胰岛素的促生长作用

胰岛素的促生长作用 史 民 冯佑民 ( )中国科学院上海生物化学研究所 , 分子生物学国家重点实验室 , 上海 200031 摘要 除了经典的代谢调节作用之外 , 胰岛素还具有重要的促生长作用 : 在体外胰岛素能够刺激众多 细胞的增殖与分化 , 一些实验证明胰岛素在体内可能也是一种重要的生长调节因子. 胰岛素的促生长 作用通过细胞 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的胰岛素 受 体 介 导 , 但 在 较 高 的 胰 岛 素 浓 度 下 也 可 以 通 过 类 胰 岛 素 生 长 因 子 ? ( ) I GF2 ?受体进行 , 在不同细胞体系中可能会有所不同 . 受体后的信号转导经过了一系列磷酸化和 ( ( ) 去磷酸化等途径 , 其中有胰岛素受体底物 1 IRS21、Shc 蛋白 、Ras 蛋白以及磷酸肌醇 3 激酶 P I32 ) K等的参与 . 在胰岛素的分子表面很可能存在一些区域或位点 , 对其促生长作用有着更大的贡献 , 通过对一些高促生长活性的胰岛素类似物的研究已揭示出一些初步的证据 . 关 键词 胰岛素 ,促生长作用 ,胰岛素受体 ,类胰岛素生长因子 ?受体 ,信号转导 ,胰岛素受体底物1 作为一种多功能的蛋白质激素 , 除了人们相同的. 早期的研究发现 , 对一些细胞体系 ,所熟知的代谢调节作用外 , 胰岛素的促生长作 特别是成纤维细胞 , 胰岛素需在超出其生理浓 用也已为越来越多的实验所证明. 胰岛素在体 ( ( ) 度 011 , 1 nmol/ L 的 高 浓 度 011 , 外能够刺激众多细胞的增殖与分化 , 一些实验 1 μ) 1 mol/ L 下才有显著的促生长作用, 因此 表明胰岛素在体内可能也是一种重要的生长调 也被认为是一种药理作用 . 对此 , 研究者们作 节因子. 尽管这方面已积累了不少的数据 , 但 有许多问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 如胰岛素促生长作用的机制 、与代 出了不少的解释 , 现在一般倾向于认为在这些 谢调节作用的关系及与胰岛素分子结构的关系 细胞体系中胰岛素是通过与其亲和力较低的类 等等都尚待阐明 , 有的已成为 目 前 研 究 的 热 ( ) 胰岛素生长因子 ? I GF2 ?受体发挥其促生 点 . 本文即就这方面近来的进展及有关问题作 长作用的 , 这将在稍后再详细讨论. 一综述. 与上 面 的 结 果 不 同 , 在 另 一 些 细 胞 体 系 中 , 胰岛素在生理浓度下即可 刺 激 细 胞 的 增 殖 , 并显然是通过胰岛素自己 的 受 体 起 作 用 1 胰岛素的促生长作用 的 . 这样一些细胞可认为是对胰岛素 “敏感”111 细胞广泛性与 “专一性” , 或者说具有 “专一性”. 这些细胞包的细胞 1924 年 Gey 和 Thalhimer 最早发现了胰岛 括 H35 肝癌细胞 、F9 胚胎瘤细胞 、成骨细胞 1 ,4 素对培养的组织细胞生长的促进作用 , 随后胰 样瘤细胞 U M R2106201 等等. 岛素被证实能够刺激从酵母细胞直至哺乳动物 在特定的培养条件下胰岛素虽也可以单独 神经 元 等 一 系 列 细 胞 的 DNA 合 成 与 增 殖 分 促进一些细胞株的增殖 , 但多数情况下还需与 化 . 同时 , 大量的研究也证明 , 大多数的培养 其他 的 生 长 因 子 如 成 纤 维 细 胞 生 长 因 子 细胞株在无血清条件下生长时都需要胰岛素的( ) ( ) F GF、血小板衍生的生长因子 PD GF、佛 存在 ; 恶性转化后的细胞往往大大减少或丧失 波酯 TPA 等协同才能发挥作用或是发挥显著 了对血清或一些生长因子的需求 , 但同时对胰 1 ,2 的作用. 进一步的研究揭示 , 在细胞周期中存岛素的需求却并没有或没有完全丧失. () 在两类生长因子 , “感受态” co mpetence因尽管胰岛素广泛地促进或维持细胞的增殖 与分化 , 但在不同细胞体系中其效应又是不尽 收稿日期 : 1996205214 , 修回日期 : 1996212227 子如 PD GF 、TPA 等 , 能够促使细胞在 G/ G研究 , 人们证实在这种 I GF2 ?受体占有优势 1 0 地位的细胞体系中 , 低浓度的胰岛素能够通过 期发生一种稳定的生化改变而进入 “感受态”; 胰岛 素 、类 胰 岛 素 生 长 因 子 等 “进 行 态 ”自己的受体促进细胞的增殖 , 而高浓度时则可 2 () 通过 I GF2 ?受体产生更高的效应. 在另一 p ro gressio n因 子 , 则 使 已 处 于 感 受 态 的 细 1 胞由 G期进入 S 期. 类同样具有丰富的 I GF2 ?受体 、而胰岛素受 1 112 胰岛素的体内促生长作用体的数目相对稀少的血管平滑肌细胞中 , 也得 9 胰岛素体内促生长作用的证据最早来自于 到了类似结果. 1 ,5 只有少数的细胞体系缺乏 I GF2 ?受体而一些临床的病例. 如不少糖尿病胎儿或新 生儿往往伴随有生长迟滞 、缺乏脂肪以及肌肉 表现出灵敏的胰岛素刺激作用 , 如前面已经提 3 瘦小等症状 , 一些罕见的病例会表现出更极端 到的 H35 小鼠肝癌细胞. 一种 CHO 细胞株 ( ) CHO2K1 在特定的培养液中生长时 , 胰 岛 的现象 ; 与此相反 , 高胰岛素症的患者则会出 10 现体形 、体重的增大以及一些组织的不正常增 素是唯一必需的刺激因子 , Mamo unas 等证 殖现象. 明胰岛素是通过细胞表面丰富的胰岛素受体刺 近年来发现 胰 岛 素 在 哺 乳 动 物 的 胚 胎 发 激了 DNA 合成与细胞的分裂. 类似地 , 在成 6 育 、神经组织的发育与 增 殖及 其 他 一 些 组 骨瘤细胞 U M R2106201 中 , 胰岛素受体的数目 织的生长中都有重要的作用 , 一些直接的体内 大大 高 于 I GF2 ?受 体 , 胰 岛 素 也 就 具 有 比 4 I GF2 ?高 得 多 的 促 生 长 活 性. 更 有 说 服 力 证据也已通过动物实验得到 , 这些无疑都显示 胰岛素在体内的生长与发育中可能也是一种重 的是 , 细胞表面不存在 I GF2 ?受体的 LB T 淋 要的调节因子 . 巴瘤细胞中 , 胰岛素是一个十分有效的促有丝 11 分裂剂.2 胰岛素促生长的作用机制不过多数细胞同时具有数量相近的两种受 211 胰岛素受体与 IGF2 ?受体 体通常使解释工作变得复杂. 在 N IH 3 T3 细 与它的代谢调节作用一样 , 胰岛素促生长 胞中 , 胰岛素受体与 I GF2 ?受体的数量均相 对稀少 , 胰岛素的促生长作用非常微弱 , 似乎 作用的第一步也是与细胞表面的受体相结合. ( 由于胰岛素与类胰岛素样生成因子 ? I GF2 是通过 I GF2 ?受体进行的. 但通过受体 cDNA 12 13 ) ?、胰岛素受体与 I GF2 ?受体分别都具有相 的转入 , Hof mann 等和 Randazzo 等发现 当的 同 源 性 及 结 构 上 的 相 似 性 , 胰 岛 素 和 细胞过量表达胰岛素受体后得到了非常灵敏的 胰岛素刺激细胞 I GF2 ?都可以与对方的受体相结合 , 尽管这种 DNA 合成与增殖的曲线 , 其 结 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 它们与自己的受体的结合相比要微弱得 最大刺激量和 10 %的胎牛血清相当. 在同样 7 ,8 的细胞中 I GF2 ?的活性也有提高 , 但与胰岛 多 . 而我们已经知道胰岛素在不少细胞体 素相比要差一些. 系中需在高浓度下刺激或维持细胞的增殖 , 所 以 , 胰岛素的促生长作用究竟是通过自己的受 综上所述 , 胰岛素可以通过自己的受体刺 体还是 激细胞的增殖与分化 I GF2 ?受体介导成为一个令人困惑的 , 高浓度下这种作用则也 可以由 I GF2 ?受体介导 , 似乎是由细胞表面 问题. 胰岛素对人 表 皮 成 纤 维 细 胞 的 促 生 长 作 的胰岛素受体数量决定了其在不同细胞体系中 用 , 一直受到人们的关注. 早期有不少实验表 的倾向. 由于这种细胞间的差异性 , 在解释有 明胰岛素对细胞 DNA 合成的刺激可能由 I GF2 关胰岛素促生长作用的问题时 , 需要充分考虑 ?受体介导 , 但通过仔细地建立和比较胰岛素 到这一点. 212 受体后机制及 I GF2 ?促细胞生长的剂量 - 效应曲线 , 以 及使用针对两种不同受体的 “特定”抗体进行无论是胰岛素受体还是 I GF2 ?受体 , 都 ( ) ( ) 属于酪氨酸激酶 T K受体家族 , 即具有受MA P K的 一 连 串 磷 酸 化 反 应 , 从 而 启 动 14 ,815 体自磷酸化激活的 T K 活性DNA 合成和细胞分裂增殖. . 在过去的几 IRS21 在胰岛素促生长信号转导中的重要 年中 , 为数不少的胰岛素受体酪氨酸激酶的胞 14 内底物被发现和鉴定出来 作用 已 得 到 了 许 多 实 验 的 证 实 , 如 向 缺 乏 . 其中广泛存在 ( ) 的胰岛素受体底物 1 IRS21, 被认为是作为 IRS21 的细胞中注入外源 IRS21 或转入 IRS21一种 “坞”蛋白 , 参与了级联反应的第一步. 基因后 , 胰岛素即对细胞的增殖有了明显的促 IRS21 上具有至少 20 个潜在的酪氨酸磷酸化 进作用 ; 而利用反义 RNA 和抗 IRS21 抗体减 位点 , 可以被活化的胰岛素受体或 I GF2 ?受 少细胞内的 IRS21 水平 , 则干扰和降低了胰岛 16 素的促生长作用. 但将小鼠的 IRS21 基因 体迅 速 地 磷 酸 化 , 而 通 过 这 些 磷 酸 化 位 点 17 ( ) IRS21 可进一步与一些具有 SH2 结构域的蛋白“敲除” knocko ut 的实验显示 , IRS21 的 ( ) ( ) SH22蛋 白 如 磷 酸 肌 醇 3 激 酶 P I32K、 缺失与 受 体 基 因 的 “敲 除”相 比 , 要 温 和 得 GRB22 、Syp / SH2P TP2 等进行作用 . P I32K 是 多 . 这一矛盾的现象也许可以用最近发现的胰 18 ( ) 一个重要的生长和代谢的调节因子 , 而 GRB2 岛素受体底物 2 IRS22/ 4 PS来解释 , 它 2 通过再结合 SO S 蛋白可以激活在许多生长因 与 IRS21 有相当的同源性 , 并广泛存在于各种 子的信号转导中起着关键作用的 Ras 蛋白 , 这 细胞中 , 可能在胰岛素信号转导中具有类似于 样就与一些已知的途径统一起来 , 接下来是从 IRS21 的作用. Raf 到 促 有 丝 分 裂 剂 激 活 的 蛋 白 激 酶另一种胰岛素受 体 的 直 接 底 物 ———Shc , 图 1 胰岛素促生长信号的受体后转导途径 可能也在胰岛素促生长信号的传递中有着不可的验证成为可能. 19 或缺的作用. Pruet t 等最近成功 地 证 明 在Bo r nfoldt 实 验 室 首 先 报 道 一 种 胰 岛 素 的 ( ) L 6 成肌细胞中是由这种 SH22蛋白而不是 IRS2类似物 B10As p 胰岛素 B10As p Ins 对 1 激活 Ras 途径 , 并在胰岛素的促生长作用中 主动脉平滑肌细胞增殖的刺激作用与猪胰岛素 起主导的作用 . 这样 , 有理由认为在胰岛素促 相比提高了 10,20 倍 , 但与 I GF2 ?受体的结 22 生长作用的信号传递过程中 , 很可能需要多种 合能力仅提高 3 倍, 两者的不平行关系预 因子的共同参与 , 如 IRS21 、Shc 、IRS22 或其 示胰岛素分子结构上有可能存在着不同的区 他未 知 的 IRS , 以 及 GRB22 、P I32K、Syp 等 域 . 进一步地 , Gammeltof t 等和 de Meyt s 等 SH22蛋白 , 其中起主要作用的因 素 在 不 同 的 分别利用只具有 I GF2 ?受体的 N IH 3 T3 细胞 () 组织和细胞中也可能会有所不同 图 1. 和只具有胰岛素受体的 LB T 淋巴瘤细胞比较 除了受体酪氨酸激酶途径外 , 胰岛素受体 了多种特殊的胰岛素类似物的促生长作用 , 结 的非酪氨酸激酶途径可能也参与了胰岛素的促 果 发 现 几 种 高 促 生 长 活 性 的 类 似 物 如 生长作用. 这种途径包括受体与胞内的一些蛋 A8 His , B4 His , B10 Glu , B27 His Ins 、 白质非共价地但是稳定地进行相互作用 , 也许 B10As p Ins 的刺激生长能力与它们和受体 20 有 G 蛋白参与其中. 的结合能力以及代谢调节能力也都存在着不平 23 ,24 由于胰岛素既具有代谢调节作用 , 又具有 行的关系. 同时还发现一个有趣的现象 促生长作用 , 但这两种信号似乎都需要 IRS2 是 , 这些高活性的类似物都具有较低的从胰岛 8 ,16 1 、P I32K , 甚 至 MA P K, 两 种 信 号 如 何 素受体或 I GF2 ?受体上解离的速率 , 与受体 区分或者从什么地方开始分离 , 成为一个有趣 结合的负协同效应也相对减弱. 近来的一些体 而又有待解决的问题. 有一些数据显示胰岛素 内实验又表明 , 尽管 B10As p 胰岛素在体 23 受体的不同部位对两类信号可能有不同的贡 内的代谢效应未能增加, 但却仍具有较高 21 25 ,26 献 , 但仍存在不少争议. 的促生长活力. 目前还不清楚这些高促生长活性的类似物 3 胰岛素促生长作用与其结构的关系8 的机制 , de Meyt s提出了一个模型试图从结 胰岛素的代谢效应与其分子结构的关系已 合动力学上进行解释 , 还有待实验的进一步证 有大量的研究 , 但关于其刺激生长的效应与分 实 . 但可以注意到的是 , 这些工作已为深入研 子结构的关系到目前还只有零星的报道与讨 究胰岛素分子促生长功能的结构基础树立了良 论 . 由于两类效应都可以通过 相 同 的 受 体 介 好开端. 导 , 那么是不是可能在配体与受体结合这一步 就导致了受体后的不同效应呢 ? 可能在胰岛素 参 考 文 献的分子结构上存在一些区域或位点 , 对胰岛素 的促生长作用有着更大的贡献 , 是胰岛素分子 1 St raus D S. Growt h2stimulatory actio ns of insulin i n v it ro 促生长功能的结构基础. 但由于胰岛素的促生 and i n v i vo. Endocr Rev , 1984 , 5 : 356,369长作用可以通过不同的受体进行 , 为其结构功 2 Moses A C , Tsuzaki S. Is insulin a growt h factor ? In : LeRoit h D ed. Insulin2like growt h factors : Molecular and 能的研究增加了很大的复杂性. cellular aspect s. Boca Rato n : CRC Press , 1991 . 245,270 早期人们曾对一些不同种属的胰岛素及胰 Massague J , Blinderman L A , Czech M P. The high affinit y 3 7 insulin receptor mediates growt h stimulatio n in rat hepato ma 岛素2I GF 杂交分子等胰岛素类似物的代谢 cells. J Biol Chem , 1982 , 257 : 13958,13963 Hickman J , Mc Elduff A. Insulin p ro motes growt h of cul2 4 t ured rat osteosarco na cell line U MR2106201 : an osteoblast2 like cell . Endocrinology , 1989 , 124 : 701,706 效应和促生长效应进行了比较研究 ,但这些数5 Clarke W L , Vance M L , Rogol A D. Growt h and child 据都未能给出确定的结果 . 近年来 ,由于已可 ( ) wit h diabetes. Diabetes Care , 1993 , 16 Suppl 3: 101 6 de Pablo F , de la Rosa E J . 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