インスリン分泌の仕組み

Byartfarmer2024年7月20日

食事によって炭水化物が消化・吸収され、血中グルコース濃度が上昇する。
このグルコースが各組織へ運ばれてエネルギー源となるが、各組織へグルコースを運ぶホルモンはインスリンのみである。（グルコーストランスポーターを介する（glucosetranceporter・GLUT1～14））

GLUT2を介して膵β細胞内へ流入したグルコースはグルコキナーゼによってリン酸化され、G-6-Pとなり、その後、解糖系を経てピルビン酸となり、ピルビン酸はミトコンドリア内へ入り、TCA回路を経て、ATP（アデノシン三リン酸）が産生される。
その結果、ATP/ADP（アデノシン二リン酸）比が上昇し、このATPがATP感受性K+チャネルを閉鎖する。
通常、ATP感受性K+チャネルはATP/ADP比の上昇によって閉鎖される。

膵β細胞内は、-70mV程度マイナスとなっている。
プラスに荷電しているK+イオンが外へ流出する分、細胞内はマイナスの方へ傾く。
しかし、ある程度マイナスになると、K+イオンが引き寄せられて平衡状態に達する。この平衡状態の電位が-70mV程度となる。
ATP感受性K+チャネルが閉じて、プラスに荷電したK+イオンが外へ流出しなくなると、細胞内はプラスの方向へ傾く。これを脱分極という。
この脱分極は、グルコース濃度の上昇から数分以内に起こる。-30~-50mV程度まで脱分極すると、それに応じて電位依存性Ca2+チャネルが開き、スパイク電位を発生する。
電位依存性Ca2+チャネルからCa2+ イオンが細胞内へ流入する。
インスリン分泌にはCa2+ 流入が必須である。
Ca2+ イオンは、インスリン分泌顆粒を刺激してインスリン顆粒の開口放出を引き起こす。
分泌顆粒が開口放出する過程には、数種のタンパク質が関与する。

グルコース刺激以外でもインクレチンが細胞内のcAMP（サイクリックアデノシン一リン酸）濃度を上昇させ、PKA（protein kinase A）によって電位依存性Ca2+チャネルがリン酸化されてCa2+が細胞内へ流入してインスリン分泌を促すことが考えられる。
電位依存性Ca2+チャンネルがリン酸化されると、Ca2+チャネルは開きやすくなり、開いている時間も長い。インクレチンとしては、GLP-1 (glucagon-like peptide 1), GIP(gastric inhibitory polypeptide)などがあり、いずれもインスリン分泌を促進する。