五內(nèi)分泌及代謝性疾病分子機(jī)制

1、第五章 內(nèi)分泌及代謝疾病的分子機(jī)制 內(nèi)分泌系統(tǒng)由分泌各種微量化學(xué)物質(zhì)激素的不同細(xì)胞群（內(nèi)分泌腺）構(gòu)成。 激素通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞，與相應(yīng)的受體結(jié)合，經(jīng)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，影響靶細(xì)胞的代謝、分裂、分化等行為而發(fā)揮廣泛的全身性作用。 內(nèi)分泌細(xì)胞功能失常所致激素分泌量改變，均可引起病理生理變化。1第一節(jié) 內(nèi)分泌及代謝系統(tǒng)的分子生物學(xué)特點(diǎn)一、內(nèi)分泌代謝系統(tǒng)的進(jìn)化單細(xì)胞生物多細(xì)胞生物 外環(huán)境 變化內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞間功能上統(tǒng)一細(xì)胞對(duì)自身供能調(diào)節(jié)，維持生存與繁衍直接交換信息適應(yīng)環(huán)境改變維持生存與繁殖2二、內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)育的分子調(diào)控內(nèi)分泌細(xì)胞群 的生長(zhǎng)發(fā)育遺傳信息環(huán)境變化信息 生命體 生長(zhǎng)發(fā)育誘導(dǎo)細(xì)胞

2、分化的信號(hào)：存在于胚胎細(xì)胞中：EGF、FGF、TGF等 對(duì)誘導(dǎo)信號(hào)產(chǎn)生正確反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的 時(shí)空表達(dá)程序3（一）垂體發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Pax6 ( paired box gene 6 )屬于發(fā)育同源結(jié) 構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子家族，垂體發(fā)育中腹、背側(cè)細(xì)胞 分離，形成垂體前葉。 Pax6缺陷的小鼠：垂體的背腹軸發(fā)生腹側(cè)化， 生長(zhǎng)激素和催乳素分泌細(xì)胞減少； 促甲狀腺素和促性腺激素細(xì)胞增加。4 2. 垂體特異性轉(zhuǎn)錄因子Pit 1 ( pituitary transcription factor 1, Pit 1 ) 控制垂體發(fā)育，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)激素、催乳素、 促甲狀腺素等激素的合成。 Pit 1基因突變：病人缺乏生長(zhǎng)激

3、素、催乳素、 促甲狀腺素5 3. 垂體發(fā)育同源Pitx 1和 Pitx 2 ( pituitary homeobox 1, Pit 1 ) 4. T- box 轉(zhuǎn)錄因子 T- box 轉(zhuǎn)錄因子基因突變: 發(fā)育早期出現(xiàn)垂體性促腎上腺皮質(zhì)激素 （ACTH）分泌障礙。 6（二） 胰腺發(fā)育相關(guān)基因 胰腺的發(fā)育過(guò)程不僅有內(nèi)分泌細(xì)胞與外分泌細(xì)胞，還有不同的內(nèi)分泌細(xì)胞群。1. 胰腺的分泌細(xì)胞： 細(xì)胞分泌胰高血糖素 細(xì)胞分泌胰島素 細(xì)胞分泌生長(zhǎng)抑素 PP細(xì)胞分泌胰多肽 以上細(xì)胞精確的分化和發(fā)育過(guò)程是由特異性轉(zhuǎn)錄因子控制的基因時(shí)空差異性表達(dá)所致。7胰腺發(fā)育及關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子內(nèi)胚層前腸背、腹胰形成上皮內(nèi)陷管腔前體細(xì)胞

4、胰島腺泡HIxb9啟動(dòng)出現(xiàn)分支IPf1、P48IPf1、Pbx1、P48增殖及形態(tài)形成IPf1、Pbx1HIxb9、Ipf1P48分化82.與胰腺發(fā)育相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子1）HIxb9 在成人胰腺表達(dá)， HIxb9 基因剔除小 鼠純合子表現(xiàn)為胚胎期背胰發(fā)育障礙， 在殘余胰腺中胰島素分泌細(xì)胞明顯減少。2） IPf1 與胰腺發(fā)育相關(guān)， IPf1基因剔除小鼠表現(xiàn) 胰腺發(fā)育障礙。94）Pbx1 Pbx1基因剔除純合子小鼠在胚胎1516死亡，胚胎性狀可見(jiàn)胰腺嚴(yán)重畸形，雜子小鼠成熟個(gè)體有胰島功能不全。3）Ptf1-p48 Ptf1-p48 （胰島素-十二指腸分化基 因），缺乏Ptf1-p48 的胰腺上皮細(xì)胞

5、，不再向 胰腺發(fā)育，而是返回腸上皮。 先天性無(wú)胰腺患兒是Ptf1-p48突變純合子。10（三）腎上腺、性腺發(fā)育相關(guān)基因11三、肽類激素合成與分泌的分子調(diào)控特點(diǎn) 氨基末端均有信號(hào)肽結(jié)構(gòu) 信號(hào)肽序列識(shí)別內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中的特殊信號(hào)肽識(shí)別位點(diǎn)，引導(dǎo)新生肽進(jìn)入分泌途徑。2.需經(jīng)過(guò)多層次翻譯后修飾3.需在細(xì)胞內(nèi)精確定位與分泌4.需激素分泌與合成調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)(SRP)12胰島素原13四、 內(nèi)分泌代謝疾病的分子生物學(xué)機(jī)制1. 激素分子結(jié)構(gòu)和含量異常 原因： 1）基因（編碼區(qū)、調(diào)控區(qū)）突變 mRNA、 蛋白質(zhì)改變 2）特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子異常3）激素分泌相關(guān)因子異常142. 激素靶細(xì)胞敏感性異常 1）受體數(shù)量變化 2）細(xì)

6、胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子異常 蛋白激酶、接頭蛋白、蛋白磷酸酶等 3）細(xì)胞效應(yīng)相關(guān)分子 代謝酶、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子等15 第二節(jié) 內(nèi)分泌代謝疾病的分子機(jī)制舉例16侏儒癥的分子機(jī)制 侏儒癥（dwarfism ）病人大部分是由于生長(zhǎng)激素（growth hormone, GH）缺乏所致，少部分是由于靶細(xì)胞對(duì)GH不敏感所致?，F(xiàn)累計(jì)報(bào)道：有522種不同類型的侏儒癥存在。17表6-1 侏儒癥部分代表性分子異常類型 致病基因 突變類型 突變效應(yīng)型垂體性 GH GH基因缺失、 GH水平低下 侏儒癥 GH基因剪接位點(diǎn)突變型垂體性 GH受體 第8外顯子缺失 細(xì)胞對(duì) GH無(wú)反應(yīng) 侏儒癥 R43X點(diǎn)突變 血中IGF水平降低型垂體

7、性 PIT1轉(zhuǎn)錄因子 點(diǎn)突變、移碼突變 聯(lián)合垂體侏儒癥 基因剪接位點(diǎn)突變 激素低下型垂體性 GH 不明，可能在17號(hào)有突變 形成多聚體GH侏儒癥18糖尿病的分子機(jī)制 糖尿病是一類以高血糖為特征的內(nèi)分泌代謝疾病，在病因?qū)W、病理學(xué)和臨床診斷治療都存在極大的異質(zhì)性。一、糖尿病類型 型糖尿?。阂葝uB細(xì)胞在自身免疫機(jī)制下發(fā)生損 傷和凋亡 ，與自身免疫反應(yīng)密切相關(guān), 血中胰島素 水平低下，胰島素治療有效。 2. 糖尿?。ǚ且葝u素依賴型糖尿?。杭『椭窘M 織對(duì)胰島素反應(yīng)能力降低。19二、胰島素分泌的遺傳缺陷 大部分型糖尿病并非遺傳性疾病。 對(duì)少數(shù)具有遺傳性的糖尿病家系，即常染色體顯 性遺傳的青年成年發(fā)病型

8、糖尿?。╩aturity-onset diabetes of the young，MODY）的致病基因分析，目前至少發(fā)現(xiàn)6個(gè)基因與胰島素分泌異常有關(guān)。20三、 胰島素分泌缺陷相關(guān)基因1.葡萄糖激酶基因 （1）基因產(chǎn)物的功能：催化G-6-P生成 （2）突變效應(yīng)：胰島素分泌 肝糖原儲(chǔ)存 （3）致病性：純合子發(fā)生先天性糖尿??； 雜合子發(fā)生MODY21 2.肝細(xì)胞核因子（hepatocyte nuclear factor, HNF ) HNF-4、 HNF-1、 HNF-1 （1）基因產(chǎn)物的功能：轉(zhuǎn)錄因子，共同控制胰島素、 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、糖酵解酶的合成 （2）突變效應(yīng)：胰島B細(xì)胞中葡萄糖和其他信號(hào)誘 導(dǎo)

9、的胰島素分泌減少 （3）致病性：雜合子發(fā)生MODY223.胰島素啟動(dòng)子結(jié)合因子(insulin promoter factor, IPF） IPF-1 （1）基因產(chǎn)物的功能：轉(zhuǎn)錄因子，與胰腺發(fā)育有 關(guān)、控制胰島素、糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、 葡萄糖激酶的合成 （2）突變效應(yīng)：胰島B細(xì)胞中葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素 分泌減少 （3）致病性：純合子發(fā)生胰腺發(fā)育障礙和先天性糖 尿病，雜合子發(fā)生MODY23 4.胰島B細(xì)胞 E-反式激活因子2 （B-cell E-box transactivator, BETA2) BETA （1）基因產(chǎn)物的功能：轉(zhuǎn)錄因子，與胰腺發(fā)育有 關(guān)、控制胰島素合成 （2）突變效應(yīng)：血中胰島素水平降

10、低 （3）致病性：偶發(fā)MODY24四、 胰島素受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) RINS葡萄糖糖原、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)合成的特異基因表達(dá)細(xì)胞增殖分化葡萄糖經(jīng)IRS（信號(hào)銜接蛋白）介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) (PKB)代謝25蛋白激酶B（protein kinase, PKB）PKB是原癌基因c-akt的產(chǎn)物，又稱Akt胰島素的作用之一：促進(jìn)糖原合成糖原合成酶P糖原合成 酶激酶3活性糖原合成酶失活26胰島素促進(jìn)糖原合成的機(jī)制糖原合成酶P糖原合成 酶激酶3 PKB糖原合成 酶激酶3P失活活性活性胰島素受體介導(dǎo) 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)糖原合成酶失活27表6-1 胰島素受體信號(hào)通路相關(guān)分子基因剔除小鼠表型變化 基因表達(dá)產(chǎn)物 基因剔除小鼠表型變化

11、胰島素受體 宮內(nèi)正常生長(zhǎng)，出生后37天死于糖尿病酮癥IRS受體 胰島素抵抗、葡萄糖耐量降低、生長(zhǎng)遲緩IRS-2 胰島素抵抗、胰島B細(xì)胞發(fā)育障礙、型糖尿病IRS-3 正常IRS-4 正常AKt (PKB) 肝、肌胰島素抵抗28表6-2 組織特異性基因剔除小鼠表型變化 基因表達(dá)產(chǎn)物 基因剔除組織 剔除后小鼠表型變化 胰島素受體 骨骼肌 葡萄糖耐量正常、脂肪增加 肝 葡萄糖耐量降低、高胰島素血癥、 胰島素清除能力降低 胰島B細(xì)胞 失去葡萄糖誘導(dǎo)胰島素分泌、進(jìn)行性 葡萄糖耐量降低、 B細(xì)胞數(shù)量減少 腦 食欲增強(qiáng)，胰島素抵抗葡萄糖激酶 B-細(xì)胞 出生后23天死于嚴(yán)重糖尿病 肝 中度高血糖、廣泛葡萄糖代謝

12、障礙29型糖尿病（Insulin dependent diabetes mellitus, IDDM )， IDDM 屬器官特異性自身免疫性疾病30五、 糖尿?。ǚ且葝u素依賴型糖尿?。┑姆肿訖C(jī)制 糖尿病的重要特征是胰島素抵抗效應(yīng)，肌肉和 脂肪組織對(duì)胰島素的反應(yīng)能力下降。 患者除血糖升高外，血中胰島素含量可增高、正常或降低，80伴有肥胖。胰島素受體前、受體和受體后異常是造成細(xì)胞對(duì)胰島素反應(yīng)性降低的主要原因。 其中與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙有關(guān)的是： 31 1. 胰島素受體（INSR）異常 Seino等發(fā)現(xiàn)： INSR基因有120Kb，22個(gè)外顯子，11個(gè)外顯子編碼亞基，11個(gè)外顯子編碼亞基，INSR分子含有

13、1370個(gè)氨基酸，由兩個(gè)、 亞基構(gòu)成的二聚體，肽鏈間由二硫鍵相連接，其兩條亞基（Cys是識(shí)別和結(jié)合胰島素部位）位于細(xì)胞外部分； 兩個(gè) 亞基具有酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase, TPK)活性。 Caro等證明： INSR 亞基在肝、肌肉、脂肪組織中分子量、碳?xì)涞谋壤?、抗原性等不同?INSR基因表達(dá)突變了導(dǎo)致胰島素耐受。 321)遺傳性胰島素受體異常 （1）受體合成減少； （2）受體與配體的親和力降低， 如：受體735精氨酸突變?yōu)榻z氨酸； （3）受體TPK活性降低， 如：1008甘氨酸突變?yōu)槔i氨酸，胞內(nèi)TPK結(jié)構(gòu)異常 33 2）自身免疫性胰島素受體異常 血液中存在

14、抗胰島素受體抗體 3）繼發(fā)性胰島素受體異常 任何原因引起的高胰島素血癥均可使胰島素受 體繼發(fā)性下調(diào)。 2. 受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常 研究發(fā)現(xiàn)：PI3K基因突變可產(chǎn)生胰島素抵抗； 目前認(rèn)為：受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子PI3K傳遞TPK信 號(hào)作用減弱，產(chǎn)生胰島素抵抗34糖尿病臨床病例： 殷某 男 57歲 2007年3月16日16：00入院 近1個(gè)月來(lái)無(wú)明顯誘因出現(xiàn)口渴，多飲，體重逐漸消瘦，一個(gè)月下降10斤左右。查體：T36.50C , P93次/分，BP126/96mmHg 生化檢驗(yàn)：血糖：15mmol/L 尿糖（）診斷：型糖尿病35放射免疫測(cè)定：胰島素釋放試驗(yàn)（INS)單位, C肽釋放試驗(yàn)（C-P）正常參考

15、值：空腹(INS):5-25IU/ml （C-P):0.8-4.0ng/ml病人放射免疫測(cè)定結(jié)果：空腹（INS):10.40IU/ml 空腹（C-P):1.01ng/ml30分（INS):16.71IU/ml 30分（C-P):1.63ng/ml60分（INS):21.68IU/ml 60分（C-P):1.89ng/ml120分（INS):25.40IU/ml 120分（C-P):2.06ng/ml180分（INS):12.55IU/ml 120分（C-P):1.36ng/ml36胰島素原37葡萄糖耐量試驗(yàn)：正常參考值：空腹血糖：3.9-6.2mmol/L 半小時(shí)血糖：6.2-10mmol/L

16、該病人葡萄糖耐量試驗(yàn)： 空腹血糖：15mmol/L 1小時(shí)血糖：23.4mmol/L 2小時(shí)血糖：28mmol/L 3小時(shí)血糖：25.2mmol/L38 口服葡萄糖耐量試驗(yàn)（oral glucose tolerance test， OGTT）OGTT是一種葡萄糖負(fù)荷試驗(yàn)，用以了解機(jī)體對(duì)葡萄糖的調(diào)節(jié)能力。 當(dāng)空腹血漿葡萄糖濃度在67mmol/L之間而又懷疑為糖尿病時(shí)，作此試驗(yàn)可以幫助明確診斷。 WHO標(biāo)準(zhǔn)化的OGTT是：試驗(yàn)前3日，每日食物中糖含量應(yīng)不低于150g，且維持正常活動(dòng)。影響試驗(yàn)的藥物應(yīng)在3日前停用。 試驗(yàn)前病人應(yīng)1016小時(shí)不進(jìn)食。坐位取血后5分鐘內(nèi)飲入250ml含75g無(wú)水葡萄糖的糖水，以后每隔30分鐘取血1次，共4次，歷時(shí)2小時(shí)。兒童給予葡萄糖量為0.75g/kg體重。39正常糖耐量 正常人由于存在精細(xì)的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，服糖后0.51小時(shí)血糖濃度暫時(shí)略有升高，耐糖曲線顯示峰值10mmol/L，尿糖陰性。 1小時(shí)后血糖逐漸降低，一般2小時(shí)左右恢復(fù)至空腹水平。此種糖耐量曲線說(shuō)明機(jī)體處理糖負(fù)荷的能力良好