胰岛素的发现 (1)

1、江西科技师范大学学年论文 题目名称： 胰岛素的发现 学 院： 生命科学学院 专业班级： 11级生物工程1班 学生姓名： 杨杰 学 号： 20111761 指导教师： 袁春华 2014年9月28日胰岛素的发现摘要：胰岛素是机体最重要的内分泌激素之一。从胰岛素的发现，对胰岛素分子结构的认识，胰岛素的生理作用，胰岛素的合成，血液中胰岛素含量的测定，药用胰岛素存在的问题及对药用胰岛素的改进内容进行了简介。关键词：胰岛素 发现 分子结构 研究现状胰岛素是机体最重要的内分泌激素之一，是维持正常的新陈代谢、生长发育和健康生活所必须的调节物质。胰岛素最主要的生理作用是：能与其他多种激素和自主神经系统一起，共同

2、维持机体的血糖稳态，以保证机体对葡萄糖的正常利用。胰岛素它也是一种蛋白质激素，由胰脏内的胰岛细胞分泌。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。胰岛素应用于临床数十年，从抗原性较强的第一代动物胰岛素到基因重组但餐前需要等待30分钟的第二代人胰岛素，再发展到现在可以很好模拟生理性人胰岛素分泌模式的胰第三代胰岛素类似物。目前更好模拟正常人体生理降糖模式的胰岛素是第三代胰岛素胰岛素类似物。胰岛素是一种蛋白质类激素。体内胰岛素是由胰岛细胞分泌的。在人体十二指肠旁边，有一条长形的器官，叫做胰腺。在胰腺中散布着许许多多的细胞群，叫做胰岛。胰腺中胰岛总数约有100200

3、万个。胰岛细胞根据其分泌激素的功能分为以下几种：B细胞(细胞)，约占胰岛细胞的60%80%，分泌胰岛素，胰岛素可以降低血糖。A细胞(细胞)，约占胰岛细胞的24%40%，分泌胰升糖素，胰升糖素作用同胰岛素相反，可增高血糖。D细胞，约占胰岛细胞总数的6%15%，分泌生长激素抑制激素。1. 胰岛素的发现1.1胰岛的发现 德国的医科大学学生鲍尔.朗格汉斯（Paul Langerhans,1847-1888）,是柏林一位名医之子，在耶拿（Jena）和柏林的大学学习医学，毕业于1869年。同年，为了研究胰脏的组织结构，他在显微镜下观察多种动物的胰脏，发现胰腺中有一些细胞聚集成岛状的斑点，这些细胞形成无数个

4、直径为0.10.24mm的“细胞堆”并且遍及整个胰腺，尤其胰尾处最多。朗格汉斯首次认真详细地描述了这些斑点的显微结构，将这些“细胞堆”中的细胞按大小、形状、有无颗粒等形态结构结构差异划分为9种。他没有对这些细胞的性质和重要性作出假设，当时医学界也没有认识到这一发现的价值。后来证明这些细胞有分泌激素的功能，他的发现才被重视。1893年法国组织学家为了纪念朗格汉斯对医学所做的贡献，将他发现的这些岛状斑点命名为“ilots de langgerhans” ，由此许多文献和教科书中把胰腺中的这些岛状结构成为“islots de langerhans”即胰岛。1.2发现胰腺分泌物与糖尿病的关系 1889

5、年德国籍俄罗斯内科医生奥斯卡.明科夫斯基和德国生理学家约瑟夫.冯.梅林用狗做实验对象研究胰腺的消化机能，他们无意中发现很多苍蝇叮在摘除胰腺狗的尿液上，而一般情况下不会有那么多苍蝇叮在健康狗的尿液上。他们对摘除胰腺狗的尿液进行检查，结果出乎意料，其中的糖分高达12%，他们继续研究发现，摘除胰腺的狗会患上和人类的糖尿病类似的疾病，但是，把胰腺的导管扎住，再把十二指肠切除，狗就不会患糖尿病。他们因此肯定，适合消化液无关的“某种物质”对糖尿病有抑制作用。明科夫斯基敏锐地意识到胰腺和糖尿病之间的决定性关系，并提出胰腺能够分泌某种抗糖尿病的物质假说，并将他们的发现携程论文，发表在一本医学杂志上，在当时的医

6、学界引起广泛关注。 此后30年，全世界一流的科学家，在顶级设备的实验室里，都试图在胰腺里寻找某种能恢复代谢平衡的神秘物质，全都无功而返，30年来一直是一种科学家说。1.3胰岛素的发现与应用 第1个提取出胰岛素的人是加拿大多伦多医生佛雷德里克.格兰特.班廷。1920年10月，班廷在一篇文章中看到结石阻塞胰管引发的病变：胰腺中除胰岛之外全部细胞都萎缩了，但结石患者却没有患上糖尿病。于是班廷推想，若结扎动物胰管，使产生的胰蛋白的细胞萎缩而产生的胰腺激素的细胞不受影响，并将胰腺提取物注射进机体内，应该能治疗糖尿病。 班廷决定通过实验证明自己的推断。1921年他向在多伦多大学任教的糖尿病权威约翰.麦克劳

7、德教授求助。麦克劳德在暑假将自己的实验室和10条狗借给班廷，并派自己的学生查尔斯.贝斯特当其助手。六周的时间过去了，他们一无所获，实验用的狗也陆续死亡，面对剩下的2周和四条狗，两人感到巨大的压力。就在最后期限的前几天，班廷发现1条狗的胰腺终于萎缩到原来的1/3。2人将该胰腺切片，在冰冻状态下磨成糜状，再加入生理盐水制成提取液，然后过滤，随后用分离的液体对1条因摘除胰腺而患上糖尿病的狗进行静脉注射。已经昏迷的狗的情况有所好转，其血糖和尿糖都在下降，提取胰腺分泌物的方法找到了。他们把这种物质命名为“岛素”。发表这一重大成果时，由实验室负责人麦克劳德用拉丁语表示“岛素”，将之命名为“胰岛素”。 19

8、22年初，班廷给一位年少的糖尿病患者注射提纯后的胰腺提取物，经过一段时间的连续注射，患者的血糖逐渐下降，糖尿也在减少，直至恢复正常。生物化学家柯利普为提纯这种物质做出了贡献。 糖尿病治疗的临床试验获得成功，并迅速得到推广，挽救了许多糖尿病患者的生命。胰岛素的临床效果被证明后的第2年（1923年）班廷和麦克劳德获得了诺贝尔奖，是对其研究成果所产生的巨大社会价值的肯定。为了纪念班廷的功劳，1991年起，世界卫生组织和国际糖尿病联盟决定将班廷的生日11月14日定为“世界糖尿病日”。2 对胰岛素分子结构的认识 胰岛素卓越的治疗被证明之后，接下去的事情是研究它的化学结构。完成这项工作的是英国科学家桑格。

9、胰岛素是一种蛋白质，蛋白质是由氨基酸组成的，组成蛋白质的氨基酸有20种，20氨基酸按照不同的序列通过肽键连接，形成不同性质的蛋白质。长期以来人们一直无法解决蛋白质中各氨基酸连接顺序这道难题，而这个问题正是解决蛋白质结构的关键。桑格首先想到氨基酸有氨基和羧基，在蛋白质中除了氨基和羧基都已结合氨基酸外，有些氨基和羧基是游离的，未与其他氨基酸连接。如果找到能与残基结合的化合物，且连接较为牢固，那么将蛋白质水解后，连有这个化合物的氨基酸就表明它有一端本来是游离的。对于只有一个氨基和一个羧基的氨基酸来说就是末端的一个。桑格通过多年的研究，找到了化合物2、4-二硝基佛本，它可以和游离的氨基酸牢固结合，生成

10、2、4二硝基苯的衍生物，水解以后，这个衍生物呈现明亮的金黄色，很容易通过色谱和电泳分离并鉴定。FDNB后来被称为桑格试剂。 桑格用这个试剂及电泳和色谱等方法，逐段分解测定，经过10年的努力，终于在1975年成功地完成牛胰岛素一级结构的测定。牛胰岛素由51个氨基酸残基组成,A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基，有两个链间二硫桥，A链还有一个链内二硫桥，这是人们第一次精确测定蛋白质的结构，为以后测定更复杂的蛋白质和研究胰岛素打下良好的基础。3. 胰岛素制剂的研究现状3.1注射剂注射剂型糖尿病患者需终生每日皮下注射胰岛素，不但给患者带来极大的不便， 而且会导致皮下脂肪萎缩，低血糖等不良反应

11、。目前便携式胰岛素泵正成为替代胰岛素皮下注射的给药方式。胰岛素泵通过设定一个持续的基础量和餐前追加量，可模拟胰岛素的生理释放模式，可将患者的血糖控制在正常的范围内，有效地防止或延缓并发症的发生，还可降低高胰岛素血症及餐后低血糖的发生率。密红翠等将80例糖尿病患者，随机分为两组，分别给予胰岛素泵和常规胰岛素注射治疗。通过比较疗效发现：平均控制血糖天数胰岛素泵组为(1.9 ±0.67 1)d ，常规胰岛素注射组 为(8.47 ±3.27)d(P < 0.01)；平均胰岛素用药量胰岛素泵组为(31.98± 6.36 )u · d ，常规胰岛素注射组为(4

12、0.46 ±7.21 )u · d(P < 0.01) 。平均低血糖发生率胰岛素泵组为1.5，常规胰岛素注射组为2.5(P < 0.05 )。可见，通过胰岛素泵给药的疗效明显优于胰岛素常规注射给药，但是开环式胰岛素泵不能自动监测血糖浓度；不能使用中、长效胰岛素；价格昂贵；要定期更换位置，以防引起局部感染，并且需要24 h 随身携带，仍给患者造成了一定程度 的不便。所以可植入闭环式泵是胰岛素泵的研制方向。此外还有胰岛素微乳、脂质体等缓、控式胰岛素注射制剂，为胰岛素注射治疗糖尿病增加了新剂型。Y oung 等用聚乳 酸一聚羟乙酸 (PLG A ) 、乙烯、乙二醇制成

13、了嵌段三聚体，用其包裹胰岛素所形成的共聚物具有生物可降解性和热敏的特性，皮下注射1次可保持15 d胰岛素稳态释放。3.2口服制剂 口服给药方便，更易于被患者接受，并且与生理性胰岛素的分泌循环途径非常地相似，是一个理想的给药途径。但是由于胰岛素本身的理化性质及胃肠道消化酶的破坏作用，使得口服胰岛素的生物利用度非常低，只相当于皮下注射的0.5J。必须克服肠黏膜上皮细胞的屏障作用以及上消化道各种蛋白酶的分解消化作用。目前，对于胰岛素口服给药的研究主要集中在脂质体、纳米粒、微囊和微球、油相溶剂等方面。3.2.1 脂质体 脂质体作为载体具有靶向作用，但不够稳定，易于聚集融合，使被包裹药物吸收困难。改变脂

14、质体的组成及表面性质以提高作用时间 、生物利用度已成为研究的热点。研 究表明 J，海藻糖 一磷脂 的 比例 达到2 ：1时 ，可得到稳定的载药脂质体；6一 磺基脱氧葡萄糖甘油二酯对脂双层膜有很好的稳定作用，用胶原壳聚糖包裹的小单室脂质体在流动性没有明显变化的同时，还给脂质体外层提供了亲水性屏障，可明显改善其体外的稳定性。3.2. 2 纳米粒 纳米作为药物载体，体积小，易于通过人体最小的毛细血管，而达到药物缓释或在特定的靶位释药的目的。其吸收极可能是通过人和动物小肠的派伊尔结 (Peyer结) 中 M 一细胞的胞间紧密连接部位，以被动 扩散形式完成。Peyer结对纳米粒 的吸收，与材料 及纳米

15、粒 的粒径有关，粒径 大于 500 nm ，肠道不能吸收，而大于3O0 nm 的则无法进人血液循环。Cort ecs Int ernat ional Ltd 公司研制的胰岛素微乳制剂M acruli n ，已进人期临床阶段 J。2 .3 微 囊和微球胰岛素经微囊化后可提高其在胃内的稳定性，并可减少对胃的刺激。胰岛素纳米囊的主要优点是药物经细胞旁路或小肠黏膜下淋巴组织集合一派伊尔结转送到血液系统。马学毅等研究表明，口服聚丙交酯胰岛素微囊 (PLA .M C I)后，大鼠血糖下降达(80.9±10.98，n = l0 ) ，显著高于口服等量纯胰岛素的正常大鼠(31.0±15 .

16、1，n = 6 )和糖尿病大 鼠(47.0 ±27.9，n = 5 )以及未服药同期饥饿对照糖尿病大鼠(40 .0±16.7，n = 7 )(P 均 < 0 .0 1) 。参考文献1、臧红梅，倪鸿昌，李俊.胰岛紊脂质体制剂治疗糖尿病的研究进展J安徽医药 ， 2004 ， 8(2) ： 8l-832、刘征，马红，郑昌学. 口服胰岛紊制剂研究进展J中国药学杂志，2003， 38(4 )： 241-2433、马学毅，潘国敏，陈戴蕤，等口服型胰岛紊微囊研制的初步报告J中国糖尿病杂志，2000 ，8(4) ：219- 2234、陈敏敏，方岩雄，顾浩纳米在胰岛素口服给药中的应用J 井冈山医专学报 ，2004 ，11(5 )： 12-135、杨莉、刘莉，黄亮等，疾病或被改变中的生命史：诺贝尔生理学或医学获得者100年图说。重庆：重庆出