信號傳導有前段與後段，即上游 (upstream)，與下游 (downstream)。胰島素 信號的上游需要胰島素接受器 (insulin receptor)。包括兩個 α次單元與兩個 β次單 元，α次單元接受器在細胞外胰島素先與之結合，透過細胞膜後，再活化細胞內 的 β次單元，其含有 tyrosine kinsae 成分，結合後的複體再進行一連串的分子反 應，即在 tyrosine 分子上面，產生磷酸化反應 (phosphorylation)。在 COOH 端 上的 tyrosine 產生自體磷酸化 (autophosphorylation)，促進胰島素對細胞分裂的 作用。胰島素接受器表現基因，在 tyrosine 分子上面產生磷酸化，才能表現其下 游的認證角色。
胰島素與胰島素接受器是胰島素信號傳導的上游，下游則與胰島素傳導器 (insulin transporter) 有關，與胰島素阻抗有關的胰島素傳導器是 4 號，簡稱 GLUT4 (glucose transporter 4)，缺乏 GLUT4，則葡萄糖的吸收不良，會產生胰島 素阻抗 (Pessin et al., 2000)。
下游的認證功能之一是透過胰島素刺激下，使 PI3-kinase
(phosphatidylinositol- 3- kinase) 的活化，GLUT4 由細胞內移至細胞膜，再帶著葡 萄糖由細胞內排到細胞外。胰島素阻抗，缺少 PI-3-kinase 活化，葡萄糖耐受性
便下降，就是這個原理。PI3-kinase 作用的下游之一是 protein kinase B (PKB，也 稱 AKT)，使胰島素接受器在 serine/threonine 上面產生磷酸化。
胰島素與胰島素接受器之傳導，類似神經細胞之突觸傳導， 前者係由接受器 前傳到接受器後，與突觸前傳到突觸後類似。胰島素阻抗不是單一基因所決定，
牽連很廣，係由多種基因與環境因素，造成肥胖或感染，才產生胰島素阻抗的特 徵。胰島素信號傳導異常，造成葡萄糖的吸收與代謝異常，即葡萄糖耐受性不良。
圖2-2. 肝臟中胰島素代謝作用之調節。
Figure 2-2. The regulation of glucose metabolism in the liver.
(Saltiel and Kahn, 2001)
1. 胰島素受器 (Insulin receptor, IR)
胰島素受器為一種鑲嵌於細胞膜上的醣蛋白大分子，具有 tyrosine kinase 活 性，包括 insulin-like growth factor (IGF) 與 insulin receptor-related receptor (IRR) (Patti and Khan, 1998)。胰島素受器為受體酪胺酸激酶 (receptor tyrosine kinases) 中的一個次家族 (subfamily)，具異四構體之醣蛋白，主要有兩個 α 次單元及 β 次單元所構成。α 次單元位於細胞膜外，當與胰島素結合後其構形發生改變而聚 集，造成 β 次單元上 tyrosine 的自體磷酸化 (auto-phosphorylation) 而引發細胞 質內的一系列訊息傳遞。細胞質中與葡萄糖攝入相關之主要胰島素接受器的受質
為 insulin receptor substrate 1-4 (IRS 1-4)、β-adrenergic receptor 及 adipocyte lipid-binding protein (ALBP)。其中 IRS-1、2參與胰島素受器 auto-phosphorylation 而被磷酸化，造成下游訊息傳遞的啟動序號 (Satiel and Kahn, 2001)。
2. 胰島素受器基質 (insulin receptor substrate, IRS)
目前已知胰島素受器的受質至少有九種，為親水性的蛋白質，其結構在胺基 端有保護作用的 pleckstrin homology (PH) domain，並且鄰接著 phosphotyrosine binding (PTB) domain (Klaus et al., 2004)。其中較普遍的為IRS 1、IRS 2、IRS 3及 IRS 4 (Pessin and Satiel, 2000)，其他則是 Gab-1、p60dok、Cb1、APS 及 Shc 的同 型體。這些蛋白質磷酸化後便可以連接下游的效應分子，而活化不同的下游路徑 (Marchand-Brustel et al., 2003)。
3. 葡萄糖轉運蛋白 (glucose transporter, GLUT)
葡萄糖轉運蛋白是由一個基因群 (gene family) 轉錄合成而來，在人體中表現
是 glycogen 的合成，胰島素不夠敏感，使 glycogen 合成變慢。血中的葡萄糖無 diacylglycerol、fatty acid Co A 與 ceramides，這些物質進一步抑制 PI3-kinase 的 活化，使得胰島素接受器的磷酸化作用被抑制，造成使葡萄糖耐受性不良 生 (hepatic glucose production) 的基礎速率還是過高，再加上血中升糖素的增加且 加強肝臟對升糖素的敏感度，都會導致餐後血糖或空腹血糖增高 (Bonora E et al., 2006)。因此，第 2 型糖尿病人的肝臟會過度製造和未充分利用葡萄糖，而且過 高的游離脂肪酸 (free fatty acid) 也會增加肝糖的輸出 (Charles MA et al., 1997)。
第 2 型糖尿病人多數是屬於肥胖的身材，但在非糖尿病人也會因肥胖或腹內脂肪
沉積增加時，造成周邊胰島素阻抗。此外胰島素阻抗也和高血壓、高血脂、缺血 性心臟病有緊密的關聯性。所以任何加強胰島素敏感度的方式，皆是治療第 2 型 糖尿病重要的選擇方式之一。
圖2-3、氧化壓力活化絲氨酸激酶誘導胰島素阻抗。
Figure 2-3. The role of serine kinase activation in oxidative stress-induced insulin resistance.
(Evans et al., 2003)
(四)胰島素分泌缺失
胰島素分泌缺失 (β 細胞衰退) 的原因包括年齡老化、基因影響、胰島素阻抗、
脂肪毒性 (lipotoxicity) 、葡萄糖毒性、類澱粉沉積 (amyloid deposition) 和腸促 胰液素分泌的缺失或作用障礙，初始的特色是當葡萄糖刺激時，其第 1 階段胰島 素分泌喪失 (Pratley RE et al., 2001)。近期研究發現β 細胞功能在診斷第 2 型糖 尿病時就有超過 80 %的喪失，這現象比原先的認知更早且更嚴重 (Defronzo RA, 2009)。除 β 細胞功能下降外，在第 2 型糖尿病人的解剖研究中發現β 細胞的總 量 (mass) 減少，且與β 細胞凋零 (apoptosis) 的增加相關 (Butler AE et al., 2003)。
第 2 型糖尿病人血液中過高的游離脂肪酸會損害 β 細胞分泌胰島素的能力，又
稱為脂肪毒性。慢性高血糖也會損害β 細胞分泌胰島素的功能 (Patanè G et al., (sphingomyelin) 產生神經醯胺 (ceramide) 及膽鹼 (choline)，ceramide 可能會增 加 IRS-1 serine phosphorylation，導致胰島素受體 (IR) 受到抑制而干擾胰島素訊 息傳遞，但詳細機制未明。除此之外，TNF-α 也會誘導其他促發炎細胞激素的產 生，包括 interleukin-1 (IL-1)、interleukin-6 (IL-6) 及 interferon-γ (IFN-γ) 等 (Tracey and Cerami, 1993; Vandenabeele et al., 1995)，而這些促發炎細胞激素也與 胰島素阻抗之誘發有關 (Peraldi et al., 1996; Senn et al., 2002)。
近來研究發現，TNF-α可能與肥胖型胰島素阻抗或第二型糖尿病的形成有關 (Moller, 2000)，也已有文獻證實 TNF-α 會干擾肝細胞 (hepatocytes)、纖維母細 胞 (fibroblasts) 及骨髓細胞 (myeloid cells) 的胰島素訊息傳遞 (Feinstein et al.,
4. 抑制 peroxisomeproliferation-activated receptor (PPAR-γ) 合成。
5. 抑制 IR 磷酸化及 IRS-1 tyrosine 磷酸化。
6. 增加 IRS-1 serine/threonine 磷酸化。
7. 提升 protein tyrosine phosphatase (PTPase) 活性。
TNF-α 引起的胰島素阻抗機制仍有爭議，例如：雖然 TNF-α 會促使胰島素 受器 (IR) 上 tyrosine kinase 活性受損，造成 IRS-1 磷酸化程度下降
(Hotamisligi et al., 1993)，但另有研究指出 TNF-α 會造成 IR、IRS-1 與 GLUT-4 含量降低 (Stephens et al., 1997)。另一派學者認為，雖然 TNF-α 會降低脂肪細胞
組織中胰島素刺激的 glucose uptake 與促進脂質降解作用，但仍缺乏證據支持 TNF-α 與胰島素阻抗形成間的關係 (Byrne, 2000)。
圖 2-4. 腫瘤壞死因子與胰島素阻抗。
Figure 2-4. TNF-α induced insulin resistance.
(Chen and Philip, 2000)
(六)以細胞模式探討胰島素阻抗
TNF-α 已被證實會干擾胰島素訊息傳遞，而減少大鼠體內胰島素涉及的全身 葡萄糖代謝利用 (Hsu et al., 1996)。另外亦有學者利用體外方式誘導細胞胰島素 阻抗，並利用此模式探討抗糖尿病有效成份對胰島素阻抗細胞之影響。
1. 脂肪細胞 (adipocytes)
前脂肪細胞分化為成熟的脂肪細胞後才具有胰島素敏感性與受胰島素調控的 葡萄糖攝入能力。誘發脂肪細胞胰島素阻抗模式中，較廣泛被使用的如高劑量胰 島素刺激、長期胰島素刺激、飽和脂肪酸刺激 (Palmitic acid)、TNF-α、dexamethaone 等，皆可誘發胰島素抗性 (Hoehn et al., 2008) 。其中以胰島素與 TNF-α 誘發的
模式被認為會減低 IRS-1 的表現量，因而削弱了胰島素訊息傳遞路徑，以 IRS-1 tyrosine phosphorylation、PI3K 活性、Akt serine phosphorylation 以及葡萄 糖轉運蛋白 (GLUT 4) 表現，造成 C2C12 細胞葡萄糖攝入降低捯飭胰島素阻抗現
象，而 loperamide 則可以恢復因 IL-6 誘導所造成的胰島素減低 (Tzeng et al., 2005)。
3. 肝細胞 (hepatocytes)
肌肉細胞與脂肪細胞為常應用於評估糖尿病成份的體外細胞模式，但此兩株 須經分化後才可以獲得對胰島素的感受度，而且操作步驟複雜且耗時，不利應用 於抗糖尿病成份之篩選 (Cheng et al., 2008)。而肝細胞不需經分化即可具有對胰 島素的感受度，近年之研究將肝細胞誘導成胰島素阻抗，並以此體外模式評估抗 糖尿病有效成份。Cheng 等人 (2008) 先以 TNF-α誘導小鼠肝臟細胞 FL83B 胰 島素阻抗，再經胰島素處理後，以葡萄糖分析套組測定細胞培養液中葡萄糖含量，
發現培養液葡萄糖含量於相同處理時間下會隨 TNF-α濃度增加而增加，表示 TNF-α 會減少細胞經胰島素刺激的葡萄糖攝入，並以此模式快速篩選出植物中降 血糖之有效成份，而這些有效成份亦可以增加 IRS-1 表現，恢復胰島素阻抗細胞 中胰島素之訊息傳遞。另外，Senn 等人 (2002) 以 IL-6 處理小鼠初代肝細胞及 人類肝癌細胞株 Hep G2，發現會減少經胰島素刺激之 IRS-1 及 PI3K 表現，此 外亦會抑制調控胰島素訊息下游代謝活動之 Akt 的活性，最後導致小鼠初代肝細 胞中肝醣合成受到抑制。因此由以上得知 TNF-α及 IL-6 可以誘導肝細胞造成細 胞層次之胰島素阻抗，並應用於降血糖及抗糖尿病成份之評估。