正负调控胰岛素受体的分子蛋白研究进展

蔡小玲 哈小琴

细胞信号转导途径被认为是细胞中信息感知和传播的主要手段，正负调控是细胞内的两个基本信号转导作用[1]。经典的胰岛素信号转导途径是由胰岛素与胰岛素受体IR结合，IR酪氨酸激酶的活化使一些底物与之结合并且发生磷酸化，这些底物为其他下游信号转导蛋白提供了特异性连接位点，从而激活PI3K-AKT信号级联反应。对于IR这个枢纽蛋白，其信号通路不单只有IR-IRS-PI3K-AKT一条信号转导那么简单，最新进展表明胰岛素不是IR的唯一配体，为了全面更好地去了解胰岛素信号通路，本文将胰岛素信号通路正负调控信号分子蛋白做一综述。

一、IR的正调控蛋白

胰岛素、IGF1和IGF2是传统的IR配体，另外一些脂肪因子磷脂酰肌醇-4、内脂素被发现与IRα亚基结合也可增强胰岛素的敏感度(图1)。

1.胰岛素：胰岛素(insulin)与IR结合是胰岛素信号通路主要的输入信号，当它们结合后IR发生构象变化，暴露出β亚基，将胰岛素受体底物磷酸化，激活胰岛素信号通路。

2.胰岛素样生长因子-1(IGF1)和胰岛素样生长因子-2(IGF2)：IGF1和IGF2与胰岛素具有结构同源性(约50%相同的序列)和类似的代谢作用，它们在功能上与胰岛素有关，但具有更高的促生长作用， IGF1和IGF2与IR的结合或是同时与IR和IGF1受体结合，可以增强胰岛素的敏感度[2,3]。

3.磷脂酰肌醇-4(Glypican-4):内脏和皮下脂肪组织中表达并最近被鉴定为新型脂肪因子，是一个潜在的IR配体，与IR结合的区域与胰岛素不同[4]。Glypican-4被认为是治疗胰岛素抵抗的一个潜在的靶点，因为其过表达可以介导ERK和AKT的磷酸化，从而增强胰岛素信号[5]。

4. 内脂素(visfatin):visfatin是新发现的一种脂肪细胞因子，主要来源于内脏脂肪组织，具有类胰岛素效应并降低血浆葡萄糖水平[6]。目前研究显示visfatin是一种胞内酶，称为烟酰胺磷酸核糖基转移酶(nampt)和前B细胞集落增强因子(PBEF-1)[7]。多项研究表明，visfatin在糖尿病、代谢综合征等代谢性疾病患者体内表达水平均有不同程度增加[8]。

二、IR的负调控蛋白

IR活性的负面调节是通过多种机制。特异性酪氨酸蛋白激酶(PTP)可以通过自我磷酸化使IR失活。蛋白激酶C(PKC)家族的成员在丝氨酸磷酸化位点附近通过酪氨酸自我磷酸化干扰含有SH2结构域的蛋白质的对接信号。Grb和细胞因子信号抑制物(SOCS)家族中的蛋白直接与IR结合阻止它与下游蛋白相互作用。 另外，核苷酸内焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1) 和胎球蛋白A(AHSG)通过与IR胞外域相互作用抑制IR， 这表明了多种负调节共同作用使IR失活，以下主要总结了重要的负调控因子。详见图1。

图1 胰岛素受体正负调控分子蛋白总结A.正调控分子;B.负调控分子;C.其他分子;D.胰岛素受体模型

1.特异性酪氨酸蛋白激酶(PTPs)：人类中PTP由超过100个基因编码，其中81个是活性磷酸酶[9]。据报道，发现至少有3种PTPs蛋白质的去磷酸化涉及IR的负调控 。蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B是体内葡萄糖平衡和能量代谢的主要调节剂，抑制PTP1B信号转导的功能，可用于干预和治疗糖尿病，磷酸化的PTP1B可以使IR去磷酸化并阻止激酶的活性[10]。与PTP1B类似，T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶(TC-PTP)负调节JAK/STAT信号转导，在糖尿病调节中发挥作用[11]。可以推断PTP1B，TCPTP和PTPRF相互干扰调节IR，总之，3个PTP在胰岛素刺激情况下可以通过酪氨酸去磷酸化对IR起到负调控作用。

2.蛋白激酶C(PKC):PKC家族成员调控大量的细胞反应，包括胰岛素分泌、基因表达、细胞增殖和炎性反应。与PTP相反，PKC通过丝氨酸或苏氨酸磷酸化起作用。PKC家族成员已被证明能负调控IR，PKCδ通过丝氨酸磷酸化降低IR的活性，PKCε通过与IR结合以及降低酪氨酸激酶活而抑制胰岛素信号转导[12，13]。此外，PKC可以通过磷酸化来抑制胰岛素信号转导途径胰岛素信号通路中的其他蛋白质，如PKCθ优选对IRS1磷酸化。总之，PKC通过丝氨酸磷酸化对IR起到负调控作用。

3.Grb蛋白:Grb蛋白与PTP和PKC抑制IR机制不同，不是通过共价修饰抑制IR，而是通过与IR相互作用直接降低IR活性。Grb10第1个被发现与IR相互作用有很高的亲和蛋白，Grb10结合到IR上与IRS1相同的结构域上，从而阻止IRS1-PI3K信号转导途径[14]。Grb14也是一个参与IR负调节的Grb蛋白[15]。

4.细胞因子信号抑制物(SOCS)：SOCS最初被确定为细胞因子信号抑制剂，SOCS蛋白参与各种信号转导途径，包括胰岛素信号转导途径。与Grb蛋白相似，SOCS蛋白直接与IR相互作用并阻断下游信号JAK/STAT通路转导，引起胰岛素抵抗[16]。

5.核苷酸内焦磷酸酶/磷酸二酯酶1(ENPP1)：ENPP1通过结合胰岛素受体α亚基引起胰岛素受体酪氨酸蛋白磷酸化水平的降低，进而阻碍胰岛素信号的转导[17]。ENPP1基因的编码区具有多个单核苷酸多态性位点，其121Q等位基因可以提高ENPP1对胰岛素受体的阻碍作用。

6.胎球蛋白A(AHSG):AHSG是一种由肝脏分泌的人血浆糖蛋白，属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族的fetuin 家族成员，AHSG具有高度的遗传多态性，其基因的多态性位点与2型糖尿病相关，AHSG可以和IR的β亚基结合，结合后会抑制IR自身发生磷酸化，从而抑制胰岛素信号通路，抑制胰岛素受体底物IRS-1及下游信号蛋白表达[18]。因此，AHSG也是一个IR负调控因子。

三、IR其他底物蛋白

IR的底物不仅仅限于上述提到的经典的蛋白质，还发现很多蛋白质通过激活IR而发生磷酸化。

1.β2肾上腺素受体(ADRB2):是G蛋白偶联受体超家族成员之一，通过与IR结合发生磷酸化，磷酸化的ADRB2产生磷酸化的酪氨酸SH2结构域，从而阻止与Grb2结合来参与胰岛素信号通路[19]。

2.钙调蛋白(Calmodulin):是广泛存在于细胞内的1种信号系统调控蛋白，可被不同的激酶磷酸化，包括IR，钙调蛋白可参与胰岛素信号通路促进胰岛素的分泌，主要是Calmodulin介导AKT的磷酸化发挥作用，通过细胞内Ca2+浓度影响细胞对胰岛素的敏感度[20]。

3.癌胚抗原相关细胞黏附分子1(CEACAM1)：是IR的另1个跨膜底物，其通过促进肝脏对胰岛素清除率来调节胰岛素敏感度，IR和Shc竞争结合CEACAM1上的酪氨酸磷酸化位点，从而减弱IR信号转导[21]。

4.接头蛋白(docking protein 1，DOK1)，是MAP激酶-ERK激酶/细胞外信号调节激酶的主要负调控因子，与IR特定酪氨酸位点结合而发生磷酸化，磷酸化的DOK1可结合GAP，从而阻止RAS，调节胰岛素信号通路，本研究发现DOK1在糖尿病的发病中是逐渐下调的，可能是通过影响AKT磷酸化水平发挥作用[22]。

四、展 望

胰岛素信号通路的信号并不总是通过IR催化提供输出信号，在某些情况下，来自IR的信号是通过与其有相互关系之间的蛋白共同作用，另外两种蛋白质的磷酸化对于胰岛素信号的相互作用也是必需的。本文总结了IR介导的正负调控信号分子，虽然每个信号通过IR分支是可以清楚的理解的，但整合所有的信号分支去充分了解胰岛素信号转导依然具有挑战性。经典的细胞对胰岛素的反应刺激是IRS和IRS介导的磷酸化大分子复合物相互衔接引起下游信号蛋白活化。但是，应该考虑其他独立报道的对接蛋白，如DOK1、SH2B1和SH2B2的大分子对接过程。为了充分了解IR信号级联，所有相关的蛋白质和途径必须整合，只有正负调控信号综合成1个故事，才有可能了解1个完整的IR信号通路。