趙林杰，劉 尊(綜述)，郭 巍(審校)

(滄州醫(yī)學高等?？茖W校，河北滄州061001)

胰島素抵抗是指機體產生胰島素的量低于正常機體所需量的一種病理狀態(tài)或單位濃度的胰島素其細胞生物學效應減弱，代償性引起胰島β細胞分泌胰島素量增加，繼而引發(fā)的高胰島素血癥。運動可以改善胰島素抵抗已經得到共識，其分子機制仍需要進一步闡明。目前人們一致認為導致胰島素抵抗的原因之一是胰島素信號轉導通路的異常，蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)是胰島素效應信號轉導磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K)通路中的重要蛋白激酶，引起了廣大學者的關注?，F(xiàn)就PKB與胰島素抵抗的關系及運動改善胰島素抵抗的分子機制予以綜述，重點闡述運動與PKB基因表達方面的研究進展。

1 PKB 概述

PKB是1991年發(fā)現(xiàn)的一種與致小鼠白血病的病毒癌基因v-Akt高度同源的蛋白激酶，相對分子質量為60×103［1］。因為其PKA和PKC與激酶活性區(qū)的氨基酸序列具有同源性，故被命名為 PKB，又稱為Akt［2］。根據(jù)產生組織特異性的不同，其至少存在三種亞 型:PKBα/Akt1、PKBβ/Akt2、PKBγ/Akt3［3］。 PKB的三種亞型均含有PH區(qū)域、中間酶激區(qū)和C末端尾部三種特征區(qū)域。PH區(qū)域約由100個氨基酸構成，位于N端，PH區(qū)域是調節(jié)PKB與PI3K結合的區(qū)域;中間酶激區(qū)與PKA和PKC的活性區(qū)高度同源，該區(qū)域含有一個蘇氨酸殘基(PKBα為 T308位點，PKBβ為 T309位點，PKBγ為T305位點)，是活化 PKB的磷酸化位點;活化PKB的磷酸化的第2個調節(jié)性位點(PKBα為Ser－473位點，PKBβ為Ser－474位點，PKBγ為Ser－472位點)位于C末端尾部。PKBα活化所必需的條件是T308和S473的結合位點被磷酸化，這兩個位點的磷酸化并不起調節(jié)PKB活性的作用［4-5］。在最近幾年的研究過程中，PKB因在PI3K介導的胰島素信號轉導過程中發(fā)生著重要的作用而備受關注，研究結果顯示，其不但參與調節(jié)細胞代謝、細胞周期調控以及細胞存活等多種生理過程，而且與2型糖尿病、癌癥、心腦血管疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關［6］。

2 PKB與胰島素抵抗

2.1 胰島素抵抗的分子機制 20世紀30年代初，Himsworth通過觀察糖尿病患者了解到其對外源性胰島素的低血糖反應存在差異［7］。后經葡萄糖+胰島素試驗驗證了臨床觀察的結果，且該試驗還成為了胰島素耐量試驗以及口服和靜脈葡萄糖耐量試驗的共同基礎。與此同時，胰島素抵抗一詞被Himsworth初次應用到學術界［8］。隨后的研究顯示胰島素抵抗普遍存在于2型糖尿病患者中，且胰島素抵抗在2型糖尿病發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用［9-10］。胰島素抵抗指胰島素的分泌量在正常水平時，刺激靶細胞攝取和利用葡萄糖的生理效應顯著減弱，或是靶細胞維持攝取利用葡萄糖的正常生理效應需要超常量的胰島素。

胰島素抵抗的分子機制包括機體組織細胞胰島素受體前、受體及受體后水平的抵抗［11］。目前認為，受體和受體后水平抵抗發(fā)揮主要作用。機體組織細胞胰島素與其受體結合后經信號轉導至細胞內引發(fā)的一系列代謝反應稱作胰島素受體后缺陷，也可稱“細胞內事件”異常［12］。細胞內事件指連串的信號分子傳遞放大、磷酸化與脫磷酸化、蛋白質-蛋白質交互反應以及酶促反應等一系列的級聯(lián)反應，進而影響了葡萄糖、蛋白質、脂肪的代謝過程［13］。

2.2 PKB與胰島素信號轉導通路 在胰島素信號轉導通路中，目前研究比較成熟的主要是PI3K途徑和Ras復合途徑，后者主要參與胰島素調節(jié)的葡萄糖轉運過程。已有研究發(fā)現(xiàn)，單獨活化PI3K并不能發(fā)揮促進葡萄糖轉運的作用，能夠刺激葡萄糖轉運蛋白4轉位的重要蛋白分子是PKB［14］。PKB是胰島素效應信號轉導PI3K通路中的重要蛋白激酶，其T308位點和S473位點被磷酸化激活后可以產生多種生物學效應。在細胞因子、神經生長因子等作用下PKB/Akt通過PI3K途徑被激活，在不同的生物活動中發(fā)揮調節(jié)作用。胰島素與胰島素受體結合后PI3K被激活，激活的PI3K促使磷酸肌醇、磷脂酰肌醇一磷酸和磷脂酰肌醇二磷酸磷酸化生成可以與下游含有PH區(qū)域的PKB/Akt結合的第二信使(磷脂酰肌醇一磷酸、磷脂酰肌醇二磷酸和磷脂酰肌醇三磷酸)。以上產物可以通過PI3K途徑將信號傳遞下去，繼續(xù)激活PKB/Akt下游的因子，使之促進細胞增長和抗細胞凋亡等生物學效應。有資料顯示，非酯化脂肪酸增多雖可有效抑制經葡萄糖以及胰島素樣生長因子誘導的PKB/Akt活性，但對PI3K活性的影響不大，這也是肥胖的糖尿病患者容易發(fā)生胰島素抵抗的原因［15］。以上研究表明，PKB/Akt作為PI3K下游重要分子和胰島素受體在胰島素調節(jié)脂肪、蛋白質和葡萄糖代謝中發(fā)揮著至關重要的作用，其活性降低或表達異常均可能參與胰島素抵抗和糖尿病的發(fā)生。總之，PKB/Akt是胰島素信號轉導通路PI3K途徑中的關鍵信號分子，其活性降低與表達缺陷與胰島素抵抗的發(fā)生緊密相連。

3 PKB基因表達在運動調節(jié)胰島素抵抗中的作用

3.1 運動改善胰島素抵抗的分子機制 運動能減輕胰島素抵抗，尤其是肥胖型胰島素抵抗的研究成果已為很多文獻所證實，運動療法已經作為目前治療肥胖型胰島素抵抗以及2型糖尿病的基本方法之一。盡管現(xiàn)有的研究結果并不完全一致，但大致可以認為運動或運動訓練可以從機體組織細胞胰島受體前、受體及受體后三個水平影響胰島素的作用通路［16］。目前認為機體組織細胞胰島素受體水平和受體后的抵抗發(fā)揮主要作用。在運動對胰島素信號轉導通路的影響研究中，研究結果并沒有達成一致，主要是由于運動手段、研究對象等具體環(huán)節(jié)不盡相同。能夠達成共識的是無論是急性運動還是長期訓練對于健康人群、糖耐量異常人群和糖尿病人群均能起到提高機體組織胰島素敏感性的效果。

在過去關于運動改善胰島素抵抗機制的研究中，多數(shù)集中在運動對肌肉組織胰島素敏感性的影響。肌肉組織是體內處理糖的最重要部位，在運動過程中，肌肉的收縮會對胰島素信號轉導通路產生影響，促進葡萄糖向胞內的轉運。目前運動對胰島素的另外兩個靶器官——肝臟和脂肪組織影響的研究相對較少。近年來研究表明，肝臟在全身性胰島素抵抗產生過程中發(fā)揮了關鍵作用。小鼠肝細胞核因子κB通路在外源性刺激后可被激活，導致肝臟發(fā)生胰島素抵抗。也有研究指出，運動提高肝組織胰島素敏感性與其提高受體的結合力有關［17］。脂肪組織在糖處理方面的作用雖然不如肌肉，但其可能是胰島素抵抗產生的起始部位。有文獻表明［18］，運動訓練可以提高脂肪組織的胰島素敏感性，其機制與提高胰島素受體底物/PI3K/Akt途徑的蛋白活性有關。這方面的文獻研究較少，仍需要深入的研究證實。

3.2 運動對PKB基因表達的影響 目前有關運動對PKB影響的報道，因運動強度、運動時間、運動方法的不同研究結果也存在差異。研究發(fā)現(xiàn)［19］，長期耐力訓練可使骨骼肌血流量增加，促進肌細胞對葡萄糖的攝取和利用能力升高，進而發(fā)揮調節(jié)血糖平衡改善胰島素抵抗形成的作用。多數(shù)學者認為，其分子機制是運動對胰島素受體轉導信號級聯(lián)蛋白激酶活性和表達的改善，使組織對胰島素敏感性增加。

Christian等［20］研究發(fā)現(xiàn)，3周耐力訓練雖然可以使正常人體的PKB/Akt蛋白總量增加，但并未觀察到其磷酸化水平的改善，經皮下注射胰島素處理后，PKB/Akt蛋白磷酸化水平呈現(xiàn)出明顯的升高趨勢。因此，認為3周耐力訓練使PKB/Akt磷酸化水平有所改善的前提條件是體內有充足的胰島素含量。在動物模型中，運動干預PI3K/Akt信號途徑級聯(lián)蛋白激酶活性仍無定論。目前，Ropelle等［21］對4周齡經3個月高脂膳食誘導肥胖Wistar大鼠模型進行了一次性游泳3 h(運動1.5 h后中間休息45 min)運動干預，運動后經腹腔靜脈注射胰島素，取大鼠骨骼肌檢測蛋白激酶的活性，PI3K和PKB/Akt的磷酸化水平較未經過運動干預大鼠明顯升高。Tanaka等［22］對4周高脂膳食誘導的胰島素抵抗大鼠進行運動訓練1 h，即刻取其比目魚肌，體外組織培養(yǎng)30 min后經胰島素處理，發(fā)現(xiàn)與未經運動訓練大鼠比較，其PKB/Akt的磷酸化水平并未受到影響。目前對于一次性運動對蛋白激酶磷酸化水平影響得出不同結論的原因考慮與動物模型不同以及離體實驗和體內測定的不同有關。Hawley等［23］報道一次性運動刺激可以使胰島素抵抗個體組織細胞對葡萄糖的攝取和利用能力升高。然而，這種改善效應在48 h內便會消失。反復的運動刺激可使肥胖個體對胰島素敏感性連續(xù)增加，促進組織細胞攝取和利用葡萄糖。其機制與肌細胞對脂肪酸的氧化和改善胰島素信號轉導PI3K/PKB途徑級聯(lián)蛋白激酶的活性與表達有關。Reynolds等［24］研究證實了長期運動刺激對改善骨骼肌蛋白激酶磷酸化的作用，對20～22個月齡正常小鼠采用長期耐力輪滑訓練發(fā)現(xiàn)骨骼肌PKB/Akt磷酸化水平較對照組升高45%，蛋白含量較對照組升高50%。杜曉平等［25］對飲食誘導的胰島素抵抗大鼠給予一次性2 h中等負荷游泳運動干預，未經過胰島素處理，結果證明2 h中等負荷游泳運動可以明顯改善胰島素信號轉導PI3K途徑下游的PKB/Akt蛋白激酶活性和表達，提高組織葡萄糖運輸?shù)哪芰?，促進組織對葡萄糖攝取和利用，使胰島素抵抗得到緩解。

4 結語

胰島素抵抗被公認為是內分泌代謝異常相關疾病的共有病理生理基礎，其分子機制相當復雜。運動可以明顯改善胰島素抵抗，需要注意的是運動時間、運動強度、運動負荷的選擇。PKB作為目前影響PI3K/PKB信號轉導通路的重要調控因子，對其在運動改善胰島素敏感性中的作用成為研究重點。目前對PKB研究的可以重點放在下幾個方面:①證實不同運動方式對PKB表達的影響及其與改善胰島素抵抗的關系。②證實在人體內PKB表達的誘導因素及抑制因素，為臨床防治胰島素抵抗提供依據(jù)。③進一步探討運動、生活方式以及藥物對抑制PKB表達的作用。

［1］湯建民，何權瀛，常秀軍.磷酸化Akt和PTEN在非小細胞肺癌組織中的表達及其相關性［J］.中國癌癥雜志，2005，15(6):541-545.

［2］何久紅.跑臺訓練對高脂膳食大鼠胰島素抵抗及肝臟TNF-α蛋白表達的影響［D］.石家莊:河北師范大學，2009.

［3］劉崢嶸.胃上部與胃下部癌臨床病理特點及PTEN、AKT mRNA和蛋白表達的對比研究［D］.沈陽:中國醫(yī)科大學，2007.

［4］Testa JR，Bellacosa A.Akt plays a central role in tumorigenesis［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2001，98(20):10983-10985.

［5］李建輝.有氧運動對高脂膳食大鼠脂肪組織PKB表達的影響［D］.武漢:武漢大學，2005.

［6］Hanada M，F(xiàn)eng J，Hemmings BA.Structure，regulation and function of PKB/AKT-a major therapeutic target［J］.Biochim Biophys Acta，2004，1697(1/2):3-16.

［7］吳靜，雷閩湘.胰島素抵抗與2型糖尿病關系的新思考［J］.醫(yī)學與哲學，2004，25(2):4-5.

［8］劉佳.跑臺訓練對高脂飲食致胰島素抵抗大鼠脂肪組織TNF-α的影響［D］.石家莊:河北師范大學，2009.

［9］Rizza RA，Mandarino LJ，Gerich JE.Effects of growth hormone on insulin action in man.Mechanisms of insulin resistance，impaired suppression of glucose production，and impaired stimulation of glucose utilization［J］.Diabetes，1982，31(8 Pt 1):663-669.

［10］Olefsky JM.LIlly lecture 1980.Insulin resistance and insulin action.An in vitro and in vivo perspective［J］.Diabetes，1981，30(2):148-162.

［11］李怡.糖腎膠囊對高果糖餐大鼠模型胰島素抵抗的影響及其部分作用機制探討［D］.北京:北京中醫(yī)藥大學，2004.

［12］王世東.清熱益氣中藥配伍治療2型糖尿病機制研究［D］.北京:北京中醫(yī)藥大學，2007.

［13］李秀鈞.胰島素抵抗綜合征［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，2001:36-37.

［14］Tanti JF，Grillo S，Gremeuax T，et al.Potential role of protein kinase B in glucose transport 4 translocation in adipocytes［J］.Endocrinelogy，1997，138(5):2005-2010.

［15］Cousin SP，Hugl SR，Wrede CE，et al.Free fatty acid induced inhibition of glueose and insulin-like growth factor-1 induced deoxyribonucleic acid synthesis in the pancreatic beta-cell line INS-1［J］.Endoerinology，2001，142(1):229-240.

［16］劉奇剛，衣雪潔.運動影響胰島素的抵抗機制［J］.北京體育大學學報，2007，30(4):519-521.

［17］王從容，劉亞兵，王敬澤，等.飲食脂肪含量和耐力運動對肥胖鼠胰島素受體酪氨酸蛋白激酶的影響［J］.體育科學，2000，20(6):51-54.

［18］Peres SB，de Moraes SM，Costa CE，et al.Endurance exercise training increases insulin responsiveness in isolated adipocytes through IRS/PI3-kinase/Akt pathway［J］.J Appl Physiol，2005，98(3):1037-1043.

［19］胡瑞萍，吳毅，胡永善.運動對大鼠骨骼肌胰島素信號轉導蛋白表達和活性的影響［J］.中國康復醫(yī)學雜志，2005，26(6):409-411.

［20］Christian J，Rose T，Treebak A，et al.Effects of endurance exercise training on insulin signaling in human skeletal muscle:interactions at the level of phosphatidylinositol 3-kinase，Akt，and AS160［J］.Diabetes，2007，56(8):2093-2102.

［21］Ropelle ER，Pauli JR，Prada PO，et al.Reversal of diet-induced insulin resistance with a single bout of exercise inthe rat:the role of PTP1B and IRS-1 serine phosphorylation［J］.J Physiol，2006，577(Pt 3):997-1007.

［22］Tanaka S，Hayashi T，Toyoda T，et al.High-fat diet impairs the effects of a single bout of endurance exercise on glucose transport and insulin sensitivity in rat skeletal muscle［J］.Metabolism，2007，56(12):1719-28.

［23］Hawley JA，Lessard SJ.Exercise training-induced improvements in insulin action［J］.Acta physiol(Oxf)，2008，192(1):127-135.

［24］Reynolds TH 4th，Reid P，Larkin LM，et al.Effects of aerobic exercise training on the protein kinase B(PKB)/mammalian target of rapamycin(mTOR)signaling pathway in aged skeletal muscle［J］.Exp Gerontol，2004，39(3):379-385.

［25］杜曉平，衣雪潔，符謙，等.運動干預對胰島素抵抗大鼠骨骼肌蛋白激酶B活性和蛋白與基因表達的影響［J］.中國康復醫(yī)學雜志，2009，24(4):303-320.