线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌中的作用
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[14]
是必需的 。葡萄糖刺激引起两相分泌反应，包括最初的过 渡阶段和维持的第二阶段。胰岛素分泌的第一阶段可看作是 颗粒的快速释放；第二阶段较慢，反映了颗粒从保存池向释 放池填装，以补充释放池。谷氨酸的主要作用是加强维持第 二阶段葡萄糖刺激的胰岛素的分泌，即在线粒体中通过谷氨 酸脱氢酶对三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸进行作用而形
[11]
色 。谷氨酸是一种微弱的可代谢的线粒体燃料，它在胰腺 β细胞中不是KATP独立通道葡萄糖功能的直接转换器，这
[12]
个发现与谷氨酸充当线粒体燃料的观点是一致的 。最近研 究发现，葡萄糖促胰岛素分泌与线粒体谷氨酸转运体1 (glutamate carrier 1，GC1)有很大的关系，在β细胞线粒体中 存在两种谷氨酸转运体(GC1和GC2)，这些线粒体谷氨酸转
[1]
(KATP)激发的快分泌机制和由谷氨酸介导的慢分泌机制 。 谷氨酸信号激发慢分泌作用较KATP晚5~10 min，可持续激发 胰岛素释放，慢分泌对维持体内血糖的稳定发挥着重要的作 用。而谷氨酸的生成主要依靠胰腺β细胞中线粒体的功能来 完成，线粒体功能出现异常将对谷氨酸信号的传导造成影响 进而导致胰岛素分泌机制异常。因此，研究线粒体功能与谷 氨酸信号在胰岛素分泌中的作用，对于进一步阐明糖尿病的 发病机制意义重大，同时也为糖尿病的诊断和治疗提供新的 思路和方法。
方面的研究进行了综述。
关键词：线粒体；谷氨酸；胰岛素分泌；综述文献
中图分类号：R 34
文献标识码：A
文章编号：1005-4057(2012)02-0200-02
wenku.baidu.com
DOI: 10.3969/j.issn.1005-4057.2012.02.034
胰腺β细胞分泌胰岛素是高等哺乳动物维持体内血糖平 衡的重要因素，主要有2个机制，分别为由ATP依赖性钾通道
1 线粒体功能在胰岛素分泌中的作用
胰岛素从胰腺β细胞中释放受控于线粒体的代谢作用，
[2-3]
此过程主要通过传导血糖波动和代谢偶联信号产生 。线粒 体代谢在胰腺β细胞对胰岛素抵抗的适应中起关键作用，它 除了产生触发胰岛素分泌的联结信号ATP外，还可以产生额
[4-5]
外的联结信号以维持胰岛素分泌 。β细胞线粒体在葡萄糖 刺激的胰岛素分泌中产生代谢偶联因子、信使、膜电位去极 化和提升胞内钙离子等触发因素[6]，它产生的ATP在胰岛素 分泌中是主要的偶联剂，胰岛素分泌跟线粒体的代谢紧密联
传导在胰岛素的分泌中有重要的作用，一旦线粒体功能出现异常将对谷氨酸信号的传导造成影响进而导致胰岛素分泌
机制异常，这与糖尿病的发生密切相关。因此，研究线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌调节中的作用有利于更进
一步了解糖尿病的发病机制，从而为治疗糖尿病提供有利的线索。该文主要对线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌
收稿日期：2012-01-17；修订日期：2012-03-26 作者简介：林荣文(1982－)，男，在读硕士研究生。
生。线粒体产生ATP在胰岛素分泌中是主要的结合因素，对 细胞液中的钙离子信号也是必要的，但对于胰岛素的维持是 完全不够的，由此推断线粒体产生ATP应和其他因素结合， 充当能量传感器，从而控制胰岛素的胞吐过程。
[10]
系统的研究有利于了解谷氨酸的信号转导过程 。谷氨酸在 β细胞线粒体中有两方面的作用，低糖时，GDH(谷氨酸脱 氢酶)有利于谷氨酸变成α-酮戊二酸，促进氧化脱氢作用， 谷氨酸作为燃料在细胞中被优先使用取决于其在氨基酸分解 代谢通路中的位置，这就确保了对三羧酸循环和ATP产生的 最低要求；糖浓度升高时，GDH的转氨基反应将有利于谷氨 酸的产生，进而在胰岛素分泌的放大通路中扮演信使的角
[7]
系 。线粒体是活性氧类(ROS)的主要来源，是细胞内产生
[8]
大量ATP和代谢枢纽的重要细胞器 ，充当着能量传感器的 作用，能产生多种因子偶联营养物质代谢，促进胰岛素容量 囊泡的胞吐。而胞吐过程需要升高胞质内的钙离子浓度，此
[9]
过程取决于线粒体ATP的合成 。胰腺β细胞通过检测葡萄 糖和其他营养物质的促分泌作用而调节胰岛素的胞外分泌， 从而维持血糖的平衡。这个过程要求通过胞吐机制把代谢底 物转化成可以被识别的胞外信使，主要由线粒体整合和产
[13]
运体具有特定的生理功能 。
3 谷氨酸在胰岛素分泌中的作用
谷氨酸在胰岛素分泌的生理调节中有着重要的作用。细
第2期
林荣文，等. 线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌中的作用
201
胞内产生的谷氨酸作为外加因素在放大葡萄糖刺激胰岛素分 泌通路中参加营养素诱导的刺激分泌联结。谷氨酸的代谢能 提高ATP/ADP的比例，将ATP依赖的钾离子通道和胞浆膜电 位去极化，造成细胞内的钙离子提高和胰岛素分泌。谷氨酸 在刺激胰岛素分泌中通过代谢增强苹果酸/天冬氨酸穿梭的活 性直接发挥作用。氨基酸代谢在发挥正常胰腺β细胞功能中
[3]
成 。跨膜的谷氨酸类似物使葡萄糖激活的分泌反应更加敏 感，作用于线粒体的下游代谢。在可渗透化处理的细胞中， 钙离子存在的情况下加入谷氨酸能直接刺激胰岛素的胞吐， 这与线粒体的功能无关。谷氨酸作为胞内信使在葡萄糖引起 胰岛素分泌的正常调节中发挥作用，这表明谷氨酸分泌的上 调与细胞质中ATP的升高有关。由于单独的钙离子信号是不 足以维持胰岛素分泌的，但是葡萄糖引起的分泌反应是在钙 离子升高的情况下实现的，因此线粒体的信使必须存在但不 同于ATP。研究已证实这个放大通路的信使就是谷氨酸，由
第 30 卷第 2 期
广东医学院学报
Vol. 30 No. 2
200
2012 年 4 月
JOURNAL OF GUANGDONG MEDICAL COLLEGE
Apr. 2012
线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌中的作用
林荣文（综述），周克元（审校） （广东医学院，广东湛江 524023）
提 要：葡萄糖诱导胰岛素分泌是由线粒体产生的信号来决定的。机体内胰腺β细胞线粒体的功能及谷氨酸信号的
2 线粒体在谷氨酸信号传导中的作用
葡萄糖进入胰腺β细胞后经过线粒体三羧酸循环生成谷 氨酸，谷氨酸激发了胰岛素的慢分泌。然而，谷氨酸要产生 激发信号就必须完成细胞内信号转导或与谷氨酸受体结合。 在β细胞内，谷氨酸的转运主要由2种转运系统完成，分别 是天冬氨酸-谷氨酸交换系统和谷氨酸转运系统。这两种转运 系统属于线粒体溶质转运蛋白家族(SLC25)，主要负责线粒 体溶质分子的跨膜转运。胰腺β细胞线粒体谷氨酸转运系统 是谷氨酸信号体系的一个很重要的组成部分，谷氨酸通过转 运到胞质，从而激发胰岛素的慢分泌作用，故对谷氨酸转运
是必需的 。葡萄糖刺激引起两相分泌反应，包括最初的过 渡阶段和维持的第二阶段。胰岛素分泌的第一阶段可看作是 颗粒的快速释放；第二阶段较慢，反映了颗粒从保存池向释 放池填装，以补充释放池。谷氨酸的主要作用是加强维持第 二阶段葡萄糖刺激的胰岛素的分泌，即在线粒体中通过谷氨 酸脱氢酶对三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸进行作用而形
[11]
色 。谷氨酸是一种微弱的可代谢的线粒体燃料，它在胰腺 β细胞中不是KATP独立通道葡萄糖功能的直接转换器，这
[12]
个发现与谷氨酸充当线粒体燃料的观点是一致的 。最近研 究发现，葡萄糖促胰岛素分泌与线粒体谷氨酸转运体1 (glutamate carrier 1，GC1)有很大的关系，在β细胞线粒体中 存在两种谷氨酸转运体(GC1和GC2)，这些线粒体谷氨酸转
[1]
(KATP)激发的快分泌机制和由谷氨酸介导的慢分泌机制 。 谷氨酸信号激发慢分泌作用较KATP晚5~10 min，可持续激发 胰岛素释放，慢分泌对维持体内血糖的稳定发挥着重要的作 用。而谷氨酸的生成主要依靠胰腺β细胞中线粒体的功能来 完成，线粒体功能出现异常将对谷氨酸信号的传导造成影响 进而导致胰岛素分泌机制异常。因此，研究线粒体功能与谷 氨酸信号在胰岛素分泌中的作用，对于进一步阐明糖尿病的 发病机制意义重大，同时也为糖尿病的诊断和治疗提供新的 思路和方法。
方面的研究进行了综述。
关键词：线粒体；谷氨酸；胰岛素分泌；综述文献
中图分类号：R 34
文献标识码：A
文章编号：1005-4057(2012)02-0200-02
wenku.baidu.com
DOI: 10.3969/j.issn.1005-4057.2012.02.034
胰腺β细胞分泌胰岛素是高等哺乳动物维持体内血糖平 衡的重要因素，主要有2个机制，分别为由ATP依赖性钾通道
1 线粒体功能在胰岛素分泌中的作用
胰岛素从胰腺β细胞中释放受控于线粒体的代谢作用，
[2-3]
此过程主要通过传导血糖波动和代谢偶联信号产生 。线粒 体代谢在胰腺β细胞对胰岛素抵抗的适应中起关键作用，它 除了产生触发胰岛素分泌的联结信号ATP外，还可以产生额
[4-5]
外的联结信号以维持胰岛素分泌 。β细胞线粒体在葡萄糖 刺激的胰岛素分泌中产生代谢偶联因子、信使、膜电位去极 化和提升胞内钙离子等触发因素[6]，它产生的ATP在胰岛素 分泌中是主要的偶联剂，胰岛素分泌跟线粒体的代谢紧密联
传导在胰岛素的分泌中有重要的作用，一旦线粒体功能出现异常将对谷氨酸信号的传导造成影响进而导致胰岛素分泌
机制异常，这与糖尿病的发生密切相关。因此，研究线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌调节中的作用有利于更进
一步了解糖尿病的发病机制，从而为治疗糖尿病提供有利的线索。该文主要对线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌
收稿日期：2012-01-17；修订日期：2012-03-26 作者简介：林荣文(1982－)，男，在读硕士研究生。
生。线粒体产生ATP在胰岛素分泌中是主要的结合因素，对 细胞液中的钙离子信号也是必要的，但对于胰岛素的维持是 完全不够的，由此推断线粒体产生ATP应和其他因素结合， 充当能量传感器，从而控制胰岛素的胞吐过程。
[10]
系统的研究有利于了解谷氨酸的信号转导过程 。谷氨酸在 β细胞线粒体中有两方面的作用，低糖时，GDH(谷氨酸脱 氢酶)有利于谷氨酸变成α-酮戊二酸，促进氧化脱氢作用， 谷氨酸作为燃料在细胞中被优先使用取决于其在氨基酸分解 代谢通路中的位置，这就确保了对三羧酸循环和ATP产生的 最低要求；糖浓度升高时，GDH的转氨基反应将有利于谷氨 酸的产生，进而在胰岛素分泌的放大通路中扮演信使的角
[7]
系 。线粒体是活性氧类(ROS)的主要来源，是细胞内产生
[8]
大量ATP和代谢枢纽的重要细胞器 ，充当着能量传感器的 作用，能产生多种因子偶联营养物质代谢，促进胰岛素容量 囊泡的胞吐。而胞吐过程需要升高胞质内的钙离子浓度，此
[9]
过程取决于线粒体ATP的合成 。胰腺β细胞通过检测葡萄 糖和其他营养物质的促分泌作用而调节胰岛素的胞外分泌， 从而维持血糖的平衡。这个过程要求通过胞吐机制把代谢底 物转化成可以被识别的胞外信使，主要由线粒体整合和产
[13]
运体具有特定的生理功能 。
3 谷氨酸在胰岛素分泌中的作用
谷氨酸在胰岛素分泌的生理调节中有着重要的作用。细
第2期
林荣文，等. 线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌中的作用
201
胞内产生的谷氨酸作为外加因素在放大葡萄糖刺激胰岛素分 泌通路中参加营养素诱导的刺激分泌联结。谷氨酸的代谢能 提高ATP/ADP的比例，将ATP依赖的钾离子通道和胞浆膜电 位去极化，造成细胞内的钙离子提高和胰岛素分泌。谷氨酸 在刺激胰岛素分泌中通过代谢增强苹果酸/天冬氨酸穿梭的活 性直接发挥作用。氨基酸代谢在发挥正常胰腺β细胞功能中
[3]
成 。跨膜的谷氨酸类似物使葡萄糖激活的分泌反应更加敏 感，作用于线粒体的下游代谢。在可渗透化处理的细胞中， 钙离子存在的情况下加入谷氨酸能直接刺激胰岛素的胞吐， 这与线粒体的功能无关。谷氨酸作为胞内信使在葡萄糖引起 胰岛素分泌的正常调节中发挥作用，这表明谷氨酸分泌的上 调与细胞质中ATP的升高有关。由于单独的钙离子信号是不 足以维持胰岛素分泌的，但是葡萄糖引起的分泌反应是在钙 离子升高的情况下实现的，因此线粒体的信使必须存在但不 同于ATP。研究已证实这个放大通路的信使就是谷氨酸，由
第 30 卷第 2 期
广东医学院学报
Vol. 30 No. 2
200
2012 年 4 月
JOURNAL OF GUANGDONG MEDICAL COLLEGE
Apr. 2012
线粒体功能与谷氨酸信号在胰岛素分泌中的作用
林荣文（综述），周克元（审校） （广东医学院，广东湛江 524023）
提 要：葡萄糖诱导胰岛素分泌是由线粒体产生的信号来决定的。机体内胰腺β细胞线粒体的功能及谷氨酸信号的
2 线粒体在谷氨酸信号传导中的作用
葡萄糖进入胰腺β细胞后经过线粒体三羧酸循环生成谷 氨酸，谷氨酸激发了胰岛素的慢分泌。然而，谷氨酸要产生 激发信号就必须完成细胞内信号转导或与谷氨酸受体结合。 在β细胞内，谷氨酸的转运主要由2种转运系统完成，分别 是天冬氨酸-谷氨酸交换系统和谷氨酸转运系统。这两种转运 系统属于线粒体溶质转运蛋白家族(SLC25)，主要负责线粒 体溶质分子的跨膜转运。胰腺β细胞线粒体谷氨酸转运系统 是谷氨酸信号体系的一个很重要的组成部分，谷氨酸通过转 运到胞质，从而激发胰岛素的慢分泌作用，故对谷氨酸转运