杂合子也可致病。在大量常见的普通型2型糖尿病患者中所进行胰岛素受体基因扫查并未发现基因突变，说明普通的2型糖尿病的致病因素并非由于胰岛素受体基因编码区发生突变。 2.胰岛素受体底物(IRS)基因变异
于糖尿病患者所作IRS蛋白基因序列的分析未发现单一基因突变为致病因素。于2型糖尿病患者发现了几种IRS-1基因多态性较一般人群为常见。研究得较多的为甘氨酸972精氨酸多态性，一项丹麦研究观察到此种多态性频率于正常人为5.8%，而于2型糖尿病患者为10.7%。有意义的是甘氨酸972精氨酸多态性位于和下游PI-3K相结合的两个潜在的酪氨酸磷酸化位点之间，当此种IRS-1蛋白变异型在体外细胞中表达时，引起PI-3K与IRS-1结合的特异性缺陷，而使PI-3K活性降低36%。
日本2型糖尿病患者还有其他数种IRS-1多态性，包括脯氨酸190精氨酸，甲硫氨酸209苏氨酸，丝氨酸809苯丙氨酸。这些多态性的频率在患者及对照者的比较中以单独一种计，并无差别，但加在一起，再加上甘氨酸972精氨酸多态性，则糖尿病者较正常人高3倍。
于白人，观察到2种IRS-2多态性，分别为甘氨酸1057门冬氨酸及甘氨酸879丝氨酸，不过这两种变异都不伴有糖尿病或胰岛素抵抗。 3.PI-3K多态性
于PI-3K的调节性α亚基p85α，观察到一种常见的多态性，第326位的甲硫氨酸为异亮氨酸所取代，此种变异纯合子者与杂合子及不伴此变异者相比较，在多样本静脉糖耐量试验中胰岛素敏感性降低32%。 由上可见，胰岛素信号中关键性信号的基因多态性可能在参与胰岛素抵抗的发生中起作用，单独一种变异不足以造成糖尿病。
（二）胰岛素信号蛋白功能变化 1.胰岛素受体蛋白酪氨酸激酶活性降低
含蛋白酪氨酸激酶的胰岛素受体β亚基的功能与其酪氨酸或丝氨酸磷酸化状态密切相关，胰岛素即是通过刺激其关键位点的酪氨酸磷酸化而实现生理效应，在受体β亚基上还存在多个丝氨酸，如其被磷酸化则抑制胰岛素受体酪氨酸磷酸化而降低其功能。加强受体丝氨酸磷酸化的因素包括：(1) 长时期高胰岛素血症，其机制可能是通过激素结构上的相似性与类胰岛素生长因子-1 (IGF-1) 受体结合，刺激有关的丝氨酸激酶，阻碍胰岛素受体功能。(2) 长时期高血糖使细胞内二酰甘油(DAG)增加，刺激蛋白激酶C (PKC)，后者可催化胰岛素受体及IRS丝氨酸磷酸化。(3) 蛋白酪氨酸磷酸酶 (PTP)，使胰岛素受体酪氨酸去磷酸化，活性降低，信号转导受阻。胰岛素抵抗患者及2型糖尿病者胰岛素靶组织中PTB1B表达增强。PTB1B基因剔除小鼠对胰岛素敏感性增强，目前正在积极研究特异性抑制PTB1B活性的物质，以开发治疗胰岛素抵抗及2型糖尿病的药物，已取得一些成果。
近年在比较胰岛素抵抗者和正常对照成纤维细胞基因表达的差别中，发现胰岛素抵抗者浆细胞膜糖蛋白-1 (PC-1)表达明显升高。研究表明，PC-1为一穿膜糖蛋白，存在于多种组织，具磷酸二脂酶及焦磷酸酶活性，可抑制胰岛素受体酪氨酸激酶活化及下游信号转导。PC-1的作用机制为直接作用于胰岛素受体的α亚基。临床研究提示二甲双胍的作用机制可能与抑制PC-1的表达有关。 2.IRS功能受损
IRS蛋白的丝氨酸/苏氨酸磷酸化是引起胰岛素抵抗的重要因素，凡是能加强IRS蛋白或其他下游信号效应蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸化的物质对胰岛素信号转导及效应皆起负面调节作用，这是由于丝氨酸/苏氨酸磷酸化阻碍胰岛素刺激下的IRS蛋白酪氨酸磷酸化，可使胰岛素信号转导受阻，引发胰岛素抵抗。 IRS丝氨酸磷酸化增强见于以下情况：(1) 蛋白激酶C (PKC) 在激活物刺激下活化；(2) 血小板源生长因子；(3) 长期高胰岛素血症；(4) 血管紧张素II；(5) 细胞应激通路被TNF-α及其他细胞因子激活。 于肥胖症及2型糖尿病患者的骨骼肌及脂肪细胞观察到IRS蛋白的酪氨酸磷酸化程度降低及PI-3K活性下
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降。同样，于遗传性的或高热量、高脂饲料诱发的动物肥胖及胰岛素抵抗模型也观察到胰岛素刺激的酪氨酸磷酸化及下游效应蛋白的活力降低。
总的说来，IRS蛋白功能受损可继发于胰岛素受体酪氨酸激酶(RTK)活力下降，也可为其他多种因素对IRS的直接作用。
（三）细胞因子对胰岛素信号转导的抑制效应
在肥胖(尤其中心性肥胖)、氧化应激等状况下产生的一些细胞因子对胰岛素信号途径起阻碍作用。近年研究进展提示肥胖时脂肪组织产生的细胞因子可能为引起全身性胰岛素抵抗及β细胞分泌功能障碍的原因。在这些细胞因子中，备受关注的有肿瘤坏死因子-α (TNF-α)及瘦素。 1.肿瘤坏死因子-α(TNF-α)
肥胖者及一些肥胖动物模型腹腔脂肪及肌组织中TNF-α的表达增加，此细胞因子表达增加与肥胖的程度及血浆胰岛素浓度呈正相关。在胰岛素抵抗好转后，TNF-α的表达即下降。血中TNF-α于肥胖者升高，在体重减轻后下降。
TNF-α引起胰岛素抵抗的机制有直接的，也有间接的。TNF-α可直接作用于培养中细胞的胰岛素信号转导系统，TNF-α增强IRS-1及IRS-2的丝氨酸磷酸化，这些底物的丝氨酸磷酸化可引发胰岛素受体酪氨酸自身磷酸化的减少及受体酪氨酸激酶活力的降低；另一方面，又显著降低IRS蛋白与胰岛素受体相接的能力以及与下游转导途径(如PI-3K、葡萄糖转运)的相互作用。TNF-α增强IRS丝氨酸磷酸化的机制涉及鞘脂类(Sphingolipid)的代谢，伴神经酰胺(Ceramide)生成，后者进而强化丝氨酸/苏氨酸激酶(如神经酰胺活化的激酶，PKCδ，Raf 1)或是PKC ε，后者可直接加强TNF-α的效应。
TNF-α引起胰岛素抵抗的间接机制涉及其他的细胞及代谢因素：（1）TNF-α刺激脂肪细胞分泌瘦素，后者可引起胰岛素抵抗；（2）TNF-α可通过刺激脂肪分解，提高游离脂肪酸水平，后者也是引起胰岛素抵抗的重要代谢因素；（3）TNF-α负调过氧化物酶体增生激活受体?（PPAR?）基因的表达，抑制PPAR?的合成和功能。
总的说来，现有的证据表明TNF-α在诱发胰岛素抵抗及使已出现的抵抗状态维持不退、加重两方面都有重要作用。 2.瘦素
瘦素具有调节脂、糖代谢的作用，这些作用是独立于瘦素抑制食欲、降低体重功能以外的。瘦素的代谢效应与胰岛素的作用相拮抗，瘦素促进脂肪分解，抑制脂肪合成，而胰岛素则反之；瘦素刺激糖原异生，而胰岛素则抑制之。在肥胖症中，瘦素水平与空腹胰岛素水平及体脂百分数密切相关，因而瘦素可视为肥胖及胰岛素抵抗的一个标志物。
至于瘦素对胰岛素信号转导的影响，用相当于肥胖者血瘦素水平的浓度处理人肝细胞及一种肝瘤细胞株(HepG2细胞)，可使IRS-1酪氨酸磷酸化减弱，并使Grb2与IRS-1的结合能力降低。在作用机制上，瘦素系通过激活其受体(有长型及短型)使Janus酪氨酸激酶2 (JAK2)活化，后者激活信号转导和转录激活因子 (STAT)，再将信号下传。在胰岛素信号转导途径和瘦素信号通路之间存在着交叉联系，二者的相互影响目前正在探讨之中。
除了对胰岛素效应的影响外，瘦素还可通过多种机制削弱胰岛β细胞分泌胰岛素的功能，从而可能将肥胖与β细胞功能缺陷联系起来。β细胞上有瘦素长型受体的表达。瘦素可激活ATP敏感的钾通道抑制胰岛素的释放，又可通过激活磷酸二酯酶3B (PDE3B) 而抑制肠道激素类高糖素肽-1 (GLP-1) 刺激胰岛素分泌的效能。
（四）代谢异常阻碍胰岛素信号转导 1.长期高血糖 (葡萄糖毒性作用)
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慢性高血糖可通过两种机制引发胰岛素抵抗：(1) 已糖胺途径强化；(2) 高血糖致细胞内二酰甘油(DAG)增多，后者为第二信使，可激活蛋白激酶C (PKC)，PKC这一丝氨酸激酶使胰岛素信号通路中的蛋白丝氨酸磷酸化而阻碍信号转导。
在生理状态下，细胞内葡萄糖的一部分通过酶的催化转变为葡糖胺，用于蛋白质翻译后的修饰，形成糖蛋白。在高血糖状态下，此一代谢途径被强化，组织内尿嘧啶二磷酸N-乙酰葡糖胺(UDP-GlcNAc)增多，诱发胰岛素抵抗。大鼠在静脉滴注葡糖胺后，胰岛素刺激的骨骼肌PI-3K活性增强及葡萄糖摄取增加都受到明显抑制。升高的UDP-GlcNAc可使胰岛素信号转导系统中的信号蛋白或转录因子的丝(苏)氨酸磷酸化位点糖基化，从而影响其功能，使信号系统传导受阻。游离脂酸增多也可使已糖胺代谢途径强化，提示这一代谢途径的活化与营养状态有关，在营养过剩时，高血糖、高脂酸使此途径强化，从而降低细胞、组织对胰岛素的敏感性。
在链脲霉素所致糖尿病大鼠的骨骼肌中，胰岛素刺激下2-脱氧葡萄糖的摄取及葡萄糖氧化显著低于正常对照组，并证明胰岛素引发的Akt/PKB磷酸化及GLUT-4的转位严重受阻。对Zucker糖尿病大鼠肝脏的研究中亦观察到类似的结果。以上资料提示长期高血糖可损及胰岛素信号由PI-3K到Akt/PBK之间的传递，为高血糖诱导骨骼肌产生胰岛素抵抗的重要原因。 2.游离脂肪酸升高(脂毒性作用)
2型糖尿病及肥胖症患者空腹血浆FFA较不胖的正常人为高，餐后血FFA的抑制于2型糖尿病者也受损。在高胰岛素、正常葡萄糖钳夹试验中观察到血FFA上升伴有胰岛素抵抗出现。近年来，有学者提出T2DM中糖代谢紊乱的根源为脂代谢的异常，认为大量脂肪在肌肉、肝脏和β细胞等组织的积聚为T2DM发病的重要因素，证明肌细胞内TG含量与胰岛素抵抗的相关性较其它任何指标为强，并提出糖尿病的名称宜为Diabetes Mellipidtus（糖脂病）。 过量FFA于外周靶组织阻碍胰岛素的效应，已有证据表明FFA在以下水平引起胰岛素效应的缺陷：(1) 葡萄糖被摄入肌肉组织；(2) 葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖；(3) 糖原合成。
于大鼠，血浆游离脂酸急骤升高可引起胰岛素抵抗，伴有IRS-1酪氨酸磷酸化减少及胰岛素刺激的PI-3K活性上升受阻。大鼠肝瘤细胞(hepatoma)与富含游离脂酸的培养液一起保温，和正常培养液中的细胞相比，胰岛素受体酪氨酸激酶活性显著降低。大鼠接受游离脂酸滴注后或肌组织中甘油三酯及长链乙酰辅酶A含量增加皆可激活PKC异形体，促进IRS蛋白丝氨酸磷酸化，从而阻碍胰岛素刺激的PI-3激酶级联反应活化，此可能为葡萄糖转运障碍的原因。于人类也观察到FFA可引起PI-3K活化受损。 （五）其它可能与胰岛素抵抗发生有关的因素 抵抗素（resistin）
Resistin是新近发现的一种脂肪源性的多肽类激素。该蛋白由94个氨基酸残基组成，分子量为12.5 KD。Resistin基因特异表达于白色脂肪组织。在遗传性和饮食诱导的肥胖小鼠，血清resistin水平显著增加，在2型糖尿病模型中，免疫中和resistin可改善血糖及胰岛素的作用。在正常小鼠，resistin可使糖耐量及胰岛素的作用受损。噻唑烷二酮类药物（TZDs）可显著降低resistin基因表达及蛋白分泌。由此认为，resistin是联系肥胖与胰岛素抵抗及糖尿病的重要信号分子，下调resistin表达是TZDs发挥抗糖尿病效应的重要机制。
但也有研究发现，在人的肌肉组织、多数人离体脂肪细胞及活检组织中没有resistin的表达，在正常人、胰岛素抵抗及糖尿病患者的上述组织中resistin的表达水平没有差异。在部分患者离体的脂肪细胞和脂肪组织中，resistin呈特异性低丰度表达。由此认为，在人类resistin似乎并不是联系肥胖和2型糖尿病的重要信号分子。
又有研究显示，在多种肥胖模型（ob/ob，db/db，tub/tub和KKA(y)小鼠）的白色脂肪组织中，resistin表达水平显著降低，在ob/ob小鼠和Zucher 肥胖大鼠中，PPAR?激动剂可上调脂肪组织中resistin的表达。这表明在实验性肥胖的啮齿动物模型中，存在严重的resistin表达缺陷，降低resistin的表达并不是PPAR?激动剂发挥抗糖尿病效应所必需的。
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以上初步的研究资料显示，resistin是继leptin之后发现的、脂肪组织分泌的又一重要激素，但resistin在胰岛素抵抗和2型糖尿病发病机制中的确切地位尚待阐明。 2. 脂联素（Adiponectin）
Adiponectin，亦称为28KD凝胶结合蛋白（GBP28），是一种由apM1（AdiPose Most abundant Gene transcript 1）基因编码的脂肪组织特异性的血浆蛋白。该基因特异且高丰度表达于脂肪组织，其启动子区含有过氧化物酶体增生激活受体?（PPAR?）和糖皮质激素受体结合基序。adiponectin的鼠类同源蛋白已被鉴定，称为AdipoQ或30KD的脂肪细胞补体相关蛋白（Acrp30）。 日本学者研究发现，adiponectin可降低肥胖鼠骨骼肌和肝脏中甘油三酯的含量，减轻胰岛素抵抗。在动物模型及患者中均已证实低adiponectin血症与胰岛素抵抗存在相关性。在脂肪萎缩的胰岛素抵抗模型鼠中，联合应用生理浓度的adiponectin和leptin可完全逆转胰岛素抵抗，而单用adiponectin或leptin都仅能部分改善胰岛素抵抗。这表明在肥胖和脂肪萎缩鼠模型中，adiponectin降低均参与了胰岛素抵抗的发生发展。这也提示补充adiponectin可能为胰岛素抵抗和2型糖尿病的治疗提供了全新的手段。最近的研究表明，在不同种族人群中，血浆adiponectin浓度降低均是联系肥胖和2型糖尿病的重要指标，且血浆adiponectin的降低程度与胰岛素抵抗及高胰岛素血症的相关性要强于肥胖度和糖耐量减退程度。已有研究观察到，adiponectin基因2号外显子存在G/T的多态性位点，3号外显子存在错义突变（R112C），且发现携有该突变个体的血浆adiponectin浓度显著降低。而2号外显子G/T的多态性与血浆adiponectin浓度及肥胖均无相关性。
体内外研究表明， TZDs可诱导adiponectin基因表达和蛋白分泌。TZDs可显著增加伴有胰岛素抵抗的患者和啮齿动物血浆adiponectin浓度，而并不影响他们的体重。TZDs可使肥胖鼠脂肪组织中降低的adiponectin水平恢复正常或高于正常。TZD衍生物可呈剂量和时间依赖的方式增加3T3-L1细胞中adiponectin mRNA的表达和蛋白分泌。现已明确TZDs是通过激活adiponectin的启动子而发挥上述效应。胰岛素抵抗状态下，脂肪源性TNF?生成增加，TNF?可抑制adiponectin的启动子活性，降低adiponectin的表达。TZDs可拮抗TNF?对adiponectin启动子的抑制效应，增加adiponectin的表达，改善胰岛素抵抗。 （六）胰岛素信号转导相关蛋白基因剔除研究的启示
基因剔除技术的基本原理是利用活细胞基因组DNA可与外源DNA序列发生同源重组的特性，对预先选择的基因进行定点修饰达到改变基因组某一基因的目的。其特点是把外源基因引入基因组DNA的特定片段上，被击中的基因或引入的新基因会随基因组DNA的复制而稳定复制，因而可在活体内对某一基因的功能进行研究。组织选择性剔除系统（Cre/loxP system）的建立为研究某一基因的组织特异性功能提供了有力手段。基因剔除技术以及特定组织基因剔除，为了解胰岛素信号系统中一些主要蛋白分子的功能提供了前所未有的条件，对理解胰岛素抵抗及2型糖尿病的发生机制有重要启示。 1．胰岛素受体（Insr）剔除
胰岛素必须与其特异性受体结合才能发挥生物效应。基因剔除研究显示，Insr基因纯合突变鼠（Insr-/-）宫内发育正常，吮乳后便出现严重的糖尿病酮症酸中毒，血甘油三酯（TG）和游离脂肪酸（FFA）升高，肝脏脂肪变性，肝糖原含量减少，生长迟滞，骨骼肌萎缩。脂肪细胞的分化及数目基本正常，但细胞内脂质含量显著降低。由于这些严重的代谢紊乱，Insr-/-鼠多在出生后一周内死亡。证明胰岛素生理效应完全缺乏，
+/-具严重后果。而杂合突变鼠（Insr）表型正常，并无明显的胰岛素信号转导缺陷。也有发现Insr+/-鼠4-6月龄时出现胰岛素水平升高和胰岛素抵抗，但也只有10％发展为糖尿病，后者可能与遗传背景有关。这一结果与人类胰岛素受体生理学特性相符，因为靶细胞膜上的胰岛素受体只需10-20%与胰岛素结合，即足以发挥最大生理效应。
在骨骼肌特异性Insr剔除（MIRKO）鼠，尽管骨骼肌中胰岛素刺激葡萄糖摄取受损，出现体脂增加，TG和FFA水平升高，但血糖、血清胰岛素及糖耐量均正常。这提示骨骼肌胰岛素抵抗有助于2型糖尿病相关的脂代谢异常的形成，而参与胰岛素相关的糖代谢调节组织可能较人们以前认识的更多。通常运动能促进骨骼肌对葡萄糖的摄取，提高胰岛素的敏感性。安静状态下，MIRKO鼠骨骼肌对2-脱氧葡萄糖（2-DG）的摄取正常，且肌糖原含量及糖原合成酶活性亦正常，但对胰岛素的刺激无反应。单纯运动以及运动加上胰岛素均能增加MIRKO鼠骨骼肌对2-DG的摄取，且单纯运动就能增加糖原合成酶活性，而单纯胰岛素
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并不能使糖原合成酶活性增加。这表明骨骼肌中Insr的正常表达并非运动促进葡萄糖摄取和增加糖原合成酶活性所必需的。
选择性剔除小鼠?细胞的Insr后，在葡萄糖刺激下，第一时相的胰岛素分泌完全缺失，而对精氨酸刺激仍有反应，酷似2型糖尿病中的β细胞缺陷。这种特征也见于临床上由于胰岛素受体遗传性缺陷而发生严重胰岛素抵抗的患者，其对葡萄糖刺激下的急性胰岛素分泌反应也缺乏。上述专一β细胞胰岛素受体剔除小鼠葡萄糖所诱发的第2相胰岛素分泌也较为迟钝，随着鼠龄增加，糖耐量逐渐减损，不过不出现明显的糖尿病。这一研究表明完整的胰岛素信号系统为β细胞本身分泌胰岛素功能所必需，同时提示β细胞水平的胰岛素抵抗日久也会引起胰岛素分泌下降，从而有可能以一元论：胰岛素抵抗来解释2型糖尿病的发病机制及自然病程。
也有研究选择性剔除小鼠肝脏的Insr，2个月后出现严重的胰岛素抵抗，IGT及对外源性胰岛素抵抗。但到4月龄时，空腹血糖恢复正常。这表明单纯的肝脏胰岛素抵抗足以导致葡萄糖代谢的严重紊乱，但并不一定形成空腹高血糖或糖尿病。 2．蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPase）剔除
PTPase能使Insr脱磷酸化，抑制酪氨酸激酶活性，减弱胰岛素的效应。蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）基因剔除后，小鼠血糖轻度下降，胰岛素浓度较野生型（PTP1B+/+）降低一半。纯合子鼠（PTP1B-/-）对胰岛素的敏感性增加，胰岛素刺激后，肝脏和肌肉组织Insr酪氨酸磷酸化增强。PTP1B-/-鼠和杂合子（PTP1B+/-）鼠均能抵抗高脂饮食引发的体重增加，并保持胰岛素的敏感性。且发现PTP1B-/-鼠体重显著减轻，并伴有基础代谢率的提高和总能量消耗的增加，这种减肥效应是由于脂肪细胞体积明显减小，而数目并无改变。进一步研究发现，PTP1B-/-鼠的增敏效应具有组织特异性，它可增加骨骼肌对葡萄糖的摄取，但对脂肪组织无明显影响。由此提示PTP1B在调节胰岛素敏感性和能量代谢中发挥重要作用，这也为2型糖尿病和肥胖的治疗提供了潜在的新靶点。 3．胰岛素受体底物（IRSs）剔除
目前已发现至少9种IRSs，其中与胰岛素信号转导密切相关的特异性底物有IRS1、2、3、4，尤以IRS1和IRS2受到关注。 （1）．IRS1剔除
IRS1是Insr和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）受体酪氨酸激酶的主要底物。研究发现，IRS1杂合子（IRS1+/-）鼠表型正常。纯合子（IRS1-/-）鼠呈现胚胎和出生后生长迟滞，这表明IRS1在胰岛素和IGFs的促生长效应中发挥重要作用。还发现IRS1-/-鼠呈轻度胰岛素抵抗，并出现代谢综合征的特征，如高TG血症和高血压，但并不发展为糖尿病。其机制可能是由于?细胞的增生代偿。IRS1-/-鼠仅出现相对较轻的表型，而Insr-/-鼠却因严重的表型而死亡。这强力提示体内存在非IRS1依赖的胰岛素和IGFs信号转导通路。现已证实IRS2参与了胰岛素的信号转导，并可能代偿IRS1-/-鼠IRS1的缺陷。
研究还发现，在IRS1-/-鼠肌肉组织中，胰岛素诱导的磷脂酰肌醇3激酶（PI-3K）、P70S6激酶和丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）的激活作用以及葡萄糖的转运能力均减弱。而肝脏中PI-3K和MAPK活性均正常。其可能解释是作为替代底物的IRS2在两组织中存在明显差异。在IRS1-/-鼠肝脏，酪氨酸磷酸化的IRS2水平与野生型（IRS1+/+）鼠中IRS1水平相近。而肌肉中前者仅相当于后者的20-30%。这些研究表明，骨骼肌中IRS1在介导胰岛素促进的葡萄糖转运和蛋白合成中发挥重要作用，IRS1-/-鼠的胰岛素抵抗主要是外周抵抗。
在IRS1鼠的脂肪组织，胰岛素诱导的PI-3K活性和IRS2的酪氨酸磷酸化减弱，胰岛素刺激的葡萄糖转运和葡萄糖转运子4（GluT4）的转位亦减少，且发现IRS3成为与PI-3K相关的主要酪氨酸磷酸化蛋白。
-/-这提示在脂肪细胞，IRS1和IRS3在介导胰岛素刺激的葡萄糖转运中均起重要作用，在IRS1鼠的脂肪组织由IRS3代偿IRS1的缺陷。 （2）．IRS2剔除
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