文摘

与胰岛素原的划时代的发现开始,c -肽发挥了重要跨学科的角色,既是单链前体分子的一部分,作为一个单独的实体。开创性的年,基本系统实验揭开新的生化机制和化学结构。在人类血清c -肽的第一检测后,它迅速成为最有用的胰岛素合成和分泌的独立指标,发现应用程序在一个快速越来越多的临床调查。先决条件是特定的胰岛素原免疫分析的发展和c -肽。进一步的里程碑:几个c -肽的化学合成和合成胰岛素原的成就;检测preproinsulin的轴承在理解蛋白质生物合成;先锋作用的胰岛素,胰岛素原、c -肽和mini-C-peptides DNA重组技术的发展;和酶的发现胰岛素原的endoproteolytic处理成胰岛素和c -肽,完成生物合成的途径。今天,c -肽继续作为一个特殊的糖尿病学及相关领域的诊断工具。因此,它的被动的角色。 Evidence for its active role in physiology and pathophysiology is more recent and is subject of the following contributions.

1。介绍

发现胰岛素原的施泰纳和他的同事。([1],引用其中)不仅打开了了解胰岛素biosynthesisbut机制还刺激激素原的概念的发展,由Givol首次提出在1965年(见[2])。这是一个里程碑的说明蛋白质的生物合成。

一旦胰岛素原的结构是已知的,研究开发以及两个相互关联的行:完整的胰岛素原父分子,其“后代”,连接肽或c -肽。胰岛素原研究进行上游的前身,下游对转换,在宽度,指示,例如,在不同的物种。实验工作发生在所有的水平,从体外研究细胞和组织的亚细胞尺度在动物体内研究。很快,调查是针对男人。研究健康的男人和患者在糖尿病研究和诊所得到了越来越多的重视。有两个方面:c -肽胰岛素原的一个组成部分,c -肽作为单独的实体。最初的生化研究c -肽后不久开始,越来越多的独立生活。再一次,有两个主要方向:c -肽作为糖尿病诊断标记,和c -肽生物活性分子。这些研究,基于本机分子(s),辅以合成化学。

c -肽的文学是广泛的。图1基于搜索在Medline,描绘了发展5年的间隔。针对大量的出版物,这一历史回顾只能是很零碎的。特别是,给个人信用科学家尽可能完整的引用将在很大程度上被限制在选定的评论。由于c -肽的生物活性的主题这个特殊的问题,这个问题只会被开发。


图1
c -肽出版物的发展。

2。第一个十年1967 - 1976

2.1。开创性的年

成功的化学合成的胰岛素,B-chains给生物活性胰岛素制剂及其组合,是一个里程碑多肽/蛋白质科学(2]。但单独的低收益率获得通过组合链复活的关键问题:胰岛素生物合成,所以如何有效地通过自然?

现在整整40年,答案来自唐施泰纳和菲利普听审的开创性工作3]。标签与人类胰岛细胞腺瘤导致实验的发现一种蛋白质分子量10800。胰蛋白酶在乳沟,收益率胰岛素样物质。得出的结论是“这是可能的前体蛋白开始由单一多肽链的氨基端胰岛素B链序列的结束,终止链序列,和轴承正常链之间的额外的段多肽序列。”

后续实验与人体组织和孤立的小岛从老鼠显示优雅的生物合成前体之前出现的胰岛素,名叫“胰岛素原”建议这种蛋白质(4]。

1968年,机会等。5隔离和描述从水晶猪胰岛素。胰岛素原他们阐明33-peptide的氨基酸序列,连接指定的“连接肽链和胰岛素。“因此,施泰纳的发现和概念是确认和扩展,和所有未来的工作现在可以基于固体protein-chemical理由。图2描述了c -肽的结构和显示人类c -肽的序列。

(一)人类胰岛素原的示意图表示。基于机会et al。[5]。B-chain(黄色)和连锁(绿色)是联系在一起的c -肽(红色)通过两对基本氨基酸残基(蓝色)
(一)人类胰岛素原的示意图表示。基于机会et al。[5]。B-chain(黄色)和连锁(绿色)是联系在一起的c -肽(红色)通过两对基本氨基酸残基(蓝色)
(b)的人类c -肽序列(31个氨基酸,参见[1])
(b)的人类c -肽序列(31个氨基酸,参见[1])
图2

系统的跟踪研究实验室的施泰纳et al。4)迅速更清楚地了解这一令人兴奋的发现。工作在两个主要方向,连接被许多事实和知识交叉连接。生化研究在体外合成系统,和隔离/描述可用的来源。胰岛素原和C-peptide-like化合物被发现的副产品水晶猪胰岛素和胰岛素在商业的准备工作;和孤立的,他们可以检测到在人血浆、尿液和胰腺。

针对c -肽的作用的关键问题是回答在一个令人印象深刻的实验:施泰纳和克拉克。(1968年,[4)能够成功证明完全减少胰岛素原,再氧化,高收益率的胰岛素原。因此,胰岛素原的主要作用是促进有效的胰岛素的二硫键的形成。

在第二年,它可以显示两个胰岛素原生物合成的老鼠。胰岛素原的自由连接段可以检测并被命名为c -肽。发现约等量的胰岛素和c肽分泌。c -肽可以从牛和人类胰腺,孤立和牛胰岛素原的序列是阐明4]。

最富有成效的合作部门之间的生物化学和医学已经开始在芝加哥,和生化研究向临床糖尿病研究令人印象深刻的扩展。已经在1969年,一个微分与胰岛素原和胰岛素抗体免疫测定是由鲁宾斯坦et al .,看到6),并允许在人类血清和血浆c -肽的检测。作者考虑一个可能的监管之外的c -肽的功能ß细胞。

在化学方面,肽的科学家赫斯特公司已经成功在1968年的第一个化学合成猪c -肽(盖革等。7])。肽链的合成组装解决方案从几个片段。

随后,重点是进一步转向研究的人。一个重要的先决条件是明确的c -肽测定方法的可用性。为此,一个特定的放射免疫检定法的基础上开发人类的c -肽和孤立131年我Tyr-C-peptide。克分子数相等的数量的胰岛素和c -肽被发现在胰腺和循环(Melani et al ., 1970年,[6])。扩展在人类的研究表明,c -肽的存在循环的健康以及肥胖人群和指向c -肽的潜在价值的独立指标β细胞的功能。

猪胰岛素原的可用性使莉莉科学家开展大量的激素原转化的实验和化学以及生物学和免疫学特性描述产生的中间体(机会,1970年,看到8])。第一次实验对胰岛素原晶体的结晶和初步的x射线分析报告。

1971年,胰岛素50周年庆祝印第安纳波利斯的研讨会。这是适当的平台展示和讨论艺术的状态。

密集protein-chemical几组的工作,特别是在芝加哥和新生公司在丹麦,胰岛素原、c -肽的分离和分析结果在人类c -肽的制备(Markussen et al ., 1971)和序列的测定(审理et al ., 1971年,Ko et al ., 1971),隔离的牛c -肽(施泰纳et al ., 1971年,Salokangas et al ., 1971),和序列的确认了(8]。重新审视的猪肉胰岛素原的顺序会导致未成年人更正:Gln 陆。

在精炼研究胰岛素原 胰岛素的转换,一个有用的模型的转换酶系统ß细胞了。牛胰岛素原的治疗在体外与胰蛋白酶结合羧肽酶B的过量导致完整的胰岛素和c -肽定量过程(凯姆勒et al ., 1971年,[9])。

3所示。未来五年1972 - 1976

一开始,其他几个物种的c -肽的主要结构是阐明,鼠,马,猴,羊,狗施泰纳的实验室,随后在1973年由鸭(Markussen & Sundby)的序列,和1974年的豚鼠c -肽。同时,系统研究胰岛素原的转换在孤立的大鼠胰岛胰岛素和subcelllular分数进行进一步说明这些过程(凯姆勒et al ., 1973年,塔格et al ., 1973)的引用,看到Steiner et al。9],Kitabchi [10]。

在1975/6,设定的另一个里程碑是斯坦纳和他的同事(11)我们理解蛋白质生物合成的基本轴承。读翻译实验老鼠的小岛或胰岛肿瘤导致生成标记蛋白的分子质量和23个额外的氨基酸NH 11500道尔顿2终端B-chain的胰岛素原序列,这叫preproinsulin。这种疏水性的n端氨基酸序列扩展是北半球2-X-Leu(赖氨酸)Met-x-Phe-Leu-Phe-Leu-Leu(赖氨酸)Leu-Leu-x-leu -陈(et al。11])。信号序列快速裂解。扩展在/ n端附近的信号肽是后来发现在几乎所有的分泌蛋白(动物、植物、细菌),[9]。

关于命运和c -肽的生物作用,大鼠肾脏定义为主要调查机关负责胰岛素原的降解和c -肽(Katz和鲁宾斯坦,1973,请参阅[9,10])。非常小心和扩展研究Kitabchi c -肽的生理功能和活动在各种条件下都是负面的。结合其他研究的文献,得出分子缺乏活动(8]。

这一时期的特点是在肽化学相当大的活动。总合成人胰岛素原的挑战,在那些日子里指的是大会的86个氨基酸的解决方案,都是在日本和德国在1972/3 Naithani et al。12],Yanaihara et al。13),和引用)。几个胰岛素原肽,和一个新的完成猪c -肽的合成,随后不久人类c -肽的化学合成在两个实验室。相当数量的肽从人类、猪和牛c -肽,主要用于免疫。修改人类胰岛素原的c -肽改善属性等(见下文)。

施泰纳和克拉克的氧化还原实验胰岛素之间的二硫桥链的形成显然已证明的必要性改变双分子的过程(如链与单独的连锁店)组合成一个单分子,分子内反应。然而,链长度仍然开放的重要的问题。氧化还原实验miniproinsulins给答案。他们证明短桥只有8个碳原子可以充分发挥c -肽的作用,导致高收益率(正确的党卫军配对勃兰登堡和Wollmer14])。这些发现证实和延长林赛,盖革& Obermeier和会&木匠,看到15]。在随后的详细研究/胰岛素原的再氧化,减少Markussen & hed(1973年,1975年,看到16)确定参数牛胰岛素原的形成。研究与miniproinsulins铺理由后胰岛素生产通过最小的连接(16]。

平行制备化学,物理化学研究1972 - 1976年之间在多个实验室瞄准crystallisability获取信息,三维结构和构象的胰岛素原/ c -肽(如之中和弗兰克,1972;沃伊特和Wollmer, 1976,请参阅[9,10])。

在1973年至1976年之间,有一个相当大的增加,减轻免疫研究。化学合成c -肽,其衍生品和碎片允许探索人类的免疫特性,猪和牛的c -肽(12,13),并生成各种特定的抗体免疫测定的发展,尤其是ria,作为体内研究和分析工具在正常/疾病条件下为抗原性以及测试。附件的酪氨酸与125 - c -肽允许后标签碘,因此合成人类125年I-Tyr-C-peptide [12)扮演特殊角色定制示踪分子。一个氨基衍生物,人类carbobenzoxy -C-peptide (Z),与albumin-conjugated抗原免疫后,滴度特别高在豚鼠17]。

RIA的可用工具,体内实验的数量和程度调查,尤其是临床研究正在上升。c -肽分析被用于各种各样的研究,例如:在肝脏代谢,酮症酸中毒,观察治疗糖尿病母亲的婴儿来insulin-induced低血糖,在口服葡萄糖耐量试验,或在比较门户和外周血。进一步的研究扩展到患者胰岛细胞肿瘤或旁边的刺激。检查儿童青少年糖尿病,Ludvigsson hed [18]96年发现糖尿病的孩子,35.4%的人可检测的c -肽水平。的详细讨论循环胰岛素原的临床意义和c -肽看到鲁宾斯坦et al。19]。

4所示。第二个十年1977 - 1986

到1977年,已经完成了基础研究的主要目标。今天评论,看到施泰纳“胰岛素”(20.]和Kitabchi [10]。c -肽现在成为一个不断增长的因素在各种条件下临床研究和诊断。

见图1,有一个数量的急剧上升出版物描述工作与c -肽有关。1977年,PubMed收益率72答案“c -肽+胰岛素原,”43 = 60%关注各种各样的研究都是基于c -肽的测定血液、血浆或尿液。因此,除了有限的一个更根本的性质的进一步研究,研究几乎完全应用指导,也就是说,利用c -肽的独特属性作为一个独立的指标β细胞功能和胰岛素分泌正常和糖尿病条件。

艺术的状态在本世纪初是总结三个代表大会:1978年美国c -肽研讨会和座谈会在胰岛素原,胰岛素和c -肽在德岛,日本,随后在1979年由国际研讨会在亚琛的胰岛素和相关激素,德国。在化学和生物化学实验工作进展顺利,导致显著的成就:完成的总化学合成胰岛素原来自16个片段在日本已经完成,产品收益率10%的免疫反应性(Yanaihara et al ., 1979年,[21])。德国亚琛竞争对手的成功合成两个碎片1-45和46 - 86,横跨整个序列的激素原21])。

在生物化学和分子生物学,研究胰岛素原前体成功,1977年,在牛的隔离和描述preproinsulin翻译系统在1978年读到的数据的探测和识别preproinsulin胰岛细胞(见[22])。

再次新篇章的极端重要性和后果是:打开DNA重组技术。之前在一些情况下,胰岛素是假设一个开创性的作用。尽管two-chain分子,它是建立在第一个候选人大肠杆菌通过这种革命性的方法。第一次检测的免疫反应性的胰岛素(23)随后在制备规模(24]。而通过不同的方法——B-chains和随后的组合非常高效,胰岛素原基因的最佳前体(25]。因此,除了人类胰岛素治疗糖尿病,人类胰岛素原在数量和c -肽成为目前研究和其他应用程序。仅仅两年后,流程是成功地转移到eucariontic细胞(Lomedico et al ., 1982年,[1])。

c -肽的应用作为诊断工具dep——结束极度敏感的可用性和选择性分析方法。尽管1976年进展明显,需要进一步发展和改进的免疫方法,特别是RIA,是相当大的。有趣的是,1977年不少于5篇论文对ria的发展发表在日本。除了其他问题,缺乏抗原探测器肯定是一个限制因素。自1980年以来,这个障碍是克服通过生物合成人胰岛素原的可用性和c -肽。免疫学研究的例子是一个非常仔细研究有三个试验系统使用不同的抗血清Kuzuya et al ., 1978年,[26),针对检测和避免陷阱。人类proinsulin-specific可以通过单克隆抗体识别抗原决定因素,并允许提示对c -肽构象(马德森et al ., 1984年,[27])。

方法的发展以及大量的临床研究的结果在1980年和1986年之间被Gerbitz编译三评论(26),波隆斯基,鲁宾斯坦(27)以及Faber和粘结剂(28]。缺陷和限制的决心了胰岛素的分泌和肝提取(27]。外围的使用c -肽浓度被认为是有价值的半定量的β细胞分泌活动的标志。然而,精确的量化比较困难和不可能的。确认之前的观察,它是说,多达15%的1型糖尿病患者保留终身β细胞的功能,在大约10%的非糖尿病患者中观察到个人28]。

5。第三个十年1987 - 1996

生物合成机制的调查导致另一个成功。经过长时间在1990/1991,扩展搜索在几个实验室,胰岛素原的酶负责endoproteolytic处理成胰岛素和c -肽终于发现了。PC2, 638 -残留蛋白质由Smeekens通过人类胰岛瘤DNA鉴定,施泰纳(1990),和生物(PC1), 753 -残留蛋白质,由Smeekens et al ., 1991。两者都是枯草杆菌蛋白酶相关的丝氨酸蛋白酶。选择性裂解后C /结Lys-Arg或B / C结Arg-Arg产品生成C端基本残留。这些残留物,见后,终于被羧肽酶E,外肽酶。详细讨论,请参阅施泰纳(1,29日]。

临床方面的c -肽作为诊断工具留在中心,所记录的大量的出版物。例如,c -肽是一种有价值的参数评估胰腺β细胞功能的移植受者,据1994年丹麦和瑞典研究小组换车(30.]。

自1994年以来,这个问题“c -肽生理作用吗?“收益,发现积极的答案在几个方向31日]。积极的实验证据是硬化,到1996年,随着新的生理效应进行了研究。结论是:c -肽生物活性激素(32]。消极的方面是观察体外研究指向一个可能的c -肽参与amyloid-like纤维的形成。因此可能发病机理的重要性的胰岛淀粉样蛋白(33]。

6。第四个十年1997 - 2006

非常生动的肖像的c -肽是画的施泰纳在他的评论“胰岛素原C-peptide-a多用途模式”(1]。总结我们的知识从进化方面c -肽的作用在处理从它的结构分析和临床应用。后者包括,和之前一样,大部分的研究发表在这一时期。

非常大量的化验胰岛素,胰岛素原(s)和c -肽在1999年由克拉克(34]。现在进一步方法论进步目标在克服前面的困难在会计代谢清除的c -肽与胰岛素之间存在较大的差异。新开发有效的反褶积方法的c -肽值允许广泛使用c -肽分析评价ß细胞功能(O ' meara•波和,2001年,[1])。提出了标签与稳定同位素作为一种新的工具,体内药代动力学和代谢研究(35]。c -肽的重要性在糖尿病的分类,以及其潜在的临床应用,综述了Medline文献搜索的基础上(36]。

更多的研究指向c -肽的生物活性。基于与胰腺移植,观察胰岛素和c -肽的组合替代糖尿病治疗被认为是有益的(36]。两个国际专题讨论会收集专家和概括的艺术:2000年,“细胞生理和临床c -肽的影响“在底特律,密歇根州,2003年”c -肽的生理和病理生理活动。“超出了研究成果的展示,会议是针对c -肽的潜在治疗价值替代在预防和改善1型糖尿病并发症和识别眼前的c -肽的研究方向(见[37)和随后的论文)。

7所示。第五个十年2007年

初的第五个十年,临床应用仍然是占主导地位的领域;没有新的工作在化学或物理化学。c -肽测量比较在国际行动,来自7个国家的15个实验室参加(38]。

一个非常活跃的领域是干细胞研究。c -肽细胞活动的又一个非常有用的标记在探索系统和文化条件。它作为一个独立指标尤为重要,因为胰岛素的来源细胞培养的条件下并不总是明确的(39]。除了一些研究人类和小鼠胚胎干细胞,间充质干细胞研究,例如在40]。人类脐带血液干细胞能被设计用来从事从头合成的胰岛素,作为第一证明了登纳et al。41]。c -肽也是一种很好的独立标记胰岛素合成β细胞培养的条件下(42]。

证明了胰岛素和c肽分泌β细胞自然发生在肝外胆管的老鼠(Dutton et al。43])。这一发现对进化都有意义以及再生医学,指向一个新的β细胞的来源。

关于生物活性,新的研究报告从约翰Wahren的实验室。基于掩饰实验,得出c -肽的性质一个intracrine肽激素(林达尔et al .,看到44]。c -肽治疗6个月提高了感觉神经功能早期1型糖尿病神经病变,在一项研究发现,139名患者(Ekberg et al .,看到44])。当下站由Wahren[总结44]“c -肽是一种生物活性肽”。

在临床调查、c -肽作为指标β细胞功能在治疗的免疫原性肽DiaPep277 60-kDa热休克蛋白(45与thiazolidinediones],或治疗,在测试的影响dipeptidyl peptidase-4抑制剂(46),在一个大型研究糖尿病的发病率在2435年在美国青年(47]。增加了c -肽水平,结合其他参数,发现有价值的结直肠癌的风险,指标看,例如,(48]。

8。结论

胰岛素原的历史和c -肽已经创造了现在超过40年密切相关,它们的发现者,施泰纳。富丽堂皇的原始的研究他和他的同事进行了补充优秀的评论,同时实验工作和反映了先进的繁文缛节。4日末十年,2005年,施泰纳不兑现了他的75岁生日的场合”研讨会上探索胰腺β细胞胰岛素生物学和蛋白质加工。“它收集和研究人员来自世界各地的朋友,和计划并施泰纳电影节,芝加哥大学举行,反映了科学1967年引发雪崩。

基于激动人心的基础科学,超出其作为胰岛素原的一个组成部分,c -肽迅速发现上升的关注。原因是其独特的财产作为一个独立的标志胰岛素合成和分泌,这使得它在糖尿病学及相关领域的一个特殊的诊断工具。

进展取决于思想、合适的方法,和适当的工具。这样的工具是c -肽。的证据意义只不过是简单和明显的定量看文献年度数量的科学出版物(见图1)。陡峭的上升开始只有十年后发现结果在1984年发表200多篇论文,并从1988年起每年超过300。

虽然这被动作为诊断工具现在已经建立了一个相当长的时间,活跃的最近在生理学和病理生理学作用,是当前和未来研究的一个主题。这将反映在当前问题。