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医学细胞生物学PBL 糖尿病 组长 陈柏岑小组成员 李竞坤 李梓杏 李青林 曾小文 曾明洁 病例 1 患者姓名 吴祖春 男 67岁 因 多饮 多食多尿伴消瘦二十年 入院 2 病史要点 患者于二十年前无明显诱因下出现多饮 多食多尿 伴有消瘦 每日饮水量明显增多 饭量大增 夜尿频多 平均10次 每晚左右 当时无排尿困难 无尿路刺激症状 体重由90公斤渐降至70公斤 现约50公斤 查血糖偏高 诊断糖尿病 曾服消褐丸治疗 未监测血糖 控制情况不详 三天前在我院留观 昨测空腹血糖11 51mmol l 总蛋白54 2mmol l 白蛋白30 3mmol l BUN15mmol l Crea259umol l CHO7 88mmol l 随机血糖30mmol l以上 改用胰岛素降血糖 患者夜眠差 情绪激动 大声喊叫 建议家属住院监控血糖 调整用药 患者无胸闷 心悸 无头晕 头痛 无乏力 倦怠 胃钠无减退 3 既往史 患者平素体质一般 有高血压史20余年 未规律服药治疗 结肠癌手术史三年 四月前脑梗塞及股骨颈骨折史 遗留口齿含糊及左下肢畸形 否认药物过敏史 无急慢性传染病史 4查体 T37 P80次 分 BP175 80mmHg 神志清 精神可 消瘦貌 查体合作 对答切题 浅淋巴结无肿大 巩膜无黄染 瞳孔等大 光反射存在 心率齐78次 分 两肺呼吸音尚清 未闻啰音 腹无压痛 下腹正中见10cm手术疤痕 肝脾肋下未及 肾区无叩压击痛 肠鸣音不活跃 四肢肌力5级 四肢肌张力正常 双下肢无水肿 病理征未引出 5辅助检查 尿常规 微浑浊 葡萄糖4 蛋白3 空腹血糖11 51mmol l 总蛋白54 2mmol l 白蛋白30 3mmol l BUN15mmol l Crea259umol l CHO7 88mmol l 随机血糖30mmol l以上二 诊断 2型糖尿病 糖尿病 diabetesmellitus DM 定义 糖尿病是一组以血浆葡萄糖 简称血糖 水平升高为特征的代谢性疾病群 引起血糖升高的病理生理机制是胰岛素分泌缺陷及 或 胰岛素作用缺陷 血糖明显升高时可出现多尿 多饮 体重减轻 有时尚可伴多食及视物模糊 糖尿病可危及生命的急性并发症为酮症酸中毒及非酮症性高渗综合征 糖尿病患者长期血糖升高可致器官组织损害 引起脏器功能障碍以致功能衰竭 在这些慢性并发症中 视网膜病变可导致视力丧失 肾病变可导致肾功能衰竭 周围神经病变可导致下肢溃疡 坏疽 截肢和关节病变的危险 自主神经病变可引起胃肠道 泌尿生殖系及心血管等症状与性功能障碍 周围血管及心脑血管合并症明显增加 并常合并有高血压 脂代谢异常 如不进行积极防治 将降低糖尿病患者的生活质量 寿命缩短 病死率增高 关于2型糖尿病知识点 2型糖尿病 以胰岛素抵抗为主 伴胰岛素分泌不足 至以胰岛素分泌不足为主伴胰岛素抵抗 WHO1999标准 2型糖尿病也叫成人发病型糖尿病 多在35 40岁之后发病 占糖尿病患者90 以上 2型糖尿病病人体内产生胰岛素的能力并非完全丧失 有的患者体内胰岛素甚至产生过多 但胰岛素的作用效果却大打折扣 因此患者体内的胰岛素可能处于一种相对缺乏的状态 可以通过某些口服药物刺激体内胰岛素的分泌 但到后期仍有部分病人需要像1型糖尿病那样进行胰岛素治疗 总之 2型糖尿病治疗的短期目标是控制血糖 长期目标是预防相关并发症的发生与发展 其基础治疗方案主要由运动和饮食构成 但是药物治疗和血糖监测往往也非常关键 案例讨论问题 1 请分析诊断依据 2 糖尿病以高血糖为基本症状 请分析机体血糖调节的生理学机制 涉及器官的解剖学结构 3 请分析调节机体血糖的细胞因子的分子结构 细胞内合成 分泌过程 4 请分析机体刺激血糖调节细胞因子分泌的细胞学机制 5 请分析血糖调节细胞因子的细胞学作用机制 信号转导过程 6 请分析糖尿病的发病机制 7 请分析与2型糖尿病有关的遗传因素 1 诊断依据分析 病人数据正常值空腹血糖11 51mmol l3 0 6 0mmol l总蛋白54 2mmol l60 80mg dl白蛋白30 3mmol l35 55mg dlBUN15mmol l9 20mg dlCrea0 259mmol l0 5 1 1mg dlCHO7 88mmol l3 365 78mmol l随机血糖30mmol l以上 11 1mmol l 2 血糖调节的生理学机制 血糖平衡的调节主要建立在反馈调节和激素之间的拮抗作用上 人体内血糖含量升高时 刺激胰岛B细胞 促进它分泌胰岛素 同时作用于胰岛A细胞 使之减少胰高血糖素的分泌 当胰岛素随血液运输到肝和肌肉等器官或组织时 能促进细胞对葡萄糖的摄取和利用 还可促进肝细胞和肌肉细胞将葡萄糖合成为糖原储存起来 从而使血糖含量下降 当血糖含量降低到一定程度时 就会抑制胰岛素的分泌 增加胰高血糖素的分泌 从而促进肝糖原的分解 形成较多的葡萄糖 使血糖含量升高 可见胰岛素和胰高血糖素可调节血糖含量 血糖含量变化反过来影响胰岛素和胰高血糖素的分泌 这就是反馈调节 胰岛素可以降血糖 胰高血糖素可以升血糖 不同激素对某一生理效应发挥相反的作用 这就是拮抗作用 器官的解剖学结构 3 胰岛素的分子结构 胰岛素是由胰岛 细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖 乳糖 核糖 精氨酸 胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素 含有16种51个氨基酸 是一种小分子蛋白质 分子量为5700 有A和B两条多肽链 A B链间有两个二硫键相连 A链有21个氨基酸残基 内部还有一个二硫键 连接第6与第11个氨基酸残基 B链有30个氨基酸残基 最初 胰岛素由动物胰腺中提取 不同种属动物 人 猪和牛等 胰岛素成分有异 但功能大体相同 只在胰岛素结构上的差异使得其在生理效应和药物动力学上稍有不同 胰岛素参与调节糖代谢 控制血糖平衡 可用于治疗糖尿病 其分子量为5808道尔顿 胰岛素的合成 分泌过程 胰岛素的生物合成和分泌胰岛素基因位于11P15 5 含3个外显子和2个内含子 生物合成先转录成446bp的mRNA 编码前胰岛素原的肽链 然后按此mRNA为模板 翻译合成整个肽链 首先合成含疏水氨基酸残基的信号肽 新合成的信号肽及mRNA 核糖体复合物与内质网内游离的信号肽识别颗粒 signalrecognitionparticle 桕结合 再被位于粗面内质网膜上的信号肽识别蛋白的受体 也称锚泊蛋白 dockingprotein 所识别 使核糖体附着于膜上 并使信号肽与膜上的信号顺序受体 signsequencereceptor 相互作用 并引导信号肽穿过粗面内质网膜 信号肽识别蛋白具有GTP水解酶活性 使信号肽与质膜上的信号顺序受体结合后即水解而与核糖体复合物分离 信号肽在引导肽链穿过粗面内质刚时或其后数秒内即被信号肽酶切除 肽链继续延伸直至终止信号出现 完成胰岛素原的合成 胰岛素原肽链合成完毕后 分子折叠 形成特定构型 由蛋白巯基还原酶催化形成二硫键 并被转移至高尔基器进一步加工 成熟的 颗粒向细胞膜附近的微小管移动 排列依附在微小管旁 细胞受到刺激后 微小管收缩使 颗粒向细胞表面移动 颗粒膜与细胞膜融合 膜在融合点破裂 经胞吐作用将细胞膜内胰岛素结晶释放到细胞间隙 剩余的颗粒膜插入细胞质膜 其蛋白质成为质膜的一部分 在此过程中 细胞浆中的Ca2 增加微小管的活动 加速 颗粒的移动 促进胰岛素分泌 信号肽假说 信号肽与SRP结合 肽链延伸终止 SRP与受体结合 SRP脱离信号肽 肽链在内质网上继续合成 并同时通过移位子进入内质网腔 信号肽切除 肽链延伸至终止 翻译体系解散 信号识别颗粒 signalrecognitionpartical SRP 2020 3 18 15 可编辑 机体刺激血糖调节细胞因子分泌的细胞学机制 1 血糖浓度升高 血管壁等处的化学感受器兴奋 传入神经 下丘脑中调节血糖平衡的某一区域 传出神经 胰岛B细胞分泌胰岛素 肝脏 骨胳肌脂肪组织等处的体细胞 血糖浓度降低 2 血糖浓度过低 血管壁等处的化学感受器兴奋 传入神经 下丘脑中调节血糖平衡的某一区域 传出神经 胰岛A细胞分泌胰高血糖素 肾上腺髓质分泌肾上腺素 肝脏等处的体细胞 血糖浓度升高 5 血糖调节细胞因子的细胞学作用机制胰岛素信号转导途径 胰岛素 包括IGFI IGFII 信号所激发的信号传递途径主要有二 1 Ras MAP激酶途径2 PI3一激酶途径 胰岛素信号转导途径 2 1当胰岛素或IGF与胰岛素受体结合后 引起受体自身磷酸化 从而使其酪氨酸蛋白激酶活化 后者立即使胞质内IRS一1及Shc的酪氨酸磷酸化 形成的磷酸酪氨酸残基为含SH2的Grb2结合 Grb2由1个SH2及2个SH3结构域组成 后者又可与Sos结合并使之活化 激活的Sos即可与质膜上的Ras相结合 Sos具有鸟苷酸交换蛋白 GEF 的作用 可使Ras结合的GDP脱落而结合GTP 使之活化 Ras的下游信息传递是一系列蛋白激酶的级联传递和放大过程 活化的Ras GTP可与一个丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶Raf 1的N端结合并使之活化 活化Raf 1的C端再与另一个酪氨酸 苏氨酸蛋白激酶MEK MAP及ERKkinase 相结合 并使之激活 酪氨酸蛋白激酶受体 TPKreceptor 结构 是由1条多肽链构成的跨膜糖蛋白N端位于质膜外 是配体的结合部位 跨膜区域近膜结构域酪氨酸蛋白激酶结构域C端位于胞质内 使底物磷酸化 与细胞的增殖 分化 癌变有关 配体受体结合 受体蛋白质构象改变 存在自身磷酸化位点 调节酪氨酸激酶活性 配体 胰岛素 insulin 表皮生长因子 EGF 血小板衍生生长因子 PDGF 神经生长因子 NGF 成纤维细胞生长因子 FGF 血管内皮生长因子 VEGF 功能 酪氨酸蛋白激酶途径 1 特征 信号分子 配体 胰岛素 多种生长因子及原癌基因 kit fins 通过TPK Ras MAPK途径发挥作用 图2 5 68酪氨酸蛋白激酶途径 TPK 酪氨酸蛋白激酶Ras 原癌基因MAPK 有丝分裂原激活蛋白酶激酶CRB2 衔接蛋白 2 信号转导机制 信息物质 受体复合物 CRB2可与SOS结合 募集SOS到细胞膜 SOS激活膜结合蛋白Ras 激活Raf蛋白 激活MAPKK 激活MAPK 激活转录因子 调节基因转录 核内 细胞质 使胞质底物蛋白磷酸化 调节代谢 细胞外 信息物质 TPK活性受体 TPK在细胞生长 分化中起重要作用 胰岛素信号转导途径 2 2RasMAPK信号转导途径Ras是分子量为21kDa的锚定在细胞膜上的三磷酸鸟苷 GTP 结合蛋白 在细胞生长信号的传递中起着关键性的作用 当Ras与GTP结合时为有活性状态 参与信号转导 若与二磷酸鸟苷 GDP 结合时则处于无活性状态 信号传递中止 以上数据来源长春中医药大学学报第24卷第3期2008年6月 6 糖尿病发病机制 糖尿病的发病机制可归纳为不同病因导致胰岛 细胞分泌缺陷及 或 周围组织胰岛素作用不足 胰岛素分泌缺陷可由于胰岛 细胞组织内兴奋胰岛素分泌及合成的信号在传递过程中的功能缺陷 亦可由于自身免疫 感染 化学毒物等因素导致胰岛 细胞破坏 数量减少 胰岛素作用不足可由于周围组织中复杂的胰岛素作用信号传递通道中的任何缺陷引起 胰岛素分泌及作用不足的后果是糖 脂肪及蛋白质等物质代谢紊乱 依赖胰岛素的周围组织 肌肉 肝及脂肪组织 的糖利用障碍以及肝糖原异生增加导致血糖升高 脂肪组织的脂肪酸氧化分解增加 肝酮体形成增加及合成甘油三酯增加 肌肉蛋白质分解速率超过合成速率以致负氮平衡 这些代谢紊乱是糖尿病及其并发症 伴发病发生的病理生理基础 糖尿病与细胞信号转导 胰岛素受体属于TPK 酪氨酸蛋白激酶 家族 糖尿病的信号转导障碍主要是指胰岛素受体异常 主要有如下三种类型 1 遗传性胰岛素受体异常 2 自身免疫性胰岛素受体异常 血液存在抗胰岛素受体的抗体 3 继发性胰岛素受体异常 受体数量减少受体与配体的亲和力降低受体的TPK活性降低 糖尿病 胰岛素抵抗 代偿性高胰岛素血症 胰岛素受体继发性下调 最终使 细胞逐渐衰竭 血浆胰岛素水平下降 7 2型糖尿病的遗传因素 T2DM也是复杂的遗传因素和环境因素共同作用的结果 目前对T2DM的病因仍然认识不足 T2DM可能是一种异质性情况 1 遗传因素与环境因素T2DM是由多个基因及环境因素综合引起的复杂病 其遗传特点为 参与发病的基因很多 分别影响糖代谢有关过程中的某个中间环节 而对血糖值无直接影响 每个基因参与发病的程度不等 大多数为次效基因 可能有个别为主效基因 每个基因只是赋予个体某种程度的易感性 并不足以致病 也不一定是致病所必需 多基因异常的总效应形成遗传易感性 糖尿病 Diabetes 分1型糖尿病 2型糖尿病 妊娠糖尿病及其他特殊类型的糖尿病 在糖尿病患者中 2型糖尿病所占的比例约为95 1型糖尿病1型糖尿病是由免疫介导的胰岛B细胞选择性破坏所致 淋巴因子和自由基亦招致CIM4T淋巴细胞趋向损害部位并活化之 同时巨噬细胞亦提呈病毒抗原或受损B细胞的自身抗原予CD4淋巴细胞 活化的CD4细胞进一步活化B淋巴细胞产生抗病毒抗体和抗B细胞的自身抗体 促进B细胞的破坏 在1型糖尿病发病前及其病程中 体内可检测多种针对B细胞的自身抗体 如胰岛细胞抗体 ICA 胰岛素抗体 IAA 谷氨酸脱羧酶抗体 GAD抗体 和胰岛素瘤相关蛋白抗体等 2型糖尿病大量研究已显示 人体在高血糖和高游离脂肪酸 FFA 的刺激下 自由基大量生成 进而启动氧化应激 氧化应激信号通路的激活会导致胰岛素抵抗 IR 胰岛素分泌受损和糖尿病血管病变 由此可见 氧化应激不仅参与了2型糖尿病的发病过程 也构成糖尿病晚期并发症的发病机制 氧化应激与糖尿病相互促进 形成一个难以打破的怪圈 胰岛素抵抗可以先于糖尿病发生 在其作用下 疾病早期胰岛素代偿性分泌增加以保持正常糖耐量 当胰岛素抵抗增强 胰岛素代偿性分泌减少或二者共同出现时 疾病逐渐向糖耐量减退和糖尿病进展 血糖开始升高 高血糖和高FFA共同导致ROS大量生成和氧化应激 也激活应激敏感信