β-arrestins在2型糖尿病中的多功能信號(hào)調(diào)節(jié)作用

蔡 明，唐麗琴

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥 230031；2.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院，安徽 合肥 230001）

◇綜述與講座◇

β-arrestins在2型糖尿病中的多功能信號(hào)調(diào)節(jié)作用

蔡 明1，唐麗琴2

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥 230031；2.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院，安徽 合肥 230001）

β-arrestins不僅僅是 GPCR（G-protein-coupled receptor，GPCR）信號(hào)通路的負(fù)性調(diào)控者，也是很多信號(hào)分子中重要的銜接蛋白。盡管在分子信號(hào)介導(dǎo)中 β-arrestins經(jīng)常會(huì)被提到，然而在胰島素受體信號(hào)通路中卻涉及的比較少，但是最近的研究結(jié)果卻顯示與原先的觀點(diǎn)有所不同。該文就 β-arrestins在調(diào)節(jié)與 2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）相關(guān)的胰島素作用、炎癥信號(hào)通路以及其他細(xì)胞信號(hào)通路中所扮演的角色作一綜述。

β-arrestins；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；胰島素抵抗；2型糖尿病

Arrestins家族最初是在20世紀(jì)80年代中期作為一類細(xì)胞溶質(zhì)蛋白被發(fā)現(xiàn)的，一共由四個(gè)部分組成，可分為兩大類：可見性 arrestins（arrestins 1與 arrestins 4）和非可見性 arrestins（β-arrestin 1與 β-arrestin 2，分別又稱為arrestins 2與 arrestins 3）。前兩者主要存在于視網(wǎng)膜桿狀和椎體細(xì)胞中，而后兩者則是廣泛的分布于各種細(xì)胞中，并且在 GPCRs信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到重要的調(diào)節(jié)作用［1］。過去的二十年里，在基于大量的 GPCRs如 β2腎上腺素受體中的多項(xiàng)研究表明，GPCRs活化后被G蛋白偶聯(lián)受體激酶（G-protein-coupled receptors kinases，GRKs）磷酸化，緊接著 β-arrestins從胞漿里轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜與磷酸化的GPCRs結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致這些受體與G蛋白分離，從而使受體內(nèi)化，終止 GPCRs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［2-3］。事實(shí)上β-arrestins的作用遠(yuǎn)不止這些，它不但可以使受體與 G蛋白解聚、受體內(nèi)吞，還可以作為支架蛋白在受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中充當(dāng)重要的信號(hào)分子［4］，RTKs是一類獨(dú)特的細(xì)胞表面受體家族，例如胰島素受體、胰島素樣生長因子-1受體（insulin like growth factor-1 receptor，IGF-1R）、表皮生長因子受體以及核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路［5］，以上這些在特定的炎癥基因表達(dá)中都是不可或缺的。現(xiàn)在我們很清楚的知道β-arrestins可作為支架蛋白和適配器分子參與受體信號(hào)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此它可以調(diào)節(jié)一系列細(xì)胞信號(hào)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

T2DM現(xiàn)已成為世界上危害公眾健康最嚴(yán)重的疾病之一，該疾病的主要特點(diǎn)是胰島 β細(xì)胞上的胰島分泌功能紊亂以及產(chǎn)生胰島素抵抗。一旦胰島β細(xì)胞出現(xiàn)問題，胰島素的分泌就會(huì)逐漸減少，隨著病程發(fā)展就會(huì)導(dǎo)致慢慢從血糖正常到胰島素抵抗再到高血糖等一系列 T2DM中的代謝綜合征。胰島素抵抗雖然只是胰島素?zé)o法去刺激胰島素受體信號(hào)，但是它的病理生理學(xué)卻涉及到復(fù)雜的胰島素信號(hào)通路系統(tǒng)。在胰島素的刺激下，首先通過受體的二聚化以及胰島素受體基質(zhì)蛋白（insulin receptor substrate proteins，IRS）的磷酸化來激動(dòng)胰島素受體，進(jìn)而活化磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3-OH kinase，PI3K），PI3K又會(huì)使磷脂酰肌醇 4，5-二磷酸（phosphorylates phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PI（4，5）P2）磷酸化而生成三磷酸肌醇（phosphorylates phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，IP3），然而IP3又募集了磷酸肌醇依賴性激酶-1／2（phosphoinositide-dependent kinase 1／2，PDK-1／2）和Akt／蛋白激酶B（Akt／protein kinase B，PKB）里所知道的三個(gè)亞型，緊接著PDK-1和 PDK-2分別使Akt／PKB上的蘇氨酸 308位點(diǎn)和絲氨酸 473位點(diǎn)磷酸化，活化了的 Akt／PKB繼續(xù)磷酸化下游的激酶和轉(zhuǎn)錄因子例如：糖原合成激酶-3（glycogen synthase kinase 3，GSK-3）、叉頭轉(zhuǎn)錄因子-1（forkhead box O1，F(xiàn)oxo-1）、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporter，Glut）、激素敏感性脂肪酶（hormone sensitive lipase，HSL）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR），以上這些過程就是大多數(shù)胰島素代謝行為的重要組成部分，這樣一系列的胰島素代謝行為是維持體內(nèi)血糖、脂肪和蛋白質(zhì)平衡的重要方式，其中也包括了葡萄糖的攝取、合成、糖異生、脂肪動(dòng)員以及蛋白質(zhì)的合成［6-7］。我們都知道PI3K通路的失活會(huì)引發(fā)胰島素抵抗，此外近年來越來越多的研究表明，一些炎癥因子例如：腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白介素-1（interleukin-1，IL-1）、干擾素-γ以及白介素-6（interleukin-6，IL-6）等也會(huì)影響和抑制胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗［8］。NF-κB通路與炎癥因子的表達(dá)息息相關(guān)，通過抑制 NF-κB通路來減少炎癥因子的表達(dá)會(huì)從一定程度上減輕胰島素抵抗［9］。本文就近年來 β-arrestins在與T2DM相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路中作用的研究進(jìn)展作一簡要的綜述。

1 β-arrestins的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雖然可見性和非可見性 arrestins有不同的表達(dá)區(qū)域，但是它們具有相似的結(jié)構(gòu)（70%的序列相同），β-arrestin1和 β-arrestin2之間有78%的氨基酸序列是相同的［2，10］，大部分編碼的差異主要分布于其C端［11］。Arrestins包括 N端結(jié)構(gòu)域和C端結(jié)構(gòu)域，它們由兩層反向平行的 β片層結(jié)構(gòu)折疊而成，通過一個(gè)鎖鏈區(qū)和和背面氨基末端的一個(gè)短 α螺旋相連［12］。它們通常也占據(jù)氨基末端的某些位點(diǎn)來區(qū)分磷酸化／活化和去磷酸化／未活化的受體，進(jìn)一步的研究表明β-arrestins與受體相互作用的位點(diǎn)是一個(gè)陽離子兩親性螺旋，這樣就可通過一個(gè)活化受體的方式促進(jìn)β-arrestins與 GPCRs可逆的形成高親和力的復(fù)合體［13］。β-arrestins除了可以識(shí)別受體之外，還可以與一系列的信號(hào)和支架分子相互作用，如：磷脂、網(wǎng)格蛋白、銜接蛋白-2（AP-2）以及存在于 β-arrestins中的 β-銜接蛋白［14］，所以 β-arrestins可以調(diào)節(jié)許多不同細(xì)胞的功能，然而蛋白中β-arrestins構(gòu)象的改變也會(huì)影響它們的生物學(xué)活性［15］。事實(shí)上β-arrestins處于蛋白質(zhì)的單體形式和四聚體結(jié)構(gòu)之間的平衡，蛋白質(zhì)的單體形式是一個(gè)有能力去結(jié)合活化受體的活化結(jié)構(gòu)，而四聚體結(jié)構(gòu)則是當(dāng)需要減弱受體信號(hào)時(shí)作為一種存儲(chǔ)形式提供有活性的單體［16］。

2 β-arrestins和 PI3K信號(hào)通路

早在 2003年，Povsic［17］等提出最初的 PI3K活性信號(hào)通路源自于小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（MEF）上的 IGF-1R，在這個(gè)信號(hào)通路中，β-arrestin1作為支架蛋白以一種激動(dòng)劑依賴的方式募集PI3K到 IGF-1R上，進(jìn)而調(diào)節(jié) PI3K和Akt的活性，顯示有抗細(xì)胞凋亡的作用。胰島素受體和 IGF-1R具有高度的結(jié)構(gòu)同源性，現(xiàn)在非常想知道胰島素的刺激與否是否會(huì)使 β-arrestin1和β-arrestin2在 PI3K中表現(xiàn)出相似的作用。

高胰島素血癥是在 T2DM早期胰島素抵抗中的一個(gè)病理學(xué)狀態(tài)，表現(xiàn)為機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性降低進(jìn)而發(fā)展為胰島素抵抗。長期的胰島素治療會(huì)導(dǎo)致胰島素信號(hào)在各個(gè)方面發(fā)生脫敏，如：PI3K的鈍化、Akt的去磷酸化以及胰島素受體底物-1 （IRS-1）的泛素化和退化，這些都是與 PI3K通路中下游激酶的活化有關(guān)聯(lián)的，包括 PI3K的活化和 Akt的磷酸化。IRS-1泛素化和退化的真正原因是IRS-1結(jié)合到了Mdm2蛋白上，Mdm2蛋白是一個(gè) E3泛素連接酶，它可通過特定的識(shí)別序列和降解目標(biāo)蛋白來識(shí)別特定的蛋白質(zhì)基質(zhì)［18］。，我們都清楚通過泛素系統(tǒng)的蛋白質(zhì)泛素化和降解是一個(gè)必要的細(xì)胞機(jī)制，泛素系統(tǒng)是一個(gè)快速的、可逆的翻譯后修飾并且包含了一系列應(yīng)答過程來保證目標(biāo)蛋白正確的選擇去泛素化。在級(jí)聯(lián)過程中，E1作為泛素激酶激活泛素，其中泛素的一部分被轉(zhuǎn)運(yùn)到 E2，E2是泛素結(jié)合酶，用來轉(zhuǎn)運(yùn)泛素到E3上，E3作為泛素蛋白連接酶主要負(fù)責(zé)具體的泛素化應(yīng)答來直接的與基質(zhì)相互作用，或者直接的只通過與 E3酶的相互作用去泛素化既定的蛋白［19］。大量的研究［20］證實(shí) β-arrestins是泛素系統(tǒng)中介導(dǎo)目標(biāo)蛋白泛素化的重要調(diào)節(jié)者，β-arrestins不僅僅能支配和募集泛素連接酶底物，如GPCRs和泛素連接酶結(jié)合，從而增加 E3介導(dǎo)的目標(biāo)蛋白泛素化和終止相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)，還能夠與Mdm2相互作用，繼而通過Mdm2競爭性的抑制泛素化目標(biāo)蛋白如：IRS和p53，導(dǎo)致自身的降解［21］。最近的實(shí)驗(yàn)［22］揭示 β-arrestin1用同樣的方式負(fù)向調(diào)節(jié)胰島素誘導(dǎo)的IRS-1泛素化和降解的過程，在人胰島素受體的過度表達(dá)的 Rat-1成纖維細(xì)胞（human insulin receptors，HIRc-B cells）中，βarrestin1野生型的過度表達(dá)會(huì)減少胰島素誘導(dǎo)的IRS-1的降解，通過 PDK-1保持 PI3K的活性和 Akt的磷酸化可以促進(jìn)胰島素信號(hào)通路下游的 IRS-1的激活，PDK-1在一定程度上可被 PI3K的抑制劑所滅活；然而內(nèi)源性的 β-arrestin1通過 β-arrestin1小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）的轉(zhuǎn)染被敲除會(huì)加速胰島素誘導(dǎo)的 IRS-1的降解和加重胰島素信號(hào)通路下游的 IRS-1的鈍化。事實(shí)上它和 IGF-1信號(hào)不一樣，盡管它可以免疫共沉淀胰島素受體，但是 β-arrestin1也可以結(jié)合到 Mdm2上，因此它還可以競爭性的抑制 Mdm2介導(dǎo)的 IRS-1的降解和提高胰島素的敏感性。進(jìn)一步的研究［23］發(fā)現(xiàn)β-arrestin1氨基末端絲氨酸412位點(diǎn)的去磷酸化是它結(jié)合到Mdm2上以及阻斷胰島素誘導(dǎo)的 IRS-1的降解的必備要求，是因?yàn)?β-arrestin1的突變體缺少 N-末端氨基酸或者其在絲氨酸 412位點(diǎn)上的去磷酸化會(huì)減弱它的抑制作用。

盡管 β-arrestin1可以競爭性的抑制胰島素誘導(dǎo)的IRS-1的泛素化和降解，進(jìn)而通過長期的胰島素的刺激、快速的胰島素代謝方式包括：Akt的磷酸化和活化、葡萄糖的攝取以及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（Glut4）轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)膜等來激活 PI3K通路，但這樣的情況在HIRc-B細(xì)胞和3T3-L1脂肪細(xì)胞上通過抑制βarrestin1的功能卻是無效的［24］。近期的研究［25］指出由胰島素刺激的 PI3K的活性在 β-arrestin2敲除的小鼠、野生型小鼠以及轉(zhuǎn)基因型小鼠的肝臟上的人β-arrestin2的表達(dá)沒有什么不同，但是不同基因的小鼠的Akt活性在肝臟、骨骼肌以及脂肪組織中是有差別的。由此可以得出，在胰島素信號(hào)通路中β-arrestin2與PI3K的活性無關(guān)，但是可以通過其他的途徑影響 Akt的活性。

3 β-arrestins依賴性的胰島素信號(hào)通路

在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究中對(duì)于 β-arrestins調(diào)控MAPK級(jí)聯(lián)過程作用的關(guān)注最多，β-arrestins通過形成β-arrestins依賴性信號(hào)復(fù)合物和信號(hào)分子作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)者引導(dǎo)信號(hào)從細(xì)胞膜到促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路。它作為支架蛋白以依賴性激動(dòng)劑的方式募集多種MAPK分子如：細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1／2（extracellular signal-regulated kinase 1 and 2，ERK1／2）和 c-Jun氨基端激酶3（Jun N-terminal kinase 3，JNK3）到上游激酶如：MAPK激酶和MAPK激酶激酶，因而活化 ERK1／2和JNK3［22-29］。

與β-arrestins的作用一樣，在胰島素信號(hào)通路中也有相似的支架蛋白調(diào)節(jié)機(jī)制，之前有專家［24，30-32］提出 β-arrestins能夠分 別 的 支 配 胰 島 素受體、Akt以及 Src家族形成分子復(fù)合物，并且 Src與 Akt之間的相互作用是激活 Akt的關(guān)鍵步驟。進(jìn)一步的研究［32-33］表明β-arrestins支配 Src和 Akt形成信號(hào)復(fù)合物是通過Src的磷酸化來完全激活 Akt的一個(gè)先決條件，并且它還能夠介導(dǎo)GSK-3，β-arrestins功能的不足是會(huì)減弱它們之間的相互作用和損傷 GSK-3；反之，β-arrestins的過度表達(dá)則會(huì)加強(qiáng)其復(fù)合物的構(gòu)造。早在2009年研究者Luan和他的同事們［25］推出他們最新的研究結(jié)果，這篇文章發(fā)表在自然雜志上，談?wù)摰氖?β-arrestin2和胰島素抵抗之間的關(guān)系，并且給出證據(jù)證明二者有著緊密的聯(lián)系這一新的機(jī)制。文章里他們提到β-arrestin2在肌肉和肝臟組織而不是在脂肪組織的表達(dá)會(huì)很明顯的下調(diào)胰島素抵抗的動(dòng)物模型，肌肉和肝臟組織里有相同的胰島素抵抗的位點(diǎn)是由于它們都通過胰島素介導(dǎo)以及作為在胰島素介導(dǎo)的情況下抑制糖異生和糖原合成維持體內(nèi)血糖穩(wěn)態(tài)的主緩沖來負(fù)責(zé)葡萄糖的代謝；同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)了一小部分T2DM病人的肝臟里也存在類似的下調(diào)。在敲除了β-arrestin2的野生型小鼠中，證實(shí)了會(huì)產(chǎn)生餐后高血糖、糖耐受量降低并且也會(huì)出現(xiàn)胰島素抵抗；反之，對(duì) β-arrestin2進(jìn)行調(diào)節(jié)則會(huì)改善胰島素抗性小鼠和 T2DM小鼠中胰島素的敏感性。進(jìn)一步的研究揭示，在胰島素的刺激下，β-arrestin2募集 Akt和Src到胰島素受體上，形成一個(gè)新的 β-arrestin2復(fù)合物的構(gòu)造，這個(gè)復(fù)合物使Src去磷酸化Akt上酪氨酸的 315／326位點(diǎn)，進(jìn)而繼續(xù)活化 Akt上蘇氨酸308位點(diǎn)和絲氨酸473位點(diǎn)，這兩個(gè)位點(diǎn)通常分別是由PDK-1和 PDK-2去磷酸化的，因此可以加強(qiáng)胰島素介導(dǎo)的葡萄糖的攝取、GSK-3和 Foxo-1的磷酸化以及胰島素對(duì)糖原合成和糖異生的調(diào)控。另外，β-arrestin2在復(fù)合物中的支配信號(hào)分子的位置已明確，β-arrestin2的氨基末端（1-185）對(duì)于 Src的定位是必不可少的，但對(duì)于Akt卻不是必要的，它的C末端（186-409）則是胰島素受體的結(jié)合位點(diǎn)，但是β-arrestin2的氨基末端或是 C末端的過度表達(dá)會(huì)完全抑制胰島素誘導(dǎo)的 Akt的活性，所以β-arrestin2的缺失或者它的突變會(huì)弱化這個(gè)信號(hào)復(fù)合物，接而損傷胰島素的敏感性。而且 PI3K的活性與Akt的活性不同，它不受 β-arrestin2的影響，是因?yàn)?PI3K的活性在 β-arrestin2敲除的小鼠、野生型小鼠以及轉(zhuǎn)基因小鼠中人 β-arrestin2的表達(dá)上沒有區(qū)別。以上這些結(jié)果表明，除了 PI3K通路之外，另一條通路下游的胰島素受體是完全激活 Akt活性所必需的，并且 β-arrestin2作為支架蛋白分子在 β-arrestins依賴性胰島素信號(hào)通路中發(fā)揮了重要的作用。這樣的胰島素信號(hào)通路給人們提供一個(gè)新的思路去認(rèn)識(shí)胰島素抵抗，并且 β-arrestin2也可能作為一個(gè)潛在的靶分子去應(yīng)對(duì)胰島素抵抗和 T2DM［30，34］。

4 β-arrestins和 NF-κB炎癥信號(hào)通路

NF-κB是一個(gè)參與炎癥、免疫、應(yīng)激以及細(xì)胞增殖、凋亡的二聚化轉(zhuǎn)錄因子。在靜息狀態(tài)下，抑制蛋白 IκBα與NF-κB結(jié)合，使得NF-κB處于細(xì)胞質(zhì)中。IκB激酶（IκB kinase，IKK）是調(diào)控IκBα功能的一個(gè)上游激酶，在它的刺激下，胞外信號(hào)磷酸化IκBα導(dǎo)致自身的降解，NF-κB就移位到細(xì)胞核，在核內(nèi)結(jié)合到靶基因啟動(dòng)子如炎癥基因，激活相關(guān)介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄。多項(xiàng)研究［35-36］證實(shí) NF-κB通路是胰島素抵抗和胰島素敏感性藥物學(xué)靶向的分子調(diào)控者，在胰島素抵抗的嚙齒動(dòng)物模型［35］中 IKK-β基因的缺失或抑制 IKK-β可以提高胰島素的敏感性，高劑量的水楊酸鹽類的藥物和 IKK-β的抑制劑可以改善T2DM病人的胰島素抵抗的情況［36］。同時(shí)，NF-κB的抑制可以增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)率和減少炎癥因子的表達(dá)，反之亦然［37］。NF-κB通路的激活會(huì)使大量的炎癥因子如：TNF-α、IL-1、干擾素-γ以及 IL-6表達(dá)增多，進(jìn)而產(chǎn)生胰島素抵抗。越來越多的研究［35，38］表明炎癥和 T2DM之間有著一個(gè)密切的 聯(lián)系，有報(bào)道稱在 T2DM中，包括TNF-α、IL-1和 IL-6等在內(nèi)的一系列炎癥因子的表達(dá)明顯增加［35］，他們提出在T2DM和胰島素抵抗之間存在非常緊密的相關(guān)性［35，38］，并且細(xì)胞因子反過來又會(huì)加重胰島素抵抗的程度，由此形成一個(gè)惡性循環(huán)。例如，IL-6抑制胰島素受體的自身磷酸化和與PI3K的 p85亞單位相關(guān)的 IRS-1酪氨酸的磷酸化，會(huì)干擾肝臟和骨骼肌細(xì)胞中Glut4轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)膜的過程［39］。TNF-α?xí)p少胰島素受體的表達(dá)和酪氨酸的自身磷酸化，誘導(dǎo) IRS-1在絲氨酸上的磷酸化，并且還可降低它的酪氨酸激酶的活性，因此會(huì)對(duì) IRS-1的活性以及 IRS-1和下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白如 PI3K、Akt之間的相互作用產(chǎn)生非常大的影響［40］。綜上所述，炎癥因子誘導(dǎo)胰島素抵抗主要是通過干擾 PI3K信號(hào)通路，然而 NF-κB信號(hào)通路則是產(chǎn)生炎癥因子所不可缺少的。通過終止 NF-κB信號(hào)通路來抑制炎癥因子的表達(dá)會(huì)增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)率，因而可以緩解胰島素抵抗；反之若通過激活 NF-κB信號(hào)通路來增加炎癥因子的表達(dá)則會(huì)加重胰島素抵抗［35-37］。

越來越多的實(shí)驗(yàn)證明β-arrestin1和 β-arrestin2作為負(fù)性調(diào)控蛋白和支架蛋白不僅可以與 IκBα免疫共沉淀，還可免疫共沉淀IKK，兩者這樣的結(jié)合具有使 IκBα、IKK和下游轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB穩(wěn)定的作用，因此 β-arrestins阻止了 IκBα的磷酸化和降解，從而減弱了 NF-κB的活性和 NF-κB靶基因的轉(zhuǎn)錄［41］。在 HeLa細(xì)胞中，β-arrestin1或β-arrestin2通過與 IκBα的相互作用可以明顯的降低TNF-α誘導(dǎo)的 NF-κB的活性；反過來使用 siRNA來抑制 β-arrestin1的表達(dá)但不抑制 β-arrestin2的表達(dá)會(huì)出現(xiàn)TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB的活性 3倍的提高［41］。最近的研究［42］表明 β-arrestin2還能與轉(zhuǎn)化生長因子-β受體Ⅲ（transforming growth factor-β receptor Ⅲ，TGF-β R-Ⅲ）結(jié)合，并且減少 IκBα的降解，負(fù)性調(diào)控 NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子的活性。在人胚胎腎臟293和THP-1的細(xì)胞系中，β-arrestin1和β-arrestin2都可抑制脂多糖介導(dǎo)的 NF-κB的活性。通過 siRNA的轉(zhuǎn)染來敲除 β-arrestin1或 β-arrestin2可以顯著的增加脂多糖介導(dǎo)的 NF-κB的活性；相反野生型的 β-arrestin1或 β-arrestin2的過度表達(dá)則會(huì)明顯的降低脂多糖介導(dǎo)的NF-κB的活性［43］。以這種方式β-arrestin2也可以作為多形核白細(xì)胞（ploymorphonuclear leukocyte，PMN）的負(fù)性調(diào)控者，但在PMN中β-arrestin2不足的是它不能夠抑制脂多糖誘導(dǎo)的IL-6和 TNF-α的表達(dá)［44］。我們都知道，NF-κB信號(hào)通路的激活是哺乳動(dòng)物應(yīng)對(duì)紫外線保護(hù)細(xì)胞的重要機(jī)制，在 MEF細(xì)胞系中，β-arrestin2通過與IκBα的相互作用成為紫外線誘導(dǎo)NF-κB活性的有效抑制劑，其中β-arrestin2氨基末端的（1-240）殘基是與 IκBα相互作用里必不可少的［45］。此外，β-arrestins還通過結(jié)合 Toll樣白介素 1受體（Toll-like receptor-interleukin 1 receptor，TLR-IL1R）和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子 6（TNF receptor-associated factor 6，TRAF6）相互作用形成復(fù)合物來阻止 TRAF6的自身泛素化、調(diào)節(jié)NF-κB和AP-1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響NF-κB的活化［46］。在單核細(xì)胞系中，β-arrestin2通過下調(diào)膜結(jié)合的TLR信號(hào)而表現(xiàn)出抗炎作用［43］。然而確實(shí)在缺失 β-arrestin2的小鼠中，展示出較高的炎癥因子的表達(dá)，并且更容易發(fā)生由內(nèi)毒 素 引起 的 休克［46-47］。

因此，β-arrestins可以通過抑制NF-κB信號(hào)通路來負(fù)性調(diào)控炎癥因子的表達(dá)，進(jìn)而改善胰島素抵抗。

5 β-arrestins和胰島素的分泌

除了胰島素抵抗之外，高血糖是 T2DM的另一個(gè)典型特點(diǎn)，也是胰島素分泌不足的后果。大家所公認(rèn)的至少有兩條信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)胰島素的分泌，一條是依賴性的蛋白激酶 A（protein kinase A，PKA）信號(hào)通路，另一條則是非依賴性的PKA信號(hào)通路。最近的研究［48］發(fā)現(xiàn) β-arrestin1可以調(diào)節(jié)胰腺β細(xì)胞的胰島素分泌。

胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1）主要來自于腸道內(nèi)分泌 L細(xì)胞產(chǎn)生的多肽樣激素，以應(yīng)答體內(nèi)葡萄糖的攝取，并且在通過葡萄糖依賴的方式來加強(qiáng)胰島素分泌和改善血糖處置方面是十分有效的。在 GLP-1的刺激下，GLP-1受體（GLP-1 receptor，GLP-1R）結(jié)合到G蛋白上，進(jìn)而導(dǎo)致腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC）的活化，AC又可升高環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的水平，由此會(huì)帶來 cAMP依賴的PKA和 Epac2的活化，這兩個(gè)是 β細(xì)胞胰島素分泌的主要調(diào)控者［49］。確實(shí) β-arrestin1與 GLP-1R的關(guān)系非常緊密，并且起到調(diào)節(jié) GLP-1去刺激 cAMP表達(dá)的作用，β-arrestin1的敲除會(huì)使 cAMP水平顯著降低，cAMP水平的降低也會(huì)損傷 PKA以及包括Epac在內(nèi)的其他非依賴性PKA靶分子的活性，同時(shí)還會(huì)減少胰島素的分泌［50］。通過ERK1／2和蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）的活化，GLP-1信號(hào)通路的激活還可誘導(dǎo) IRS-2和早期基因的表達(dá)，這會(huì)促進(jìn) β細(xì)胞的生長、分化和再生［51］。β-arrestin1也可以加強(qiáng) IRS-2的表達(dá)以及對(duì) cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）和ERK1／2的磷酸化［44］。除此之外，通過增加GLP-1介導(dǎo)的 Bad絲氨酸112位點(diǎn)的磷酸化，發(fā)現(xiàn)β-arrestin1有調(diào)控 β細(xì)胞 GLP-1細(xì)胞凋亡的作用，并且 Bad絲氨酸112位點(diǎn)的磷酸化依賴于 β-arrestin1介導(dǎo)的 ERK1／2的活性，也對(duì)維持 β細(xì)胞的功能有著重要的作用［48］。

垂體腺苷酸環(huán)化酶介導(dǎo)的多肽（Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP）是一種神經(jīng)肽，常常會(huì)在胰島副交感神經(jīng)的終端出現(xiàn)表達(dá)，結(jié)合到受體上后，PACAP會(huì)以一種葡萄糖依賴的方式通過依賴性的PKA的信號(hào)通路表現(xiàn)出其強(qiáng)有力的分泌胰島素的作用［52］。像 GLP-1一樣，PACAP可以加強(qiáng)包括CREB轉(zhuǎn)錄活性以及IRS-2 mRNA的表達(dá)在內(nèi)的 ERK1／2活性的持續(xù)時(shí)間，而 β-arrestin1的削弱作用則是通過在胰島或β細(xì)胞上用 siRNA阻斷PACAP誘導(dǎo)的ERK1／2活性的持續(xù)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，因而減弱CREB的轉(zhuǎn)錄活性和IRS-2 mRNA的表達(dá)［48］。

6 結(jié)語

β-arrestins的角色從過去的純粹是 GPCRs信號(hào)通路的調(diào)控終端逐漸發(fā)展為包括RTK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在內(nèi)的 G蛋白依賴性或非依賴性信號(hào)通路中新的調(diào)節(jié)分子。研究得出的結(jié)論已經(jīng)證實(shí) β-arrestins對(duì)于準(zhǔn)確的調(diào)控與 T2DM相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路是十分重要的。由于 β-arrestins在調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路、炎癥因子通路以及胰島素的分泌方面有治療 T2DM的作用，因此它很有可能成為潛在的治療靶點(diǎn)。現(xiàn)在科學(xué)家們正在探索以 β-arrestins為靶點(diǎn)治療T2DM的藥物，這樣的藥物完全不同于以前的以過氧化物酶體增生物介導(dǎo)的受體-γ為靶點(diǎn)來改善胰島素抵抗的噻唑烷二酮類藥物，如羅格列酮和比格列酮。當(dāng)然進(jìn)一步的研究會(huì)促使新藥的研發(fā)，但這對(duì)我們帶來的挑戰(zhàn)則是如何保持以β-arrestins為靶點(diǎn)研發(fā)藥物的雙重功能，即促進(jìn)胰島素信號(hào)通路的同時(shí)還要阻斷GPCRs信號(hào)通路。然而盡管 β-arrestins在調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路中發(fā)揮了重要的作用，但它在改善胰島素敏感性和胰島素的分泌甚至在抑制 NF-κB信號(hào)通路方面并不是唯一的調(diào)節(jié)器，只是異常復(fù)雜的細(xì)胞信號(hào)通路中的一部分。因此，對(duì)β-arrestins在調(diào)節(jié)與T2DM相關(guān)的胰島素行為、炎癥因子信號(hào)通路以及其他細(xì)胞信號(hào)通路方面的深入研究會(huì)加快新藥研發(fā)的進(jìn)程。

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Effect of β-Arrestins on various signaling regulation in type 2 diabetes mellitus

CAI Ming1，TANG Li-qin2
（1.Anhui University of Chinese Medicine，Hefei，Anhui 230031，China；2.Affiliated Anhui Provincial Hospital，Anhui Medical University，Hefei，Anhui 230001，China）

β-Arrestins are not only negative regulators of G-protein-coupled receptor（GPCR）signaling，but also important scaffolding proteins in a variety of signaling molecules.β-arrestins are not generally associated with insulin signaling despite they are well described as signal-mediated molecules，while recent work has confirmed the difference.The current review aims to explore the roles of β-arrestins in regulating insulin action，inflammatory signal pathway and other cellular signaling which are associated with type 2 diabetes mellitus.

β-Arrestins；signal transduction；insulin resistance；type 2 diabetes mellitus

10.3969／j.issn.1009-6469.2014.03.001

2013-11-10，

2013-12-25）

國家自然科學(xué)基金（No 81073109，No 81102864）；安徽省中醫(yī)藥科研課題（No 2012zy48）

作者介紹：蔡 明，男，碩士研究生

唐麗琴，女，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：內(nèi)分泌及代謝藥理學(xué)，E-mail：tulcyl＠vip.sina.com