IP定位（共3篇）
IP定位 篇1
摘要：针对IP资源的可再利用,提出了对IP协议的改进,在理论上进行了有益的探索,在概述IP协议的基础上针对IP资源被耗尽的问题提出了对IP协议的改进,以使IP资源可持续利用;并在改进IP协议的过程中带了一种附加效益,即利用改进后的IP协议对网络设备进行简便而准确的地理定位。并阐述了改进后IP地址的结构和面临的问题。
关键词：IP地址的可持续利用,复合IP地址标识法,定位,坐标
随着网络的迅速发展,IP地址面临被耗尽的尴尬局面,由此IPv6也在这种危机下产生,而且网络的发展也带来了网络实名需求的高涨,随之而来的也出现了两难的问题,一方面是大部分用户对此的抵触,一方面是相关安全部门对此的需要。本文就技术层面上,通过添加一些新的规则进入相关网络协议,特别是IP协议,以对IP地址进行可持续利用,并由此带来一种附加效益,即对网络设备简便而精确的定位,其中网络设备包括服务器和终端设备。
1 IP地址存在的潜在问题
IP地址是每一个网络设备机进入互联网必不可少的身份标识,而网络的飞速发展已使IP协议呈现出不少瑕疵,因此IP协议自身也需要不断的发展和完善。下面通过分析IP协议和IP地址分类,揭示相关问题。
1.1 IP网际协议(Internet Protocol)
网际协议(IP)是一个网络层协议,它包含寻址信息和控制信息,可使数据包在网络中路由。IP协议是TCP/IP协议族中的主要网络层协议,与TCP协议结合组成整个因特网协议的核心协议。IP协议同样都适用于LAN和WAN通信。
IP协议有两个基本任务:提供无连接的和最有效的数据包传送;提供数据包的分割及重组以支持不同最大传输单元大小的数据连接。对于互联网络中IP数据报的路由选择处理,有一套完善的IP寻址方式。每一个IP地址都有其特定的组成,但同时遵循基本格式。IP地址可以进行细分并可用于建立子网地址。TCP/IP网络中的每台计算机都被分配了一个唯一的32位逻辑地址,这个地址分为两个主要部分:网络号和主机号。网络号用以确认网络,如果该网络是因特网的一部分,其网络号必须由Inter NIC统一分配。一个网络服务器供应商(ISP)可以从Inter NIC那里获得一块网络地址,按照需要自己分配地址空间。主机号确认网络中的主机,它由本地网络管理员分配。
当你发送或接受数据时,消息分成若干个块,也就是所说的“包”。每个包既包含发送者的网络地址又包含接受者的地址。由于消息被划分为大量的包,若需要,每个包都可以通过不同的网络路径发送出去。包到达时的顺序不一定和发送顺序相同,IP协议只用于发送包,而TCP协议负责将其按正确顺序排列。
除了ARP和RARP,其它所有TCP/IP族中的协议都是使用IP传送主机与主机间的通信。当前IP协议有两种版本:IPv4和IPv6。图1为IPv4协议结构。
1.2 IP地址的分类
IP地址可以分为网络号和主机号两段,网络号用于识别主机所在的网络;主机号用于识别该网络中的主机。IP地址分为五类,A类保留给政府机构,B类分配给中等规模的公司,C类分配给任何需要的人,D类用于组播,E类用于实验,各类可容纳的地址数目不同。A、B、C三类IP地址的特征:当将IP地址写成二进制形式时,A类地址的第一位总是0,B类地址的前两位总是10,C类地址的前三位总是110,D类地址的前四位总是1110,E类地址的前五位总是11110。
A类地址第1字节为网络地址,其它3个字节为主机地址;地址范围为1.0.0.1_126.255.255.254;私有地址和保留地址:(1)10.X X.X是私有地址,范围10.0.0.0_10.255.255.255;(2)127.X.X.X是保留地址,用做循环测试用的。
B类地址第1字节和第2字节为网络地址,其它2个字节为主机地址;地址范围为128.0.0.1_191.255.255.254;私有地址和保留地址:(1)172.16.0.0_172.31.255.255是私有地址;(2)169.254.X.X是保留地址。
C类地址第1字节、第2字节和第3个字节为网络地址,第4个个字节为主机地址。另外第1个字节的前三位固定为110;地址范围为192.0.0.1_223.255.255.254;
私有地址:192.168.X.X其范围为192.168.0.0_192.168.255.255
D类地址不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的前四位固定为1110;
地址范围为224.0.0.1_239.255.255.254
E类地址不分网络地址和主机地址,它的第1个字节的前五位固定为11110。
地址范围为240.0.0.1_255.255.255.254
1.3 IP地址呈现的问题
1.3.1 标识单一,缺乏可扩展性
由于IP协议最初只是美国军方为了提升自身的信息化而最先研制出来,当时并没有考虑到互联网发展速度会如此神速,其IP地址长度是用其固定32bit二进制位标识,在当时这样的划分是绰绰有余的,但随着时间的推移,IPv4已经明显不堪互联网发展的重负,资源面临被耗尽的危险,特别是B类地址段,由此IPv6也应运而生,IPv6是"Internet Protocol Version 6"的缩写,也被称作下一代互联网协议,它是由IETF小组(Internet工程任务组Internet Engineering Task Force)设计的用来替代现行的IPv4(现行的IP)协议的一种新的IP协议。
在RFC1884中(RFC是Request for Comments Document的缩写。RFC实际上就是Internet有关服务的一些标准),规定的标准语法建议把IPv6地址的128位(16个字节)写成8个16位的无符号整数,每个整数用四个十六进制位表示,这些数之间用冒号(:)分开,例如:3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39,其IPv6的主要变化点如下:
扩展的寻址能力:IPv6将IP地址长度从32bit扩展到128bit,支持更多级别的地址层次、更多的可寻址节点数以及更简单的地址自动配置。通过在组播地址中增加一个“范围”域提高了多点传送路由的可扩展性。还定义了一种新的地址类型,称为“任意播地址”,用于发送包给一组节点中的任意一个。
简化的报头格式:一些IPv4报头字段被删除或变为了可选项,以减少包处理中例行处理的消耗并限制IPv6报头消耗的带宽;对扩展报头和选项支持的改进,IP报头选项编码方式的改变可以提高转发效率,使得对选项长度的限制更宽松,且提供了将来引入新的选项的更大的灵活性。
标识流的能力:增加了一种新的能力,使得标识属于发送方要求特别处理(如非默认的服务质量获“实时”服务)的特定通信“流”的包成为可能;
认证和加密能力:IPv6中指定了支持认证、数据完整性和(可选的)数据机密性的扩展功能。
虽然IPv6已取得长足进步,但它并没有从更本上改变地址标识的方法,首先,它只是对32bit进行单一扩充,从哲学的角度看,事物的发展应是多元化的,而不是单一的,理论上资源被再次耗尽的危机是可能出现的;其次,标识不符合大多数人的习惯,对非专业人士掌握和理解造成一定的困难,网络发展是最大程度上方便人们,而不是相反。
1.3.2 地址段容量分配不合理
地址段的分配不尽合理,A类地址段允许27-2(126)个网络并且每个网络拥有224-2(16777214)主机,B类网络允许214-2(16382)个网络且每个网络拥有216-2(65534)主机C类网络允许221-2(2097150)个网络且每个网络拥有28-2(254)主机,在实际分配中,B类网络对一般机构而言太大,C类网络对这些机构来说又太小,这就出现了两难问题,也是IP地址在某种程度上造成浪费的原因。
1.3.3 与设备的实际位置脱节
网络发展到今天,不尽是安全部门关心网络设备的定位问题,就是普通用户也开始关心这个问题,而目前不管是IPv4还是IPv6都不直接提供该能力,本文的研究的一个主要点就是要利用IP自身的能力就可以提供网络设备的定位。
2 复合IP地址标识法
针对这些问题,从理论角度提出了一种新的IP地址方案,称之为复合地址标识法或地理IP标法,其主要思想是,在IP地址段加上一项Coordinate字段,该字段为网络设备接入网络时所处的地理坐标,而且要求在进行IP地址转发是转发时该字段的信息必须保留且不能被更改,这样某种程度上防止了黑客通过多重代理所进行的攻击,图2和图3是一般IP地址分配格式和进行改进后的IP地址分配方案的一个对比。
以上是一个改进后的IP地址分配方案,其中Coordinate字段的数据为撰写该文时所处的地理位置,其中Coordianate为内嵌子字段数目是可以改变的,但至少保留一个子字段,这样可以针对不同的坐标系给出恰当的输入方式,主要也是为了适应网络快速发展的需要,不至于对协议本身做过大的改动就可以适应新的情况。
还需要考虑的是,Coordinate是采用变长字段还是定长字段,就针对长期发展来看,采用可变长的方式更合理一些,可在IP协议中设置以字段来标识Coordinate字段所用到的字长,这可能会增加一些开销,但以计算机和网络的发展速度,这种开销是可以接受的。
2.1 IP地址的可持续利用
复合IP地址标识法无形中带来了一种性新的好处,那就是不用担心IP地址再被耗尽了,就算沿用IPv4协议,IP地址一样够用,因为现在有了Coordinate字段,比如一个IP地址172.19.8.174可以用于多台主机上,对不同主机输入相应的Coordinate字段,应为Coordinate是主机地理位置信息,一般不会相同,自然也就达到了IP可持续使用的效果。
伴随人类空间开发速度的加快,网络通讯不仅存在于地球上,也可能存在于星际之间,因此可以加入星际坐标,这样可以避免对IP地址一味通增加长度来扩容,而且把虚拟的IP和现实的定位结合了起来,从某种层度上方便了网络的管理,也方便了对进入网络设备的定位,一定层度上满足了实名化的需求。
2.2 IP地址与定位
复合IP地址标识法带来的另一种好处,那就是对接入网络的设备进行定位变得很简单了,同时把虚拟的IP地址和现实的地理信息紧密的结合了起来,对信息的搜寻和查找更有目的性,而且对普通用户来说也很容易理解和掌握。
目前对移动通信的精确定位仍然存在很多问题,是否把复合IP地址标识法应用到其中,这是一个很有趣的问题。
3 AS(Autonomous systems)系统号问题
互联网路由采用双层架构体系,路由体系的第二层为域间路由域。每个路由域都是一个单一的行政域,它们按照统一的路由规则集运行并且各个域之间相互独立。在整个路由架构中,这些域是一个自治单元并且被称为自治系统(AS)。每一个自治系统都用一个唯一的自治系统号(ASN)来标识。RFC 4271[4]的IEFT的文档中“自治系统的经典定义:自治系统是在单一技术管理体系下的多个路由器的集合,在自治系统内部使用内部网关协议(IGP)和通用参数来决定如何路由数据包,在自治系统间则使用AS间路由协议来路由数据包。自从这一经典定义面世,一个自治系统内经常会使用多个IGP协议,并且有时也会使用多种参数。在这里之所以要使用自治系统这个术语,是因为我们想强调这样一个事实:即使在一个自治系统内可以使用多种IGP协议和参数,对其余的自治系统来说,某一自治系统的管理都具有统一的内部路由方案,并且通过该自治系统要传输到的目的地始终是一致的。”
自治系统号(ASN)由16个比特组成,一共具有65,536个可能取值。号码0被保留了,可能会用来标识非路由网络,此外,最大号码65,535也被保留了。在64,512到65,534之间的号码块被指定为专用。23,456被保留作为在ASN池转换时使用。除此之外,从1到64,511(除去23,456)之间的号码能够用于互联网路由。ASN号码是非结构性的,因为在ASN号码结构中没有内部字段,ASN也不具备汇总或总结功能。
由于互联网的飞速发展,AS号也面临被耗尽的危险,目前已提出了32比特的AS号方案,在此,本文就前面提到的Coordiante字段进行再利用,可以把一个自治域中的某台主要服务器的Coordianate字段作为自治号,一方面防止了AS号被耗尽的危险,另一方面也轻松的确定了该网络的大致方位。同时这也是更高层面上对IP地址的一种再利用。
4 结束语
该问题主要涉及到互联网传输的基本协议,其主要针对IP地址的再利用以及由此带来的对终端的轻松定位,但在加入Coordinate字段后,需要对路由器系统升级,另外,服务器解析方面也需要加入新的规则,比如可以要求服务器对同一域内IP地址的解析时,IP地址是来自同一地理范围内,这个范围的以何标准划分等等。虽然面临不少困难,但在理论上做出了一定有益的探索。
参考文献
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[5]Cisco System,Inc Cisco Networking Academy Program.思科网络技术学院教程(第三、四学期)[M].3版.天津大学,电子科技大学,中山大学,译.北京:人民邮电出版社,2004.
IP定位 篇2
1. 互联网网络及I P地址安全现状
(1) IP地址管理现状。
IP地址是最基本也是最关键的互联网基础资源信息。准确掌握IP地址对开展互联网网络信息安全工作至关重要。但从目前的情况来看, 各运营企业和ISP对地址的IP规划管理存在较多的问题。大多数运营企业都没有专门的地址管理系统, 纯粹靠手工的表格维护;即使有相关的系统, 但对系统输入的信息也没能实现有效的监督管理机制。总之, 整个互联网行业的IP管理情况比较混乱。由于互联网的快速发展, 网络安全事件的增多, 互联网行业管理规范和技术手段的落后, 从而严重制约了互联网管理水平。
(2) 互联网网络安全现状。
伴随着互联网的快速发展, 新的网络攻击技术层出不穷。攻击和篡改网页的增多、僵尸网络和挂马的泛滥、网络间谍技术的增强, 众多网络问题的加剧已严重威胁到社会的安定。仅2008年的上半年, 中国大陆被篡改的网站总量就超过了2007年被篡改网页的总和, 各类网络恶意攻击也呈明显上升趋势, 并凸显目的性和趋利性。据业内报告显示, 以“制造病毒-传播病毒-盗窃帐户信息-第三方平台销赃-洗钱”为环节的黑色产业链已形成, 整体互联网网络安全形势非常严峻。
2. 基于I P溯源技术的联网用户定位技术
基于IP溯源技术的联网用户定位技术, 以IP为索引, 对包含ICP、域名在内的各类互联网基础资源信息进行收集, 主要实现了对IP资源的管理、域名和互联网接入单位的管理、对动静态IP地址的溯源。具体应用如下:
(1) 通过制定统一的接口标准, 实现与电信基础运营商的IP资源管理系统的对接, 进行IP信息的批量查询和更新, 并建立冲突检测的机制。
(2) 针对互联网网络安全事件对各基础电信运营商进行电子工单派发, 提供短信和邮件的提醒, 并进行安全事件的闭环管理。
(3) 通过该系统的建设可以为公安、安全、新闻宣传等相关单位提供更好的服务。
(4) 基于IP、域名、ICP用户等互联网基础资源, 面向基础电信运营商、ISP、IDC等互联网接入单位, 针对网络安全事件, 提供IP快速定位的解决方案。
3. 体系架构
系统应采用B/S的技术结构, 应用设计见图1所示。
4. 待解决问题
有待解决的具体问题如下:
(1) 实现跨运营商的IP溯源功能。通过制定统一的接口标准, 实现与运营商的IP资源管理系统的对接, 快速定位互联网用户。
(2) 项目基于Web Service技术, 对Web Service客户端的调用采用了授权技术。
(3) 统一的集成式IP资源管理系统。IP信息精确定位、IP地址冲突检测、统计分析等功能实现了对IP资源的综合管理。
(4) 基于IP溯源技术的联网用户快速定位技术采用XML的标准接口定义, 与外部应用系统实现无缝连接, 各应用系统只需要按照统一的XML定义, 将消息请求发到服务器端的等待队列即可。
(5) 数据交换平台。运用不同的数据抽取策略从不同的异构系统中获取数据, 并进行数据清洗, 形成统一的IP/域名资源数据库。数据交换平台是基于面向服务架构的、开放的、标准的基础技术平台, 支持业界绝大多数的开放标准。例如:XML、BPEL、XQuery、XPath、JMS、JDBC、Web Service、WSIF、JCA、WS-Security、WS-I等标准。
(6) 梳理互联网接入企业内部IP申请、分配、使用的流程, 相关使用单位可以借助系统本身对相关互联网基础资源包括IP地址、域名、用户单位进行有效管理。
(7) 对手机用户上网包括GPRS、CD-MA1X、TD、WCDMA、CDMA2000动态IP用户溯源方案, 进行了前瞻性的研究和溯源可行性验证实验。
5. 国内外厂商研究现状
美国、欧洲、加拿大和日本等国在IP地址溯源理论方面的专利数量较多, 尤其是日本。从普通相关专利的检索结果来看, 日本、韩国、美国3个国家依然占绝对数量, 其中日本最多。
从大量的资源分析来看, IP资源管理软件系统相关研究近年来已有一些团队和个人涉足, 理论研究基本成熟, 一些基于IP管理的功能相对简单的软件系统也已出现, 尤其是电信部门, 研究和开发力度比较大。但是, 基于IP溯源技术进行互联网用户的快速定位, 协助国家安全, 保护网络安全和信息安全, 从互联网行业管理和环境治理的角度来讲, 鲜有涉及。
目前多家厂商都在从事互联网基础业务系统软件的开发, 其中不乏CIS-CO、IBM、ORACLE等国际知名巨头。就IP资源管理系统来说, Cisco、华为、亚信科技、亿阳信通、电信科学研究院等多家国内外知名公司在从事IP资源系统管理软件的开发。但产品只能用于单一运营商的IP申请、分配、回收、管理工作, 或为公司本身的硬件产品开发的IP管理工具, 没有考虑到IP的使用用户。因此, 无法从根本上实现IP溯源的功能, 更不可能实现跨运营商的IP溯源。
6. 结束语
工业信息化部33号令、34号令都对互联网的安全问题给予了高度关注。根据要求, 各运营商已在建设互联网网络安全应急处理组织体系, 从人员和组织架构上提供保障, 但相应的安全管理系统和技术手段相对缺乏。
IP定位 篇3
作为生物体内重要的第二信使Ca2+,参与调节细胞的多种生理生化过程,如肌肉收缩,神经递质释放,激素分泌等[1]。 IP3R是存在于内质网,肌浆网及核膜上的一种配体门控Ca2+释放通道蛋白,1,4,5三磷酸肌醇(IP3)配体与其结合后,自身内部Ca2+通道开放,导致众多钙库释放Ca2+,诱导及调控Ca2+信号传导。前人的研究证实[2],在胰岛β细胞的分泌颗粒膜上存在IP3受体,但由于相关研究甚少,仍有人质疑其是否确实存在。因此,本研究应用胶体金免疫电镜的技术对大鼠胰岛β细胞胰岛素分泌颗粒的IP3R-Ⅲ型进行定位分析,进一步明确分泌颗粒上IP3R-Ⅲ型的存在,为进一步实验研究IP3R与胰岛素分泌的关系作出铺垫。
1材料与方法
1.1实验材料
成年雄性SD大鼠8只,体质量(250—300) g(第四军医大学实验动物中心),胶原酶Ⅴ(Sigma公司),Histopaque—1077(Sigma公司),RPMI-1640(Gibco公司),固定剂(4%多聚甲醛,0.1%戊二醛),TBS(pH7.4),TBS(pH8.2,含1%BSA),1%BSA,Hank’s液,双硫腙(Sigma公司)兔抗大鼠IP3R-Ⅲ型抗体(Abcam公司),5 nm胶体金标记的山羊抗兔IgG(Abcam公司),倒置显微镜(日本OLYMPUS公司),JEM—2000EX透射电镜(日本电子光学有限公司)。
1.2分离纯化大鼠胰岛细胞
采用本科室的方法[3]并有所改进,用100 mg/L戊巴比妥钠按40 mg/kg腹腔注射麻醉大鼠,固定四肢成仰卧位,胸腹部常规用乙醇消毒,腹部“个”字切口,分层进入腹腔,充分暴露胰腺,分离胆总管,破心放血处死,经胆总管内插管逆行注入预冷的0.5 mg/mLⅤ型胶原酶液10 mL,使胰腺膨胀,迅速摘取整个胰腺,37 ℃水浴静止消化28 min,振荡20 s使其呈细沙状,加入4 ℃Hank’s液40 mL终止消化。用50 mL离心管800 r/min离心3次,3 min/次,弃去上清, 于沉淀物中加入Histopaque—1077约 5 mL充分混匀,移入15 mL离心管中, 沿管壁缓慢加入5 mL Hanks’液,1 800 r/min离心18 min.以特制吸管吸取Hank’s液与Histopaque—1077形成的界面上的细胞团。4 ℃离心1 200 r/min 5 min,弃去上清,除去脂肪,加入Hank’s液洗一遍,离心1 000 r/min 5 min,加入6.67 mg/L双硫腙溶液鉴定染色,镜检可看到猩红色的胰岛细胞团,弃去上清,加入1%BSA,离心1 000 r/min 5 min,后将得到的沉淀放入配制好的固定剂中,4 ℃固定4 h。
1.3电镜制样
将标本从固定剂中取出,用PBS漂洗标本2次,10 min/次,充分洗涤后用不同浓度的酒精脱水,100%丙酮漂洗20 min。后将标本浸入丙酮+混合包埋液(1∶1)30 min,混合包埋液中12 h ,而后放入60 ℃恒温箱聚合24 h。超薄切片70 nm,覆于300目镍网上。
1.4免疫染色
在自制的染色湿盒中的培养皿中贴一层封口膜,将3%H2O2液滴加在封口膜上,使之形成水珠。将有切片的镍网朝下于水珠上蚀刻10 min。双蒸水洗3次,每次2 min,TBS(pH7.4)漂洗3次,每次2 min,1%BSA 37 ℃ 孵育20 min。加一抗兔抗大鼠IP3R-Ⅲ型抗体(1∶100)作用,室温3 h,后放4 ℃冰箱结合过夜。结合12 h后将培养皿从冰箱取出,室温放置1 h,TBS(pH7.4)漂洗5×3 min,TBS(pH8.2,含1%BSA)漂洗3次,每次2 min,加5nm胶体金标记的羊抗兔IgG(1∶100)作用,室温放置3 h后,TBS(pH7.4)漂洗4×3 min,双蒸水洗3次,每次5 min。醋酸铀,枸橼酸铅轻度复染15 min,蒸馏水漂洗5次,每次5 min。自然干燥后透射电子显微镜下观察,拍照,加速电压80 kV。对照组的镍网用PBS代替一抗孵育,其他步骤相同。
2结果
2.1用双硫腙染过色的胰岛细胞团
2.2胰岛素分泌颗粒上金颗粒标记的结果
在胰岛β细胞中,金颗粒大量定位于胰岛素分泌颗粒的内部及颗粒膜上。在分泌颗粒表面的切线部位,也有金颗粒的聚集(图2中的B)。对照组的一抗为PBS,二抗为5 nm胶体金标记的羊抗兔IgG(1∶100),照片中胰岛素分泌颗粒上无金颗粒标记(图2中的A)。
3讨论
在胰岛β细胞中,胰岛素分泌的绝对或相对不足是糖尿病发生的主要原因。研究证实[4],胰岛β细胞内胰岛素分泌颗粒胞裂外排分泌胰岛素是由胞内Ca2+浓度的升高而直接触发的。胞内Ca2+的升高主要来源于细胞膜上钙通道的Ca2+内流和胞内钙库Ca2+释放。胰岛β细胞中存在多种钙库[5],如IP3敏感钙库,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAADP)敏感钙库,兰诺定(ryanodine)敏感钙库及线粒体钙库等。IP3敏感钙库最早是在小鼠胰腺细胞上发现的,后来研究证实,在多种细胞中都存在。当激素或生长因子作用于质膜上的特异受体时,激活磷脂酶C(PLC)信号系统,活化PLC-β,水解质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2),产生胞内信号分子1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)。IP3能够快速扩散到细胞内部,与IP3R结合,并通过改变IP3R构象使受体通道打开,而诱发IP3敏感钙库中Ca2+释放。尽管IP3R的激动剂是IP3本身,但受体也被胞浆内Ca2+浓度调控,并且Ca2+对IP3R具有双向调节作用[6]。目前研究发现五种IP3R,它们是同源四聚体,但各亚型在不同组织细胞的分布和多少不尽相同[5]。其中Ⅰ～Ⅲ型在β细胞上都有表达,Ⅲ型最为丰富,对IP3和Ca2+最不敏感,调节单相的钙瞬变。Ⅱ型受体对IP3和Ca2+最敏感,主要调节规律的钙振荡[6]。值得一提的是,同时敲除IP3R-Ⅱ型和IP3R-Ⅲ型基因的小鼠外分泌组织腺泡细胞的激素分泌减少,这与细胞内Ca2+信号传导通路严重受阻有关,此种小鼠由于消化困难可导致消瘦和低血糖症[7]。
A—对照组。(TEM×40 000) 1为A中放大的胰岛素分泌颗粒上未见金颗粒。(TEM×120 000),B—实验组。(TEM×40 000) 2为放大的B,可见胰岛素分泌颗粒膜上和颗粒内部都有金颗粒。(TEM×120 000), 3为B放大后的分泌颗粒和核糖体。(TEM×145 000) a为金颗粒,直径5 nm;b为核糖体,直径10 nm。
已有研究表明[8],分泌颗粒在β细胞中大约占10%的体积,其中有约40 mmol/LCa2+,是β细胞中含钙量最高的钙库[9]。在1981年,Hellman[10]等人发现,胰岛素分泌颗粒中存在很多可移动的钙库,葡萄糖刺激胰岛β细胞可导致胰岛素分泌颗粒内Ca2+的外排,提示胰岛β细胞胰岛素分泌颗粒参与了调节细胞内Ca2+的浓度变化。当胞外葡萄糖浓度升高时,β细胞通过膜上的葡萄糖转运体摄入葡萄糖,胞内葡萄糖代谢使ATP/ADP的比值增大,ATP敏感性钾通道(KATP)关闭,K+外流减少,细胞去极化,结果导致电压依赖性Ca2+通道开放,Ca2+内流,胞内Ca2+浓度升高,进而触发胰岛素分泌颗粒移动到近细胞膜处,与胞膜融合,胞吐,将颗粒内的胰岛素释放出来[11]。后来,Olivier[12]在实验中观察到,胰岛β细胞分泌囊泡中含有大量的Ca2+,其含量占总胰岛细胞Ca2+的25%—40%。既往研究发现在胰岛细胞和胰腺的总细胞膜上,前者的IP3R-Ⅲ型的数量远远比后者多。表明IP3R-Ⅲ型主要表达于胰岛细胞,约占胰腺体积的5%。此实验结果还发现当胞外葡萄糖浓度升高时,胞内IP3与颗粒内的IP3R-Ⅲ型结合,释放的Ca2+触发颗粒内钙库的开放,进而大量的Ca2+增加了细胞质中的Ca2+浓度,促进了颗粒的快速胞吐,分泌大量的胰岛素。而后颗粒释放的Ca2+可到达质膜,直接激活膜上的Ca2+结合蛋白,使Ca2+浓度下降,使Ca2+水平保持在合适水平,调节胞外分泌。1999年,Lee等研究发现用葡萄糖刺激离体大鼠胰岛,可明显增加胰岛IP3R-Ⅲ型的基因表达和蛋白分泌。IP3R-Ⅲ型的表达介导了β细胞中Ca2+的调控和胰岛素的分泌[13]。
本实验运用分离纯化大鼠胰岛,得到高纯度的胰岛细胞,通过免疫电镜技术,用胶体金标记IP3R-Ⅲ型,结果发现发现大量的IP3R-Ⅲ型分布于分泌颗粒膜和颗粒内部。而揭示IP3R-Ⅲ型具体是如何调节Ca2+释放的机理,有待于实验的进一步研究,了解IP3R-Ⅲ型促进胰岛素分泌的途径,有助于我们加深对糖尿病发病机制的认识,为糖尿病的治疗奠定理论基础。