一文厘清,生理性胰岛素对各器官组织有什么作用?

生理状态下,胰岛素调控多个器官组织功能,生理胰岛素分泌不足时,外源性胰岛素就要上岗啦。
转眼间,礼来糖尿病争锋论坛已经办到了第13届,7月4日,在上海交通大学医学院附属瑞金医院宁光教授主持下,众多糖尿病领域大咖聚集一堂,争锋论道。中日友好医院杨文英教授在会上进行了名为“见微知著:胰岛素体内环游记”的分享。
生理性胰岛素对人体各器官组织有哪些作用?请往下看。
生理性胰岛素“生产线”:从合成到降解 

胰岛素是一种球形蛋白质,由两条链构成,A链含21个氨基酸,B链含30个氨基酸[1]

胰岛素从前胰岛素原合成约需1~3小时,此后数小时~数天中,胰岛素分子由三个二硫键连接,每6个胰岛素单体与2个锌离子偶联形成胰岛素六聚体结晶,储存于β细胞中[1]
胰岛素分泌入血后,约30分钟降解完毕,其在体内每一站的“协调处理”过程,保证了后续胰岛素发挥精细调节作用[1]
图1  胰岛素在体内从合成到降解的“加工处理”过程

胰腺:葡萄糖诱发β细胞双时相胰岛素分泌[2]

合成的胰岛素在β细胞膜附近的“预备释放池”(占总胰岛素量的5%~25%)中储存,葡萄糖升高触发胰岛素快速释放,这就是第一时相分泌,3~5分钟后出现峰值,持续5~10分钟,第一时相胰岛素分泌水平越高,对血糖稳态影响时间越长。当“预备释放池”的胰岛素分泌完成后,动员“储备池”胰岛素释放,刺激后30~45分钟达峰,这是第二时相分泌,根据血糖水平不同可持续数小时,缓慢而持久,对整体胰岛素分泌贡献大。

肝脏:动态调节胰岛素入血浓度[2]

门静脉通过每5分钟离散脉冲的形式,将胰腺所分泌的胰岛素运送至肝脏。胰岛素在肝脏发挥重要代谢调节作用,进餐后胰岛素抑制糖异生和肝糖输出,保证肝脏中糖原储备,空腹时增加肝糖输出,维持血糖稳态。肝脏根据外周所需胰岛素,调整“首过效应”比例,清除一定比例的胰岛素,动态调节入血胰岛素浓度。胰岛素抵抗状态下,肝脏对胰岛素清除率降低。

肾脏[2]:胰岛素在肾脏中参与糖代谢及进行降解

因此当肾功能异常时,会导致胰岛素作用时间延长。
生理状态胰岛素作用一览:调控与被调控 
胰岛素受体分布广泛,在多个组织器官发挥以下不同作用。
代谢系统[2-4]
胰岛素通过调节肝糖原合成和糖异生,调控肝糖输出速率,还通过调节肾小球滤过及葡萄糖转运维持葡萄糖稳态,以上作用均可稳定血糖水平。对于能量代谢过程,胰岛素可促进肌肉/脂肪组织对葡萄糖的摄取和利用,保证肌肉脂肪中的能量来源,在血糖升高时通过转运葡萄糖至肌肉、脂肪储存,降低循环中的血糖水平。
中枢系统[5,6]
生理胰岛素在中枢/大脑发挥多重作用,借助大脑中丰富分布的胰岛素受体,胰岛素发挥调节代谢稳态、能量平衡、改善记忆等多重作用。大脑并不是一个孤立的中枢器官,脑-肝轴的存在使得胰岛素通过其在特定脑干核中的作用,控制肝糖生成。
心血管系统[7,8]
胰岛素可通过释放一氧化氮,促进血管舒张,减少氧化应激和炎症,抑制动脉粥样硬化。

生殖系统[9,10]

胰岛素刺激促性腺激素的释放,调控性激素的分泌。

免疫系统[11]

胰岛素通过巨噬细胞发挥促进创面愈合、调节胆固醇代谢、调控代谢基因等作用。

正常胰岛素分泌具有昼夜节律,即分泌速率白天上升,晚上下降,昼夜节律混乱可能对胰岛素分泌产生影响。虽然葡萄糖是促进胰岛素分泌的最强因素,但除此之外,人体中还有多种激素/因子可以调控胰岛素的分泌[12](图2),肠道菌群对其也有影响,这些因素的相互作用还有待进一步研究。
图2  多个激素/因子调控胰岛素的分泌(Kiss-1基因:一种肿瘤转移抑制基因;GLP-1:胰高糖素样肽-1;5HT:5-羟色胺;OPGN:骨保护素;Glu-OCN:羧化不全骨钙素;GIP:促胰岛素释放肽)
从生理胰岛素缺乏看外源胰岛素

当生理胰岛素缺乏时,将导致肌肉对葡萄糖的摄取受损,细胞功能下降,出现多饮、多食、多尿、体重减轻的典型症状,及头晕、视物不清、手足麻木、性功能障碍等非典型症状。因此,外源性胰岛素,在糖尿病治疗中具有以下不可替代的作用。

改善高糖毒性[13]
研究提示,短期胰岛素治疗显著改善高糖毒性,超过80%的新诊断2型糖尿病患者达到血糖达标的目标。

改善β细胞功能,减少胰岛素抵抗[14]

短期强化胰岛素治疗通过有效降糖可以改善早期2型糖尿病的潜在病理生理过程,可能为改变糖尿病的自然病程提供治疗策略。

杨文英教授详细解读视频
总结

胰岛素在人体历经分泌与合成、清除、转运、代谢、降解等多个过程,其调控多个器官组织功能,也受到多种激素/因子、昼夜节律、肠道菌群等因素的调控。当生理胰岛素分泌不足时,机体代谢出现障碍,此时应用外源性胰岛素治疗,在糖尿病治疗中占据不可取代的地位。

专家简介

杨文英教授

主任医师、教授、博士生导师
现任:亚洲糖尿病学会(AASD)副主席、中央保健会诊专家、 《中华糖尿病杂志》现任荣誉主编
· 曾任:中日友好医院内分泌代谢病中心主任、大内科主任、大内科教研室主任、医院学术委员会主任、中华医学会糖尿病分会主任委员、荣誉主任委员、《中华糖尿病杂志》创刊主编
· 2012获得北京市科技进步一等奖,中华医学会科技进步二等奖
· 2012年度全国卫生系统先进个人,巾帼英雄等称号
· 2013年获亚洲糖尿病学会(AASD)首届糖尿病流行病学奖
· 2015年中华医学会糖尿病分会科学贡献奖
· 2015年获中国医师协会-医师报 医学贡献专家
· 2017年获首届国之名医-卓越建树奖
(视频及照片肖像已获得受访专家的知情同意)

参考文献:

[1]Hua Q, et al. Protein Cell 2010,1(6):537-51
[2]Tokarz VL, et al. J Cell Biol, 2018, 217(7): 2273-2289.
[3]Petersen MC, et al. Nat Rev Endocrinol 2017,13(10):572-587.
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