正負調控胰島素受體的分子蛋白研究進展

蔡小玲 哈小琴

細胞信號轉導途徑被認為是細胞中信息感知和傳播的主要手段，正負調控是細胞內的兩個基本信號轉導作用[1]。經典的胰島素信號轉導途徑是由胰島素與胰島素受體IR結合，IR酪氨酸激酶的活化使一些底物與之結合并且發生磷酸化，這些底物為其他下游信號轉導蛋白提供了特異性連接位點，從而激活PI3K-AKT信號級聯反應。對于IR這個樞紐蛋白，其信號通路不單只有IR-IRS-PI3K-AKT一條信號轉導那么簡單，最新進展表明胰島素不是IR的唯一配體，為了全面更好地去了解胰島素信號通路，本文將胰島素信號通路正負調控信號分子蛋白做一綜述。

一、IR的正調控蛋白

胰島素、IGF1和IGF2是傳統的IR配體，另外一些脂肪因子磷脂酰肌醇-4、內脂素被發現與IRα亞基結合也可增強胰島素的敏感度(圖1)。

1.胰島素：胰島素(insulin)與IR結合是胰島素信號通路主要的輸入信號，當它們結合后IR發生構象變化，暴露出β亞基，將胰島素受體底物磷酸化，激活胰島素信號通路。

2.胰島素樣生長因子-1(IGF1)和胰島素樣生長因子-2(IGF2)：IGF1和IGF2與胰島素具有結構同源性(約50%相同的序列)和類似的代謝作用，它們在功能上與胰島素有關，但具有更高的促生長作用， IGF1和IGF2與IR的結合或是同時與IR和IGF1受體結合，可以增強胰島素的敏感度[2,3]。

3.磷脂酰肌醇-4(Glypican-4):內臟和皮下脂肪組織中表達并最近被鑒定為新型脂肪因子，是一個潛在的IR配體，與IR結合的區域與胰島素不同[4]。Glypican-4被認為是治療胰島素抵抗的一個潛在的靶點，因為其過表達可以介導ERK和AKT的磷酸化，從而增強胰島素信號[5]。

4. 內脂素(visfatin):visfatin是新發現的一種脂肪細胞因子，主要來源于內臟脂肪組織，具有類胰島素效應并降低血漿葡萄糖水平[6]。目前研究顯示visfatin是一種胞內酶，稱為煙酰胺磷酸核糖基轉移酶(nampt)和前B細胞集落增強因子(PBEF-1)[7]。多項研究表明，visfatin在糖尿病、代謝綜合征等代謝性疾病患者體內表達水平均有不同程度增加[8]。

二、IR的負調控蛋白

IR活性的負面調節是通過多種機制。特異性酪氨酸蛋白激酶(PTP)可以通過自我磷酸化使IR失活。蛋白激酶C(PKC)家族的成員在絲氨酸磷酸化位點附近通過酪氨酸自我磷酸化干擾含有SH2結構域的蛋白質的對接信號。Grb和細胞因子信號抑制物(SOCS)家族中的蛋白直接與IR結合阻止它與下游蛋白相互作用。 另外，核苷酸內焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1) 和胎球蛋白A(AHSG)通過與IR胞外域相互作用抑制IR， 這表明了多種負調節共同作用使IR失活，以下主要總結了重要的負調控因子。詳見圖1。

圖1 胰島素受體正負調控分子蛋白總結A.正調控分子;B.負調控分子;C.其他分子;D.胰島素受體模型

1.特異性酪氨酸蛋白激酶(PTPs)：人類中PTP由超過100個基因編碼，其中81個是活性磷酸酶[9]。據報道，發現至少有3種PTPs蛋白質的去磷酸化涉及IR的負調控 。蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B是體內葡萄糖平衡和能量代謝的主要調節劑，抑制PTP1B信號轉導的功能，可用于干預和治療糖尿病，磷酸化的PTP1B可以使IR去磷酸化并阻止激酶的活性[10]。與PTP1B類似，T細胞蛋白酪氨酸磷酸酶(TC-PTP)負調節JAK/STAT信號轉導，在糖尿病調節中發揮作用[11]。可以推斷PTP1B，TCPTP和PTPRF相互干擾調節IR，總之，3個PTP在胰島素刺激情況下可以通過酪氨酸去磷酸化對IR起到負調控作用。

2.蛋白激酶C(PKC):PKC家族成員調控大量的細胞反應，包括胰島素分泌、基因表達、細胞增殖和炎性反應。與PTP相反，PKC通過絲氨酸或蘇氨酸磷酸化起作用。PKC家族成員已被證明能負調控IR，PKCδ通過絲氨酸磷酸化降低IR的活性，PKCε通過與IR結合以及降低酪氨酸激酶活而抑制胰島素信號轉導[12，13]。此外，PKC可以通過磷酸化來抑制胰島素信號轉導途徑胰島素信號通路中的其他蛋白質，如PKCθ優選對IRS1磷酸化。總之，PKC通過絲氨酸磷酸化對IR起到負調控作用。

3.Grb蛋白:Grb蛋白與PTP和PKC抑制IR機制不同，不是通過共價修飾抑制IR，而是通過與IR相互作用直接降低IR活性。Grb10第1個被發現與IR相互作用有很高的親和蛋白，Grb10結合到IR上與IRS1相同的結構域上，從而阻止IRS1-PI3K信號轉導途徑[14]。Grb14也是一個參與IR負調節的Grb蛋白[15]。

4.細胞因子信號抑制物(SOCS)：SOCS最初被確定為細胞因子信號抑制劑，SOCS蛋白參與各種信號轉導途徑，包括胰島素信號轉導途徑。與Grb蛋白相似，SOCS蛋白直接與IR相互作用并阻斷下游信號JAK/STAT通路轉導，引起胰島素抵抗[16]。

5.核苷酸內焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1)：ENPP1通過結合胰島素受體α亞基引起胰島素受體酪氨酸蛋白磷酸化水平的降低，進而阻礙胰島素信號的轉導[17]。ENPP1基因的編碼區具有多個單核苷酸多態性位點，其121Q等位基因可以提高ENPP1對胰島素受體的阻礙作用。

6.胎球蛋白A(AHSG):AHSG是一種由肝臟分泌的人血漿糖蛋白，屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族的fetuin 家族成員，AHSG具有高度的遺傳多態性，其基因的多態性位點與2型糖尿病相關，AHSG可以和IR的β亞基結合，結合后會抑制IR自身發生磷酸化，從而抑制胰島素信號通路，抑制胰島素受體底物IRS-1及下游信號蛋白表達[18]。因此，AHSG也是一個IR負調控因子。

三、IR其他底物蛋白

IR的底物不僅僅限于上述提到的經典的蛋白質，還發現很多蛋白質通過激活IR而發生磷酸化。

1.β2腎上腺素受體(ADRB2):是G蛋白偶聯受體超家族成員之一，通過與IR結合發生磷酸化，磷酸化的ADRB2產生磷酸化的酪氨酸SH2結構域，從而阻止與Grb2結合來參與胰島素信號通路[19]。

2.鈣調蛋白(Calmodulin):是廣泛存在于細胞內的1種信號系統調控蛋白，可被不同的激酶磷酸化，包括IR，鈣調蛋白可參與胰島素信號通路促進胰島素的分泌，主要是Calmodulin介導AKT的磷酸化發揮作用，通過細胞內Ca2+濃度影響細胞對胰島素的敏感度[20]。

3.癌胚抗原相關細胞黏附分子1(CEACAM1)：是IR的另1個跨膜底物，其通過促進肝臟對胰島素清除率來調節胰島素敏感度，IR和Shc競爭結合CEACAM1上的酪氨酸磷酸化位點，從而減弱IR信號轉導[21]。

4.接頭蛋白(docking protein 1，DOK1)，是MAP激酶-ERK激酶/細胞外信號調節激酶的主要負調控因子，與IR特定酪氨酸位點結合而發生磷酸化，磷酸化的DOK1可結合GAP，從而阻止RAS，調節胰島素信號通路，本研究發現DOK1在糖尿病的發病中是逐漸下調的，可能是通過影響AKT磷酸化水平發揮作用[22]。

四、展 望

胰島素信號通路的信號并不總是通過IR催化提供輸出信號，在某些情況下，來自IR的信號是通過與其有相互關系之間的蛋白共同作用，另外兩種蛋白質的磷酸化對于胰島素信號的相互作用也是必需的。本文總結了IR介導的正負調控信號分子，雖然每個信號通過IR分支是可以清楚的理解的，但整合所有的信號分支去充分了解胰島素信號轉導依然具有挑戰性。經典的細胞對胰島素的反應刺激是IRS和IRS介導的磷酸化大分子復合物相互銜接引起下游信號蛋白活化。但是，應該考慮其他獨立報道的對接蛋白，如DOK1、SH2B1和SH2B2的大分子對接過程。為了充分了解IR信號級聯，所有相關的蛋白質和途徑必須整合，只有正負調控信號綜合成1個故事，才有可能了解1個完整的IR信號通路。