胰島素樣生長因子的相關研究

關于胰島素樣生長因子的相關研究第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日GH血清能刺激S滲入體外培養(yǎng)的軟骨中GH沒有作用培養(yǎng)液GH本身不能直接刺激軟骨生長，而是通過一種“硫酸化因子”起作用的無垂體一.IGF-Ⅰ的發(fā)現(xiàn)1957年Salmon和Daughaday第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日一.IGF-Ⅰ的發(fā)現(xiàn)

1963年Froesh等發(fā)現(xiàn)血清中對肌肉和脂肪細胞的胰島素樣作用只有小部分被胰島素的抗血清抑制，剩下不被抑制的胰島素樣活性可溶于酸化的乙醇中，并命名為NSILAS即不被抑制的胰島素樣活性(nonsuppressibleinsulin-likeactivity)。

1972年Pieron和Temin從牛血清中純化出一種能刺激細胞分裂的因子，命名為“增殖刺激活性”。第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日一.IGF-Ⅰ的發(fā)現(xiàn)

在上述三個實驗完成后，人們發(fā)現(xiàn)了上面三種物質(zhì)所具有的不可抑制的胰島素樣活性及生長刺激作用。隨著分子生物學技術的發(fā)展，1978年人們純化了兩種形式的NSILA(Ⅰ、Ⅱ)并發(fā)現(xiàn)其結構與胰島素原相似，分別命名為胰島素樣生長因子Ⅰ、Ⅱ(IGFⅠ、Ⅱ)以強調(diào)它們與胰島素結構的同源性。同時證實了“硫酸化因子”和“增殖刺激活性”與IGF為同一蛋白多肽家族IGFs的成員。第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日二.IGF-Ⅰ的結構IGFs家族IGFBPGH-IGF軸IGF-Ⅰ第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日二.IGF-Ⅰ的結構IGFs家族：

IGFs家族由兩種低分子多肽(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、兩類特異性受體及六種結合蛋白組成。許多組織可以合成、分泌IGFs，但循環(huán)中的IGFs則主要是由肝臟分泌的。IGFs的生物學功能是通過與特異性的靶細胞表面的受體結合而實現(xiàn)的。已發(fā)現(xiàn)結構完全不同的兩種IGF受體：IGF-Ⅰ受體和IGF-Ⅱ受體(即甘露糖-6磷酸受體)分別又稱Ⅰ型受體，Ⅱ型受體。

第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日IGFBP：

IGFs與其它的生長因子不同，在細胞外液、細胞培養(yǎng)液中都與特異性的結合蛋白(BindingProteins,BPs)結合，以無活性的復合物形式存在。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)6種IGFBP1，2，3，4，5，6，其特征性的結構構成了一個相關性分泌蛋白家族，均為低分子肽類，50%結構相似。它們與兩種IGF都具高親和力，而不與胰島素結合。正常情況下，IGF與其結合蛋白的親和力大于或近似等于與其受體的結合，加之高親和力受體低表達，使少量游離IGF與大量IGF/IGFBP復合物處于平衡狀態(tài)。二.IGF-Ⅰ的結構第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日GH-IGF軸：IGFs的合成與分泌受血液中生長激素水平的控制，循環(huán)中IGFs對GH的分泌具有負反饋調(diào)節(jié)作用，從而形成了一個生長激素—胰島素樣生長因子軸（GH-IGFaxis），對機體組織的分化、增殖及物質(zhì)代謝具有重要的調(diào)節(jié)作用。二.IGF-Ⅰ的結構第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日二.IGF-Ⅰ的結構

胰島素在循環(huán)中的濃度在pmol水平；IGF-Ⅰ在循環(huán)中的濃度在nmol水平（人約為25nmol/L）。IGF-Ⅱ在人血清中的濃度更高（約100nmol/L）。血中IGFs只1%左右是游離的，其余都和胰島素樣生長因子結合蛋白（IGFBP）結合，這種蛋白調(diào)節(jié)IGFs作用的發(fā)揮。某些IGFBP和胰島素樣生長因子的親和力要比IGF受體更強，因而可阻止IGFs的作用。磷酸化蛋白水解酶能降低IGFBP對IGFs的親和力，增加游離IGFs濃度，這樣IGFs和IGF受體結合也隨之增加，其生物學作用便也增加。第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日IGF-Ⅰ：

IGF-Ⅰ是70個氨基酸的單鏈多肽，分子質(zhì)量7649D，廣泛分布于卵巢、輸卵管、子宮內(nèi)膜和胎盤等組織中。血液中的IGF-Ⅰ主要由肝細胞合成和分泌，是一種重要的生長刺激因子。IGF-Ⅰ通過其類胰島素樣作用，促進組織攝取葡萄糖，通過增加細胞對氨基酸和糖原的吸收，刺激糖異生和糖酵解進而促進蛋白質(zhì)和脂肪合成，其生物學活性主要受IGF-ⅠR及IGFBPs的調(diào)節(jié)，在體內(nèi)IGF-Ⅰ通過內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌方式發(fā)揮生物學作用：調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝；促進生長、免疫調(diào)節(jié)及參與神經(jīng)元保護和突觸重建等。二.IGF-Ⅰ的結構第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日

IGF-Ⅰ和胰島素原有50%的序列相同。但和胰島素不同的是，它在循環(huán)中仍保留相應于胰島素C肽的那部分，并有一延長的羧基端。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ有70%的序列相同。胰島素原二.IGF-Ⅰ的結構第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日

GH是血液中IGF-Ⅰ濃度的主要調(diào)節(jié)物。垂體切除后，血清中IGF-Ⅰ的濃度降至正常水平的3%，而周邊組織中的IGF-I降至12%~79%，表明肝IGF-Ⅰ的合成量顯著下降，肝臟對GH的敏感性顯著高于其他組織，IGF表現(xiàn)出GH依賴。盡管GH素是肝臟分泌IGF-Ⅰ的主要調(diào)控者。然而肝臟GH受體數(shù)量是實現(xiàn)GH對IGF-Ⅰ調(diào)控的保證。對于家畜，外源性GH可通過上調(diào)肝臟受體而提高IGF-Ⅰ的濃度，促進動物生長。而禽類屬非生長激素依賴型，慢性注射GH并不提高血漿IGF的水平和動物生長速度。三.IGF-Ⅰ的分泌調(diào)節(jié)GH對IGF分泌的影響第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日

將IGF-Ⅰ引入絕食小鼠，使IGF-Ⅰ的量與非絕食的對照小鼠相當，則絕食小鼠的體重顯著減少，而注射GH沒有效果，表明營養(yǎng)狀況可以直接影響IGF-Ⅰ的合成與分泌。牛血中IGF濃度與日糧營養(yǎng)物質(zhì)的攝入和營養(yǎng)狀況有關，血清中IGF-I的短期變化主要由氨的攝入量引起。IGF-Ⅰ的濃度隨著日糧酪蛋白濃度的增加（l0～2500mg/kgw0.75)而線性增加。也有報導粗蛋白是影響血中IGF-Ⅰ濃度的主要因素。低營養(yǎng)水平能削弱IGF對GH的反應，使IGF-Ⅰ不能正常的受到GH的調(diào)節(jié)。蛋白質(zhì)不足(能量不變)抑制IGF-I的表達，年齡越小，抑制作用越強。氨基酸的充足供應是肝臟IGF-Ⅰ基因表達的必需條件。研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中蛋白質(zhì)濃度的升高，脂肪組織中IGF-ⅠmRNA的表達量升高，若用結合GH處理作用效果更加明顯。而日糧蛋白質(zhì)對肝臟、骨骼肌IGF-ⅠmRNA無效果或效果不明顯。三.IGF-Ⅰ的分泌調(diào)節(jié)營養(yǎng)水平對IGF分泌的影響第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日

性激素并不直接促進IGF的分泌。然而可通過影響GH或其它的激素間接影響IGF的分泌。研究發(fā)現(xiàn)，雌（甾）二醇（Oestradiol）處理的牛GH分泌加強，GH受體數(shù)量增加，調(diào)節(jié)生長軸相應的增加IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ分泌，實現(xiàn)促生長作用。這說明性激素可通過GH對IGF的調(diào)控實現(xiàn)促生長作用。三.IGF-Ⅰ的分泌調(diào)節(jié)性激素對IGF分泌的影響第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-Ⅰ與生長發(fā)育IGF-Ⅰ與蛋白代謝IGF-Ⅰ與脂代謝IGF-Ⅰ與乳腺及泌乳IGF-Ⅰ與糖尿病IGF-Ⅰ與腫瘤第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-I與生長發(fā)育

IGF-Ⅰ作為一個重要的有絲分裂原，在機體中的主要作用是促進細胞的生長分化。IGF是動物生長的直接調(diào)節(jié)物，可以刺激多種細胞的增殖與分化，促進蛋白質(zhì)的合成和結締組織及骨髓的產(chǎn)生。妊娠小鼠缺乏IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ時，仔鼠的初生重降低40%，這種生前的受阻可持續(xù)到成年期。而IGF-Ⅰ過度表達的轉(zhuǎn)基因小鼠，其肌肉和結締組織的量顯著提高。第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能一定量的IGF-Ⅰ

促進大鼠BMSCs向成骨細胞分化。在成骨培養(yǎng)基中添加50~200ng/ml的IGF-Ⅰ可以促進大鼠BMSCs向成骨細胞分化。并存在劑量反應關系，其產(chǎn)生最大效應的濃度為100~200ng/ml。（BMSCs：髓間充質(zhì)干細胞——在骨髓中存在的一種具有多向分化潛能的干細胞。）IGF-Ⅰ對BMSCs向成骨細胞分化的影響和機制研究第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日PDGF與IGF-Ⅰ聯(lián)合應用可顯著促進成骨細胞DNA、膠原蛋白、堿性磷酸酶的合成，對促進成骨細胞的增殖與分化功能具有協(xié)同作用。PDGF可間接增加膠原蛋白的合成，它是通過刺激細胞增殖數(shù)目來增加膠原合成，而IGF-1是通過提高1型膠原mRNA表達水平來增加成骨細胞膠原蛋白的合成。將PDGF用于體外培養(yǎng)的牛骨組織中，發(fā)現(xiàn)PDGF可增加膠原蛋白的降解，而將PDGF與IGF-1聯(lián)合應用，一方面可加強成骨細胞膠原蛋白的合成，另一方面由于IGF-Ⅰ的存在可減少PDGF對膠原的降減作用，從而維持骨膠原含量的穩(wěn)定，增加骨膠原的總量。PDGF與IGF-Ⅰ的聯(lián)合促進了ALP合成，可明顯促進成骨細胞由不成熟型向成熟型分化，這對骨基質(zhì)的礦化以及骨折中硬骨痂的形成具有積極意義。（PDGF：血小板衍生生長因子——存在于多種組織中的促細胞有絲分裂的多肽生長因子，能刺激多種細胞分裂增殖）（ALP：堿性磷酸酶——成熟骨細胞的標志之一，其活性高低可反映成骨細胞的成熟狀況。）四.IGF-Ⅰ的生物學功能血小板衍生性生長因子（PDGF）與胰島素樣生長因子IGF-Ⅰ對成骨細胞增殖及分化的影響第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-Ⅰ與蛋白代謝早期研究顯示，蛋白性營養(yǎng)不良的患者，總是伴隨著低水平的IGF-Ⅰ。同樣，體外培養(yǎng)的肝細胞，在氨基酸濃度只有正常20%的條件下培養(yǎng)，IGF-Ⅰ的表達量只有正常對照的一半。經(jīng)觀察，大鼠經(jīng)過12h和24h的蛋白限制，血清IGF-Ⅰ分別下降58%和66%。第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

IGF-Ⅰ的合成作用明顯不同于胰島素。胰島素可抑制蛋白質(zhì)降解，但不影響蛋白質(zhì)合成。GH則可促進蛋白質(zhì)合成，不影響蛋白質(zhì)的降解。IGF-Ⅰ在低濃度[15μg/(kg·h)]尚未影響到糖代謝時，就已對蛋白代謝產(chǎn)生了作用。因此，血清IGF-Ⅰ水平可以反映機體氮平衡的變化。目前，血清IGF-Ⅰ的測定已被作為了解蛋白-能量代謝的一個指標應用于臨床。第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-Ⅰ與脂代謝

IGF-Ⅰ除能維持人體正常的生長發(fā)育外，還與脂質(zhì)代謝有關。1989年Salomom等發(fā)現(xiàn)，GH缺乏的患者，血清膽固醇(Tc)水平明顯升高，經(jīng)補充GH之后，血清Tc又顯著降低。該研究提示，GH可以調(diào)節(jié)Tc的代謝。隨后認識到，這除了GH本身的作用以外，IGF-Ⅰ的參與可能也是一個重要原因。動物實驗證實，IGF-Ⅰ能明顯降低血清Tc水平。給健康人補充IGF-Ⅰ，血漿脂蛋白LD(a)、Tc、甘油三酯均明顯下降。第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-Ⅰ與乳腺及泌乳IGF可通過相應受體直接作用于乳腺。乳尤其是初乳中含有高濃度的IGF-Ⅰ，這對乳腺最終分化完全、發(fā)育成熟與生成乳汁有決定性作用。IGF-Ⅰ強有力地刺激乳腺癌細胞的生長。乳腺上皮細胞產(chǎn)生和分泌IGFBP，結合蛋白可能調(diào)控著IGF-Ⅰ的活性。第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

奶牛的產(chǎn)奶量取決于乳腺細胞的數(shù)量及泌乳能力，IGF-Ⅰ可以促進奶牛乳腺細胞的增殖、分化和調(diào)節(jié)泌乳功能，從而提高奶牛的產(chǎn)奶量。

IGF-ⅠmRNA的表達在青春期和妊娠期顯著高于泌乳期和退化期，IGF-Ⅰ對維持乳腺上皮細胞的增殖和存在起重要作用，特別是在青春期和妊娠期。IGF-1在奶牛乳腺的表達及其對乳腺上皮細胞泌乳功能的影響第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

添加外源性

IGF-Ⅰ能顯著促進乳腺上皮細胞

IGF-ⅠR的表達，并通過IGF-ⅠR介導促進乳腺上皮細胞的增殖和β-酪蛋白的表達，其中以添加選取50μg/mL的IGF-Ⅰ作用48h檢測乳腺上皮細胞增殖為宜，以添加50μg/mL的IGF-I作用24h檢測最佳。

在導管形態(tài)發(fā)生的青春期乳腺發(fā)育階段主要是乳腺產(chǎn)生的局部IGF-Ⅰ起作用，即使缺少來自內(nèi)分泌途徑的IGF-Ⅰ，小鼠乳腺導管分支也不受影響。第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IGF-Ⅰ與糖尿病

近年的研究表明,糖尿病時存在生長激素(GH)/胰島素樣生長因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)軸的異常,表現(xiàn)為循環(huán)中GH升高、IGF-Ⅰ水平低下,并伴有胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBPs)的改變,這些異常改變與胰島素缺乏、GH分泌調(diào)節(jié)紊亂、高血糖等有關。

1型糖尿病和控制不良的2型糖尿病患者,普遍存在IGF-Ⅰ水平的降低,這與肝臟GH抵抗有關。糖尿?。篏H↑肝臟對GH的抵抗↑IGF-Ⅰ↓對垂體GH分泌的負反饋作用↓GH的過度分泌。第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

95%以上的IGF-Ⅰ與IGFBP-3結合,其余的主要與IGFBP-Ⅰ和IGFBP-∥結合。IGF-Ⅰ、IGFBP-3與酸不穩(wěn)定亞單位(ALS)形成穩(wěn)定的相對分子量為150kD的三聚體,該復合物是IGF-Ⅰ的主要儲備方式,使其免受降解,延長IGF-Ⅰ的半衰期,調(diào)節(jié)到達組織的IGF-Ⅰ的活性。因此,IGFBP-3對調(diào)節(jié)IGF-Ⅰ的生物活性具有重要作用。肝臟IGFBP-3的合成受GH、胰島素、IGF-Ⅰ、飲食等的調(diào)節(jié),其水平與IGF-Ⅰ呈正相關。

第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

有研究發(fā)現(xiàn),1型糖尿病患者ALS水平較正常人下降30%。因此,糖尿病時循環(huán)中IGFBP-3和ALS水平的降低將使IGF-Ⅰ的水平進一步降低。1型糖尿病和控制不良的2型糖尿病患者,循環(huán)中IGFBP-1水平顯著升高,過多的IGFBP-1多以磷酸化形式存在,磷酸化的IGFBP-1與IGF-Ⅰ的親和力較非磷酸化者高4~6倍,因此減少了游離IGF-Ⅰ的水平,降低其生物活性,加重GH高分泌。第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能胎盤中IGF-1表達水平與妊娠期糖尿病巨大兒的相關性研究

全球妊娠期糖尿?。ê喎QGDM）：不同于1、2型糖尿病，但其發(fā)病病因及機理與2型糖尿病有許多相似之處，指懷孕前并未患糖尿病，但懷孕期間首次出現(xiàn)或發(fā)生的不同程度的糖代謝異常的現(xiàn)象。

通過檢測GDM孕婦及非GDM孕婦血清IGF含量，發(fā)現(xiàn)GDM孕婦血清IGF-Ⅰ水平明顯低于非GDM組，但GDM孕婦分娩新生兒臍血IGF含量卻高于非GDM母親分娩新生兒。第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能

血清中IGF-Ⅰ水平可能與GDM發(fā)生有著密切的關系，母血和臍血中IGF是兩個互不相干的系統(tǒng)，母血的IGF-Ⅰ不能通過胎盤屏障，臍血中IGF可能直接由胎盤及胎兒自身產(chǎn)生。

IGF-Ⅰ水平增加可能與GDM孕婦巨大兒的形成密切相關，其機制可能與以下幾點有關：①IGF-Ⅰ能促進細胞生長、分裂，抑制細胞凋亡，這可能是巨大兒形成的最主要機制；②IGF-Ⅰ能加速糖原、脂肪及蛋白質(zhì)合成，抑制蛋白質(zhì)降解，促進胎兒生長發(fā)育；③IGF-Ⅰ能影響胎盤的轉(zhuǎn)運功能，降低胎盤對氨基酸的需求而影響胎盤代謝，從而促進胎兒生長。第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日四.IGF-Ⅰ的生物學功能IG