胰岛素的代谢途径
胰岛素几乎直接或间接地影响着机体每个组织的功能，其中胰岛素三大主要能量储存组织的代谢效应，即肝脏、肌肉和脂肪组织。 [6]
（1）胰岛素与葡萄糖代谢 — 葡萄糖的三大来源是：食物的肠道吸收，糖原分解(糖原是葡萄糖的储存形式)，以及糖异生(碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢过程中生成的非糖前体成分可经糖异生作用合成葡萄糖)。
一旦转运进细胞，葡萄糖就可作为糖原储存起来，或经糖酵解成丙酮酸。丙酮酸可被还原成乳酸，或经氨基转移作用形成丙氨酸，或转变为乙酰辅酶A(coenzyme A, CoA)。乙酰CoA可在三羧酸循环中氧化成二氧化碳和水，或转变成脂肪酸以甘油三酯形式储存起来，或用来合成酮体或胆固醇。
胰岛素在糖代谢中具有多种作用，包括：抑制糖原分解和糖异生、增加葡萄糖转运入脂肪和肌肉、增强脂肪和肌肉中的糖酵解、刺激糖原合成
●葡萄糖的生成：尽管体内大部分组织都可发生糖原分解，但只有肝脏和肾脏表达葡萄糖-6-磷酸酶，而这种酶对葡萄糖释放入血是必需的。肝脏和肾脏还含有糖异生所必需的酶。在这两种器官中，肝脏负责大部分的葡萄糖输出。示踪研究发现，空腹过夜后，肾脏仅产生10%-20%的葡萄糖。因此，肝脏是胰岛素调节葡萄糖生成的首要靶器官。但2型糖尿病患者中肾脏葡萄糖输出会增加，以在低血糖的反调节过程中部分代偿肝脏葡萄糖的输出减低。
胰岛素通过抑制糖原分解过程中必需的糖原磷酸化酶，直接限制肝葡萄糖输出。胰岛素还通过间接作用减少肝脏糖异生，所涉及的途径有：减少糖异生前体物质和游离脂肪酸输入肝脏；抑制胰高血糖素的分泌，部分机制是直接抑制胰岛α细胞中的胰高血糖素基因；改变肝脏的神经信号传入。研究者将胰岛素输注入狗的门静脉或外周静脉后发现，在肝葡萄糖生成过程中，胰岛素的直接作用仍占主导地位，不过随着胰岛素分泌增加，其间接作用也更明显。
●葡萄糖的利用：胰岛素能够刺激骨骼肌和脂肪摄取葡萄糖。在骨骼肌和脂肪组织中，葡萄糖借助葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4, GLUT-4)穿过细胞膜。GLUT-4可能存在于骨骼肌、脂肪细胞的细胞质中；来自胰岛素的信号促使GLUT-4从细胞质转移至细胞膜，进而协助葡萄糖进入这些组织中(例如，餐后时)。一些小鼠研究已证实葡萄糖稳态的控制较复杂，并表明通过不依赖胰岛素的GLUT-4增加和一磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK)活性增强，骨骼肌也可摄取葡萄糖。
在血糖正常情况下，胰岛素介导的葡萄糖摄取大多发生于肌肉组织，且在葡萄糖摄取量增加的情况下，脂肪组织的额外摄取量小于增加总量的10%。然而，脂肪组织也会通过胰岛素介导的抑制脂解作用间接地促进葡萄糖的利用。这是底物竞争机制所致，因为作为机体能量来源之一的游离脂肪酸利用度降低，使得肌肉中葡萄糖的摄取和代谢增加。通过影响糖原合成和糖分解(糖酵解)，胰岛素还可以促进细胞中的糖代谢。
胰岛素可增强脂肪、肌肉和肝脏等组织中的糖原合酶活性，但这种作用不会导致净糖原合成，除非糖原磷酸化酶受到强烈抑制。实际上，人骨骼肌中糖原磷酸化酶的催化活性是糖原合酶活性的50倍。
胰岛素通过增强糖酵解通路中己糖激酶和6-磷酸果糖激酶这两种关键酶的活性，提高骨骼肌和脂肪组织中糖酵解的速率。
（2）胰岛素与脂代谢 — 胰岛素能够协调体内不同能源物质(葡萄糖和游离脂肪酸)的利用，来满足机体在进食与空腹的循环中以及运动时的能量需求。进餐后有大量葡萄糖可用，此时胰岛素分泌增加，这可促进甘油三酯储存至脂肪细胞。其中涉及多种机制：
●胰岛素通过激活脂蛋白脂肪酶来促进富含甘油三酯的乳糜微粒(例如，混合饮食后形成的乳糜微粒)从外周组织中清除。脂蛋白脂肪酶存在于肌肉和脂肪组织的血管内皮中，可水解血循环脂蛋白内的甘油三酯，所产生的脂肪酸随后被肌肉组织摄取后氧化，或被脂肪组织摄取后储存。胰岛素还可激活脂肪组织中的脂蛋白脂肪酶，但抑制骨骼肌中的此酶。胰岛素对脂蛋白脂肪酶的这种组织特异性作用导致甘油三酯从肌肉转移至脂肪组织中储存。
●胰岛素能够刺激脂肪细胞中的游离脂肪酸重新酯化为甘油三酯。在胰岛素介导下，更多的葡萄糖被转运进脂肪细胞，从而间接实现重新酯化。脂肪细胞中的糖酵解活动增加，引起糖酵解代谢产物甘油-3-磷酸的水平升高，而甘油-3-磷酸参与游离脂肪酸酯化为甘油三酯的过程。
●胰岛素通过抑制脂质分解的限速酶—激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase, HSL)抑制储存中的甘油三酯发生脂分解。研究表明，胰岛素可激活一种蛋白磷酸酶，使HSL在去磷酸化后失活。另一种机制是胰岛素敏感性磷酸二酯酶使细胞内的环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)水平下降，进而抑制负责磷酸化和激活HSL的cAMP依赖性蛋白激酶。
甘油三酯储存增多和脂质分解减少的整体效应是减少游离脂肪酸进入肝脏。尽管这些过程是间接的，但胰岛素可能确实对减少肝脏糖异生和葡萄糖输出起到了强力的调控作用。
胰岛素与酮体代谢 — 在空腹时间过长或糖尿病无法控制等低胰岛素状态下，脂肪动员将明显加速，导致游离脂肪酸进入肝脏过多。在这种情况下，肝脏利用长链脂肪酸不完全β-氧化附带产生的大量乙酰CoA合成酮体。这些酮酸(乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮)可以被肝外组织利用供能，主要是骨骼肌和心脏。在极端情况下，大脑也利用酮体来供能。
胰岛素可通过多种机制有效地降低循环中的酮体浓度。如上所述，胰岛素能够抑制脂类分解，从而减少肝脏用于生酮作用的游离脂肪酸的供应。此外，胰岛素还可直接抑制肝脏的生酮作用，这也可以解释在肥胖的人群和2型糖尿病患者中，尽管游离脂肪酸的血浆浓度较高，但不易发生酮症。最后，高胰岛素血症与外周酮体清除增加有关。
（3）胰岛素与蛋白质代谢 — 胰岛素增加氮贮留和蛋白质生成。
胰岛素可以促进氨基酸转运进肝细胞、骨骼肌和成纤维细胞，还可以增加核糖体的数量和翻译效率。总体而言，这些作用使蛋白质合成增多。胰岛素也抑制蛋白质分解。在人体研究中，利用高胰岛素-正常血糖钳夹技术发现，血清胰岛素浓度的生理性增加可以减少全身蛋白质水解，并且具有剂量依赖性[29]。此现象最多可使蛋白质水解减少40%，这表明还有其他因素调节蛋白质水解。胰岛素通过抑制糖异生来维持蛋白质合成底物—氨基酸的可利用度。因此，胰岛素可通过直接和间接机制促进蛋白质合成。
