第五章内分泌及代谢性疾病的分子机制资料参考课件.ppt

1、第五章 内分泌及代谢疾病的分子机制,内分泌系统由分泌各种微量化学物质激素的 不同细胞群（内分泌腺）构成。 激素通过血液循环到达靶细胞，与相应的受体结 合，经复杂的信号转导过程，影响靶细胞的代谢、分 裂、分化等行为而发挥广泛的全身性作用。 内分泌细胞功能失常所致激素分泌量改变，均可 引起病理生理变化。,1,第一节 内分泌及代谢系统的分子生物学特点,一、内分泌代谢系统的进化,单细胞生物,多细胞生物,外环境 变化,内分泌系统调节 细胞与细胞间功能上统一,细胞对自身供能调节，维持生存与繁衍,直接交换信息,适应环境改变 维持生存与繁殖,2,二、内分泌系统发育的分子调控,内分泌细胞群 的生长发育,遗传信息

2、,环境变化信息,生命体 生长发育,诱导细胞分化的信号： 存在于胚胎细胞中：EGF、FGF、TGF等,对诱导信号 产生正确反应,转录因子的 时空表达程序,3,（一）垂体发育相关的转录因子,Pax6 ( paired box gene 6 )属于发育同源结 构域转录因子家族，垂体发育中腹、背侧细胞 分离，形成垂体前叶。 Pax6缺陷的小鼠：垂体的背腹轴发生腹侧化， 生长激素和催乳素分泌细胞减少； 促甲状腺素和促性腺激素细胞增加。,4,2. 垂体特异性转录因子Pit 1 ( pituitary transcription factor 1, Pit 1 ) 控制垂体发育，调节生长激素、催乳素、 促甲

3、状腺素等激素的合成。 Pit 1基因突变：病人缺乏生长激素、催乳素、 促甲状腺素,5,3. 垂体发育同源Pitx 1和 Pitx 2 ( pituitary homeobox 1, Pit 1 ),4. T- box 转录因子 T- box 转录因子基因突变: 发育早期出现垂体性促肾上腺皮质激素 （ACTH）分泌障碍。,6,（二） 胰腺发育相关基因 胰腺的发育过程不仅有内分泌细胞与外分泌细胞，还有不同的内分泌细胞群。 1. 胰腺的分泌细胞： 细胞分泌胰高血糖素 细胞分泌胰岛素 细胞分泌生长抑素 PP细胞分泌胰多肽 以上细胞精确的分化和发育过程是由特异性转录因子控制的基因时空差异性表达所致。,7

4、,胰 腺 发 育 及 关 键 转 录 因 子,内胚层前肠,背、腹胰形成,上皮内陷,管腔前体细胞,胰岛,腺泡,HIxb9,启动,出现分支,IPf1、P48,IPf1、Pbx1、P48,增殖及形态形成,IPf1、Pbx1,HIxb9、Ipf1,P48,分化,8,2.与胰腺发育相关的重要转录因子 1）HIxb9 在成人胰腺表达， HIxb9 基因剔除小 鼠纯合子表现为胚胎期背胰发育障碍， 在残余胰腺中胰岛素分泌细胞明显减少。 2） IPf1 与胰腺发育相关， IPf1基因剔除小鼠表现 胰腺发育障碍。,9,4）Pbx1 Pbx1基因剔除纯合子小鼠在胚胎1516 死亡，胚胎性状可见胰腺严重畸形，杂子小鼠

5、成熟 个体有胰岛功能不全。,3）Ptf1-p48 Ptf1-p48 （胰岛素-十二指肠分化基 因），缺乏Ptf1-p48 的胰腺上皮细胞，不再向 胰腺发育，而是返回肠上皮。 先天性无胰腺患儿是Ptf1-p48突变纯合子。,10,（三）肾上腺、性腺发育相关基因,11,三、肽类激素合成与分泌的分子调控特点,氨基末端均有信号肽结构 信号肽序列识别内质网膜中的特殊信号肽识别位点，引导新生肽进入分泌途径。,2.需经过多层次翻译后修饰,3.需在细胞内精确定位与分泌,4.需激素分泌与合成调节的协调,(SRP),12,胰岛素原,13,四、 内分泌代谢疾病的分子生物学机制,1. 激素分子结构和含量异常 原因：

6、1）基因（编码区、调控区）突变 mRNA、 蛋白质改变,2）特异性转录调控因子异常,3）激素分泌相关因子异常,14,2. 激素靶细胞敏感性异常 1）受体数量变化 2）细胞内信号转导分子异常 蛋白激酶、接头蛋白、蛋白磷酸酶等 3）细胞效应相关分子 代谢酶、细胞周期调节因子等,15,第二节 内分泌代谢疾病的分子机制举例,16,侏儒症的分子机制,侏儒症（dwarfism ）病人大部分是由于生长 激素（growth hormone, GH）缺乏所致，少部分 是由于靶细胞对GH不敏感所致。 现累计报道：有522种不同类型的侏儒症存在。,17,表6-1 侏儒症部分代表性分子异常,类型 致病基因 突变类型

7、突变效应,型垂体性 GH GH基因缺失、 GH水平低下 侏儒症 GH基因剪接位点突变,型垂体性 GH受体 第8外显子缺失 细胞对 GH无反应 侏儒症 R43X点突变 血中IGF水平降低,型垂体性 PIT1转录因子 点突变、移码突变 联合垂体 侏儒症 基因剪接位点突变 激素低下,型垂体性 GH 不明，可能在17号有突变 形成多聚体GH 侏儒症,18,糖尿病的分子机制 糖尿病是一类以高血糖为特征的内分泌代谢疾病，在病因学、病理学和临床诊断治疗都存在极大的异质性。,一、糖尿病类型, 型糖尿病：胰岛B细胞在自身免疫机制下发生损 伤和凋亡 ，与自身免疫反应密切相关, 血中胰岛素 水平低下，胰岛素治疗有效

8、。,2. 糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）：肌和脂肪组 织对胰岛素反应能力降低。,19,二、胰岛素分泌的遗传缺陷 大部分型糖尿病并非遗传性疾病。 对少数具有遗传性的糖尿病家系，即常染色体显 性遗传的青年成年发病型糖尿病（maturity-onset diabetes of the young，MODY）的致病基因分析， 目前至少发现6个基因与胰岛素分泌异常有关。,20,三、 胰岛素分泌缺陷相关基因,1.葡萄糖激酶基因 （1）基因产物的功能：催化G-6-P生成 （2）突变效应：胰岛素分泌 肝糖原储存 （3）致病性：纯合子发生先天性糖尿病； 杂合子发生MODY,21,2.肝细胞核因子（hepatoc

9、yte nuclear factor, HNF ) HNF-4、 HNF-1、 HNF-1 （1）基因产物的功能：转录因子，共同控制胰岛素、 糖转运蛋白、糖酵解酶的合成 （2）突变效应：胰岛B细胞中葡萄糖和其他信号诱 导的胰岛素分泌减少 （3）致病性：杂合子发生MODY,22,3.胰岛素启动子结合因子(insulin promoter factor, IPF） IPF-1 （1）基因产物的功能：转录因子，与胰腺发育有 关、控制胰岛素、糖转运蛋白、 葡萄糖激酶的合成 （2）突变效应：胰岛B细胞中葡萄糖诱导的胰岛素 分泌减少 （3）致病性：纯合子发生胰腺发育障碍和先天性糖 尿病，杂合子发生MODY

10、,23,4.胰岛B细胞 E-反式激活因子2 （B-cell E-box transactivator, BETA2) BETA （1）基因产物的功能：转录因子，与胰腺发育有 关、控制胰岛素合成 （2）突变效应：血中胰岛素水平降低 （3）致病性：偶发MODY,24,四、 胰岛素受体介导的信号转导,R,INS,葡萄糖,糖原、脂质、蛋白质 合成的特异基因表达,细胞增殖分化,葡萄糖,经IRS（信号衔接蛋白）介导信号转导 (PKB),代谢,25,蛋白激酶B（protein kinase, PKB）,PKB是原癌基因c-akt的产物，又称Akt,胰岛素的作用之一：促进糖原合成,糖原合成酶,P,糖原合成 酶

11、激酶3,活性,糖原合成酶,失活,26,胰岛素促进糖原合成的机制,糖原合成酶,P,糖原合成 酶激酶3,PKB,糖原合成 酶激酶3,P,失活,活性,活性,胰岛素受体介导 的信号转导,糖原合成酶,失活,27,表6-1 胰岛素受体信号通路相关分子基因剔除小鼠表型变化,基因表达产物 基因剔除小鼠表型变化,胰岛素受体 宫内正常生长，出生后37天死于糖尿病酮症 IRS受体 胰岛素抵抗、葡萄糖耐量降低、生长迟缓 IRS-2 胰岛素抵抗、胰岛B细胞发育障碍、型糖尿病 IRS-3 正常 IRS-4 正常 AKt (PKB) 肝、肌胰岛素抵抗,28,29,型糖尿病（Insulin dependent diabete

12、s mellitus, IDDM )， IDDM 属器官特异性自身免疫性疾病,30,五、 糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）的分子机制 糖尿病的重要特征是胰岛素抵抗效应，肌肉和 脂肪组织对胰岛素的反应能力下降。 患者除血糖升高外，血中胰岛素含量可增高、正 常或降低，80伴有肥胖。胰岛素受体前、受体和受 体后异常是造成细胞对胰岛素反应性降低的主要原 因。 其中与信号转导障碍有关的是：,31,1. 胰岛素受体（INSR）异常 Seino等发现： INSR基因有120Kb，22个外显子， 11个外显子编码亚基，11个外显子编码亚基，INSR 分子含有1370个氨基酸，由两个、 亚基构成的二聚 体，肽链间

13、由二硫键相连接，其两条亚基（Cys是识别 和结合胰岛素部位）位于细胞外部分； 两个 亚基具有 酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase, TPK)活性。 Caro等证明： INSR 亚基在肝、肌肉、脂肪组织 中分子量、碳氢的比例、抗原性等不同。 INSR基因表达突变了导致胰岛素耐受。,32,1)遗传性胰岛素受体异常 （1）受体合成减少； （2）受体与配体的亲和力降低， 如：受体735精氨酸突变为丝氨酸； （3）受体TPK活性降低， 如：1008甘氨酸突变为缬氨酸，胞内TPK结构异常,33,2）自身免疫性胰岛素受体异常 血液中存在抗胰岛素受体抗体 3）继发性胰岛素受体异常

14、任何原因引起的高胰岛素血症均可使胰岛素受 体继发性下调。 2. 受体后信号转导异常 研究发现：PI3K基因突变可产生胰岛素抵抗； 目前认为：受体后信号转导分子PI3K传递TPK信 号作用减弱，产生胰岛素抵抗,34,糖尿病临床病例： 殷某 男 57岁 2007年3月16日16：00入院 近1个月来无明显诱因出现口渴，多饮，体重逐 渐消瘦，一个月下降10斤左右。 查体：T36.50C , P93次/分，BP126/96mmHg 生化检验： 血糖：15mmol/L 尿糖（） 诊断：型糖尿病,35,放射免疫测定： 胰岛素释放试验（INS)单位, C肽释放试验（C-P） 正常参考值： 空腹(INS):5

15、-25IU/ml （C-P):0.8-4.0ng/ml,病人放射免疫测定结果： 空腹（INS):10.40IU/ml 空腹（C-P):1.01ng/ml 30分（INS):16.71IU/ml 30分（C-P):1.63ng/ml 60分（INS):21.68IU/ml 60分（C-P):1.89ng/ml 120分（INS):25.40IU/ml 120分（C-P):2.06ng/ml 180分（INS):12.55IU/ml 120分（C-P):1.36ng/ml,36,胰岛素原,37,葡萄糖耐量试验： 正常参考值：空腹血糖：3.9-6.2mmol/L 半小时血糖：6.2-10mmol/L

16、 该病人葡萄糖耐量试验： 空腹血糖：15mmol/L 1小时血糖：23.4mmol/L 2小时血糖：28mmol/L 3小时血糖：25.2mmol/L,38,口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test， OGTT）OGTT是一种葡萄糖负荷试验，用以了解机体对葡萄糖的调节能力。 当空腹血浆葡萄糖浓度在67mmol/L之间而又怀疑为糖尿病时，作此试验可以帮助明确诊断。 WHO标准化的OGTT是：试验前3日，每日食物中糖含量应不低于150g，且维持正常活动。影响试验的药物应在3日前停用。 试验前病人应1016小时不进食。坐位取血后5分钟内饮入250ml含75g无水葡萄糖的糖水，以后每隔30分钟取血1次，共4次，历时2小时。儿童给予葡萄糖量为0.75g/kg体重。,39,正常糖耐量 正常人由于存在精细的代谢调节机制， 服糖后0.51小时血糖浓度暂时略有升高， 耐糖曲线显示峰值10mmol/L，尿糖阴性。 1小时后血糖逐渐降低，一般2小时左右恢复至 空腹水平。此种糖耐量曲线说明机体处理糖负荷的 能力良好 .,40,41, 促进葡萄糖转运