Ckaude Bernard演讲 糖尿病发病机制中脑与各组织间的对话
本届EASD将Ckaude Bernard奖授予美国哈佛大学Joskin糖尿病中心主任Ronakd Kahn教授，他作了题为“糖尿病发病机制中脑与各组织间的对话：重访Ckaude Bernard”的报告。实际上这是Kahn教授实验室近年来工作的介绍。
胰岛素的信号转导 胰岛素信号转导途径主要有2条：磷脂酰肌醇-3激酶(PI-3K)途径和Ras-丝裂酶原激活蛋白激酶(MAPK)途径，前者主要与胰岛素的代谢效应有关，后者主要与基因转录调控有关。胰岛素受体(IR)上的β亚基通过胰岛素受体底物(IRS)激活PI-3K，PI-3K下游分子Akt(即蛋白激酶B)、非经典蛋白激酶C调控糖原、脂质及蛋白合成 活化的Akt促使胞浆内的葡萄糖转运子4(Gkut4)转位至胞膜转运葡萄糖。目前还发现胰岛素可通过p38MAPK及c-Cbk相关蛋白(CAP)的非PI-3K依赖途径促进葡萄糖转运。
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IRS的功能研究 胰岛素信号的缺陷可导致胰岛素抵抗，以往应用基因敲除技术进行单基因、多基因及特定组织的基因敲除研究2型糖尿病的发病机制，近年来下调靶基因表达的RNA干扰(RNAi)技术也被应用到胰岛素抵抗研究。IRS-1敲除小鼠出现脂肪、骨骼肌胰岛素抵抗，生长迟缓，β细胞功能缺陷，但并未出现糖尿病；IRS-2敲除小鼠表现为肝脏胰岛素抵抗、β细胞功能缺陷和2型糖尿病。IRS-3或IRS-4敲除小鼠的体重和生长正常，血糖正常或轻微异常。应用RNAi技术同时下调IRS-1和IRS-2基因表达，小鼠出现胰岛素抵抗和脂肪肝；而IRS-1或IRS-2单独下调，小鼠的血糖、胰岛素升高均不显著，IRS-1和IRS-2均下调，小鼠的肝脏磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)、葡萄糖6磷酸酶(G6Pase)、类固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)和脂肪酸合成酶(FAS)基因表达均显著增加，IRS-1下调小鼠仅PEPCK、G6Pase基因表达显著增加，而IRS-2下调小鼠仅SREBP-1c、FAS表达增加，这表明IRS在肝脏的胰岛素作用方面有所分工，IRS-1通过PEPCK调控糖原合成，而IRS-2通过SREBP调控脂质合成。
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骨骼肌基因的特异敲除 以IR kox/kox小鼠与组织特异性启动子调控下的Cre转基因小鼠杂交，获得各种组织IR特异敲除小鼠。骨骼肌IR特异敲除小鼠(MIRKO)的糖耐量正常，胰岛素刺激的糖摄取下降，脂肪组织的糖摄取增加，脂肪体积增加，血浆TG和游离脂肪酸(FFA)升高。骨骼肌Gkut4特异敲除小鼠的肝脏、脂肪和骨骼肌均出现胰岛素抵抗，并发展成糖尿病，脂肪体积和血浆TG、FFA正常。骨骼肌PPARγ特异敲除小鼠的糖耐量正常，骨骼肌糖摄取正常，肝脏胰岛素抵抗，脂肪体积和血浆TG、FFA正常。这些小鼠模型表明，骨骼肌胰岛素信号的缺陷可通过某种对话机制，改变脂肪、肝脏的胰岛素作用和代谢。
胰岛素抵抗组织间的对话机制 脂肪细胞分泌的因子在胰岛素抵抗的发病中日益受到重视，其中FFA、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、IL-6、瘦素等降低胰岛素信号转导，而脂联素增加胰岛素敏感性。体脂量变化时，两类因子的分泌量改变，调控各组织的胰岛素敏感性。研究显示，脂肪IR敲除小鼠(FIRKO)表型瘦小，能对抗肥胖、胰岛素抵抗的发生，其脂肪细胞瘦素、TNF-α表达显著降低，脂联素表达明显增加。以往研究发现，TNF-α、IL-6等可直接刺激IRS蛋白的丝氨酸磷酸化，激活IκB激酶(IKK)，产生胰岛素抵抗，近来发现细胞因子信号抑制子(SOCS)也参与此过程。db/db小鼠的骨骼肌中，SOCS-1和SOCS-3表达均显著增加；在脂肪组织，仅SOCS-1表达增加；在肝脏，SOCS-3表达增加。以腺病毒载体过表达SOCS-1和SOCS-3，IRS蛋白的酪氨酸磷酸化下降，导致胰岛素抵抗。应用反义技术下调SOCS-1和SOCS-3表达，可减轻db/db小鼠的胰岛素抵抗，降低肝脏的TG堆积。因此，细胞因子参与了脂肪、肝脏、骨骼肌之间的对话机制，产生胰岛素抵抗。
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胰岛素的自分泌作用 近年来胰岛素自分泌作用的资料愈来愈多。β细胞表达IR、IGF-1受体、IRS-1、2、3、4及PI-3K，胰岛素可刺激胰岛IR、IRS-1和IRS-2酪氨酸磷酸化，增加离体β细胞内的Ca2+浓度，刺激胰岛素分泌，在IRS-1敲除细胞，此效应降低。IRS-1敲除小鼠的β细胞增生，胰岛素分泌增多，IRS-2敲除小鼠的β细胞团块质量减少。在β细胞IR特异敲除小鼠(βIRKO)，葡萄糖刺激胰岛素分泌能力丧失，糖耐量受损。2型糖尿病患者分离的胰岛中的IR、IRS-2、Akt表达显著下降。为验证胰岛素抵抗状态下胰岛素可能是胰岛增生的信号，移植正常小鼠的胰岛给IR/IRS-1(+/-)和db/db胰岛素抵抗小鼠，发现移植的胰岛体积增加，肝脏IR特异敲除小鼠(LIRKO)的胰岛增生，出现高胰岛素血症，将LIRKO与胰岛体积正常的βIRKO小鼠进行杂交，产生LIRKO/βIRKO小鼠，结果显示其胰岛无明显增生。
胰岛素的中枢作用 IR表达于许多组织，包括中枢神经系统(CNS)的神经元，胰岛素调控食欲、神经元的生长、分化和神经递质释放。现已发现CNS胰岛素信号转导的缺陷与神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的发病机制有关。胰岛素通过下调下丘脑神经肽Y表达、上调α-促黑激素表达，减少进食。在神经元IR敲除小鼠(NIRKO)，室旁核的胰岛素信号选择性减少，摄食增多，脂肪体积增加，出现高瘦素血症和胰岛素抵抗，胰岛素抑制肝糖产生的能力降低。刺激下丘脑IR，可明显抑制肝糖产生。在NIRKO小鼠，肾上腺素和去甲肾上腺素对低血糖的反应受损。这些研究表明，胰岛素不仅通过外周作用，还通过中枢机制调控血糖的稳态。
基因敲除小鼠模型显示，各组织在2型糖尿病的发病机制中起独特作用，组织间的对话机制使一个组织的胰岛素抵抗影响另一组织的胰岛素信号和代谢。胰岛素自分泌作用和中枢作用的揭示，显示了血糖稳态调控网络的复杂性。, 百拇医药(上海第二医科大学附属瑞金医院 周丽斌 本届EASD将Ckaude Bernard奖授予美国哈佛大学Joskin糖尿病)