การควบคุมเมแทบอลิซึมด้วยฮอร์โมน

การควบคุมเมแทบอลิซึมด้วยฮอร์โมนคือวิธีการที่ฮอร์โมนในกระแสเลือดประสานงานการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิงทั่วร่างกาย โดยการส่งสัญญาณว่าร่างกายเพิ่งรับประทานอาหารหรือกำลังอดอาหาร ฮอร์โมนต่างๆ เช่น อินซูลิน กลูคากอน คาเทโคลามีน และคอร์ติซอล จะบอกเนื้อเยื่อแต่ละส่วนว่าควรเก็บสะสมเชื้อเพลิงหรือปล่อยออกมา เพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือดและการจัดหาพลังงานให้อยู่ในขีดจำกัดที่เหมาะสม

Definition

การควบคุมเมแทบอลิซึมด้วยฮอร์โมนคือการควบคุมการเก็บสะสม การระดม และการออกซิเดชันของเชื้อเพลิงโดยสัญญาณจากต่อมไร้ท่อ ซึ่งส่วนใหญ่คืออินซูลิน กลูคากอน คาเทโคลามีน และกลูโคคอร์ติคอยด์ ที่ปรับกิจกรรมและปริมาณของเอนไซม์เมแทบอลิซึมในตับ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อไขมันตามสถานะทางโภชนาการ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมฮอร์โมนหลักที่ควบคุมเมแทบอลิซึมของเชื้อเพลิง การส่งสัญญาณระดับเซลล์ที่ฮอร์โมนเหล่านี้ออกฤทธิ์ และตรรกะแบบกลับกันที่ฮอร์โมนเหล่านี้ใช้ในการเปลี่ยนเนื้อเยื่อระหว่างการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิง นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับการควบคุมเมแทบอลิซึมโดยต่อมไร้ท่อในสาขาชีวเคมีและสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกหรือคำสั่ง

Core questions

• ฮอร์โมนใดส่งสัญญาณภาวะอิ่มและฮอร์โมนใดส่งสัญญาณภาวะอดอาหาร?
• ฮอร์โมนที่ผิวเซลล์เปลี่ยนแปลงอัตราของวิถีเมแทบอลิซึมภายในเซลล์ได้อย่างไร?
• อินซูลินและกลูคากอนออกฤทธิ์ควบคุมแบบตรงข้ามและกลับกันได้อย่างไร?
• เกิดอะไรขึ้นกับการจัดการเชื้อเพลิงเมื่อการส่งสัญญาณของฮอร์โมนล้มเหลว เช่น ในภาวะดื้ออินซูลิน?

Key concepts

• อินซูลินในฐานะฮอร์โมนสร้าง (anabolic) ในภาวะอิ่ม
• กลูคากอนในฐานะฮอร์โมนระดมกลูโคสในภาวะอดอาหาร
• คาเทโคลามีนและการตอบสนองต่อความเครียด
• คอร์ติซอลและการปรับตัวเพื่อสร้างกลูโคสใหม่ในระยะยาว
• การส่งสัญญาณตัวรับและตัวส่งสัญญาณรอง
• การฟอสฟอริเลทเอนไซม์ที่ผันกลับได้
• ภาวะดื้ออินซูลิน

Key theories

การควบคุมแบบกลับกันของอินซูลิน-กลูคากอน

อินซูลินและกลูคากอนออกฤทธิ์ตรงข้ามกัน: อินซูลิน ซึ่งมีอิทธิพลหลังมื้ออาหาร จะขับเคลื่อนการเก็บสะสมและยับยั้งการผลิตกลูโคส ในขณะที่กลูคากอน ซึ่งมีอิทธิพลในภาวะอดอาหาร จะขับเคลื่อนการผลิตกลูโคสจากตับ; อัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอนจะเป็นตัวกำหนดทิศทางสุทธิของเมแทบอลิซึมในตับ

การควบคุมเมแทบอลิซึมโดยการส่งสัญญาณ

ฮอร์โมนจับกับตัวรับที่ผิวเซลล์และกระตุ้นการส่งสัญญาณภายในเซลล์ (สำหรับอินซูลินคือการส่งสัญญาณไทโรซีนไคเนสของตัวรับ; สำหรับกลูคากอนและคาเทโคลามีนคือ cyclic-AMP และโปรตีนไคเนส A) ซึ่งเปลี่ยนแปลงสถานะการฟอสฟอริเลทของเอนไซม์เมแทบอลิซึม ทำให้วิถีการทำงานเปิดหรือปิด

Mechanisms

หลังรับประทานอาหาร ระดับกลูโคสที่สูงขึ้นจะกระตุ้นการหลั่งอินซูลิน อินซูลินจะจับกับตัวรับไทโรซีนไคเนส (receptor tyrosine kinase) ซึ่งกระตุ้นการส่งสัญญาณปลายน้ำที่ทำให้เอนไซม์เก็บสะสมถูกดีฟอสฟอริเลทและทำงาน ส่งเสริมการนำกลูโคสเข้าสู่กล้ามเนื้อและไขมัน และยับยั้งการผลิตกลูโคสจากตับ ในภาวะอดอาหาร กลูคากอนและคาเทโคลามีนจะเพิ่ม cyclic AMP และกระตุ้นโปรตีนไคเนส A ซึ่งจะฟอสฟอริเลทเอนไซม์ ทำให้การสลายไกลโคเจน การสร้างกลูโคสใหม่ และการสลายไขมันเป็นที่โปรดปราน คอร์ติซอลสนับสนุนภาวะการสร้างกลูโคสใหม่ที่ยั่งยืนเป็นเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน เนื่องจากสัญญาณเหล่านี้ออกฤทธิ์ผ่านการปรับเปลี่ยนเอนไซม์ที่ผันกลับได้และการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีน ชุดของวิถีเดียวกันนี้จึงสามารถถูกเปลี่ยนทิศทางไปสู่การเก็บสะสมหรือการระดมเชื้อเพลิงได้ ขึ้นอยู่กับว่าฮอร์โมนใดมีอิทธิพลมากกว่า เมื่อการส่งสัญญาณของอินซูลินบกพร่อง การประสานงานนี้จะพังทลายลง ซึ่งเป็นภาวะที่เรียกว่าภาวะดื้ออินซูลิน

Clinical relevance

การควบคุมเมแทบอลิซึมด้วยฮอร์โมนที่ผิดปกติเป็นสาเหตุของภาวะทั่วไปหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรคเบาหวาน ซึ่งการส่งสัญญาณของอินซูลินบกพร่องหรือไม่ทำงาน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาและชีวเคมีพื้นฐาน เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อการศึกษา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การกำหนดขนาดยา หรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

มุมมองทางต่อมไร้ท่อของเมแทบอลิซึมเริ่มต้นด้วยการแยกอินซูลินได้ในทศวรรษ 1920 และการตระหนักว่าฮอร์โมนควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด ในทศวรรษต่อมา กลูคากอน คาเทโคลามีน และคอร์ติซอล ได้ถูกจัดให้อยู่ในแผนการควบคุมที่สอดคล้องกันระหว่างภาวะอิ่มกับภาวะอดอาหาร และระบบตัวส่งสัญญาณรอง cyclic-AMP ได้ชี้แจงว่าฮอร์โมนที่ผิวเซลล์เข้าถึงเอนไซม์ภายในเซลล์ได้อย่างไร งานวิจัยในภายหลังเกี่ยวกับการส่งสัญญาณของตัวรับอินซูลินและภาวะดื้ออินซูลินได้เชื่อมโยงการควบคุมนี้เข้ากับโรคเมแทบอลิซึม

Key figures

• Frederick Banting
• Charles Best
• Alan Saltiel
• C. Ronald Kahn
• Gerald Shulman

Seminal works

• saltiel-2001
• samuel-2012
• cahill-2006

Frequently asked questions

ทำไมอินซูลินและกลูคากอนจึงถูกอธิบายว่าเป็นฮอร์โมนที่ออกฤทธิ์ตรงข้ามกัน?

อินซูลินส่งเสริมการเก็บสะสมเชื้อเพลิงและลดระดับน้ำตาลในเลือดหลังมื้ออาหาร ในขณะที่กลูคากอนส่งเสริมการปล่อยกลูโคสจากตับในระหว่างการอดอาหาร เนื่องจากฮอร์โมนทั้งสองผลักดันเมแทบอลิซึมในตับไปในทิศทางตรงกันข้าม ความสมดุลของฮอร์โมนทั้งสองจึงเป็นตัวกำหนดว่าร่างกายกำลังเก็บสะสมหรือระดมเชื้อเพลิง

ฮอร์โมนภายนอกเซลล์เปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมภายในเซลล์ได้อย่างไร?

ฮอร์โมนจับกับตัวรับที่ผิวเซลล์และกระตุ้นการส่งสัญญาณภายในเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสถานะการฟอสฟอริเลทของเอนไซม์เมแทบอลิซึม ทำให้วิถีการทำงานเปิดหรือปิด และในระยะยาวจะเปลี่ยนแปลงปริมาณของเอนไซม์แต่ละชนิดที่ถูกสร้างขึ้น