胰岛素信号转导与糖尿病-于

2.3
含SH2、SH3结构域的信号分子
RTK直接下游的信号分子及它们的底 物通常都含有SH2和/或SH3结构域。
SH2结构域特异性地与磷酸化的酪氨 酸模体相互作用。 SH3结构域与特定的含脯氨酸序列有 较高的亲和力。
如SHP-2和PLC- 等是具有催化活性的蛋白， 其酶活性的调节是通过其SH2域与其他蛋白质(IRS1)的磷酸酪氨酸模体作用而实现的。 另一些含有SH2/SH3结构域的蛋白质如Grb-2、 Nck和PI-3K中的p85调节亚基，没有催化活性，仅 作为接头蛋白。 在RTK(包括IR)激活的通路中主要有两种效应 分子： Ras PI3K
系一组由于胰岛素分泌缺陷和（或）其 生物学作用障碍引起的以高血糖为特征的代 谢疾病群。久病可引起多系统损害，导致眼、 肾、神经及心血管等组织的慢性进行性病变， 引起功能不全和衰竭。
糖尿病的分型
1型糖尿病（T1DM）
是一种自身免疫性疾病，由于抗胰岛 细胞的自身抗体进行性的破坏细胞，导致 完全丧失分泌胰岛素的功能，而需要终生 依赖胰岛素。
活化的受体通过其磷酸酪氨酸与下游分子的 SH2结构域结合。
SH2(Src homology-2)结构域：
由约100个氨基酸残基组成。主要作用是识别 磷酸酪氨酸(pY)并与含磷酸酪氨酸的蛋白结合。 IR的近端信号： IRS-1、IRS-2、IRS-3、IRS-4、
Shc (含SH2的接头蛋白)
Proteins with Src Homology Binding Domains Src
Raf的磷酸化:
已知与Raf1激活的磷酸化位点是பைடு நூலகம்Src 、 PAK、PKC等催化。
其他的磷酸化位点 — Ser259和Ser621 参与Raf1与14-3-3蛋白的结合，稳定其活性。 不过，14-3-3蛋白也可能抑制Raf活性。 抑制性的磷酸化位点则是由Akt和PKA催 化的。
Stabilization of RAS:RAF by 14-3-3
·促进糖原合成、抑制糖原分解
·促进葡萄糖转变为脂肪和蛋白质
·抑制糖异生
The family of glucose transporters (GLUTs 1–5)
Name
Tissue distribution
Important features
Low Km (1 mM). Allows relatively constant uptake of glucose independent of the normal extracellular concentration (4–6 mM). High Km (15–20 mM). Allows intracellular and extracellular glucose to equilibrate across membrane.
Stabilization of RAF by further phosphorylation
· · · · ·
Activated RAF complex binds MEK RAF phosphorylates MEK MEK1/2 binds ERK-1/2 MEK1/2 phosphorylates ERK-1/2 Dissociation of phospho-ERK1/2:MEK1/2 · Dimerisation of phospho-ERK-1/2 and nuclear translocation of phosphoERK-1/2 dimer ·调节基因表达
二、胰岛素的信号转导通路 2.1 胰岛素受体 2.2 IR的近端信号 2.3 包含SH2和SH3结构域的信号分子 2.4 磷酸化级联反应 2.5 反馈通路 2.6 脂类磷酸酶 2.7 蛋白酪氨酸磷酸酶 2.8 与GLUT4转位有关的信号通路
2.1 胰岛素受体
·主要分布于肝细胞、脂肪细胞、肌肉细胞、血 细胞、性腺细胞、肺脏和肾脏的细胞等 ·属于细胞膜受体
直到IR使IRS-1的13个酪氨酸残基磷 酸化，活化的IRS-1与IR脱离，就可与含 SH2结构域的蛋白结合。
IRS蛋白的C端存在一些含Tyr的模体， 它们被IR磷酸化后可作为含SH2蛋白的结合 位点。 不同的IRS蛋白之间的磷酸化酪氨酸的 模体高度保守，但也存在差异。提示不同 IRS家族成员间可能存在交叉功能，但不能 完全相互替代。
·还参与脂肪和蛋白质代谢调节。
·是一种促进合成代谢的激素
1. 1 胰岛素的合成与分泌
前胰岛素原 胰岛素原 信号肽 胰岛素 C肽 分泌颗粒 门静脉 靶器官 50~60% 胰岛素
40~45% 灭活
胰
岛
素
分
泌
1.2 胰岛素的生理作用
胰岛素对糖代谢的作用
·加速葡萄糖通过转运体进入细胞
·促进糖在体内的利用
·生成大量酮体，可引起酮血症与酸中
毒。
胰岛素对蛋白质代谢的作用
·促进蛋白质的合成 ·抑制蛋白质分解 胰岛素对于维持机体糖类和脂类的平衡 及蛋白质正常的代谢是必需的。 胰岛素对靶组织的作用对于维持机体正 常功能非常重要。
胰岛素的作用
Gluconeogenesis
1.3 血糖浓度对胰岛素分泌的调节 血糖浓度是调节胰岛素分泌最重要的因素
Medium Km (2.5–5 mM). Insulin recruits transporters from intracellular stores increasing glucose uptake. Medium Km (6 mM). Responsible for fructose uptake.
Muscle GLUT 4 adipose tissue
GLUT 5 Jejunum
胰岛素对脂肪代谢的作用 1.促进脂肪的合成
· 通过磷酸二酯酶的作用，激活乙酰辅酶A羧化酶,
促进肝脏合成脂肪酸。 ·促进葡萄糖进入脂肪细胞，使其转化成α-磷酸甘 油，并与脂肪酸形成甘油三酯贮存于脂肪细胞中。 ·抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性，抑制脂肪酸β-氧化。
PLC
GAP Grb2
胰岛素受体底物（IRS）
IRS家族成员的共同特性:
含有2个结构域,即
· N端的PH域
(Pleckstrin homology domains)
· 磷酸酪氨酸结合域 (phosphotyrosine binding domains，PTB域)
PH (pleckstrin homology)域：
2型糖尿病（T2DM） 是一种明显受环境因素影响的遗传性 疾病，如肥胖和衰老。此病被确认为有 “双重的缺陷”。 胰岛素抵抗 肥胖和衰老 胰岛细胞功能障碍
1.4 糖－脂毒性
·高糖和高脂影响维持正常糖稳态的主要组 织的功能。 ·胰岛细胞、肝脏、脂肪细胞、肌肉细胞 均可发生糖－脂毒性。 ·糖－脂毒性可在一定程度上解释糖尿病恶 化和对治疗药物的反应降低的机制。
域导致另一个激酶结构域活化袢中的酪氨酸残基磷
酸化。
2.2 IR的近端信号
Binding of IRS to insulin receptor
Binding of Shc to insulin receptor
Activated insulin receptor [plasma membrane]
Insulin receptor signalling cascade
IRS-1的PTB域
·与IRβ亚基Tyr972结合
·结合模体为
Leu-Tyr-Ala-Ser-Ser-Asn-Pro-Glu-pTyr
IRS-1基因敲除的小鼠表现出中度的胰 岛素抵抗，但不发展成糖尿病。 而IRS-2基因敲除小鼠既有胰岛素抵抗 又有严重的胰岛β细胞功能障碍，从而导致 胰岛素分泌障碍，最终发展成为糖尿病。
·由2个α亚基和2个β亚基构成的四聚体
·β亚基具有酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性
·不同生理及病理情况下，靶细胞中胰岛素受体
的数量和亲和力会发生明显改变
胰岛素与其受体的胞外-亚基结合后迅速导致 构象的改变，从而激活受体β亚基的酪氨酸激酶结 构域。
受体的自身磷酸化（Autophosphorylation） 当配体与受体结合时，受体中的一个激酶结构
胰岛素信号转导与糖尿病
一、引言 二、胰岛素的信号转导通路 三、胰岛素抵抗的分子基础
一、引 言
·胰岛素的合成与分泌
·胰岛素的生理作用
·血糖浓度对胰岛素分泌的调节
·糖尿病的概念与分型
·糖－脂毒性
胰岛素(insulin)
·是由胰岛β细胞分泌
·是含有51个氨基酸的小分子蛋白
·通过二硫键连接A链和B链 ·是人体内调节糖代谢的重要激素之一，是体内惟 一的降血糖的激素。 ·体循环中胰岛素的半寿期(T1/2)约3~5min
Brain erythrocytes GLUT 1 placenta fetal tissue Liver Kidney GLUT 2 Intestine Pancreatic β-cell.
GLUT 3 Brain
Low Km (<1 mM) compared with GLUT2. Allows preferential uptake in hypoglycemia.
Shc 通过其SH2结构域与IR中磷酸化酪
氨酸相互作用，使Shc的Tyr317被IR磷酸化，
然后与受体脱离。活化的Shc通过SH2结构
域与GRB-2结合。
Shc的PTB域
·长约195个氨基酸残基
·由3个α-螺旋和7个β-折叠组成
·结合模体为： His-Ile-Ile-Glu-Asn-Pro-Gln-pTyr
2.抑制脂肪动员
降低脂肪细胞中的cAMP浓度，抑制激
素敏感性脂肪酶(HSL)的活性，从而抑制脂
肪动员。 3.降低血脂 增加脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性，促进 脂肪组织从血中摄取脂肪酸，降低血脂。
胰岛素缺乏或胰岛素抵抗时，出现脂肪 代谢紊乱。 ·脂肪大量动员，分解增强 ·加速脂肪酸在肝内氧化 由于糖氧化过程发生障碍，产生的大 量乙酰CoA不易进入三羧酸循环彻底氧化。
•血糖浓度升高，刺激胰岛β细胞分泌胰岛素
•血糖浓度持续(30min)升高时，刺激胰岛β细胞
合成胰岛素
•长时间(1周)血糖浓度升高，刺激胰岛β细胞增
生 •胰岛β细胞膜上有一种特殊的葡萄糖转运体
葡萄糖促进胰岛素分泌
葡萄糖对血浆胰岛素水平的影响
1.4 糖尿病的概念与分型
糖尿病（diabetes mellitus, DM）
PI3K通路
PI3K–AKT signalling affects translation and transcription
与膜结合的 PIP3 激活PDK1 PKB PDE3B cAMP PKB- P PDE3B- P 5'AMP
磷酸二酯酶 （phosphodiesterase，PDE） • cAMP和cGMP信号灭活的关键酶
由约120个氨基酸残基组成，广泛存
在于从酵母到人类的信号转导蛋白（已知
见于500多种）中。某些PH域以高亲和力结
合 肌 醇 磷 脂 ( 如 PI-4,5-P2 、 PI-3,4-P2 、
PI-3,4,5-P3 ）,并重新定位在细胞膜。C末端的PH域还可与异三聚体G蛋白结合。
IRS-1的PH域与膜磷脂结合，稳定 IRS-1与IR的相互作用。
GRB2:SOS binds to IRS-P
SOS mediated nucleotide exchange of Ras
GRB2:SOS binds to Shc-P
SOS mediated nucleotide exchange of Ras
PI3K的激活
活化的IRS与PI3K的调节亚基p85的SH2 结构域结合，从而激活PI3K的催化亚基p110。
• 哺乳类环核苷酸PDE超家族已知有12个亚 型 • 各亚型之间具有完全不同的调控模式、 组织内分布、相对活性与Km
• 每个亚型的结构、功能相似，有1-6个成 员
相对活性与Km ：
• cGMP 特异性PDE (cGMP－PDE) PDE-5、 PDE-6、 PDE-9 • cAMP特异性PDE (cAMP－PDE) PDE-3、 PDE-4、 PDE-7、PDE-8 • 非特异型(cAMP， cGMP －PDE)
2.4 磷酸化级联反应
RTK信号通路的末端部分很难分开，因 为多个分支通路从单个效应器发出，而且 多种上游信号输入又集中于单个分支点。 但是许多末端信号转导机制，如磷酸化的 级联反应，为包括胰岛素在内的许多生长 因子所共有。
Transient dissociation of 14-3-3 upon RAS binding