物，如D-甘油醛，也有刺激B细胞胰岛素分泌的作用。,氨基酸刺激胰岛素分泌（1）,所有必须氨基酸均有刺激胰岛素分泌的作用，而且能增强葡萄糖对胰岛素分泌的刺激作用。强度顺序：混合氨基酸 精氨酸 赖氨酸 亮氨酸 丙氨酸 组氨酸，临床上可用于胰岛功能检测。,氨基酸刺激胰岛素分泌（2）,有人发现，有些氨基酸只需与胰岛B细胞接触即可刺激胰岛素的分泌，如精氨酸本身就能够引起B细胞膜的去极化和胰岛素的分泌；而另一些氨基酸则与葡萄糖相同，必须代谢产生ATP才能造成ATP依赖性钾离子通道的关闭和胰岛素的分泌。,氨基酸作用机制,不同氨基
16、酸作用方式不同，口服比静脉注射时强。 受体学说：有不同于葡萄糖的氨基酸受体。 代谢学说：氨基酸代谢产物刺激胰岛素的分泌。 通过对A细胞的刺激发挥作用：先刺激胰升糖素，继而刺激胰岛素分泌。,脂肪代谢产物,脂肪酸可增强葡萄糖对胰岛素分泌的诱导作用，直接刺激物可能是柠檬酸或CoA，肥胖者高胰岛素血症可能与此有关。酮体也有刺激胰岛素分泌作用，对预防酮症酸中毒有意义。,钙离子（1）,Ca2+：与胰岛素分泌关系密切。在B细胞内发生的刺激-释放偶联中，细胞内的钙离子起着至关重要的作用。即使在细胞外葡萄糖未达到刺激胰岛素分泌的浓度时，只要存在着某种钙离子携带物从细胞外将钙离子带入细胞，即能持续、有效地刺激胰岛素的分泌。,钙离子（2）,在葡萄糖浓度为1.7mmol/l（30mg /dl）时，一种钙离子通道激活剂BK4885即可使细胞内对钙离子敏感的荧光物质Fura-2水平急剧增高，伴随着B细胞胰岛素分泌能
