【研究意义和综述】
糖尿病是一种现代社会常见的慢性疾病，以体内血糖水平超过正常耐受量为特征。糖尿病的病因是胰腺不能产生足量的胰岛素，或者机体无法有效的利用胰岛素，从而体内糖代谢紊乱。世界卫生组织调查显示，2014年，糖尿病在18岁以上人群中的发病率达到了9%； 2012年的数据显示，全球有1500000例的死亡是由糖尿病引起的1。糖尿病主要分为一型糖尿病（又
称胰岛素依赖型糖尿病）、二型糖尿病（又称为非胰岛素依赖型糖尿病）和妊娠期糖尿病。
胰岛素是胰岛素依赖型糖尿病患者所必须的。过去的治疗方案一直认为，非胰岛素依赖型糖尿病患者首先采用运动和节食的方法来控制血糖，当所有其他治疗方法都无法控制血糖的时候，胰岛素才被用于二型糖尿病患者的治疗2,3。但是由于beta;细胞功能的持续恶化，治疗强度随着治疗时间的增加将会不断加大，基于口服降糖药和肠促胰岛素的治疗最终无法控制血糖水平。根据医疗机构所推荐的最新治疗方案，在二型糖尿病的治疗初期加入适当的基础胰岛素辅助治疗，可以减轻beta;细胞的压力从而保持其活力，有助于提高治疗效果4,5。基于这一医疗方案，就胰岛素有助于缓解二型糖尿病的恶化这一特点，其不仅是糖尿病的治疗药物，更是预防糖尿病恶化的蛋白药物，极具医疗价值和市场价值。
然而由于胰岛素的主要给药方式是皮下注射，而频繁的皮下注射胰岛素所带来的疼痛、不安、软组织损伤、微生物感染和一系列不良反应成为很多病人不愿意提早接受胰岛素治疗的一大原因。因此，延长高胰岛素的体内作用时间以减少给药频率，或者设计新型的、非侵入性的给药方式成为胰岛素类药物递送的一大趋势6。市场上现有的一些胰岛素类似物，例如：甘精胰岛素（insulin glargin）、地特胰岛素（insulin detemir），与普通的中性鱼精蛋白锌胰岛素（neutral protamine Hagedorn insulin）相比都拥有更长的的体内作用时间，并且能够达到与胰岛素相同的治疗效果7，因而成为普通胰岛素的替代品。
胰岛素原是胰岛素的前体，它在内质网中合成、折叠并氧化形成二硫键。当胰岛素原到达高尔基体后，高尔基体分泌小泡包裹胰岛素原，经历一系列的蛋白酶解反应后，胰岛素原的C链被切除，而A链和B链仍然以二硫键相连，成为成熟的胰岛素。胰岛素原有稍许的肝脏特异性，其促进肝糖原的生成作用强于加强外周系统对葡萄糖的消耗8。药代动力学研究显示，胰岛素原无论在分布半衰期还是在消除半衰期方面都长于胰岛素，然而其低效能和低体内转化率的缺点限制了它作为降糖药的发展。
为了挖掘胰岛素原的药用价值，提高其转化率和作用时间。沈教授课题组设计出一种同时具有胰岛素原(ProINS-Tf)和转铁转铁蛋白(transferrin)两个蛋白结构域的融合蛋白。人体内的转铁蛋白是一种结合铁离的血浆葡萄糖蛋白，它可以与游离铁紧密并且可逆的结合，从而负责体内铁的转运，用于控制体液中游离铁的浓度水平,同时有研究表明，基于转铁蛋白的蛋白递送有助于提高口服利用度9,10。转铁蛋白进入细胞后，载有转铁蛋白-转铁蛋受体（Tf- TfR）的胞内体通路与高尔基体蛋白分泌的通路有所重叠11，从而可能实现胰岛素原向胰岛素的转化。课题组通过一系列的实验研究表明，这种融合蛋白是由转铁蛋白受体介导的细胞内吞作用进入细胞的，其细胞摄取和转化作用具有肝脏特异性，经过细胞内酶的作用，胰岛素原结构域能够被活化为具有胰岛素活性的蛋白12。而在体内实验中，这种融合蛋白通过抑制肝脏糖异生，实现长效降血糖作用，作用效果与甘精胰岛素相比缓慢而持久13。
在使用很多胰岛素类似物时14，一个很重要的不利因素是他们与IGF-1受体的亲和力增加，造成更活跃的有丝分裂活动。胰岛素B链的C末端被认为是能够结合IGF-1。在ProINS-Tf中，Tf与ProINS的C末端相连。由于Tf的出现，对INS与IGF-1的结合造成了空间位阻，我们猜测，这一设计有可能会减弱活化后的INS-Tf与IGF-1的亲和力，与其他胰岛素类似物相比，避免造成过分的有丝分裂活动。
在利用胰岛素原治疗糖尿病时，由于其效能低、转化率低，需要很高剂量胰岛素来达到治疗效果，从而对增加了病人发生心肌梗死的风险15,16。研究显示，体循环中胰岛素原增加刺激血纤维蛋白溶酶原激活抑制因子1（PAI-1）的分泌。PAI-1是纤维蛋白溶解的主要抑制剂，血浆中PAI-1浓度的提高增加了很多血管疾病形成的风险17-19。我们现在还未能得知ProINS-Tf融合蛋白是否也存在像游离ProINS一样刺激产生PA1-1的活性。
本次课题，旨在学习ProINS-Tf的设计、表达、分离、纯化，并通过实验对比表达出的ProINS-Tf与天然的INS，考察其是否存在一些相似的副作用。
