胰岛素分泌

β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， β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 20～25nm， 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。
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β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。
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5～15％，生物活性仅为胰岛素 的1/10～1/15。 • 裂解胰岛素原(splitproinsulin)： 有免疫活性，生物活性很低。
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。
第二信使 — 三磷酸肌醇酯
• 三磷酸肌醇酯：磷酯在磷脂酶C作用下 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wenku.baidu.com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。
β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β颗粒，β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 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0.1mmol／L。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β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。
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 2～4mmol/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α-D葡萄糖和β-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。
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。
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0.5～1.0分钟的潜伏期后，出 现快速分泌峰，持续5～10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。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。
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。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。
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。 • β颗粒向B细胞膜移动并逐渐成熟 →β颗粒膜 与B细胞膜融合 → 排粒作用（胞吐）。 • 在正常情况下，B细胞的排粒作用已足以维持 胰岛素基础分泌。
氨基酸作用机制
不同氨基酸作用方式不同，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。
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β颗粒中。 • C肽：31个氨基酸，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 （10～11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
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。
胰岛细胞
• A（α）：胞体大，鲜红染色，占 15～20％，分泌胰升糖素，外层较多。 • B（β）：胞体小，桔黄染色，占 75～80％，分泌胰岛素，内层较多。 • D（δ）：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。
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。
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。
糖尿病分型及病因机制的关系
伴糖尿病的遗传综合征 β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 遗传因素 胰外分泌病 感染
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。
β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。
β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。
胰岛素分泌及/或作用不足
环境因素
2 型糖尿病自然病程
餐后血糖 血浆 葡萄糖 水平 空腹血糖
相对的 细胞 功能
胰岛素抵抗
胰岛素分泌
大血管并发症
微血管并发症
患糖尿病的年数
胰岛组织学
• • •
1869年Langerhans发现，来自消化道。 形态：170～200万，大小不一，直径 75～175μm，占胰腺重量1％。 组织学：A、B、D细胞形成多种细胞区 （胰岛小叶）。
葡萄糖刺激胰岛素分泌（2）
•
有效刺激阈浓度：4mmol／L（72 mg／dl）， 最佳反应浓度范围为5.5～16.7mmol／L （100～300mg／dl），最大半刺激当量为 8mmol/l（144mg/dl），最大分泌量时葡萄 糖水平为17～28mmol/L（300～500mg／dl）， 血糖恢复正常后胰岛素分泌迅速下降。
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/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。 • A6～11间及两链之间共3个二硫键。 • 在细胞内易形成4～8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6～23 μU/ml，餐后高峰出现在30 －60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。