IGF-I介导GH的生物学效应
早在1957年，Salmon等就注意到GH促骨生长的作用并不是GH的直接结果，而是通过其他因子介导发生的。他们观察到，GH能使去垂体大鼠的软骨摄取硫酸盐的能力大为增强，但在体外，GH与软骨一起温育时却无此作用。正常大鼠或GH治疗的去垂体大鼠血清有类似于GH在整体促进软骨吸收硫酸盐的作用，故提出，GH使软骨硫酸化的作用是通过“硫化因子”（sulfation factor）介导的，硫化因子不但刺激硫酸盐结合到硫酸软骨素上，而且还刺激胸腺嘧啶和尿嘧啶分别掺入DNA和RNA中，在膈肌和脂肪组织中有胰岛素样作用和刺激细胞生长的作用，故采用 “生长介素”（somatomedins，SM）来表达该因子的GH依赖性。血清中的胰岛素生物活性只有一部分可被胰岛素抗体中和，不被胰岛素抗体中和的活性称为不能抑制的胰岛素活性（nonsuppressible insulin-like activity，NSILA）。NSILA也依赖于GH，并促进35S掺入软骨及3H-胸腺嘧啶掺入DNA。另一些研究细胞体外培养的作者发现，大鼠肝脏细胞的培养液中有促进细胞有丝分裂的因子，称为增殖刺激活性（multiplication stimulating activity，MSA）。进一步的研究证明，SM、NSILA和MSA 3种因子的作用均由同一组多肽引起，这组多肽的结构与胰岛素原很相似。Rinderknecht提出胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）的名称以强调这组强有力的生长因子的类胰岛素结构和类胰岛素活性。
人IGF-1基因定位于12q，至少包括85kb，为单拷贝基因，包含6个外显子，被5个内含子分隔。由于IGF-1基因转录成mRNA的剪切过程不同，故可产生多种mRNA （1.1～7.6kb）。已从人肝脏的cDNA文库中克隆出两种IGF-1 的cDNA。它们有相同的5′端及成熟肽的编码区，但3′端的延伸部分不同。翻译后产生两种不同的IGF-1前体（A和B）。IGF-1A由1、2、3和5外显子编码，含153个氨基酸残基；IGF-1B由1～4外显子编码，含195个氨基酸残基。两种IGF-1前体均有相同的25个氨基酸残基的信号肽和70个氨基酸残基的成熟肽。此外，还有长度不同的羧基端（E区），E区的功能尚不清楚。两种IGF-1前体最后加工生成相同的70个氨基酸的IGF-1成熟肽。IGF-1是由70个氨基酸残基组成的单一肽链，分子量为7.65kD，和胰岛素原有50%的序列相同，但和胰岛素不同的是它在循环中仍保留相应于C肽的那一部分，并有一延长的羧基端（下图）。IGF-2是67肽，分子量7.47kD，与IGF-1有70%的氨基酸相同，并有3个分子的双硫键。IGF的一级结构与胰岛素原很相似，均不含色氨酸，并有3个双硫键，都包含氨基端的B区、连接肽C区和A区。IGF和胰岛素原在A、B两区相同的氨基酸大约为50%。IGF和胰岛素原的三级结构也很相似。IGF之间结构上的差异主要在C区，人的IGF-1与IGF-2 C区有75%氨基酸序列不相同。IGF有羧基端的D区，而胰岛素原没有。
IGF-1结构；注：A、B区的位置与胰岛素A、B链相同，黑色的氨基酸残基表示与胰岛素相同。
另一种IGF为IGF-2。大鼠的IGF-2即MSA，与人IGF-2的结构很相似。现已证明，GH的早期降血糖作用是通过IGF-1来实现的，而长期使用GH导致的糖代谢紊乱是产生胰岛素抵抗的结果。现已知，有生物活性的IGF有两类。第1类SM-C/IGF-1是碱性多肽，等电点为8.2，依赖于GH，有很强的促生长作用；第2类IGF-2是中性肽，等电点为6.7，比前一类有更强的胰岛素样活性。
由于合成IGF的部位极为广泛，几乎遍布体内所有组织，提示IGF是重要的旁分泌和自分泌因子，在合成的局部通过旁分泌或自分泌的方式发挥作用。也可像经典激素一样，通过血循环输送到其他组织发挥作用。肝和肾是体内合成IGF的最主要场所。
IGF-1具有急性胰岛素样降血糖作用和慢性促细胞增殖作用
急性胰岛素样降血糖作用
介导生长激素治疗生长激素缺乏或其他身材矮小症的介导物为IGF-1，因其分子结构与人胰岛素分子有许多相同之处。
事实上，在IGF-1分泌过多的情况下，IGF-1也确有降糖作用，但IGF-1的作用是双重的。以前，在IGF-1治疗生长激素缺乏的过程中，最常见的并发症之一是糖耐量异常或糖尿病。那个时候没有人试图用IGF-1来治疗糖尿病。随着对IGF-1研究的深入，发现IGF-1对2型糖尿病的病理生理具有纠正作用。在用IGF-1治疗免疫缺陷病过程中也观察到：①改善糖耐量；②胰岛素介导的周围组织葡萄糖摄取明显增加；③体内脂肪重新分布，瘦组织量增加；④胰岛素抵抗降低，禁食时内源性肝糖释放减少；⑤糖尿病患者生活质量明显提高。
近几年来，临床上用IGF-1治疗糖尿病已经成为热点研究课题。得到的研究结果是：①在动物和临床试验研究中，IGF-1保护β细胞，使β细胞的增殖增加，凋亡减少（抗致凋亡有害因素的能力增强）；②增强胰岛素受体活性，胰岛素信号传递和葡萄糖转运增强，胰岛素敏感性增强；③调节免疫功能，IGF-1具有抗免疫反应的“开关”效应；④调脂作用，使甘油三酯降低，并使脂肪在体内重新分布；⑤防止动物发生糖尿病及糖尿病视网膜病；⑥促进手术伤口愈合。
一次静脉注射13nmol/kg或一次皮下注射15.6nmol/kg 的IGF-1能引起低血糖反应。但IGF-1降低血糖的能力只有胰岛素的1/13。用IGF-1和胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）-3能减少T1DM和T2DM的胰岛素需要量。IGF-1和胰岛素两者引起低血糖的机制不相同。胰岛素主要通过刺激外周组织对葡萄糖的摄取和利用，并抑制肝糖原的分解而降低血糖，而IGF-1只刺激外周组织对葡萄糖的摄取和利用。由于肝脏只有极少量的IGF-1受体，故IGF-1不影响肝糖原的分解，提示IGF-1的低血糖作用是通过IGF-1受体（非胰岛素受体）实现的。IGF-1对脂肪代谢作用较弱，可能与人类脂肪组织中IGF-1受体很少有关，但IGF对蛋白质代谢有明显作用，IGF-1可刺激组织对氨基酸的摄取，增加氮的潴留。IGF-1主要通过抑制蛋白质的分解从而促进氮的正平衡。
IGF-1口喷剂从口腔黏膜吸收。每次在舌下喷2下，1～2分钟后吞下。喷后不用牙膏刷牙，并禁食含咖啡、薄荷和口香糖等有浓重气味的食品。但是，IGF-1用于治疗糖尿病还有待积累更多的经验，同时在剂型、剂量以及副作用方面还需继续研究。
慢性促生长增殖作用
IGF是胚胎发育中必需的。它在胚胎发育过程中所起的作用比GH更重要。在两个细胞阶段就能检测到。它是受精卵着床前最重要的生长因子。GH或GH受体基因突变时，胚胎发育稍迟缓，而IGF-I基因突变的小鼠胚胎发育严重滞后。1980年，有学者就证明了IGF的直接促生长作用。将人IGF-1基因转到已用白喉毒素选择性破坏了垂体GH细胞的小鼠，发现随着血清IGF-1升高，动物体重增加，骨骼生长，并伴有不成比例的大脑重量增加，说明IGF-1能恢复由于GH缺乏引起的生长障碍。转IGF-2基因的动物的β细胞过度表达，细胞增生肥大，引起高胰岛素血症和高血糖症；喂食高脂饮食可诱发T2DM。胰岛素/IGFBP-1轴调节紊乱可引起高胰岛素血症和糖耐量异常。在临床上，给Laron矮小症患者每天1次皮下注射150μg/kg的IGF-1，3～5个月后患者生长速度明显增加，证明IGF-1能独立促进骨骼的生长。在生理情况下，出生后长骨的生长中需要GH和IGF-1的协同作用。IGF-1对GH分泌有负反馈调节作用。
基因重组的人IGF-1（rhIGF-1）已用于多种疾病（如糖尿病、GH缺乏症和胰岛素抵抗等）的治疗。
刺激细胞生长及相关反应
在体外，IGF-1诱导成纤维细胞、平滑肌细胞和骨骼肌细胞增殖；促进神经元前体细胞、少突触神经胶质前体细胞和星状细胞等神经细胞，软骨细胞、成骨细胞、血细胞（红细胞前身细胞和T淋巴细胞）、各种表皮细胞（乳腺、胸腺和支气管）和多种肿瘤细胞株等的增生。在细胞增生过程中，IGF的作用主要是刺激细胞从G1期进入S期，促进细胞的有丝分裂。IGF的这种作用要有其他生长因子如内皮生长因子（EGF）和神经营养因子（PDGF）等的预先作用，使细胞对IGF的刺激具备反应敏感性。
IGF还能抑制细胞的凋亡，这是IGF促进器官生长的重要机制。IGF-1能延长红系细胞、某些T淋巴细胞和神经细胞的存活时间。IGF通过延长细胞存活的时间和促进增生的共同作用，使细胞数目增加。IGF通过促进一些特殊蛋白质的合成，从而诱导某些细胞的分化，如IGF诱导肌浆蛋白素（myogenin）基因的表达，促进成肌细胞的分化。另外，IGF还刺激培养的神经元轴突的长出，诱导软骨、成骨细胞和脂肪细胞的形成。
IGF-1/IGF-2受体及IGF/胰岛素杂合受体的结构和功能不同
IGF-1受体基因位于15号染色体，结构与胰岛素受体很相似，是一种4聚体，包括2个相同的异二聚体，每一个异二聚体包含一个α亚基（分子量约130kD）和一个β亚基（分子量95kD），通过二硫键连接而成。α亚基位于胞外，β亚基包括一个疏水的穿膜区和胞内区，Ⅰ型受体在细胞内与酪氨酸激酶相连，故IGF-1受体比IGF-2受体有更高的亲和力，也能结合高浓度的胰岛素。Ⅱ型受体结构与Ⅰ型受体完全不同，是1个大单链蛋白质（分子量约270kD），有1个大的细胞外区，含有IGF-2的结合位点和非阳离子依赖的甘露糖-6-磷酸的多个位点，此受体蛋白既是IGF-2受体，又是甘露糖-6-磷酸的受体，IGF-2受体的细胞内信息传导与Ⅰ型受体不同，它是与G蛋白耦联的。Ⅱ型受体对IGF-2的亲和力明显高于IGF-1，但不能与胰岛素结合。
在正常情况下，胰岛素通过胰岛素受体（insulin receptor，IR）及其杂合受体IRa与IRb发挥作用，主要表达代谢效应（如靶细胞的葡萄糖摄取与利用），而IGF-1主要通过IGF-1受体（IGF-1 receptor，IGF-1R）发挥作用，表达靶细胞的促有丝分裂效应（如细胞的分化与增殖）。但是，在病例情况下，胰岛素和IGF-1/IGF-2之间存在一定程度的受体交叉反应，即胰岛素可与IGF-1R或IGF-1R-IR杂合受体结合，而IGF-1亦可与IR 或IGF-1R-IR杂合受体结合；配体-受体结合的量可能主要受配体浓度、配体-受体作用的亲和力、时间与强度的影响。这一现象的意义在于，不同胰岛素和胰岛素类似物与IR和IGF-1结合的能力不同，因而向人们提出了有关胰岛素类似物分子安全性的问题，一般来说，胰岛素类似物与IGF-1R受体的亲和力决定了不同胰岛素的促有丝分裂能力，而促有丝分裂的能力与肿瘤的形成及生物学行为有一定关系。
