蛙皮素样肽调控胰岛素分泌机制研究进展

赵红琼，姚　刚，夏利宁

(新疆农业大学动物医学学院，新疆乌鲁木齐 830052)



蛙皮素样肽调控胰岛素分泌机制研究进展

赵红琼，姚刚，夏利宁

(新疆农业大学动物医学学院，新疆乌鲁木齐 830052)

摘要:哺乳动物蛙皮素样肽(BLP)主要包括胃泌素释放肽(GRP)、神经肽C(NMC)和神经肽B(NMB)，主要通过GRP-R和NMB-R 2种受体亚型介导生物学效应。其受体BRS-3的内源性配体尚未发现。BLP已经被证明具有促进胰岛素分泌的作用。从组织定位来看，BLP及其受体在胰腺均有分布，其调控胰岛素的分泌主要通过GRP-R介导，其效能与动物的种属、血糖和能量水平有关。BLP可能作为胰腺内神经递质直接促进胰岛β细胞或间接通过激活副交感神经促进胰岛素分泌。BLP还可激活三磷酸肌醇等途径，增加胞外Ca2+内流或者动员胞内钙库，促进胰岛素分泌。BLP对胰岛素分泌的研究不仅补充调控胰岛素分泌机制的理论，也为临床糖尿病的治疗提供新的思路。

关键词:蛙皮素样肽；胃泌素释放肽；胰岛素；钙离子；三磷酸肌醇

蛙皮素(bombesin, BBS)和豹蛙肽(ranatensin)首先发现于蛙的皮肤，而第一个哺乳动物蛙皮素样肽(bombesin-like peptide，BLP)分离于猪的胃肠道，因其具有促进胃泌素分泌的作用而命名为胃泌素释放肽(gastrin-releasing peptide, GRP)。GRP含有27个氨基酸，其C-末端7个氨基酸与蛙皮素相同。而之后发现的含有10个氨基酸的神经介素C(neuromedin C, NMC)，与GRP的C-末端10个氨基酸完全相同。在哺乳动物豹蛙肽的类似物是神经介素B(neuromedin B, NMB),其C-末端的7个氨基酸序列与豹蛙肽相同。以上多肽均属于BLP家族成员。目前为止，在哺乳动物正常机体发现的BLP受体主要有2个亚型，即GRP-受体(也称作BB2-受体)和NMB-受体(也称作BB1-受体)。GRP-受体与GRP和NMC有高亲和力，而与NMB亲和力低；NMB-受体同NMB有高的亲和力，而与GRP和NMC亲和力低[1]。另外发现于豚鼠子宫的BLP受体亚型-3 (BLP receptor subtype-3，BRS-3)是一个孤儿受体。自从BLP家族成员被发现以来，研究人员广泛探究了其在调控食欲、生长和性功能等方面作用，以及其与各种癌症疾病的相关性及针对性治疗方法[2-5]。同样，由于胰岛素对机体代谢起到至关重要的作用[6]，BLP家族成员对胰岛素分泌的影响得到了深入的研究。本文从BLP家族及其受体在胰腺的分布，BLP对胰岛素分泌的调控及其可能机制等方面研究进行综述。

1BLP及其受体的分布

胰岛素是由胰岛β-细胞受内源性或外源性物质的刺激而分泌的一种蛋白质激素。如果要说明BLP直接作用于胰岛影响胰岛素分泌，那么找到BLP及其受体在胰岛有定位就是一个直接证据。研究发现，GRP特异性定位在大鼠肠道和胰腺的神经纤维上。Karlsson S等报道在大鼠胰腺切片中，GRP免疫活性物质不仅存在于胰腺外分泌神经纤维，还存在于胰岛和胰腺内神经节，而且胰岛中比神经节少，其中大量存在神经纤维和突起，在胞体中少见。但是Shimosegawa T等报道，在人正常胰腺尽管GRP免疫活性物质大量存在于胰腺外分泌部，并且腺泡和毛细血管的神经纤维上GRP免疫活性物质最丰富，胰导管和动脉壁上浓度相对低，然而在胰岛很少。用RNA印迹技术发现，健康人GRP-受体基因在胰腺表达量最高，在胃表达少，而在肾上腺皮质和脑表达量微弱，在结肠、肺和前列腺不表达[7-8]。Wahl M A等用竞争抑制试验表明，NMC和GRP-受体特异性阻断剂N-acetyl-GRP20-27可竞争性抑制100 pmol 125I-GRP1-27在离体小鼠胰岛细胞(用胶原酶预处理)的结合，而GRP1-16(切除C-末端11个氨基酸)不能抑制125I-GRP1-27的结合，说明在小鼠胰岛存在GRP活性部位(C-末端10个氨基酸)的特异性结合位点。在人源离体甲状腺神经内分泌细胞即能分泌GRP又能分泌胰岛素[9]。GRP已经被证实在小鼠脊髓有表达[9]，GRP mRNA在小鼠脊髓背侧高表达，但在背根神经节几乎检测不到；而NMB在背根神经节中高表达[11-12]。从这些研究可以看出，BLP主要分泌于哺乳动物神经细胞，包括支配到胰腺的神经细胞，在胰岛存在BLP家族的结合位点或受体，揭示了BLP家族成员调控胰岛素分泌的组织学基础。

2BLP对胰岛素分泌的影响

2.1BLP家族不同多肽的调节作用不同

由于BLP家族多肽的活性部位在C-末端10个氨基酸残基，因此C-末端的差异可能影响它们生物学作用。Kawai K等一次性静脉注射NMB或NMC(4.5 nmol/kg)给犬，均促进血浆胰岛素水平升高，但是只有NMC促进胰高血糖素升高，同样在离体胰腺灌注试验中，尽管这2种激素均促进胰岛素分泌，NMC(10 nmol/L和100 nmol/L)还促进其分泌胰高血糖素而同剂量NMB未起作用。NMB-R基因敲除雌性小鼠同野生型相比，有胰岛素水平下降的趋势[13]。这些研究说明BLP对同样分泌于胰岛的胰岛素和胰高血糖素分泌的影响不同，提示这2种调控血糖的激素分泌调控存在不同的机制。Mukai H等通过一次性静脉注射NMB或NMC的类似物对胰岛素和胰高血糖素分泌影响，证明NMC第6位的缬氨酸和C-末端氨基化很重要。然而，McDonald T J等静脉输注猪GRP或BBS(0～600 pmol/ kg·h)给犬，同等效力并剂量依赖性升高血浆胰岛素和胰高血糖素水平，这是因为这2种多肽C-末端具有大致相同的氨基酸序列。最近报道，静脉注射BBS给获得母源营养物小鼠，可使循环血中胰岛素水平升高[14]。可见BLP家族多肽在发挥调控胰岛素或胰高血糖素作用方面，其C-端生物活性部位对其发挥作用至关重要。

2.2不同动物种属对BLP生物学作用的影响

不同种属动物由于体格的差异，消化系统结构的不同，BLP的生物学作用或者效能也可能存在差异。McDonald T J等静脉输注合成的GRP给禁食的犬和羊，尽管30 min后均升高血浆胰岛素和胰高血糖素水平，然而在羊升高血糖水平，但是在狗却剂量依赖性降低血糖水平。Bloom S R等报道同为反刍动物的犊牛静脉输注BBS或人工合成的猪GRP (5 pmol/kg·min) 30 min后动脉血浆中胰岛素和胰高血糖素水平均升高，并伴随小量的血糖水平上升。犬是单胃动物，羊和牛是反刍多胃动物，单胃动物和反刍动物对食物的消化方式、胃排空时间均有差异[15]，虽然BLP可刺激胰岛素和胰高血糖素的分泌，但是在调控血糖方面，反刍动物和单胃动物可能存在种属差异性。

2.3动物的能量代谢水平对BLP作用的影响

胰岛素的分泌及其分泌的调节是影响机体物质代谢，尤其是糖代谢重要的因素。BLP家族多肽可影响机体的消化机能[16]，Pettersson M等研究表明GRP不仅可以增加基础水平胰岛素的分泌，也可增强葡萄糖引起的胰岛素分泌。McDonald T J等将GRP灌注给猪离体胰腺剂量依赖性(0.01、0.1、1.0、10 nmol/L)促进胰岛素的分泌，并随着灌注葡萄糖量增加，增强GRP引起的胰岛素分泌；而无论是否灌注氨基酸或葡萄糖，胰高血糖素分泌均未受影响[7]。正常饲喂大鼠静脉注射GRP(55 μg/kg)后10 min和30 min促进血清胰岛素水平升高，而未促进24 h 禁食大鼠胰岛素水平升高。犊牛静脉输注GRP前90 min静脉输注氨基酸(0.03 mmol/kg·min)可显著增加和延长GRP导致的胰岛素分泌。野生型小鼠尾静脉注射GRP给能够增强葡萄糖引起的胰岛素分泌作用，而在胰岛GRP-受体基因敲除的小鼠则不表现这种作用[17]。但是，McDonald T J等给小鼠静脉输注GRP(4.3 pmol/min)可抑制精氨酸(8.5 mg/min)导致的胰岛素分泌。因此，在机体能量水平不同的情况下，BLP对胰岛素的调节效能存在差异，可能是为了维持机体血糖的稳态。

3BLP调控胰岛素分泌的机制

3.1神经和受体机制

神经系统对胰岛素分泌的影响取决于机体或胰岛细胞所处生理状态或神经递质受体的分布和表达量影响[18]。刺激迷走神经可使猪胰腺GRP分泌增加[7]，推测GRP可能作为胰腺内神经递质直接促进胰岛β细胞或间接通过激活节后胆碱能纤维促进胰岛素分泌。据报道，GRP在神经纤维的发育中起到调节作用[8]，因而GRP在胰岛素分泌的调节作用，可能不仅作为神经递质，还是促神经生长因子。

BLP家族成员的生物学作用主要通过GRP-R和NMB-R 2种受体亚型介导。Varga G等[19]股静脉输注GRP-R阻断剂[D-Phe6]Bn(6-13)OMe给大鼠，不仅阻断BBS (10 nmol/kg·h)导致的胰岛素分泌，单独输注还减低基础胰岛素水平。同样，Singh P报道静脉输注BBS受体阻断剂BM-10给犬可阻断BBS引起的胰岛素分泌。这些研究结果说明GRP-R介导了外源性和内源性BLP促胰岛素分泌的作用，但是其他类型受体可能也参与其中。Karlsson S等试验证明，GRP促进胰岛素分泌的作用可能还与M受体、N受体和β受体有关，并且在GRP-R受体敲除小鼠可通过增强胆碱能活性而补偿其加强葡萄糖诱导的胰岛素分泌作用。用孤儿受体BRS-3激动剂或阻断剂已经证明其参与调控胰岛素分泌和调控血糖稳态，并且在肥胖和2-型糖尿病人肌细胞中BRS-3受体下调[20-21]。另外，胰岛素的分泌也受到胰高血糖素的相互调控[22]，因而BLP家族也可能通过对胰高血糖素的调控而影响对胰岛素的分泌。

3.2细胞信号机制

胰岛素在胰岛β细胞中合成后贮存在胞内分泌囊泡中。β-细胞通过调节分泌囊泡的胞吐过程来调控胰岛素的分泌。胞内Ca2+浓度是影响胰岛素分泌的重要因素。胞内Ca2+浓度的升高可能是来自于胞外钙离子的内流，也可能是胞内钙库释放钙离子[23]。胞内钙库主要有内质网和线粒体等。关于Ca2+参与介导GRP各种功能已有报道[24]。无论在正常小鼠胰腺β-细胞还是胰岛肿瘤细胞，GRP均可促进胞内Ca2+浓度增加[25]。β-细胞对胞外葡萄糖浓度的变化也十分敏感。当胞外葡萄糖浓度升高的时候，β-细胞通过膜上的葡萄糖转运体(GLUT2)摄入葡萄糖，使胞内ATP/ADP比值加大，ATP敏感钾通道失活，钾离子外流减少，细胞发生去极化，导致电压依赖性钙离子通道开放，Ca2+内流，胞内Ca2+浓度增加，促进分泌囊泡中胰岛素的分泌[26]。GRP可促进单个正常小鼠β-细胞中胞质内Ca2+浓度增加，推测GRP可直接作用于β-细胞升高胞质中Ca2+浓度[25]。Wilkes L C等报道在胰岛细胞瘤RINm5F细胞系， GRP不仅增加胰岛素释放，而且胞内Ca2+浓度快速而短暂的升高，而如果没有细胞外Ca2+存在时，胞内Ca2+浓度增加减少了一半，因而说明GRP通过增加胞外Ca2+内流和动员胞内贮藏Ca2+，增加胞质中Ca2+浓度而介导胰岛素的分泌。Karlsson S等在能够产生胰岛素的仓鼠HIT-T15细胞，GRP可增加胞内Ca2+浓度，但这种作用可因为葡萄糖去除、内质网Ca2+-ATP 酶选择性抑制剂毒胡萝卜素(1 mmol/L)或钙离子螯合剂乙二醇双四乙酸(2 mmol/L，EGTA)处理而停止。蛋白激酶C(PKC)激活或抑制均影响GRP引起的钙离子波动，并且磷脂酶D(PLD)被抑制可取消GRP引起的胰岛素分泌[27]。可见在产生胰岛素的细胞，GRP导致的胞内Ca2+浓度变化主要是基于动员了胞内Ca2+以及电压门控Ca2+进入机制，然后PLD激活二酰甘油(DG)，后者激活PKC，PKC介导了GRP增强葡萄糖导致的胰岛素分泌。

4小结

在哺乳动物，BLP家族多肽或者其受体均被发现在胰腺有定位分布，其调控胰岛素的分泌主要通过GRP-R受体介导，同动物的种属和能量水平有关。BLP可能作为胰腺内神经递质直接促进胰岛β-细胞或间接通过激活副交感神经促进胰岛素分泌。BLP还可能通过增加胞外Ca2+内流或者动员胞内钙库，增加胞浆中Ca2+，同时通过磷脂酶和蛋白激酶等途径促进胰岛素的分泌。探讨BLP对胰岛素分泌的影响，不仅补充了调控胰岛素分泌机制的理论，也为临床治疗糖尿病提供新的思路。

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Progress on Regulatory Mechanisms of Bombesin-like Peptides on Insulin Secretion

ZHAO Hong-qiong, YAO Gang，XIA Li-ning

(CollegeofVeterinaryMedicine,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang, 830052,China)

Abstract:Mammalian bombesin-like peptides (BLPs) include gastrin-releasing peptide (GRP), neuromedin C (NMC) and neuromedin B (NMB). Two main receptor subtypes, the GRP- receptor and the NMB- receptor, mediate the biological functions of BLPs. BLPs and their receptors histologically localize in the pancreas. BLPs have been reported to stimulate the secretion of insulin mediated by the GRP-receptor. The efficiency of BLP on insulin secretion is affected by animal species, blood glucose level and energy level. BLPs may act as a neurotransmitter to directly stimulate pancreatic islet β- cells, or indirectly activate the parasympathetic neuron to increase the secretion of insulin. Moreover, BLPs may activate the inositol triphosphate and promote the secretion of insulin when the cytosolic Ca2+concentration increased through promoting extracellular Ca2+influx and mobilization of intracellular calcium stores. The inositol triphosphate pathway may mediate the BLPs-induced insulin secretion. Studies of BLPs on insulin secretion not only complement the theoretical mechanism of regulation of insulin secretion, but also provide a novel idea for clinical treatment of diabetes.

Key words:bombesin-like peptide; gastrin-releasing peptide; insulin; calcium ion; inositol triphosphat

文章编号:1007-5038(2016)02-0097-04

中图分类号:R335

文献标识码:A

作者简介：赵红琼(1974-)，女，四川西充人，副教授， 博士， 主要从事生物活性物质结构和功能研究。

基金项目：国家自然科学青年基金项目(31201872)；中国博士后科学基金(2013M542413)

收稿日期：2015-06-10