胰岛素

Article

January 27, 2022

胰岛素(来自拉丁语:insula“岛”)是一种蛋白质激素,由胰腺中朗格汉斯岛的 β 细胞以及某些硬骨鱼的布罗克曼体内分泌。它通过促进脂肪细胞、肝细胞和骨骼肌细胞对血液中葡萄糖的吸收,对碳水化合物、脂质和蛋白质的代谢产生重要影响。这些组织吸收的葡萄糖转化为糖原或甘油三酯,或者在肝脏的情况下两者兼而有之。高水平的胰岛素严重限制了葡萄糖从肝脏释放到血液中。因此,这种激素与胰高血糖素一起在能量底物的调节中起主要作用,主要是葡萄糖,脂肪酸和酮。在胰岛素和胰高血糖素形成的一对中,胰岛素在哺乳动物中起主要作用:它的缺失在几个月内是致命的。在其他物种,尤其是鸟类中,情况正好相反:胰高血糖素是主要的激素。总的来说,胰岛素的作用通常通过其降血糖作用(降低血液中的葡萄糖水平)来概括。可能更正确的说法是,胰岛素的分泌取决于营养状况和体力活动,因此饭后,在血糖升高(血液中葡萄糖的浓度)的影响下,也受到存在的直接影响消化道中的食物,分泌胰岛素受到刺激,允许储存葡萄糖,这是碳水化合物食物消化的最终产物。一般来说,血胰岛素具有刺激细胞合成代谢的作用,使其成为合成代谢激素;相反,血液中低浓度的胰岛素会促进分解代谢,即将生物大分子降解为更小的分子。糖尿病是胰岛素分泌的疾病。在最严重的形式中,胰岛素依赖型糖尿病(或 1 型糖尿病)在未经治疗的数月内会致命,其特征是高血糖、肌肉和脂肪组织损失,以及不仅葡萄糖而且酮的大量和不受控制的产生机构:它是糖尿病酮症酸中毒。在西方,胰岛素依赖型糖尿病是一种很少致命的疾病,这要归功于胰岛素,糖尿病患者每天必须注射几次这种药物。在经常缺乏胰岛素药物的大多数撒赫勒以南非洲国家,情况并非如此。与从猪身上提取的旧胰岛素不同,通过基因工程获得的人胰岛素非常稳定,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止某些药物(如二甲双胍)出现某些并发症在肾衰竭中。胰岛素依赖型糖尿病是一种很少致命的疾病,这要归功于胰岛素,糖尿病患者每天必须注射几次这种药物。在经常缺乏胰岛素药物的大多数撒赫勒以南非洲国家,情况并非如此。与从猪身上提取的旧胰岛素不同,通过基因工程获得的人胰岛素非常稳定,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止某些药物(如二甲双胍)出现某些并发症在肾衰竭中。胰岛素依赖型糖尿病是一种很少致命的疾病,这要归功于胰岛素,糖尿病患者每天必须注射几次这种药物。在经常缺乏胰岛素药物的大多数撒赫勒以南非洲国家,情况并非如此。与从猪身上提取的旧胰岛素不同,通过基因工程获得的人胰岛素非常稳定,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止某些药物(如二甲双胍)出现某些并发症在肾衰竭中。一天注射几次。在经常缺乏胰岛素药物的大多数撒赫勒以南非洲国家,情况并非如此。与从猪身上提取的旧胰岛素不同,通过基因工程获得的人胰岛素非常稳定,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止某些药物(如二甲双胍)出现某些并发症在肾衰竭中。一天注射几次。在经常缺乏胰岛素药物的大多数撒赫勒以南非洲国家,情况并非如此。与从猪身上提取的旧胰岛素不同,通过基因工程获得的人胰岛素非常稳定,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止某些药物(如二甲双胍)出现某些并发症在肾衰竭中。一种稳定性,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止出现与某些药物(如肾功能衰竭时的二甲双胍)相关的某些并发症。一种稳定性,以至于自 2010 年以来,许多接受胰岛素治疗的患者都不是胰岛素依赖患者:使用胰岛素可以防止出现与某些药物(如肾功能衰竭时的二甲双胍)相关的某些并发症。

发现

胰腺在糖尿病疾病中的作用是由奥斯卡·冯·明可夫斯基于 1889 年在斯特拉斯堡发现的,当时他的助手告诉他,前一天手术的狗口渴,它们的尿液吸引了苍蝇……朗格汉斯岛的破坏是不久之后,在糖尿病患者中发现。 20 世纪初,受克劳德·伯纳德 (Claude Bernard) 影响,生理学家的工作使胰腺分泌一种物质的概念成为可能,从而可以调节葡萄糖的使用。几位研究人员已经从胰腺中制备了提取物,目的是纯化一种对糖尿病患者具有治疗作用的提取物。 Nicolae Paulescu 是一个重要的先驱,但他的提纯不佳的制剂无法使用。最好的提取物由 Frederick Grant Banting 在医学生 Charles Best 的帮助下于 1921 年夏天在多伦多的 John James Rickard Macleod 实验室中制备。由 Banting 和 Best 制备的第一种产品,活性不高,纯度不高,由于生物化学家 JB Collip 精湛且超快速的工作,他为治疗糖尿病铺平了道路,他在几周内制备了相对纯净,可用于治疗目的。它于 1922 年首次在人体中进行测试。班廷和麦克劳德从 1923 年起成为诺贝尔生理学和医学奖的获得者,以表彰他们的工作。历史上保留了第一个接受 Banting 和 Best 制剂的糖尿病患者的名字,然后是 Collip 纯化的那个:1922 年 1 月 11 日,伦纳德·汤普森 (Leonard Thompson) 是一名 14 岁的少年,在多伦多综合医院濒临死亡,他接受了第一次注射,该注射剂会短暂地降低血糖,然后注射点脓肿,由于制剂的杂质。几天后,注射更纯净的产品对血糖和症状产生了无可争辩的影响:激素的有效性刚刚在人体中得到证实。最早的胰岛素是从牛肉和猪肉的胰腺中提炼出来的。在 1930 年代,各种制剂使得通过在锌存在下结晶或通过添加鱼精蛋白(胰岛素 NPH,由哈格多恩准备)。自 1980 年代初以来,胰岛素已由转基因生物合成。因此,尽管从未观察到病毒或朊病毒通过胰岛素传播的病例,但大多数国家在疯牛病之后放弃了从牛胰腺制备胰岛素。

行动方式

储存葡萄糖的地方是肌肉、脂肪组织和肝脏。在食物充足的情况下,胰岛素还会刺激碳水化合物转化为脂肪酸,以便将它们储存在脂肪组织中。在这种食物充足的情况下,饭后胰岛素会阻止肝脏产生葡萄糖。通过储存食物葡萄糖并阻止肝脏产生葡萄糖,血糖水平会下降。远离膳食,胰岛素分泌的下降允许释放葡萄糖储备(肝糖原分解)和肝脏从头产生葡萄糖(糖异生)。肝脏这种从头产生的葡萄糖不能延长,因为它直接使用肌肉,而不是脂肪组织在数量上更大的能量储备。在长期禁食期间(成人超过几天,但新生儿和婴儿只有几个小时),胰岛素的持续下降允许产生酮体,从而使肌肉得以保留,因为酮来自脂肪组织中的脂肪酸.胰岛素对蛋白质代谢也有显着影响:它抑制蛋白质降解,促进氨基酸摄取。最后,它抑制脂肪分解并促进脂肪生成,即从脂肪酸制造甘油三酯。总之,胰岛素也是一种允许脂肪储存的激素。除了对底物流量调节的直接影响之外,胰岛素对生长还有更长期的影响。它是一种合成代谢激素。这里有趣的是强调胰岛素和主要生长因子、胰岛素样生长因子 (IGF-1) 或“胰岛素样生长因子”之间的强同源性。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作一种丰度激素,发出生长所需的能量过剩信号。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。胰岛素对生长有长期影响;它是一种合成代谢激素。这里有趣的是强调胰岛素和主要生长因子、胰岛素样生长因子 (IGF-1) 或“胰岛素样生长因子”之间的强同源性。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作一种丰度激素,发出生长所需的能量过剩信号。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。胰岛素对生长有长期影响;它是一种合成代谢激素。这里有趣的是强调胰岛素和主要生长因子、胰岛素样生长因子 (IGF-1) 或“胰岛素样生长因子”之间的强同源性。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作一种丰度激素,发出生长所需的能量过剩信号。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。这里有趣的是强调胰岛素和主要生长因子、胰岛素样生长因子 (IGF-1) 或“胰岛素样生长因子”之间的强同源性。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作一种丰度激素,发出生长所需的能量过剩信号。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。这里有趣的是强调胰岛素和主要生长因子、胰岛素样生长因子 (IGF-1) 或“胰岛素样生长因子”之间的强同源性。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作一种丰度激素,发出生长所需的能量过剩信号。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作丰度激素,发出能量过剩以促进生长。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。胰岛素作为消化道中食物存在的信号分子可以被比作丰度激素,发出能量过剩以促进生长。胰岛素具有直接的合成代谢作用,通过其对碳水化合物、蛋白质和脂质代谢的作用,但也具有间接作用,通过调节携带 IGF-1 的蛋白质。

结构与生产

胰岛素是一种激素,由 2 个多肽链组成,通过 A 链中的 2 个二硫桥和 1 个链内二硫桥连接在一起:A 链有 21 个氨基酸,B 链有 30 个氨基酸。胰岛素的结构由 Frederick Sanger 确定。这是他在 1958 年获得的两个诺贝尔奖中的第一个的主题。 胰岛素由胰岛朗格汉斯胰岛的 β 细胞以由单个肽链组成的前胰岛素原形式产生,其中两个片段,信号肽(23AA N-ter)在酶的作用下被消除,信号肽酶将切割信号肽,导致三个二硫键的产生,我们得到胰岛素原,它将经历'通过另一种酶 PC1 消除肽 C,这将释放一个中心片段,而由于二硫键,两条新形成的链将保持关联:最后,其中一条链的 C 端将被羧肽酶 E (CPE) 切割,成为胰岛素它的成熟,因此是活跃的形式。胰岛素原的结构与两种主要生长因子 IGF-1 和 IGF-2 的结构非常相似,高浓度的这些激素通过与其他受体结合后的信号传递产生生物学效应:在大量分泌 'IGF-1 和IGF-2 受肿瘤影响。胰岛素以每升纳摩尔量级的浓度循环。在每个 β 细胞中,胰岛素在内质网中合成,然后被内质网修饰。高尔基体在被胞吐作用释放并进入血液之前。

刺激分泌

血糖通过毛细血管过滤到组织液中,该组织液包裹着朗格汉斯岛的 β 细胞。因此,β 细胞周围的葡萄糖浓度与血液中的浓度相同。细胞通过不饱和的 GLUT2 转运蛋白(体内的其他细胞具有快速饱和的受体)输入葡萄糖。因此,细胞内葡萄糖浓度反映了血液中的葡萄糖浓度。葡萄糖进入 β 细胞后立即被一种特定的己糖激酶,即葡萄糖激酶磷酸化,其动力学特性在血糖/胰岛素分泌偶联中起重要作用(葡萄糖激酶活性丧失 50% 是导致一种特殊形式的糖尿病,MODY-2)。β 细胞中的葡萄糖代谢增加了 ATP/ADP 比率。这会导致对 ATP 量增加敏感的钾通道关闭。如果K + (钾)离子停止出来,它就会使β细胞去极化,β细胞是一个可兴奋的细胞,因为一旦细胞外葡萄糖浓度超过5 mmol·L-1,它就会有电活动。这种去极化打开了对电压敏感的钙通道:钙进入细胞并触发含有胰岛素的囊泡的胞吐作用。细胞外葡萄糖浓度超过5 mmol·L-1即有电活动。这种去极化打开了对电压敏感的钙通道:钙进入细胞并触发含有胰岛素的囊泡的胞吐作用。细胞外葡萄糖浓度超过5 mmol·L-1即有电活动。这种去极化打开了对电压敏感的钙通道:钙进入细胞并触发含有胰岛素的囊泡的胞吐作用。

作为药物

管理模式

胰岛素通过静脉内或皮下输注(通过胰岛素泵)连续给药,或通过每天一次或多次皮下注射不连续给药,这对许多患者来说似乎是一种痛苦的约束。

剂量和次数

这取决于人,他们的体重,身高和其他事情。剂量以国际单位 (IU) 而非液体体积表示,这使得 IU 值与药物浓度(包含一定数量的赋形剂)无关。

类型

胰岛素通常根据其延迟时间和作用持续时间进行区分:“快”、“慢”和“半慢”或快速和半慢“混合”。主要通过在胰岛素溶液中加入锌或鱼精蛋白来延长起效时间,从而形成晶体或沉淀物,其扩散到血液中的速度要慢得多。现代胰岛素制剂使用类似于胰岛素的分子,其功效已被保留但其再吸收动力学被修改。因此可以使用类似物,其中从皮下组织到血液(吸收)的通过速度为: 加速:“超快速”类似物,包括赖脯、门冬氨酸 (en) 和谷赖氨酸 (en)) 减慢:通过在皮下组织中沉淀,无论是在锌的存在下(类似地特 (en))然后通过与循环白蛋白结合(类似物 degludec (en)),或通过等电点的改变(类似物甘精(en)))

虐待

胰岛素似乎被各种学科的运动员用作兴奋剂,包括自行车运动员和健美运动员。然而,这种技术非常危险,因为它可能会导致低血糖,其后果可能很严重,从长远来看,它可能导致 2 型糖尿病,甚至死亡。在足球方面,在 1990 年代和 2000 年代初期,西班牙球队广泛使用胰岛素,没有任何球员因缺乏严格控制而被抓获。 2002 年,马可·潘塔尼 (Marco Pantani) 在骑自行车时也被检测出这种物质呈阳性。健美也是一项存在滥用胰岛素的活动。相反,胰岛素依赖者故意缺乏胰岛素会导致体重减轻,但这对他的整体健康并非没有影响(特别是高血糖症,酮体增加)。这种行为通常被称为“diaboulimia”。

保护

胰岛素具有相当的抗性,但仍然是一种生物产品,其质量会随着时间的推移或由于高温或低温而恶化,无论其形式如何(小瓶、药筒、笔或胰岛素注射枪、泵)。未开封的胰岛素应存放在冰箱中,最好是放在蔬菜抽屉里,但在任何情况下,在温度低于 0°C 的冰箱中都不会不可逆地破坏胰岛素的降血糖特性。启动的胰岛素可以在室温下储存数周。像未开封的胰岛素一样,绝对不能接触0°C以下的温度。另一方面,高于 25 °C - 30 °C 的温度或暴露在光线下可能会稍微降低温度。胰岛素有效性。 2017年,除穿刺笔上注明的日期外,没有任何有效期指示,只有在低温下储存胰岛素才有效。

聚合

胰岛素是已知能够在体外形成淀粉样蛋白纤维的 20 种人类蛋白质之一。这些纤维的形成主要与胰岛素接触的材料的pH值、温度和表面有关。尽管在人体中从未观察到胰岛素的淀粉样蛋白聚集,但在糖尿病患者的注射部位附近已观察到淀粉样胰岛素纤维的局部沉积。治疗性胰岛素的制剂可以减少其聚集。然而,体内胰岛素的聚集存在于其他哺乳动物、腔体啮齿动物中,其中胰岛素的结构不同。Octodon degus 尤其被用作糖尿病研究的模型生物。

治愈萨克尔

胰岛素被用作精神科休克疗法:大约在 1933 年在奥地利和法国进行了测试,这种疗法被称为“胰岛素休克”或“Sakel疗法”(以其发明者 Manfred Sakel 博士的名字命名),在法国提供1936年,二战后恢复。随着精神药物的出现(1952 年在法国),这种治疗方法已经过时了。

潜水员

胰岛素是世界卫生组织基本药物清单(清单于 2013 年 4 月更新)的一部分。

注释和参考

也看看

激素清单

参考书目

博蒙特,动物生理学 Dunod,Rieutort 医学科学

相关文章

解剖学和生理学

胰高血糖素胰岛朗格汉斯内分泌学

疾病

1 型糖尿病 2 型糖尿病

治疗

胰岛素泵 传统胰岛素治疗

外部链接

(zh) 胰岛素:来自蛋白质数据库的条目 (zh) 虚拟展览:多伦多大学发现胰岛素一百周年。医药门户 药学门户 生化门户 化学门户