結構生物化學/促胰液素

人體記憶體在著許多激素，它們調節和控制著身體機能。其中，促胰液素是關鍵成員之一。促胰液素是一種調節十二指腸正常分泌並調節人體穩態的激素。十二指腸位於人體小腸內，位於小腸上皮內襯的腸腺中。在這裡，可以找到產生促胰液素的 S 細胞。發現促胰液素參與人體多個功能器官（如腎臟）的滲透壓調節的關鍵功能。促胰液素功能的更具體特徵是其調節十二指腸內容物 pH 值的能力。這種功能可以透過促胰液素激素調節胃酸的特定分泌並利用各種化學緩衝劑控制其 pH 特性來實現。通常，所使用的化學緩衝劑必須是人體能夠隨時獲得的，不需要額外攝入營養物質。這種特定的促胰液素用來緩衝 pH 的化合物是碳酸氫鹽。碳酸氫鹽可以從胰腺內的梭形細胞（稱為中心腺泡細胞）中找到。除了在胰腺中被發現之外，碳酸氫鹽也可以在插管小管中找到。關於促胰液素的一個有趣的事實是，它們是第一個被發現並正確識別的激素。

生物學和組織學裡程碑

促胰液素最早是在 20 世紀初由兩位英國生理學家恩斯特·斯塔林和威廉·貝利斯發現的。他們專案的實驗設計是針對神經系統如何響應和調節消化過程。由於早期的發現，他們知道胰腺是分泌幫助消化化合物的關鍵組成部分。當食物透過幽門括約肌進入十二指腸時，這個過程就會發生。這兩位科學家在這個實驗中能夠反駁早期的發現，當時他們發現神經系統實際上並沒有控制消化功能。相反，他們發現現在被稱為促胰液素的物質是在腸道中產生的，它實際上是控制消化系統的因素。

生化結構

促胰液素的化學組成涉及幾個關鍵成分。該結構首先是由前體產生的，前體包含一個間隔區、促胰液素激素本身、一個 N 端訊號肽和一個包含 72 個氨基酸的 C 端肽。整個激素前體總共包含 120 個氨基酸；然而，促胰液素部分實際上只位於第 28 到 54 個殘基之間。除了前體肽之外，還包含成熟的促胰液素肽。該肽由 27 個氨基酸殘基組成，並以線性序列排列。其特徵是分子量為 3055。這種成熟線性促胰液素肽的 3D 結構與其一些常見的化合物具有相同的結構。與胰高血糖素、葡萄糖依賴性胰島素促分泌肽和血管活性腸肽類似，促胰液素呈現螺旋狀。這在氨基酸 5 到 13 的位置最為突出。這種螺旋化學結構的氨基酸分解如下。成熟促胰液素中的 7 個氨基酸殘基也可以在血管活性腸肽中找到，14 個氨基酸殘基可以在與胰高血糖素中發現的那些氨基酸殘基相似的排列中找到，而促胰液素中的 10 個氨基酸殘基可以在與葡萄糖依賴性胰島素促分泌肽中相對應的位點找到。除了前體和成熟的促胰液素之外。促胰液素激素的另一個特殊特性是它具有一個醯胺化的羧基末端氨基酸，即纈氨酸。

因此，促胰液素激素的相應序列為：H2N–His-Ser-Asp-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Glu-Leu-Ser-Arg-Leu-Arg-Asp-Ser-Ala-Arg-Leu-Gln-Arg-Leu-Leu-Gln-Gly-Leu-Val–CONH2。

促胰液素的型別

T2SS：II 型分泌系統有助於調節水解酶的數量，以及將毒素從周質空間向細胞外排出。已知攜帶 T2SS 的細菌是大腸桿菌和霍亂弧菌，這兩種細菌以霍亂和腹瀉疾病而聞名。與這些疾病相關的毒素與 T2SS 蛋白相關。

T4PS：IV 型菌毛系統是一種促胰液素，它有助於產生和拆卸在致病性/環境細菌中發現的細胞外纖維。這種促胰液素由許多型別的 IV 型菌毛組成；T4aP 和 T4bP。這些 IV 型菌毛主要負責運動、蛋白質分泌以及將促胰液素附著到細胞上。一些具有 T4PS 的細菌是淋病奈瑟菌和銅綠假單胞菌。

T3SS：III 型分泌系統是一種將病毒蛋白轉移到細胞質的途徑。T3SS 也被稱為注射體，它使病原體能夠將效應因子轉移到宿主體內，並直接改變正常的細胞行為。T3SS 的病原體反應會導致生理細胞反應，例如炎症、吞噬作用，甚至細胞凋亡。利用 T3SS 的細菌是沙門氏菌、腸致病性大腸桿菌和弗氏志賀氏菌。

生理學

促胰液素激素首先在 S 細胞中產生。具體來說，是在該細胞的細胞質分泌顆粒部分。此外，S 細胞也可以在覆蓋著上皮的粘膜中找到，上皮是一種在吸收和分泌中起關鍵作用的產物。此外，這些襯裡也可以在十二指腸以及小腸的空腸部分找到。然而，小腸中的 S 細胞和促胰液素數量在這裡較小。

刺激

根據不同物種的不同，促胰液素通常會根據十二指腸環境的 pH 範圍產生不同的反應。一般來說，當十二指腸的 pH 值達到約 2 到 5 的酸性功能時，促胰液素激素就會被啟用並釋放到迴圈系統中。促胰液素釋放的另一種情況也可能發生在腸腔內。然而，這兩種情況都是對 pH 值變化到較低範圍的反應。除了 pH 值控制之外，當氨基酸殘基分解產生包含在小腸（通常在上部區域）的粘膜中的產物時，促胰液素分泌也可以最大化。

十二指腸通常會根據其腔室中鹽酸 (HCl) 的含量來創造其酸性環境。半消化的食物，或稱食糜，會從胃中噴射出來，進入十二指腸。因此，鹽酸會穿過連線胃和十二指腸的胃部區域，該區域被稱為幽門括約肌。一旦 HCl 進入十二指腸，它就會酸化環境並導致 pH 值下降，進而啟用促胰液素的釋放。一旦促胰液素最終釋放，它就會用於靶向消化和內分泌系統中的腺體器官，即胰腺。一旦胰腺接收到一定量的胰島素，該器官就可以產生並排出富含碳酸氫鹽的體液。然後，這種溶液會流過相應的腸道。胰腺需要產生碳酸氫鹽，因為這種多原子離子產生的單個離子可用於中和已經存在的酸。有了碳酸氫鹽的存在，身體現在可以使用它來創造有利於 pH 值的環境，以便它可以執行腸道中消化酶的作用。擁有碳酸氫鹽的關鍵特徵是中和酸並防止酸灼傷。胰腺還可以作為對促胰液素的反應引入碳酸氫鹽，透過產生脂肪酸和各種膽汁鹽。這兩種化合物反過來都可以產生碳酸氫鹽作為產物，並與最初的一組碳酸氫鹽結合，並放入小腸中。抑制促胰液素分泌的一種方法是新增一類藥物，這些藥物用於阻斷胃部細胞中組胺的作用。這些被稱為 H2 受體拮抗劑。這些化合物透過減少胃酸分泌而起作用。由於十二指腸中胃酸含量降低，pH 值無法保持在較低水平。因此，一旦十二指腸的 pH 值升至 4.5-5 以上，促胰液素將不再產生和釋放。相應的器官功能可以成功地關閉。

功能

促胰液素激素的主要功能是增加膽汁以及胰腺管上皮細胞中的碳酸氫鹽溶液。駐紮在胰腺中的細胞具有識別促胰液素激素的受體，一旦促胰液素到達其質膜。一旦激素附著在受體上，它就可以積極地激發併產生腺苷酸環化酶活性。腺苷酸環化酶活性用於將三磷酸腺苷，ATP，轉化為環腺苷一磷酸或 cAMP。換句話說，從一個能量儲存分子到一個在生物過程中重要的信使。值得注意的是，環磷酸腺苷被用作二級信使，以在整個細胞中傳遞訊號並促進釋放更多碳酸鹽離子的增加。此外，產生更多環磷酸腺苷可用於促進胰腺的生長和結構穩定。

促胰液素的其他功能包括抵消胰腺產生的血糖濃度峰值增加的影響。當胰腺減少胰島素的釋放時，人體內的血糖濃度開始無序地飆升。透過向體內釋放促胰液素，它可以透過觸發胰島素的釋放來推遲和消除此類血糖濃度峰值的影響。

促胰液素在人體中執行的另一個功能是，它可以積極地延遲和停止胃中胃泌素的釋放。促胰液素可以執行此功能，因為它可以減少胃分泌的酸，並抑制 G 細胞中胃泌素的釋放。這種功能有助於中和進入十二指腸的消化產物的 pH 值。據表明，酶在最佳狀態下產生消化功能，即略帶鹼性的 pH 值。

此外，促胰液素在人體中起到的作用是，它可以積極地增加胃中釋放胃蛋白酶原、凝乳酶和胃脂肪酶的細胞（即主細胞）中胃蛋白酶的分泌。這種對主細胞的積極刺激可以幫助在食物消化過程中分解蛋白質。促胰液素可以實現此功能，因為它刺激釋放生長抑素釋放抑制因子和胰高血糖素。

最後，除了維持透過十二指腸器官傳遞的額外酸性食糜外，促胰液素還具有其他功能。其中之一是促胰液素改善了肽激素膽囊收縮素的作用，並誘導胰腺分泌消化過程中所需的額外酶。促胰液素在此功能中產生的另一種作用是，它還可以增加膽囊中產生的膽汁，膽囊是一個小的器官，有助於脂肪消化。

用途

促胰液素在行業中有多種用途。促胰液素髮揮的一種獨特功能是，它可以增加人類的胰腺分泌。這在醫學領域極其重要，因為監測胰腺功能和進行測試的科學家需要促胰液素激素產生的放大效應。可以使用多種方法將促胰液素引入體內。促胰液素可以引入人體的兩個主要途徑是直接注射到十二指腸或透過正常注射。某些促胰液素測試的結果已被用於證明並提供對胰腺異常的見解。最後，據表明，促胰液素可以為自閉症和其他基於大腦的疾病提供潛在的治療方法。

細菌中的作用

促胰液素有助於將蛋白質分泌到革蘭氏陰性菌（能夠獲得抗生素耐藥性的細菌[9]）的細胞外環境中。在細菌中，它們構成三個不同的外膜通道。[10]

II 型促胰液素系統（T2SS）

T2SS 由三個亞基組成：外膜複合體、絲狀假菌毛和內膜平臺。這些負責從周質（質膜和與細胞質相鄰的膜之間的區域[11]）分泌毒素。

分泌發生在兩個步驟中。蛋白質與 N 端訊號肽一起產生。接著去除訊號肽，以及成熟蛋白質的摺疊和釋放到周質中。它們可能在透過 T2SS 穿過膜分泌之前進行進一步的修飾。[13]

IV 型菌毛系統（T4PS）

T4PS 透過組裝和拆卸細菌表面的纖維來幫助細菌在表面移動，而無需使用鞭毛。這些系統由兩個菌毛亞類組成：T4aP 和 T4bP。[10]

纖維是 α 螺旋周圍的三層螺旋結構，周圍環繞著 β 片。這兩層內層被表面的 C 端區域覆蓋。N 端氨基酸序列形成最裡面的 α 螺旋螺旋。這種疏水性堆積和 α 螺旋的靈活性使菌毛能夠彎曲並採用扭曲或捆綁的構象。β 片的中間層從一個單體到另一個單體是連續的，並且 β 片氫鍵提供了大部分穩定性。人們普遍認為，菌毛從其底部組裝起來，因為在細胞膜中發現了菌毛蛋白庫。由於纖維中心沒有通道，因此排除了從尖端組裝。[14]

III 型促胰液素系統（T3SS）

這些也被稱為注射體。它們用於轉運細菌效應子。[10]

它具有基底體、針狀結構和尖端。[12]

尖端被細菌分泌到周圍環境中，並與宿主細胞接觸。針狀結構在宿主細胞膜中形成一個孔。然後，效應蛋白可以透過針狀結構進入宿主細胞。[12] 這最終會導致細菌在宿主體內傳播。

促胰液素組裝

秘密蛋白通常由外膜中的脂蛋白（稱為導向蛋白）產生。一個已知的例子是 MxiM，一種常見於 T3SS 中的導向蛋白。MxiM 主要由 β 摺疊片組成，並含有一個 α 螺旋，它們共同形成錐形結構。MxiM β 摺疊片的疏水部分充當脂類或自身（N 端可以與 C 端結合，形成環狀結構）的結合位點。形成後，導向蛋白與外膜結合，並組裝秘密蛋白。導向蛋白之間（或與其他脂類或導向蛋白）的相互作用方式有助於決定其結構，從而影響其功能。不同結構的導向蛋白會導致形成特定功能的不同秘密蛋白。

另一個值得注意的例子是導向蛋白 PilF，它對於產生 PilQ 至關重要，PilQ 是一種常見於銅綠假單胞菌中的 T4PS 秘密蛋白。PilF 通常與來自類似細菌腦膜炎奈瑟菌的另一個導向蛋白 PilW 結合，從而形成多聚秘密蛋白。就形式決定功能而言，這兩個導向蛋白在表面都具有凹形結構，許多研究人員認為這可能是生產 T4aP 的潛在結合位點，T4aP 是產生 T4PS 秘密蛋白所必需的。

在導向蛋白產生不同的秘密蛋白系統後，這些分泌系統會與細胞的內膜結合並形成秘密蛋白多聚體。這些秘密蛋白多聚體由許多秘密蛋白組成，這些秘密蛋白共同形成特定的秘密蛋白系統。此類秘密蛋白的例子包括 GspCEpsC 和 GspMEspM，它們是兩種常見於 T2SS 系統中的綠色熒光蛋白。已知這兩種蛋白有助於秘密蛋白系統在膜內的定位以及整個系統的實際產生。