Diabetologia｜刘瑞/李益明/肖雷/何敏合作揭示IIB型PKA是G蛋白耦联受体增强胰岛素分泌的关键效应分子

2 型糖尿病是威胁人类健康的重大慢性疾病，胰岛 β 细胞 分泌 胰岛素不足是其核心 的 病理环节。 胰岛素分泌受到血糖的严格调控，这一过程称为葡萄糖刺激的胰岛素分泌 （ glucose-stimulated insulin secretion, GSIS ） 。一些代谢物和激素会调控这一过程， 引起胰岛素分泌 增加或者 减少 。 促 泌 激素 ，包括 胰高血糖素（ glucagon ） 和 胰高血糖素样肽 -1 （ glucagon-like peptide-1, GLP-1 ）等 ，激活其受体发挥促进胰岛素分泌的作用。这些促 泌 激素的受体均为激活型 G 蛋白 耦 联 受体 ，能够 激活腺苷酸环化酶，升高细胞内环磷酸腺苷（ cAMP ） 水平，从而 激活 蛋白激酶 A （ protein kinase A, PKA ） 等 ， 实现对 G SIS 通路调控【1】。 临床广泛使用的 GLP-1 受体激动剂 （如 利拉鲁肽 和 司美格鲁肽 ）调控血糖的机制正是基于对 GPCR–cAMP–PKA 这一关键促 泌 信号轴 的激活【2】。

近期，复旦大学附属华山医院内分泌科刘瑞团队 与 复旦大学脑科学研究院肖雷团队 合作 ，在糖尿病领域期刊 Diabetologia 在线发表 题为 Type IIB PKA serves as the primary effector of Gs -coupled receptor-potentiated insulin secretion in mice by orchestrating ion channels and granule phenotype 的研究论文 。 该研究证明， IIB 型 PKA 是胰岛 β 细胞中介导 Gs 耦 联 受体促胰岛素分泌效应的主要亚型；它通过协同调控 ATP 敏感性钾通道活性、电压 门控钙通道 活性 与胰岛素 囊泡 移动 ，把 GLP-1 、胰高血糖素、促卵泡激素（ follicle-stimulating hormone, FSH ）等激素信号转化为胰岛素分泌增强效应，为理解 促 泌 激素 的作用机制、开发精准调控 β 细胞功能的新策略提供了新的分子框架。

在经典的 GSIS 通路中，葡萄糖进入 β 细胞后代 谢产生 ATP ， 引起 ATP 敏感 钾通道（ K ATP ）关闭，细胞膜去极化并开放电压 门控钙通道 ， Ca 2+ 内流触发胰岛素 囊泡 胞吐 ，最终胰岛素释放到细胞外 。促 泌 激素 激活其受体，由 cAMP 转导其信号，其下游的 PKA 通过磷酸化修饰 G SIS 通路中的分子，发挥促进胰岛素分泌的作用。

PKA 是由两个调节亚基（ R ）与两个催化亚基（ C ）组装而成的四聚体，依据 R 亚基不同可分为 IA （ RIα ）、 IB （ RIβ ）、 IIA （ RIIα ）与 IIB （ RIIβ ）四种亚型 。 该 团队 前期 以封面文章形式在 The FEBS Journal 首次报道，胰岛 β 细胞主要表达 IA 型与 IIB 型 PKA ，其中 IIB 型 PKA 仅在 β 细胞 中 表达 [ 3 ] 。 然而，在胰岛β细胞中究竟由哪一种 PKA 亚 型负责 将 Gs 耦 联受体信号转化为促胰岛素分泌效应，长期以来并不清楚。

为了解析 I IB 型 P KA 的功能，研究 团队构建了 RIIβ 敲除 （ KO ） 小鼠 。 在腹腔糖耐量试验中， GLP-1 受体 激动剂 利拉 鲁肽（ 3 mg/kg 体重）可显著降低野生型（ WT ）小鼠血糖，而在 KO 小鼠中这一降糖作用明显减弱；将剂量降至 0.3 与 0.06 mg/kg 后，利拉鲁肽 的降糖效应 呈现剂量依赖 性 ， 并且该作用在 KO 小鼠中同样受到抑制。

随后，团队 利用多种方法 检测 胰岛 的 胰岛素分泌 能力 ：体内 GSIS 中，葡萄糖负荷后 10 min ， 注射 利拉鲁肽 的 WT 小鼠血浆胰岛素显著升高，而 KO 小鼠的升高幅度明显缩小；离体胰岛静态孵育中， 16.7 mmol/l 葡萄糖联合利拉鲁 肽 处理 的 WT 胰岛 分泌 胰岛素明显 增加 ， 而 KO 胰岛的增幅显著降低；胰岛动态灌流 实验 显示， 10 mmol/l 葡萄糖单独刺激时 W T 和 K O 胰岛 的 胰岛素 分泌曲线 及其 AUC 基本重合，加入利拉 鲁肽后 WT 胰岛 分 泌 胰岛素进一步增加 ，而 KO 胰岛 的 增幅显著降低 。 此外，当用 PKA 抑制剂阻断 GLP-1 对 PKA 的激活后， WT 与 KO 胰岛的胰岛素分泌回到相近水平。 以上结果提示， I IB 型 P KA 介 导了 G LP-1 的促进胰岛素分泌作用 。

那么， 这一效应是否为 GLP-1 受体所特有？研究团队进一步选用 glucagon 与 FSH 两种促 泌 激素进行验证 。 结果发现， glucagon 与 FSH 均可增强 WT 胰岛的 GSIS ，而在 KO 胰岛中其促分泌作用显著减弱；即便绕过受体，直接以腺苷酸环化酶激动剂 forskolin 激活 cAMP 通路， KO 胰岛的分泌 增强仍 显著低于 WT 。胰岛动态灌流 实验 中 依次 给予胰高血糖素、 FSH 和 forskolin ， KO 胰岛对三者的分泌应答（ AUC ）均显著下降。这提示 IIB 型 PKA 并非只参与某一特定受体的信号，而是 β 细胞响应多种 Gs 耦 联 受体促分泌信号的共同下游节点。

鉴于胰岛 β 细胞同时表达 IA 和 I IB 型 PKA ，研究团队进一步检测了 P KA 亚基的表达情况： RIIβ 缺失后， RIα 与催化亚基 Cα 均未出现代偿性上调。 进一步 ，利拉鲁 肽 处理 可显著升高 WT 胰岛中 PKA 底物磷酸化与 CREB 磷酸化水平，而在 KO 胰岛中这一激活效应明显减弱，说明 IA 型 PKA 无法替代 IIB 型 PKA 完成从 Gs 耦 联 受体 –cAMP 信号到促胰岛素 分泌效应的转化。

为了进一步探索 I IB 型 P KA 的作用 机制，研究团队首先聚焦 K ATP 通道 ，该离子通道 既是 PKA 的已知磷酸化底物，也是 磺脲 类降糖药的作用靶点。药理干预 实验 显示， K ATP 抑制剂甲苯 磺 丁 脲 在低糖与高糖条件下 均能促进胰岛素 分泌 ，而 在 KO 胰岛中 该作用明显 降低 ； K ATP 激活剂二氮 嗪 则在两组 胰岛 中均 显著 抑制 胰岛素 分泌。膜片钳直接记录 β 细胞的 K ATP 电流 ，结果显示 KO 细胞的电流 降低，且利拉 鲁肽对通道 的抑制作用消失。

除 K ATP 通道外， IIB 型 PKA 是否还有其他作用靶点？研究团队对分离胰岛进行 转录组 测序，结果显示 KO 胰岛中 60 个基因上调、 69 个基因下调， KEGG 富集分析指向胰岛素分泌与 cAMP 信号通路。进一步分析发现，多个电压 门控钙通道 亚基基因表达下调， qPCR 验证结果一致。 直接记录 β 细胞的 钙 电流 ，结果显示 KO 完全阻断 利拉鲁肽诱导的最大钙电流 。

除离子通道外，胰岛素 分泌囊泡 也是 PKA 发挥作用的重要环节。透射电镜显示， KO β 细胞的胰岛素 囊泡 直径变小、粒径分布整体左移，且质膜上锚定的 囊 泡 数量 减少 。 在 RIIβ 敲低的 细胞中，以 Syncollin -EGFP 标记胰岛素 囊泡， 经高 分辨共 聚焦成像与流式定量 分析 ， 结果 显示 敲低 细胞 中的囊 泡数量 下降。

综上， 该研究证明 IIB 型 PKA 是促 泌 激素调控胰岛素分泌的关键效应分子 ：经 Gs 耦 联 受体 –cAMP 通路激活后， IIB 型 PKA 通过调节 K ATP 通道活性、电压 门控钙通道 和 胰岛素 囊泡 移动 ， 最终促进 胰岛素分泌。该工作把 GPCR–cAMP–PKA 信号轴的认识从通路层面推进到亚型层面，为理解 促 泌 激素作用 提供了更精细的分子视角。鉴于 IIB 型 PKA 在 β 细胞中表达相对特异，围绕这一亚型开发亚型选择性调节剂，有望为提高 GLP-1 类药 物疗效、精准改善β细胞分泌功能提供新的靶点思路。

图 . IIB 型 PKA 介 导 G s 耦 联 受体增强 胰岛素分泌效应 的机制图

复旦大学附属华山医院内分泌科 刘瑞 、 李益明 、 何敏 与复旦大学脑科学研究院 肖雷 为本文共同通讯作者，复旦大学附属华山医院 刘滢、倪云志 、 范琳玲 ， 复旦大学脑科学研究 院 谢传 同 为本文共同第一作者。本研究 得到上海科技大学上海临床研究中心 蒋摇静 等的支持 。

原文链接： https://link.springer.com/article/10.1007/s00125-026-06781-8

制版人：十一

参考文献

1. Varney MJ, Benovic JL. The role of G protein-coupled receptors and receptor kinases in pancreatic β-cell function and diabetes.PharmacolRev.2024;76(2):267-299.

2. Drucker DJ. Mechanisms of action and therapeutic application of glucagon-like peptide-1.CellMetab.2018;27(4):740-756.

3. Jiang Y, Sun Q, Xie C, et al. Type IIB PKA-regulated cell cycle entry in pancreatic β cells.FEBS J2022;289(10):2865-2876.

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（*排名不分先后）

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