糖尿病的生化.ppt

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1、糖尿病的生化,糖尿病是因胰岛素分泌绝对或相对不足以及靶组织细胞对胰岛素敏感性降低，引起糖、蛋白、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱，具有高糖血症和糖尿的特点。血糖正常值：3.9-6.1 mmol/L（G氧化E法）高血糖：6.9mmol/L 糖尿：8.9mmol/L,本章主要内容糖代谢基础知识胰岛素的化学和代谢胰岛素的作用及其机制糖尿病代谢异常与某些病理过程的关系糖尿病相关的研究,一、糖代谢的基础知识,（一）血糖的来源与去路,（二）糖代谢途径及关键酶（略）（三）糖代谢的调节（激素）胰岛素G 胰高血糖素G，肝Gn分解，异生肾上腺素G，肝Gn分解，异生糖皮质激素G，肝Gn分解，异生，蛋白质分解关键酶甲

2、状腺素G，G的吸收，Gn分解，异生生长激素抑制肌肉脂肪组织利用G,二、胰岛素的化学和代谢,（一）胰岛素的生物合成提纯和弄清一级结构和空间结构，是世界上第一个人工胰岛素是一种较为简单的蛋白质，Mw.小，约5700。较早被分离、合成的蛋白质。人胰岛素由51氨基酸含两短肽链（A链：21氨基酸残基，B链：30氨基酸残基）组成，通过-S-S-连接（链内两个和链间两个）。,1.胰岛素是在胰岛细胞合成的，是由一条大分子量单链前身物合成的，即为胰岛素原。人胰岛素原由86氨基酸组成。H2N.phe1Cys7 Cys19 Thr30-COOH S S Arg31 S S S S Arg3266Gly1Cys（6）

3、71-Cys（7）72Cys（11）76Cys（20）85-Asn（21）86-COOH65Arg64Lys 35个氨基酸C肽31、32、64、65、四个碱性氨基酸，为胃蛋白水解酶水解位点。,2.最早被合成的可能是比胰岛素原更大的前胰岛素原，为109氨基酸组成（也有人认为是110或102氨基酸）。23氨基酸信号肽 35氨基酸C肽 109氨基酸 86氨基酸 51氨基酸（A+B），然后2个51氨基酸在通过Zn2+聚合成有活性的胰岛素。合成是首先从NC端，即前段+B+C+A肽段。当整个肽段合成到头时，前胰岛素原的pro区23氨基酸早已全部断落。最后，胰岛素原这一部分从核蛋白体粗石内质网上脱落下来。并

4、进一步形成高级结构，然后，移至高尔基复合体被转变酶从中段切下C肽，主要由胰蛋白酶或类似的酶承担。,3.糖尿病的可能原因是：胰岛素原胰岛素的缺陷，生物学上无效的胰岛素。用RIA法检测C肽、胰岛素，可反映分泌功能。不同种属的胰岛素氨基酸结构之间差异很小，但其C肽氨基酸结构，即胰岛素原差异较为明显。这似乎说明商品胰岛素的抗原性。A8 A10 B30 人 Thr Ile Thr 牛 Ala Val Ala 猪 Thr Ile Ala 由此看出，尽管A8、A10的氨基酸人、牛、猪是略有差异，因其位于二硫键形成的环内，故对胰岛素三维结构影响较小。,（二）G刺激胰岛素分泌 正常人可能全天血糖的浓度控制在极小

5、波动的范围内，从胰腺可不需刺激（空腹时4-8m/L）就能产生胰岛素称为基础胰岛素分泌，但也对各种刺激发生反应，其中G最重要（还可是氨基酸，脂肪酸对细胞的刺激）。一般认为有一个胰岛素释放的双库（大、小库，porte和pupo，1969）机制。当G注射，胰岛素立即分泌，1分钟内升高，3-5分达最大，随后下降，30-60出现第二个高峰。,第一时相，胰岛素释放是应答外部刺激的识别作用，将贮存的激素释放出来。即小库，对刺激反应迅速，但贮存量不多，很快会排空，故不持久；第二时相，是新蛋白质合成。由G启动胰岛素的细胞释放的信号尚未被了解。即大库，对刺激反应缓慢，G与细胞膜上的受体结合并不能触发大库释放胰岛素

6、，而是由于G进入细胞后进行氧化分解，产生ATP，由此提供能量促进大库中胰岛素的释放，故较慢、较迟。（先合成再释放）G的中间代谢产物也能促进胰岛素合成，使缓慢释放的胰岛素升高。,在胰岛素分泌作用发生时，细胞外Ca2+、Na+和K+的存在是必需的。细胞内Ca2+在G刺激胰岛素释放时，充当第二信使，为PTK激活途径，也有cAMP（但不是通过它）。有人假定，G 能抑制Ca2+排入间液，引起细胞内Ca2+的积累（Malaisse，1973），并可激活微管系统收缩作用，迫使分泌颗粒从细胞内移到细胞外，进而引起胰岛素释放。,（三）引起胰岛素分泌其他物质 G是引起胰岛素分泌最主要的物质之一，并非绝对唯一的物质

7、。1.作用物（底物）：氨基酸似乎都刺激胰岛素分泌，其中Arg、Leu 最为有效。脂肪酸、酮体的作用在人体不太重要。2.激素胰高血糖素：可刺激胰岛素释放。促肾上腺皮质激素（ACTH）和促甲状腺素（TSH）胃肠激素3.磺酰脲类,（四）基础胰岛素分泌 正常成人空腹胰岛素浓度为4-8m/L。G是胰岛素分泌的基本刺激。当长时间空腹，基础胰岛素下降与血糖下降为平行的。将G注入正常人，并逐步增加注入速度时，循环中胰岛素升高，并伴随血糖不同水平的改变。基础胰岛素是组织对胰岛素敏感的一个好的指标。某些激素（生长素、皮质类固醇激素、儿茶酚胺）作用与胰岛素相反。拮抗胰岛素的作用如当该类激素浓度异常高时，能引起基础胰

8、岛素升高，称为高胰岛素血症。,（五）影响基础胰岛素分泌的因素生长素类固醇激素肥胖病是研究的最好的伴同血清胰岛素的例子儿茶酚胺（内源性的）可抑制胰岛素的分泌。氯苯甲噻二嗪和利尿剂也对胰岛素分泌同样有抑制作用糖类物质（G代谢干扰物质）也对胰岛素分泌有一定的抑制分泌作用,（六）糖尿病的胰岛素分泌 在糖尿病的研究中，其胰岛素分泌方式为一个争论的中心。随着免疫测定技术的进展，可测定血清胰岛素后。表明：幼年型糖尿病是绝对胰岛素缺乏，而对成年型糖尿病则无定论。由于，肥胖病与血清胰岛素正相关关系提示，成年型糖尿病患者血清胰岛素是因伴有肥胖病引起。现有大部分证据指出，成年型糖尿病大多数表现胰岛素对G的应答延迟和

9、减弱。,（七）胰岛素受体与糖尿病 1.肥胖病人对胰岛素的耐受和高胰岛素血症的起因，至少部分是由于胰岛素受体数目的减少。2.高胰岛素血症与胰岛素受体下降相关。3.胰岛素下降与受体数目升高相关。在非肥胖不需胰岛素治疗的糖尿病，胰岛素受体的作用还未确立。一种罕见的胰岛素抵抗综合症已发现，是由于抗胰岛素受体抗体引起的（伴有黑色棘皮症）。,三、胰岛素的作用及其机制,胰岛素作用的主要靶器官有肝脏、脂肪组织和肌肉。在这些组织中，胰岛素影响糖、脂肪和蛋白质的代谢。肝 脂肪 组织肌肉糖 G摄取 G摄取 G摄取 Gn合成 酵解 Gn分解 Gn合成 糖异生脂 甘油三酯合成 甘油三酯合成 甘油三酯酸摄取 脂解Pr P

10、r水解 氨基酸摄取 Pr合成,（一）对糖代谢的作用 血液中的G是否能被组织细胞及时充分利用，主要取决于胰岛素的作用，而胰岛素对糖代谢的调节主要有：1.促进G进入细胞内2.胰岛素对糖代谢有关酶活性的影响 G激酶：控制该酶的合成量糖原合成酶：可使活性酶的形式，促进Gn合成丙酮酸脱氢酶系肝磷酸化E：抑制腺苷酸环化E的活性，使磷酸化E活性肝G-6-P.E：抑制该E活性，抑制肝释放G糖异生E系：可抑制异生的酶系,（二）对脂类代谢的作用促进脂肪的合成抑制脂肪动员和分解促进脂肪组织从血中摄取脂肪减少酮体的生成胆固醇的合成,（三）对蛋白质代谢的作用促进蛋白质合成抑制Pr分解关于糖蛋白,（四）胰岛素作用机制 胰

11、岛素抑制腺苷酸环化E，使cAMP降低，使P二酯酶的活性升高，是胰岛素作用调节的一部分。胰岛素在某些情况下使cGMP升高（可能为胰岛素作用的介质）；还有人认为胰岛素改变细胞内Ca2+分布，Ca2+升高，引起代谢改变。不仅与膜受体发挥作用，也可与胞内受体发挥作用。,四、糖尿病代谢异常与某些病理过程的关系,（一）“三多一少”严重患者的临床症状，通常归纳为“三多一少”，即多饮、多食、多尿和体重下降。主要原因是，糖代谢障碍，引起血糖升高，超过肾糖阈时，从尿中排糖。尿中排糖，引起尿液渗透压升高，使肾小管对H2O重吸收困难，进尔多尿；细胞外液缺水，细胞内液水外流，使细胞内液渗透压升高，引起大脑的渴口中枢兴奋

12、，饮水；尿中排G，使营养物质丢失，细胞的能量供应不足，引起多食，而多食又进一步“恶性”导致血糖升高，恶性循环；由于糖代谢紊乱，导致大量脂肪分解，供能或异生，使组织结构材料和贮存脂肪的大量消耗，产生体重下降。,（二）酮症与酸中毒昏迷 当严重糖尿病，特别是幼年型患者，胰岛素极度的缺乏，脂肪分解，脂肪酸进入血液，通过循环进入肝脏，酮体产生，并超过肝外利用的速度，使其积累，形成酮血症和酮尿症。-羟丁酸、乙酰乙酸经体内的碱贮来缓冲，生成其相应的盐，从尿中排出（酸化尿液）。若体内碱贮不断消耗，血浆CO2结合力将降低，造成代谢性酸中毒，而尿中排出大量酮体和其盐，势必加重多尿和失水。结果血容量、循环衰竭、血压

13、，导致休克和肾功能障碍，进一步发展成为氮质血症、高血K+，并加重酸中毒。脑血流不足，造成脑细胞缺氧，使Na泵功能降低，Na+流入细胞内，引起脑细胞肿胀，加之各种有害物质的毒性作用，终于发生昏迷，甚至死亡。,（三）非酮症性昏迷高渗性昏迷：主要是极高的血糖（G 600mg/dL以上），使血浆渗透压升高，重度糖尿，从尿中失水大量增高，使血浆渗透压进一步显著升高；持续的高血糖刺激，使胰岛细胞的机能进行性减退直至衰竭。低血糖昏迷：糖尿病治疗时，降糖药使用不当或用量过大，可能引起低血糖昏迷。乳酸性酸中毒：在低血糖昏迷时，如缺氧严重，可造成乳酸性酸中毒。,（四）器官病变 糖尿病的长期并发症，可影响到大小血管

14、和神经系统。如动脉粥样硬化、小动脉硬化、微血管内皮变性、视网膜病变、白内障、肢体坏疽等病变。1.大血管病 糖尿病病人患动脉硬化病（冠状动脉心脏病、脑血管病、周围血管病）的倾向比非糖尿病者大。糖尿病的心血管病死亡率是非糖尿病者的2.倍。心血管病变是造成糖尿病患者死亡的重要原因。糖尿病有增加血栓形成的倾向，会促进血管病的发病。,2.微血管病和糖蛋白 电镜显示，糖尿病性肾小球损害的最初是毛细管基底膜逐渐变厚，最终致后期的结节状堆积。在视网膜血管同样发现基底膜增厚。糖尿病基底膜病变的原因可能性是G代谢紊乱，导致糖蛋白合成的障碍（结节状损伤性质上是糖蛋白），而胰岛素下降，G基转移酶活性升高，糖与蛋白中H

15、ly的连接障碍，使视网膜血管病变。糖尿病时，晶状体蛋白的糖基化作用增高，可能促进白内障的发病率增高。,3.糖尿病的神经病变 山梨醇途径可能是其病神经病变的机制，在神经组织中存在G山梨醇F途径。,山梨醇不易透过细胞膜，山梨醇和不易代谢的F的累积，引起细胞内溶质增高（G 晶体）。高渗状态，干扰神经功能。出现运动神经传导障碍。而糖尿病治疗后可观察到运动神经传导速度的改善。,糖尿病是一种以“三多一少”为典型临床症状，常伴发多种急慢性并发症（酮症酸中毒、高渗性昏迷、失明、尿毒症、下肢坏死及心脑血管病）的全身代谢性疾病，是继癌症、心脑血管疾病之后的第三大疾患，是全世界发病率和病死率最高的五种疾病之一。且多

16、为型糖尿病（30-35岁之间），研究-DM的相关基因并在此基础上进一步研究这些基因与环境之间的相互关系，是战胜其的重要途径。,五、糖尿病相关基因的研究,（一）分类型、型、特殊类型和妊娠糖尿病四类。1.-DM：细胞分泌胰岛素功能缺陷，血中胰岛素水平，甚至缺乏所致高血糖，其中绝大多数是胰岛自身免疫性反应（自身免疫性胰岛炎），经细胞/或体液免疫机制导致细胞破坏，功能缺陷。少数是不知原因所致细胞功能特发性-DM。2.-DM：占95，病因不明，程度不同，胰岛素分泌缺陷、胰岛素抵抗并存原发性糖尿病。,3.特殊类型DM：分子病因的DM；胰腺内外其他病因继发性DM分子病因的DM：.细胞功能遗传性基因缺陷2号染

17、色体，肝细胞核因子突变（HNF-2），致成年型糖尿病（MODY 3型）7号染色体，G激酶基因突变，致MODY 2型 20号染色体，肝细胞核因子突变（HNF-4），致MODY 1型线粒体DNA突变其他,B.胰岛素生物作用有关基因缺陷A型胰岛素抵抗综合征矮妖精貌抵抗综合征Rabson-menden hall 抵抗综合征脂肪萎缩性DM其他,胰腺内外其他病因继发性DM：胰腺内外其他病因继发性DM其他内分泌疾病继发性DM药物、化学品继发性DM感染免疫介导的非常见类型DM有时伴有DM的其他遗传综合征4.妊娠DM：糖耐量基本正常者，孕激素增高，内分泌失调。,（二）影响因素1.DM的遗传因素DM在不同国家、民

18、族发病率明显不同。均有家族内多发倾向；子女40危险性；父母为DM，子女可达70以上。不同种群的DM的家系中的发病率显著不同。单卵孪生2-DM、1-DM共患率70-80、45-54；而双卵孪生10-20。绝大多数2-DM所遗传的并不是该病，而且对该病的易感性，环境因素对其发病很重要。,2.环境因素大陆中国人 DM 2.5；台湾中国人 DM 9；香港中国人 DM 10；毛里求斯中国人 DM 15。与物质生活水平改善，高糖、高饱和脂肪酸和高蛋白等热量食品摄入过多，体力活动下降，生活节奏加快，精神心理压力过大等。,3.DM发生的危险因素肥胖、饮食不合理、体力活动下降、妊娠等。肥胖：其5-10患DM；与

19、脂代谢有关的基因。高热量摄入和不合理饮食种类。体力活动减少；1。妊娠：内分泌发生改变；孕激素增高，胎盘分泌过多抗胰岛素的激素。,（三）DM的遗传缺陷1.1-DM的遗传易感性特点的研究症状 诊断依据为血浆胰岛素水平急剧降低和存在一种或多种针对细胞的自身抗体。早期在人类白细胞抗原（HLA）区的1-DM易感性和抗性位点的研究表明，HLA基因中，DQ和DR与1-DM发病关系密切。近年，用微卫星荧光标记半自动基因组扫描技术，发现许多位点与1-DM有关。,2.2-DM的遗传缺陷 2-DM的主要致病机理是同时存在细胞胰岛素分泌缺陷和外周组织对胰岛素敏感性降低（抵抗）。在胰岛素合成、分泌调节、任何一个环节存在

20、遗传缺陷所致。胰岛素基因突变胰岛素受体前缺陷胰岛素受体缺陷胰岛素受体后或信号传导系统的缺陷胰岛素作用的靶组织的选择性缺陷,3.DM 相关基因定位候选基因法：胰岛素及其受体相关基因；糖转运及代谢相关基因；脂代谢相关的基因；与升糖有关的基因（激素的基因）；与信号传导有关的基因。全基因组扫描法：利用短串联重复序列STR序列微卫星来标记，cSNP及DNA微阵列技术将在多基因疾病相关基因精细定位中起作用。多基因疾病基因定位的遗传分析方法：连锁分析；群体相关研究和连锁不平衡分析,4.2-DM基因定位研究现状特型类型 2-DM相关基因的研究进展：已有1400多种遗传病基因被定位，100多种疾病被克隆。a.25类 2-DM（MODY）的基因定位，6种MODY类型b.线粒体DNA突变普通型 2-DM进展：成果不显著我国2-DM易感基因定位研究现状,（四）DM相关基因研究应用前景预测、预防、诊断、治疗。应用于基础和科研开发研究。2000年“nature”一篇文章报道，类胰岛素基因通过一种腺病毒为载体，前端有启动基因结构序列，并在小白鼠中表达。上海生物化学研究所也在研究类胰岛素基因在某种质粒中构建，转入细胞并表达的相关实验。,（五）问题采集病因相对简单DM亚型群体的问题。因是外显不全性疾病，缺乏识别DM遗传标记。收集典型2-DM家系或家系群样本。2-DM易感基因定位、克隆。,