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介绍

成熟胰岛素是一种有51个残基的蛋白质（a中有21个残基链和B链中的30），由胰腺中的朗格汉斯。胰岛素与跨膜结合肝脏中存在酪氨酸激酶受体（胰岛素受体），脂肪组织中的肌肉和细胞并刺激增加葡萄糖从血液中吸收并将其转化为糖原储存在肝脏和肌肉。胰岛素调节碳水化合物和脂肪体内新陈代谢。未能控制胰岛素水平导致1型或2型糖尿病。1型和～40%2型糖尿病患者需要胰岛素来控制血液葡萄糖水平。2型糖尿病是最常见的，由胰岛素抵抗，一种细胞不能使用胰岛素的状态正确地。

被诊断为2型糖尿病的人数在过去几十年中急剧上升，严重耗尽了能力卫生保健系统应对疫情。超过3亿全世界的人都患有糖尿病，这很可能会上升到未来20年内将有5亿人。百分之七十五糖尿病患者生活在中低收入国家根据预测，非洲将经历最大的增长在下一代。这种疾病的发病率最高的是阿拉伯中东地区，但糖尿病患者人数最多在中国和印度，许多人生活在极端贫困(1–5). 根据2005年世界银行的数据据估计，超过40%的印度总人口低于国际贫困线定义为收入低于1.25美元aday（维基百科，2011）。政府医疗联合力量，慈善机构和制药公司的捐赠不会能够应付药物和治疗这些人。因此值得研究调查传统民间药方是否有科学性有理由证明其缓解症状的主张糖尿病。

中东的传统信仰是定期饮用骆驼奶有助于预防和控制关于糖尿病，也有报道称骆驼奶可能这样的属性(6–8). 这是一个诱人的假设，因为几代人以来，阿拉伯人口发生了巨大变化它的饮食包括大幅减少骆驼奶的摄入。伴随着糖尿病发病率的大幅上升。两个独立小组研究了定期消费对骆驼奶治疗糖尿病，并报告显著降低了获得血糖控制所需的平均胰岛素剂量(6,8,9)空腹血糖改善（227.2±17.7 vs.98.9±16.2mg/dl）、糖化血红蛋白（葡萄糖基血红蛋白）（9.59±2.05%vs。7.16±1.84%），血清抗胰岛素抗体（26.20±7.69 vs。20.92±5.45μU/ml），尿白蛋白排泄量（25.17±5.43 vs。14.54±5.62 mg/dl/24 h），减少每日胰岛素剂量（48.1±6.95与23±4.05单位相比），以及体重指数（18.43±3.59与24.3±2.95千克/米2)在随机人体研究中(9). 没有提供解释机制这种现象。

在不同的研究中发现几个月来骆驼奶的摄入量显著提高糖尿病患者和实验动物的状况(6–8,10).饮用骆驼奶人群和骆驼奶在对照临床试验中的应用结果糖尿病患者和动物非常鼓励将其用作糖尿病防治的自然疗法(6–8,10,11). 骆驼的这种有益作用牛奶中可能含有胰岛素或其他物质能够调节血糖水平的物质。它包含更高的胰岛素水平高于其他动物的牛奶(12)但要想有效，就必须直接在口腔中吸收或完全吸收在通过胃和被肠道吸收。骆驼奶的独特之处在于它不会像其他动物奶那样对酸性物质产生反应，具有不同的酪蛋白含量和更大的脂质胶束(13).

文献综述提出了以下可能性：i） 骆驼奶中的胰岛素具有特殊性质比其他来源的胰岛素更容易被吸收到循环中或引起对蛋白水解的抵抗；ii）骆驼胰岛素包裹在纳米粒子（脂质囊泡）中，使之成为可能它通过胃进入循环；iii）一些骆驼奶的其他成分使其抗糖尿病。

在这项研究中，我们试图理解其作用使用生物信息学工具在骆驼奶中检测胰岛素。序列，结构相似性和文献综述表明骆驼与水牛和牛相似的胰岛素不含任何使其更耐蛋白水解和更容易被吸收到循环中。没有证据牛奶有抗糖尿病的作用包括低水平胰岛素(12). 然而，不能排除如果将胰岛素包裹在纳米粒子中，则可以跨越消化道墙壁。最后，骆驼奶也可能含有具有“胰岛素样”调节价值的未知小分子或蛋白酶抑制特性，以防止蛋白质水解。

材料和方法

不同生物体的胰岛素序列是从UniProt网络搜索引擎获得(网址：http://www.uniprot.org/). 骆驼胰岛素（UniProt id:P01320）被用作PSI-BLAST中序列的模板。这个从动物和植物中筛选出同源的胰岛素序列并接受Jalview执行的多序列比对(网址：http://www.jalview.org/). 多重序列根据保护规定，对路线进行了颜色编码。氨基酸使用胰岛素序列构建系统发育树MAFFT多序列比对的BLOSUM62(http://www.jalview.org/). 的对齐质量氨基酸序列基于BLOSUM62。保护根据Livingstone和巴顿。多序列比对后，一致序列表示特定位置的最常见残留物。质量衡量的是多个排列的胰岛素序列。

进行不同胰岛素的消化模式通过在线软件，肽切割器(http://web.expasy.org/peptide_cutter网站/). 的数量pH 1.3和2.0时胃蛋白酶、胰蛋白酶和记录到高特异性和低特异性的糜蛋白酶。

蛋白质结构建模

互联网服务I-TASSER服务器用于蛋白质结构和功能预测。它允许自动生成3D结构的高质量预测基于氨基酸序列(14,15).

结果和讨论

消化蛋白酶的蛋白酶解位点不同种类的不同类型胰岛素

人和骆驼胰岛素的模型基本上是与I-TASSER预测的相同(图1) (14,15). 我们假设骆驼胰岛素保护胃免受消化酶的影响，因此被肠道吸收。计算的切割位置数骆驼、人、牛、，山羊、水牛、绵羊和猪胰岛素(表一). 首选切割位置胃蛋白酶是Phe、Tyr、Trp和Leu。胰蛋白酶在P1时偏好Arg和Lys而糜蛋白酶优先在Trp、Tyr和Phe处裂解P1位（高特异性），在Leu、Met的程度较低和His（低特异性）。骆驼胰岛素不同于人类胰岛素通过四种突变，牛和水牛只通过一种突变。这些突变都不影响消化酶的特异性。因此，骆驼胰岛素应该与人、牛、，水牛、山羊、绵羊和猪的胰岛素敏感性朝向蛋白质水解。因此，当骆驼胰岛素与消化道的蛋白酶它应该像其他蛋白酶一样被消化哺乳动物胰岛素，除非另有保护。

图1。 人胰岛素（1XDA）的三维结构。A链（绿色）通过二硫键（品红）共价连接胰岛素B链（蓝色）。骆驼胰岛素与人类不同四个位置的胰岛素（Val26Ala、Thr54Ala、Thr97Ala、，Ile99Val）。

表一。 消化道蛋白质分解位点不同类型胰岛素中的蛋白酶。

表一。

消化道蛋白质分解位点不同类型胰岛素中的蛋白酶。

		劈理数量
胰岛素	Uniport加入不。	胃蛋白酶pH 1.3	胃蛋白酶pH>2.0	胰蛋白酶	糜蛋白酶高特异性	糜蛋白酶低特异性
人类（人类智者）	P01308编号	22	15	2	7	15
骆驼牌手表（卡梅卢斯单峰骆驼）	P01320元	22	15	2	7	15
牛（老板金牛座）	P01317号	22	15	2	7	15
水牛（蟾蜍）	Q25C78问题	22	15	2	7	15
家山羊（长毛山羊）	P01319号	22	15	2	7	15
大象（大象）	P01318号	22	15	2	7	15
绵羊（奥维斯白羊座）	P01316型	22	15	2	7	15
鲸鱼（菲塞特大头）	第67974页	22	15	2	7	15
黑猩猩（平移三角石）	第30410页	22	15	2	7	15
仓鼠（蟋蟀科）	Q7M0G1型	22	15	2	7	15
清管器（苏斯斯库法）	P01315号	22	15	2	7	15
兔子（美洲大羚羊）	P01311号	22	15	2	7	15
狗（犬科动物家族主义）	P01321	22	15	2	7	15
猫（费利斯猫）	P06306号	22	15	2	7	16
马（马卡巴勒斯）	P01310故障码	22	15	2	7	15
番鸭（Cairina moschata）	第68243页	21	14	2	6	14
鹅（回答）	第68245页	21	14	2	6	14
乌龟（Trachemys脚本）	第69048页	21	14	2	6	15
鸵鸟（Struthio camelus）	第67969页	21	14	2	6	15
土耳其（Meleagris gallopavo）	第67968页	21	14	2	6	15
短吻鳄（密西西比短吻鳄）	第12703页	20	13	3	6	14
负鼠（弗吉尼亚州有袋动物迪德尔菲斯）	第18109页	22	15	2	6	15
龙猫（灰鼠）	Q5BVF6型	21	14	2	7	16
维斯卡查（鼠尾草）	Q5BVF4号机组	18	11	3	6	15
鼠标（马斯肌肉）	E0CXX7型	21	14	2	7	16
蝙蝠（犀牛铁奎宁）	B2KIN7公司	22	15	2	7	15
食蟹猕猴（猕猴）	第30406页	22	15	2	7	15
豚鼠（茯苓）	P01329号	15	10	3	6	12
千斤顶（剑叶刀豆属）	第7季度217	22	15	2	7	15
骆驼脚树（紫荆）	721138安	22	15	2	7	15
豇豆（维格纳有蹄类）	第83770页	22	15	2	7	15

胰岛素序列

通常认为不同类型的物种高度保守(16–18). 但是，如所示图2和3有些物种可能与人类不同成熟胰岛素中多达18种氨基酸（51种）。骆驼胰岛素与牛和水牛相同，但有所不同来自人类的Thr54Ala、Thr97Ala、Ile99Val。有一个骆驼胰岛素序列中额外变异的矛盾UniProt报告的Val26Ala(19)，而Al-Swailem等仅报告Thr54Ala、Thr97Ala、Ile99Val(20).

图2。 B链和A链的序列比对不同类型的胰岛素。奶牛、水牛和蚕豆胰岛素与骆驼胰岛素（B2处的V26A）相同且非常相似。A链中的残留8–10，B链中的B30和B1–2残留链在不同类型的胰岛素中保守性最低。骆驼牌手表胰岛素在B2、B30、A8和A10位置与人胰岛素不同这些是非服务站点。

图3。 骆驼的系统发育分析胰岛素：平均距离树显示进化关系不同类型机体的胰岛素之间。骆驼胰岛素与奶牛、水牛和杰克熊胰岛素分组。人胰岛素是与黑猩猩和猕猴胰岛素聚集在一起。

根据普伦的早期研究等一保守的表面残基的数量，形成“经典”结合表面'最有可能参与胰岛素受体结合（Gly90、Gln95、Tyr108、Asn110、Val37、Tyr41、Gly48、Phe49、，Phe50，Tyr51）(21). 子集该结合面（Asn110、Phe49、Phe50、Tyr51）的被认为是受体负协同性的必要条件De Meyts装订等(22)并由徐确认等(23). 两种胰岛素突变已知会导致胰岛素病，导致类似于2型糖尿病位于该地区（胰岛素洛杉矶：Phe-49-Ser）(24)，（胰岛素芝加哥：Phe-50-Leu）(25)，请参阅图4虽然胰岛素如此一种小蛋白质本身，它形成二聚体，进一步结合成六聚体对这种酶的稳定性很重要。其他残留物如参与六汞形成的Leu42和Leu102表面也参与受体结合(26). 除了原始表面显示在受体结合中重要的残基，一簇残基（Ser101、Leu102、Glu106、His35、Glu38和Leu42）称为如果突变，初级结合表面会破坏与受体的结合(27,28). 值得注意的是，His10（35在里面图2)与锌有关激素活性所必需的协调。

图4。 人体功能性氨基酸胰岛素。

我们分析了突变对特异性胰岛素活性。已知三种相关的人类胰岛素突变体（B:Val26Ala、Thr54Ala和A:Thr97Ala）。两个突变（B:Val26Ala和Thr54Ala）增加其比活性分别增加了110和102±21%，而第三个突变（A:Thr97Ala）将比活性降低至87±13%(29). 只有一个残留物（A链的Thr98）上述三种与胰岛素受体相互作用(27). B基因突变链末端可能会对构象变化产生影响六聚体的稳定性及其转化为活性物质单体。

所有这些氨基酸都保存在骆驼、水里水牛和牛胰岛素。所有三种类型的胰岛素都相当如果与灵长类动物中相同的其他物种相比其他物种因一种或多种氨基酸而异。没有水牛和牛奶抗糖尿病作用的证据(30–32). 胰岛素的文献检索绵羊和山羊变型，Thr54Ala、Thr97Ala、Ile99Val附加突变Ser98Gly没有提供任何关于抗糖尿病特性。我们得出结论，骆驼胰岛素本身很可能与骆驼奶。

纳米颗粒

粘膜表面是常见的输送途径药物对身体的影响。不幸的是，肽和蛋白质无法克服粘膜屏障到达前降解（口服时被消化酶降解）血液流动。这引发了一个问题，即骆驼体内的胰岛素是如何分泌的牛奶可以在胃中得到保护，以达到目标。可能的解释隐藏在骆驼奶的独特性中。骆驼奶在低pH值下不易凝结，它具有良好的缓冲能力，酪蛋白和脂肪的比例不同酸，并使脂肪胶束比牛奶中观察到的更大其他哺乳动物。骆驼奶中的胰岛素可能是包裹在胶束中，通过胃到达肠道。例如，与牛奶相比：i）卡帕酪蛋白胶束部分与凝固酶反应不同的电势和较低的电泳迁移率以及仅占总酪蛋白的约5%，而奶牛的约13.6%，ii）胶束尺寸显示平均直径为280÷325μm奶牛(13)，iii）生牛奶与骆驼相比，骆驼的胰岛素含量更少，而且在到达日记店前进行处理(12). 有证据表明暴露在高温下的牛奶中的脂质胶束变大天气和缺水(33). 在沙漠气候中，骆驼很好地适应了这两种情况，这可能解释了即使在干旱期间，其牛奶的特性(34). 如果由于骆驼奶，胰岛素能够穿过胃并被吸收有效地进入血流，那么“骆驼乳样特征”可以用于人体口服胰岛素制剂。虽然我们没有证据表明胶束中存在胰岛素纳米粒子被用于蛋白质的口服递送(35–37). 纳菲西·瓦奇等不同类型可生物降解聚酯聚合物的研究模拟中的分子量和乳酸/乙醇酸比率胃肠液。他们打算将微粒用于口腔蛋白质输送。他们报告说，纳米颗粒可以适用于制备蛋白质微球(35).

普雷戈等使用了mucoadhesive多糖壳聚糖纳米粒纳米粒子和壳聚糖包裹的脂质纳米粒子显示蛋白质结合的显著能力，如胰岛素、鲑鱼降钙素和其他蛋白质。他们展示了壳聚糖包覆纳米粒子表现出增强模型肽鲑鱼降钙素的肠道吸收，以及动物体内钙水平的长期下降(36). 维拉等开发了新的可生物降解聚合物纳米粒子：聚乙二醇（PEG）包覆聚乳酸（PLA）纳米粒子、壳聚糖（CS）包覆聚乳酸-乙醇酸（PLGA）纳米粒子和壳聚糖（CS）纳米粒子。这些已成功测试以加载蛋白质，并以活性形式传递它们以运输它们跨肠粘膜(37).

胰岛素样小分子

他等开发了一个在体外寻找胰岛素模拟物的筛选试验。筛选小型分子化学库，他们发现了一种化合物（5,8-二乙酰氧基-2,3-二氯-1,4-萘醌，图5a)激活胰岛素受体直接与受体激酶结构域结合，触发其激酶活性敏化胰岛素的作用。药物已交付口服给野生型C57BL/6J小鼠和db/db（糖尿病）和ob/ob（肥胖）小鼠，并且在脂肪细胞(38).

图5。 胰岛素样小分子：（a）5,8-二乙酰氧基-2,3-二氯-1,4-萘醌；（b）反棕榈酸（反-16:1n-7）；（c） 顺-棕榈烯酸。

莫札法里恩等调查超过3700人成年人在心血管健康研究中确定反棕榈酸（反式-16:1n-7，图5b)与新发病有关糖尿病。一种内源性顺式棕榈油酸(图5c)（脂肪或肝脏来源），可能有助于防止胰岛素抵抗危害人类的心血管风险。相反，反式棕榈烯酸与糖尿病的低发病率相关。服用该药的人患此病的风险要低得多糖尿病；～最高水平参与者的风险降低60%五分之一(39).反棕榈油酸是严格的外源性和自然形成的在乳制品/反刍动物转基因食品中。值得注意的是，在漫长的骆驼奶C16和C18中的链脂肪酸主要与C16与饱和类牛奶相当，但高出约3倍对于不饱和C16:1(39). 这个可能进一步支持饮用骆驼的抗糖尿病功效牛奶。此外，在工厂，如下所述。

胰岛素和胰岛素样分子植物

许多不同领域的传统整体从业者世界部分地区建议食用植物品种血糖的调节(40–46). 还有更系统的评价食品抗糖尿病活性的方法。布罗德赫斯特等研究了49种草药、香料和药用植物提取物对胰岛素的依赖性利用用大鼠附睾脂肪细胞测定葡萄糖。他们发现了肉桂是最具生物活性的产品，其次是金缕梅，绿茶和红茶、多香果、月桂叶、肉豆蔻、丁香、，蘑菇和啤酒酵母(43). 然而，没有特定的活动化学品已被鉴定。

据报道，豆类品种有抗糖尿病特性(47–50). 豆荚（菜豆）抗糖尿病最常用的传统疗法之一活动。有效、相当高剂量的水提取物需要给出。没有明确证据表明成分是。然而，作者建议通过α-淀粉酶抑制作用，豆类可能有效预防或改善2型糖尿病(48). 然而，豆子与骆驼奶含有胰岛素或类胰岛素蛋白质序列。很快就会20世纪20年代初发现胰岛胰岛素后，类胰岛素许多植物（豆类、莴苣、，洋葱和搅拌）。在20世纪70年代和80年代，一些研究小组已经分离并具有良好特征的类胰岛素蛋白质材料并发现其具有相同的降血糖活性分子量、色谱和免疫学特性。在2003年，高水平（50 mg胰岛素/100 g蛋白质=～1000单位胰岛素/100g蛋白质）长豇豆检测到豇豆。

值得注意的是，豇豆胰岛素样物质的序列与牛胰岛素相同，与人胰岛素相似（三种B链中Thr54Ala和Thr97Ala和Ile99Val的突变A链，如所示图2)和骆驼胰岛素（只是B链中Val26Ala的一个突变）。生物学家对植物中胰岛素的存在存在争议，尽管事实证明，大豆和豆类中存在胰岛素补充胰岛素/葡萄糖能够加速剑叶刀豆（蚕豆）幼苗发育(51,52). 此外，Xavier-FilhoIet（等）铝据报道，与胰岛素信号相关的蛋白质脊椎动物中的通路也存在胰岛素样物质植物中的分子(52). 这个提出了一个问题，即食用含有胰岛素的豆类是否可以缓解糖尿病症状。这似乎不太可能，因为事实上，大多数豆子都是煮着吃的，会变性蛋白质。

另一种可能性是存在其他分子可能具有药物性质。例如，α-淀粉酶是水解大型多糖α键的酶，例如淀粉和糖原，产生葡萄糖和麦芽糖(53,54). 口服α-淀粉酶抑制剂减少碳水化合物对血糖。

减少精制碳水化合物的过量摄入在预防肥胖和2型肥胖方面发挥重要作用糖尿病。托尔莫等，研究纯化胰腺白豆α-淀粉酶抑制剂(菜豆)对非糖尿病和2型糖尿病患者口服22天糖尿病Wistar大鼠。豆子中的α-淀粉酶抑制剂显著降低ND和糖尿病动物的血糖(55). 另外两份报告也很有力支持α-淀粉酶抗糖尿病作用的这些发现豆类抑制剂(47,56).

骆驼胰岛素对照临床试验糖尿病患者表明，定期饮用骆驼奶降低血糖水平，25%的患者额外胰岛素需求减少。这与糖尿病患者的胰岛素治疗。一次性胰岛素治疗开始时，患者必须终身服用胰岛素，一般情况下还要服用胰岛素剂量随时间不断增加。看起来骆驼奶以不同的形式传递胰岛素（与其他哺乳动物不同）和/或除了胰岛素外，还提供了一些其他化合物，可以改善糖尿病患者的健康。

骆驼胰岛素序列及其预测消化模式并不意味着可以区分来克服粘膜屏障在降解并到达血液之前流。然而，我们不能排除胰岛素骆驼奶存在于能够运输这种物质的纳米粒子中荷尔蒙进入血液。虽然，更可能的是骆驼奶中含有“类胰岛素”小分子物质模拟胰岛素与其受体的相互作用。

致谢

这项工作得到了来自斯特拉纳汉肿瘤研究捐赠基金。作者（A.M.和A.A.-S.）感谢沙特国王大学科学研究资助该项工作通过研究小组项目RGP-VPP-151。

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