鱼类胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物的生物学特性及其.doc

鱼类胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物的生物学特性及其对营养物质代谢的调控研究进展
罗智*,卓梅琴
(华中农业大学水产学院农业动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室,武汉430070)

摘要:为了深入解析胰岛素调控鱼类营养物质代谢的机制,本文综述了鱼类胰岛素信号系统的三个重要成员(胰岛素、胰岛素受体以及胰岛素受体底物)的结构特征和表达规律,以及胰岛素对营养物质(糖类、脂肪和蛋白质)代谢调控方面的研究进展。目前,虽然在鱼类,胰岛素信号传递系统的研究已取得了一定的进展,但仍有很多重要的基础科学问题尚未解决,需要重点加强以下方面的研究:(1)鱼类不同亚型胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物基因的功能研究,解析鱼类胰岛素信号传递系统的调控机制;(2)加强胰岛素对鱼类营养物质代谢调控机制的研究,揭示不同食性鱼类胰岛素信号传递系统调控功能的异同;(3)深入开展鱼类胰岛素信号传导通路和调控机制的研究,全面解析胰岛素调控鱼类营养物质代谢的分子机制。
关键词:鱼类;胰岛素;信号传递系统;营养物质代谢调控
基金项目:国家自然科学基金项目(31422056)
作者简介:罗智(1976-),男,博士,教授,研究方向为鱼类营养生理及代谢调控。Email:******@.; luozhi99@
前言
胰岛素(insulin, Ins)是动物体内重要的内分泌激素,能调控动物的生长、发育和代谢等各个方面,具有广泛的生物学功能[1,2]。胰岛素信号传导大致分为几个步骤:胰岛素首先与细胞表面的胰岛素受体(insulin receptor,IR)结合,激活其ß亚基的酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase, PTK);PTK磷酸化胰岛素受体底物(insulin receptor substrate,IRS)而使之激活,导致受体本身磷酸化和几种底物蛋白磷酸化;IRS作为一种船坞蛋白(docking protein),与含肉瘤同源区段2(Src homology 2 domain, SH2)结构域的信号分子结合,从而激活许多下游信号通路,包括PI3K/Akt和mTOR等,导致蛋白激酶和磷酸酶的级联反应,从而发挥广泛的生物学功能[2,3]。鱼类胰岛素信号传递系统如图1所示。
目前,在哺乳动物中已有大量关于胰岛素信号传递系统的研究报道。相比于哺乳动物,有关鱼类胰岛素信号传递系统的研究较少。本文重点从鱼类胰岛素信号传递系统的三个重要成员,即Ins、IR和IRS的结构特征,及胰岛素对营养物质代谢的调控入手,对最近几年的研究进展进行简要综述,以期为今后深入研究鱼类胰岛素信号传递系统的功能及调控营养物质代谢的分子机制奠定基础。
图1 鱼类胰岛素信号传递系统[2]。
Fig. 1. Model of insulin signaling in fish[2].
1. 胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物
胰岛素是胰腺分泌的内分泌激素,胰岛素受体和胰岛素受体底物存在于靶组织上。胰岛素结合其受体并使之激活后,胰岛素受体底物分子的酪氨酸残基磷酸化,磷酸化的胰岛素受体底物通过不同途径激活下游的信号通路。胰岛素信号的有效传导决定了胰岛素功能的正常发挥。不同鱼类胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物的基因和蛋白质结构、合成和分泌等具有一定的相似性,同时也存在差异。
胰岛素、胰岛素受体和胰岛素受体底物的基因和蛋白结构
胰岛素:目前,大约有30多种鱼类的胰岛素基因被发现[2]。胰岛素基因的结构主要包括3个外显子和2个内含子。大部分鱼类如虹鳟等存在2种胰岛素基因[2],而在大口黑鲈Micropterus salmoides只存在一种[4]。不同鱼类胰岛素的氨基酸序列相对保守,例如靳利娜等[4]指出大口黑鲈胰岛素基因与其它硬骨鱼类的同源性在75~94%。胰岛素外显子编码的氨基酸个数在105~116之间,其结构由N端信号肽、B链、C肽和A链组成。前胰岛素原(preproinsulin)在胰岛ß细胞的高尔基体中脱去信号肽,形成含86个氨基酸残基的胰岛素原(proinsulin),再经蛋白酶将C肽水解,得到A链和B链,成为有生物学活性的含51~58个氨基酸的胰岛素[5]。
胰岛素受体:胰岛素受体属于细胞膜糖蛋白,是胰岛素和靶细胞结合过程中必不可少的。胰岛素受体基因主要由21-22个外显子和20-21个内含子组成,其中1-12个外显子编码α亚基,13-22个外显子编码β亚基[2]。胰岛素受体在大部分鱼类只有2种亚型[2],而在虹鳟中有4种IR亚型(IR1、IR2、IR3和IR4)[6]。不同鱼类胰岛素受体的直系同源性非常高,草鱼Ctenopharyngodon idella IRa与斑马鱼IRa的氨基酸同源性高