《糖尿病的分子机制》PPT课件

糖 尿 病 的 分 子 机 制11级 病 理 班 2 唐 同 学 ， 男 ， 1 5 岁 。 三 个 月前 受 凉 感 冒 ， 之 后 常 感 觉 口渴 、 总 想 喝 水 、 感 觉 没 有 力气 ， 体 重 减 轻 5 斤 。 诊 断 ： 1 型 糖 尿 病 ， 糖 尿 病 酮症 酸 中 毒 。 1型 糖 尿 病 IDDM 是 人 类 一 种 内 分 泌 疾 病 ， 多 数 情 况下 是 由 自 身 免 疫 系 统 损 伤 了 胰 岛 细 胞 所 致 的 当 胰 腺 中 超 过 了 90 的 细 胞 受 损时 出 现 临 床 表 现 （ 空 腹 高 血 糖 ， 糖尿 及 酮 症 酸 中 毒 ） 1型 糖 尿 病 的 分 类 免 疫 介 导 糖 尿 病 （ 1A） 特 发 性 糖 尿 病 (1B) 1A研 究 中 使 用 的 动 物 模 型 NOD小 鼠 （ 非 肥 胖 糖 尿 病 小 鼠 ） BB大 鼠 （ Biobreading大 鼠 ）证 实 了 T细 胞 是细 胞 破 坏 的 启 动 者 和 最 终 效 应 者 NOD小 鼠NOD小 鼠 的 MHC中 缺 乏 类 E（ 与 HLA-DR同 源 ）1A发 病 与 HLA复 合 物 上 DQ-A和 DQ-B有 关自 身 抗 原 到 底 是 胰 岛 素 还 是 谷 氨 酸 脱 羧 酶 （ GAD） ? 自 身 免 疫 的 胰 腺 炎白 细 胞 :胰 岛 外 周 积 累 除 了 ER-MP25+还 有 MOMA-1+巨 噬 细 胞 :BM8+巨 噬 细 胞T淋 巴 细 胞 :CD4+CD8+B淋 巴 细 胞 :对 T淋 巴 细 胞 有 辅 助 作 用 （ APC）直 接 和 间 接 B淋 巴 细 胞 的 辅 助 作 用NOD/Jsd小 鼠NOD/Lt小 鼠 实 验发 病 雌 性 NOD小 鼠CD4+和 CD25+的 T细 胞 增 多 未 发 病 雌 性 NOD小 鼠CD4+和 CD25+的 T细 胞 未 增 多通 过 RT-PCR技 术 检 测 发 病 的 NOD小 鼠 的CD4+T细 胞 更 偏 向 于 分 泌 辅 助 细 胞 TH1的致 炎 淋 巴 因 子 ， 其 中 尤 其 是 INF-。 自 身 免 疫 的 胰 腺 炎还 有 研 究 表 明 当 T细 胞 诱 导 发 育 为 TH2时 不会 者 产 生 1A IL-12和 IL-18是T淋 巴 细 胞 向 TH1分 化 的 相 关 细 胞 因 子NOD/Born（ 环 磷 酰 胺 加 速 糖 尿 病 发 病 的 NOD小 鼠 ） LADA和 1BLADA（ 成 人 隐 匿 性 免 疫 糖 尿 病 ）1B 细 胞 凋 亡 的 信 号 转 导死 亡 受 体 介 导 的 信 号 途 径线 粒 体 途 径颗 粒 酶 B途 径 死 亡 受 体 介 导 的 信 号 途 径IFN- B细 胞 FasDISC Fas受 体 多 聚 化诱 导 表 达募 集Caspase8/10DD FADD使 Caspase8水 解 活 化激 活 效 应 Caspase3,6,7 线 粒 体 途 径激 活 效 应 Caspase-3， 6， 7Cyt-c ATPApaf-1 Caspase9 颗 粒 酶 B途 径颗 粒 酶 B存 在 于 CTL细 胞 和 NK细 胞 中T细 胞 活 化 之 后 会 释 放 颗 粒 酶 和 穿 孔 素激 活 Caspase3， 7， 8， 10 Caspase（ 半 胱 天 冬 蛋 白 酶 ）通 过 剪 切 核 内 底 物（ 核 纤 层 蛋 白 ， 细 胞 骨 架 蛋 白 等 ）使 细 胞 凋 亡 II型 糖 尿 病 患 者 不 需 要 依 靠 胰 岛 素 ， 可 以 使用 口 服 降 糖 药 物 来 控 制 血 糖 ， 又 称 非 胰 岛 素 依赖 糖 尿 病 。 所 谓 的 2型 糖 尿 病 ， 是 各 种 致 病 因素 的 作 用 下 ， 经 过 漫 长 的 病 理 过 程 而 形 成 的 。由 于 致 病 因 子 的 存 在 ， 正 常 的 血 液 结 构 平 衡 被破 坏 ， 血 中 胰 岛 素 效 力 相 对 减 弱 ， 经 过 体 内 反馈 系 统 的 启 动 ， 首 先 累 及 胰 岛 ， 使 之 长 期 超 负荷 工 作 失 去 代 偿 能 力 。 再 继 续 下 去 ， 就 像 强 迫一 个 带 病 的 人 干 活 一 样 ， 最 终 累 死 。2型 糖 尿 病 2型 的 发 病 机 制 胰 岛 素 抵 抗 的 机 制胰 岛 细 胞 凋 亡 的 机 制 胰 岛 素 的 信 号 的 转 导 通 路 胰 岛 素 受 体 (INSR)胰 岛 素 受 体 是 一 个 四 聚 体 ， 由 两 个 亚 基 和 两 个 亚 基通 过 二 硫 键 连 接 。 两 个 亚 基 位 于 细 胞质 膜 的 外 侧 ， 其 上 有 胰 岛 素 的 结 合 位 点 ； 两 个 亚 基是 跨 膜 蛋 白 ， 起 信 号 转 导 作 用 。 无 胰 岛 素 结合 时 ， 受 体 的 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 没 有 活 性 。 当 胰 岛 素 与受 体 的 亚 基 结 合 并 改 变 了 亚 基 的 构 型后 ， 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 才 被 激 活 ， 激 活 后 可 催 化 两 个 反应 使 四 聚 体 复 合 物 中 亚 基 特 异 位 点 的 酪 氨 酸 残基 磷 酸 化 ,这 种 过 程 称 为 自 我 磷 酸 化 将 胰 岛 素 受 体 底物 (IRS)上 具 有 重 要 作 用 的 十 几 个 酪 氨 酸 残 基 磷 酸 化 ，磷 酸 化 的 IRS能 够 结 合 并 激 活 下 游 效 应 物 。 什么是胰岛素抵抗 IR是指机体在一定量的胰岛素水平作用下,葡萄糖摄取和处理能力降低,肌细胞和脂肪细胞不能利用糖,以及肝细胞不能有效抑制糖原分解和糖异生,而向血中释放过多葡萄糖,致使血糖浓度增高。 (1)从胰岛素基因水平1.1胰 岛 素 分 子 上 的 某 一 个 氨 基 酸 被 代替 ， 而 此 氨 基 酸 对 胰 岛 素 的 生 物 活 性起 关 键 性 作 用1.2胰 岛 素 原 转 换 为 胰 岛 素 的 过 程 中 ， 正 常 的 咸 基 残 端 被 裂 开 。 B52突 变 （ 苯 丙 氨 酸 亮 氨 酸 ） INS一 级结 构 改 变 -受 体 结 合 障 碍 。65位 （ 精 氨 酸 非 咸 性 氨 基 酸 ） 蛋 白 酶 识 别 点消 失 INS加 工 障 碍胰 岛 素 原 在 C肽 和 B链 之 间 断 裂 妨 碍 受 体 识 别 （ 2） 从 胰 岛 素 受 体 水 平 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1 2 3 4 5 6 789 10 11 12 13 14 21 22胰 岛 素 结合 区 富 含 半 胱 氨酸 区 域 选 择 性 可 剪 切外 显 子 前 受 体 胯 加工 区 酷 氨 酸 激酶信 号 肽外 显 子 胰 岛 素 受 体 基 因 结 构 图 编 码 受 体 的 基 因 改 变 胰 岛 素 受 体 基 因 突 变 导 致 正 常 受 体 数 量减 少 ： 受 体 降 解 加 速 ： 受 体 酪 氨 酸 酶 活 性 降低 ： 受 体 再 利 用 障 碍 ： 受 体 与 胰 岛 素 的 亲 和力 下 降 从 而 导 致 胰 岛 素 抵 抗 ， 此 时 胰 岛 素 细胞 代 偿 性 分 泌 大 量 胰 岛 素 ， 形 成 高 胰 岛 素 血症 ， 持 续 高 胰 岛 素 血 症 进 一 步 降 低 胰 岛 素 的生 物 效 应 ， 由 此 恶 性 循 环 。 （ 3） 从 胞 内 水 平胰 岛 素 受 体 底 物 IRS磷 脂 酰 肌 醇 -3激 酶 (PI3-K)葡 萄 糖 激 酶糖 原 合 成 酶 胰 岛 素 受 体 底 物 IRS基 因 突 变 编 码 胰 岛 素 受 体 IRS的 基 因 发 生 突 变导 致 正 常 irs减 少 引 起 IR其 他 因 素 导 致 异 常 肿 瘤 坏 死 因 子 (TNF)和 代 谢 物 (多 为FFA、 葡 萄 糖 )均 可 促 使 IRS的 丝 氨 酸 磷 酸 化而 抑 制 酪 氨 酸 磷 酸 化 和 胰 岛 素 信 号 转 导 ,从而 导 致 IR;长 期 高 血 糖 促 使 蛋 白 激 酶 C活 化 ,催 化 胰 岛 素 受 体 底 物 丝 氨 酸 磷 酸 化 ,抑 制 PI-3K活 性 ,导 致 IR IK K -的 活 化 进 而 催 化 胰 岛 素 受 体 底 物 (IRS)特 定 部 位 的 Ser/Thr残 基 磷 酸 化 ， 抑 制信 号 分 子 的 Tyr残 基 磷 酸 化 ,导 致 IR。 磷 脂 酰 肌 醇 -3激 酶 (PI3-K) 游 离 脂 肪 酸 (FFA)释 放 增 多 ， 血 清 FFA的升 高 可 引 起 骨 骼 肌 、 肝 脏 的 PI-3K活 性 降 低 ，胰 岛 素 的 信 号 传 导 通 路 中 断 ， 致 使 葡 萄 糖 无法 进 入 细 胞 内 参 与 代 谢 ， 引 起 IR。 葡 萄 糖 激 酶 1b 1c 2 3 7 8 9 10 Exon GCK结 构 示 意 图4 5 61a 在 起 病 早 期或 伴 明 显 家 族 史的 常 见 型 2型 糖尿 病 中 见 到 GCK内 含 子 1b变 异 。导 致 该 酶 的 结 构改 变 从 而 无 法 将葡 萄 糖 转 化 为 6-磷 酸 葡 萄 糖 。 血 糖 增 高GCK表 达葡 萄 糖 6-磷 酸 葡 萄 糖 胰 岛 素 分 泌 肝 糖 元 合 成 糖 原 合 成 酶在 周 围 组 织 对 葡 萄 糖 的 非 氧 化 摄 取 、 合 成糖 原 的 过 程 中 ， 糖 原 合 成 酶 （ GSY） 基 因产 物 起 到 重 要 作 用 。 这 一 过 程 的 受 阻 可 引起 周 围 组 织 对 胰 岛 素 的 抵 抗 IR，在 2型 糖 尿 病 患 者 GSY基 因 中 发 现 了 双 核 苷 酸复 序 列 多 态 性 （ TG） 。 它 位 于 19号 染 色 体 载脂 蛋 白 C-2及 富 含 组 氨 酸 的 钙 结 合 蛋 白 基 因 之间 ， 拥 有 10个 等 位 基 因 ， 杂 合 度 0.82， 在 2型糖 尿 病 发 病 及 胰 岛 素 抵 抗 中 的 作 用 机 制 尚 待 进一 步 研 究 。 胰岛细 胞 凋 亡炎症应激氧化应激内质网应激糖毒性作用脂毒性作用 炎症应激 高 糖 可 诱 导 胰 岛 细 胞 IL-1合 成和 分 泌 ， 促 进 Fas触 发 的 细 胞 凋 亡 。在 2型 糖 尿 病 患 者 中 浸 润 于 胰 岛 的 巨噬 细 胞 也 可 产 生 IL-135 。 氧化应激 氧 化 应 激 （ Oxidative Stress， OS） 是 指 体 内 氧化 与 抗 氧 化 作 用 失 衡 ， 倾 向 于 氧 化 ， 导 致 中 性 粒 细胞 炎 性 浸 润 ， 蛋 白 酶 分 泌 增 加 ， 产 生 大 量 氧 化 中 间产 物 。 高 血 糖 的 致 病 作 用 在 很 大 程 度 上 是 通 过 活 性 氧簇 （ ROS） 、 活 性 氮 （ RNS） 生 成 和 继 发 的 氧 化 应激 反 应 介 导 的 。 ROS、 RNS除 直 接 氧 化 损 害 DNA、蛋 白 质 、 脂 质 、 大 分 子 物 质 外 ， 还 间 接 通 过 核 因 子B（ NF-B） 、 p38丝 裂 原 活 化 蛋 白 激 酶 、 NH3末端 Jun激 酗 应 激 活 化 蛋 白 激 酶 （ JNK SAPK） 、 己糖 胺 等 细 胞 应 激 敏 感 途 径 损 害 组 织 。 在 2型 糖 尿 病 患 者 中 ， 高 血 糖 活 化 这 些 通 路 ，但 由 于 胰 岛 细 胞 的 超 氧 物 歧 化 酶 、 过 氧 化 氢 酶 和谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 等 抗 氧 化 酶 表 达 量 低 ， 进 而 抗氧 化 能 力 低 ， 因 此 细 胞 特 别 易 受 到 氧 化 应 激 的 损害 。 在 2型 糖 尿 病 患 者 细 胞 处 于 自 由 基 的 慢 性增 加 和 细 胞 内 氧 化 还 原 调 节 能 力 降 低 的 环 境 ，引 起 细 胞 凋 亡 。 内 质 网 应 激 各 种 原 因 导 致 的 未 折 叠 蛋 白 或 错 误 折 叠 蛋 白 在内 质 网 腔 内 的 积 聚 ， 被 称 为 内 质 网 应 激 。 在 胰 岛素 抵 抗 和 2型 糖 尿 病 时 ， 由 于 胰 岛 素 原 的 合 成 增 加 ，当 超 过 内 质 网 的 负 荷 ， 引 起 内 质 网 应 激 ， 其 中 由蛋 白 质 堆 积 所 引 起 的 一 系 列 后 续 反 应 称 为 未 折 叠蛋 白 反 应 （ unfolded protein response， UPR） 。未 折 叠 蛋 白 反 应 首 先 表 现 为 蛋 白 质 合 成 暂 停 ， 随着 应 激 反 应 蛋 白 基 因 表 达 ， 可 进 一 步 改 善 细 胞 生理 状 态 。 但 当 应 激 原 强 度 超 过 细 胞 自 身 处 理 能 力时 ， 内 质 网 也 会 诱 导 特 有 的 内 质 网 性 细 胞 凋 亡 通路 ， 诱 导 细 胞 凋 亡 。 糖 毒 性 作 用 长 期 高 血 糖 可 能 影 响 参 与 凋 亡 的 基 因表 达 ， 通 过 改 变 Bcl蛋 白 家 族 之 间 的 平 衡来 调 节 细 胞 凋 亡 水 平 。 Federici等 发 现在 高 葡 萄 糖 （ 16.7mmol/L） 条 件 下 ， 高血 糖 能 够 持 续 增 加 促 凋 亡 基 因 Bad、 Bid、Bik的 表 达 ， 减 少 Bcl-xl抗 凋 亡 基 因 的 表达 ， 而 对 Bcl-2抗 凋 亡 基 因 的 表 达 没 有 影响 。 高 血 糖 打 破 了 促 凋 亡 和 抗 凋 亡 之 间 的平 衡 ， 并 向 着 凋 亡 的 方 向 发 展 ， 促 进 胰 岛细 胞 凋 亡 。 脂 毒 性 作 用 FFA可 通 过 增 加 合 成 鞘 髓 磷 脂 醇 产 物 一 酰基 鞘 氨 醇 （ 一 个 细 胞 凋 亡 信 息 分 子 ） 导 致 细胞 凋 亡 ， 酰 基 鞘 氨 醇 可 上 调 NF-B的 表 达 ， 而后 者 又 可 上 调 NO合 酶 的 表 达 ， 使 NO产 生 增 加 ；FFA可 以 通 过 一 氧 化 氮 独 立 机 制 的 影 响 使 正 常的 胰 岛 细 胞 凋 亡 。 寻 找 新 的 致 病 基 因 一实验目的 进一步寻找新的目的基因二实验原理 有方向：根据已有的方向进一步深入 无方向：用基因芯片的方法高通量筛选 科研的基本方法 伽利略：问题 提出猜想 设计实验方案 修正假说 结果对比 实验验证 （一）立题提出问题：该往哪个方向研究？ 是围绕胰腺展开 直面疾病 还是舍而取其次转攻其他相关的器官？文献查询：胰腺 肾脏 原则：实用性：有一定的临床研究价值可行性：在实验中不超过现有的实验条件科学性：尽量根据已有的一些研究成果缩小一下目标范围先进性：采用交心的前沿的技术和方法，以较先进的理论 作为研究的指导 三 实验设计 根据一中筛选的可疑基因， 通过查询相关文献进一步去除已知的基因 筛选出新的可疑基因 再按可疑度的高低逐个依次研究 于是问题到这一步转化成了：如何确定找到一个可疑的基因是否为致病基因 1比较该基因在不同物种之间的分布原因：人和实验动物（如老鼠）毕竟是不同的， 有些基因实验动物有而人没有， 因此对人类而言也没有进一步的临床意义人 类 有 Y 不 同 亲 缘 性 动 物 对 比 换 下 一 个 关于如何符合： 可以分不同的层次展开1细胞水平：对人类某些组织细胞进行离体培养， 对某些基因进行操作（如基因的敲除、沉默、低表达、过表达） 观察其对细胞的影响2个体水平：小鼠 猴子 猩猩 验证思路不 变 变1 基 因 疾 病 例 ： 体 外 高 糖 培 养 小 鼠 肾 小 球 足 细 胞 检 测 NICDI表 达 与 肾 小 球 足 细 胞 凋 亡 关 系 ， 并 了 解 信号 通 路 是 否 介 导 高 糖 对 NOTCH通 路 的 激 活2 疾 病 基 因 ，思 路 ： （ 1） 先 做 基 因 改 变 ， 再 致 病 （ 2） 先 致 病 ， 再 做 基 因 改 变 实例： 1.材料： 2.细胞培养： 5% CO2 33摄氏度 3.细胞分组 4.western blotting 检测 NICIDI 的表达 5.统计学处理 展望：分子生物学家： 在我心中，有一个梦，能用基因治疗所有的痛； 万千基因，谁是真的元凶，愿患者生命从此与过往不同； 分子魂，基因梦，魂牵梦萦是动力的泵。 谢 谢