PKB基因表達(dá)在運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)胰島素抵抗中的作用

趙林杰，劉 尊(綜述)，郭 巍(審校)

(滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河北滄州061001)

胰島素抵抗是指機(jī)體產(chǎn)生胰島素的量低于正常機(jī)體所需量的一種病理狀態(tài)或單位濃度的胰島素其細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)減弱，代償性引起胰島β細(xì)胞分泌胰島素量增加，繼而引發(fā)的高胰島素血癥。運(yùn)動(dòng)可以改善胰島素抵抗已經(jīng)得到共識(shí)，其分子機(jī)制仍需要進(jìn)一步闡明。目前人們一致認(rèn)為導(dǎo)致胰島素抵抗的原因之一是胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常，蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)是胰島素效應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K)通路中的重要蛋白激酶，引起了廣大學(xué)者的關(guān)注?，F(xiàn)就PKB與胰島素抵抗的關(guān)系及運(yùn)動(dòng)改善胰島素抵抗的分子機(jī)制予以綜述，重點(diǎn)闡述運(yùn)動(dòng)與PKB基因表達(dá)方面的研究進(jìn)展。

1 PKB 概述

PKB是1991年發(fā)現(xiàn)的一種與致小鼠白血病的病毒癌基因v-Akt高度同源的蛋白激酶，相對(duì)分子質(zhì)量為60×103［1］。因?yàn)槠銹KA和PKC與激酶活性區(qū)的氨基酸序列具有同源性，故被命名為 PKB，又稱為Akt［2］。根據(jù)產(chǎn)生組織特異性的不同，其至少存在三種亞 型:PKBα/Akt1、PKBβ/Akt2、PKBγ/Akt3［3］。 PKB的三種亞型均含有PH區(qū)域、中間酶激區(qū)和C末端尾部三種特征區(qū)域。PH區(qū)域約由100個(gè)氨基酸構(gòu)成，位于N端，PH區(qū)域是調(diào)節(jié)PKB與PI3K結(jié)合的區(qū)域;中間酶激區(qū)與PKA和PKC的活性區(qū)高度同源，該區(qū)域含有一個(gè)蘇氨酸殘基(PKBα為 T308位點(diǎn)，PKBβ為 T309位點(diǎn)，PKBγ為T305位點(diǎn))，是活化 PKB的磷酸化位點(diǎn);活化PKB的磷酸化的第2個(gè)調(diào)節(jié)性位點(diǎn)(PKBα為Ser－473位點(diǎn)，PKBβ為Ser－474位點(diǎn)，PKBγ為Ser－472位點(diǎn))位于C末端尾部。PKBα活化所必需的條件是T308和S473的結(jié)合位點(diǎn)被磷酸化，這兩個(gè)位點(diǎn)的磷酸化并不起調(diào)節(jié)PKB活性的作用［4-5］。在最近幾年的研究過(guò)程中，PKB因在PI3K介導(dǎo)的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)生著重要的作用而備受關(guān)注，研究結(jié)果顯示，其不但參與調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、細(xì)胞周期調(diào)控以及細(xì)胞存活等多種生理過(guò)程，而且與2型糖尿病、癌癥、心腦血管疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)［6］。

2 PKB與胰島素抵抗

2.1 胰島素抵抗的分子機(jī)制 20世紀(jì)30年代初，Himsworth通過(guò)觀察糖尿病患者了解到其對(duì)外源性胰島素的低血糖反應(yīng)存在差異［7］。后經(jīng)葡萄糖+胰島素試驗(yàn)驗(yàn)證了臨床觀察的結(jié)果，且該試驗(yàn)還成為了胰島素耐量試驗(yàn)以及口服和靜脈葡萄糖耐量試驗(yàn)的共同基礎(chǔ)。與此同時(shí)，胰島素抵抗一詞被Himsworth初次應(yīng)用到學(xué)術(shù)界［8］。隨后的研究顯示胰島素抵抗普遍存在于2型糖尿病患者中，且胰島素抵抗在2型糖尿病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用［9-10］。胰島素抵抗指胰島素的分泌量在正常水平時(shí)，刺激靶細(xì)胞攝取和利用葡萄糖的生理效應(yīng)顯著減弱，或是靶細(xì)胞維持?jǐn)z取利用葡萄糖的正常生理效應(yīng)需要超常量的胰島素。

胰島素抵抗的分子機(jī)制包括機(jī)體組織細(xì)胞胰島素受體前、受體及受體后水平的抵抗［11］。目前認(rèn)為，受體和受體后水平抵抗發(fā)揮主要作用。機(jī)體組織細(xì)胞胰島素與其受體結(jié)合后經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)引發(fā)的一系列代謝反應(yīng)稱作胰島素受體后缺陷，也可稱“細(xì)胞內(nèi)事件”異常［12］。細(xì)胞內(nèi)事件指連串的信號(hào)分子傳遞放大、磷酸化與脫磷酸化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交互反應(yīng)以及酶促反應(yīng)等一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而影響了葡萄糖、蛋白質(zhì)、脂肪的代謝過(guò)程［13］。

2.2 PKB與胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，目前研究比較成熟的主要是PI3K途徑和Ras復(fù)合途徑，后者主要參與胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。已有研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)活化PI3K并不能發(fā)揮促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的作用，能夠刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4轉(zhuǎn)位的重要蛋白分子是PKB［14］。PKB是胰島素效應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)PI3K通路中的重要蛋白激酶，其T308位點(diǎn)和S473位點(diǎn)被磷酸化激活后可以產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)。在細(xì)胞因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子等作用下PKB/Akt通過(guò)PI3K途徑被激活，在不同的生物活動(dòng)中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。胰島素與胰島素受體結(jié)合后PI3K被激活，激活的PI3K促使磷酸肌醇、磷脂酰肌醇一磷酸和磷脂酰肌醇二磷酸磷酸化生成可以與下游含有PH區(qū)域的PKB/Akt結(jié)合的第二信使(磷脂酰肌醇一磷酸、磷脂酰肌醇二磷酸和磷脂酰肌醇三磷酸)。以上產(chǎn)物可以通過(guò)PI3K途徑將信號(hào)傳遞下去，繼續(xù)激活PKB/Akt下游的因子，使之促進(jìn)細(xì)胞增長(zhǎng)和抗細(xì)胞凋亡等生物學(xué)效應(yīng)。有資料顯示，非酯化脂肪酸增多雖可有效抑制經(jīng)葡萄糖以及胰島素樣生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的PKB/Akt活性，但對(duì)PI3K活性的影響不大，這也是肥胖的糖尿病患者容易發(fā)生胰島素抵抗的原因［15］。以上研究表明，PKB/Akt作為PI3K下游重要分子和胰島素受體在胰島素調(diào)節(jié)脂肪、蛋白質(zhì)和葡萄糖代謝中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其活性降低或表達(dá)異常均可能參與胰島素抵抗和糖尿病的發(fā)生。總之，PKB/Akt是胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PI3K途徑中的關(guān)鍵信號(hào)分子，其活性降低與表達(dá)缺陷與胰島素抵抗的發(fā)生緊密相連。

3 PKB基因表達(dá)在運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)胰島素抵抗中的作用

3.1 運(yùn)動(dòng)改善胰島素抵抗的分子機(jī)制 運(yùn)動(dòng)能減輕胰島素抵抗，尤其是肥胖型胰島素抵抗的研究成果已為很多文獻(xiàn)所證實(shí)，運(yùn)動(dòng)療法已經(jīng)作為目前治療肥胖型胰島素抵抗以及2型糖尿病的基本方法之一。盡管現(xiàn)有的研究結(jié)果并不完全一致，但大致可以認(rèn)為運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以從機(jī)體組織細(xì)胞胰島受體前、受體及受體后三個(gè)水平影響胰島素的作用通路［16］。目前認(rèn)為機(jī)體組織細(xì)胞胰島素受體水平和受體后的抵抗發(fā)揮主要作用。在運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響研究中，研究結(jié)果并沒(méi)有達(dá)成一致，主要是由于運(yùn)動(dòng)手段、研究對(duì)象等具體環(huán)節(jié)不盡相同。能夠達(dá)成共識(shí)的是無(wú)論是急性運(yùn)動(dòng)還是長(zhǎng)期訓(xùn)練對(duì)于健康人群、糖耐量異常人群和糖尿病人群均能起到提高機(jī)體組織胰島素敏感性的效果。

在過(guò)去關(guān)于運(yùn)動(dòng)改善胰島素抵抗機(jī)制的研究中，多數(shù)集中在運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉組織胰島素敏感性的影響。肌肉組織是體內(nèi)處理糖的最重要部位，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，肌肉的收縮會(huì)對(duì)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生影響，促進(jìn)葡萄糖向胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。目前運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素的另外兩個(gè)靶器官——肝臟和脂肪組織影響的研究相對(duì)較少。近年來(lái)研究表明，肝臟在全身性胰島素抵抗產(chǎn)生過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。小鼠肝細(xì)胞核因子κB通路在外源性刺激后可被激活，導(dǎo)致肝臟發(fā)生胰島素抵抗。也有研究指出，運(yùn)動(dòng)提高肝組織胰島素敏感性與其提高受體的結(jié)合力有關(guān)［17］。脂肪組織在糖處理方面的作用雖然不如肌肉，但其可能是胰島素抵抗產(chǎn)生的起始部位。有文獻(xiàn)表明［18］，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高脂肪組織的胰島素敏感性，其機(jī)制與提高胰島素受體底物/PI3K/Akt途徑的蛋白活性有關(guān)。這方面的文獻(xiàn)研究較少，仍需要深入的研究證實(shí)。

3.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)PKB基因表達(dá)的影響 目前有關(guān)運(yùn)動(dòng)對(duì)PKB影響的報(bào)道，因運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)方法的不同研究結(jié)果也存在差異。研究發(fā)現(xiàn)［19］，長(zhǎng)期耐力訓(xùn)練可使骨骼肌血流量增加，促進(jìn)肌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用能力升高，進(jìn)而發(fā)揮調(diào)節(jié)血糖平衡改善胰島素抵抗形成的作用。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，其分子機(jī)制是運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素受體轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)級(jí)聯(lián)蛋白激酶活性和表達(dá)的改善，使組織對(duì)胰島素敏感性增加。

Christian等［20］研究發(fā)現(xiàn)，3周耐力訓(xùn)練雖然可以使正常人體的PKB/Akt蛋白總量增加，但并未觀察到其磷酸化水平的改善，經(jīng)皮下注射胰島素處理后，PKB/Akt蛋白磷酸化水平呈現(xiàn)出明顯的升高趨勢(shì)。因此，認(rèn)為3周耐力訓(xùn)練使PKB/Akt磷酸化水平有所改善的前提條件是體內(nèi)有充足的胰島素含量。在動(dòng)物模型中，運(yùn)動(dòng)干預(yù)PI3K/Akt信號(hào)途徑級(jí)聯(lián)蛋白激酶活性仍無(wú)定論。目前，Ropelle等［21］對(duì)4周齡經(jīng)3個(gè)月高脂膳食誘導(dǎo)肥胖Wistar大鼠模型進(jìn)行了一次性游泳3 h(運(yùn)動(dòng)1.5 h后中間休息45 min)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，運(yùn)動(dòng)后經(jīng)腹腔靜脈注射胰島素，取大鼠骨骼肌檢測(cè)蛋白激酶的活性，PI3K和PKB/Akt的磷酸化水平較未經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)干預(yù)大鼠明顯升高。Tanaka等［22］對(duì)4周高脂膳食誘導(dǎo)的胰島素抵抗大鼠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練1 h，即刻取其比目魚肌，體外組織培養(yǎng)30 min后經(jīng)胰島素處理，發(fā)現(xiàn)與未經(jīng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練大鼠比較，其PKB/Akt的磷酸化水平并未受到影響。目前對(duì)于一次性運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白激酶磷酸化水平影響得出不同結(jié)論的原因考慮與動(dòng)物模型不同以及離體實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)測(cè)定的不同有關(guān)。Hawley等［23］報(bào)道一次性運(yùn)動(dòng)刺激可以使胰島素抵抗個(gè)體組織細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用能力升高。然而，這種改善效應(yīng)在48 h內(nèi)便會(huì)消失。反復(fù)的運(yùn)動(dòng)刺激可使肥胖個(gè)體對(duì)胰島素敏感性連續(xù)增加，促進(jìn)組織細(xì)胞攝取和利用葡萄糖。其機(jī)制與肌細(xì)胞對(duì)脂肪酸的氧化和改善胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)PI3K/PKB途徑級(jí)聯(lián)蛋白激酶的活性與表達(dá)有關(guān)。Reynolds等［24］研究證實(shí)了長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)刺激對(duì)改善骨骼肌蛋白激酶磷酸化的作用，對(duì)20～22個(gè)月齡正常小鼠采用長(zhǎng)期耐力輪滑訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)骨骼肌PKB/Akt磷酸化水平較對(duì)照組升高45%，蛋白含量較對(duì)照組升高50%。杜曉平等［25］對(duì)飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗大鼠給予一次性2 h中等負(fù)荷游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)，未經(jīng)過(guò)胰島素處理，結(jié)果證明2 h中等負(fù)荷游泳運(yùn)動(dòng)可以明顯改善胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)PI3K途徑下游的PKB/Akt蛋白激酶活性和表達(dá)，提高組織葡萄糖運(yùn)輸?shù)哪芰?，促進(jìn)組織對(duì)葡萄糖攝取和利用，使胰島素抵抗得到緩解。

4 結(jié)語(yǔ)

胰島素抵抗被公認(rèn)為是內(nèi)分泌代謝異常相關(guān)疾病的共有病理生理基礎(chǔ)，其分子機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜。運(yùn)動(dòng)可以明顯改善胰島素抵抗，需要注意的是運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的選擇。PKB作為目前影響PI3K/PKB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的重要調(diào)控因子，對(duì)其在運(yùn)動(dòng)改善胰島素敏感性中的作用成為研究重點(diǎn)。目前對(duì)PKB研究的可以重點(diǎn)放在下幾個(gè)方面:①證實(shí)不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)PKB表達(dá)的影響及其與改善胰島素抵抗的關(guān)系。②證實(shí)在人體內(nèi)PKB表達(dá)的誘導(dǎo)因素及抑制因素，為臨床防治胰島素抵抗提供依據(jù)。③進(jìn)一步探討運(yùn)動(dòng)、生活方式以及藥物對(duì)抑制PKB表達(dá)的作用。

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