單基因糖尿?。?015 EASD之Albert Renold獎(jiǎng)

王彤 肖新華

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科

單基因糖尿?。?015 EASD之Albert Renold獎(jiǎng)

Insights into the Beta Cell from Patients with Monogenic Diabetes

王彤 肖新華

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科

肖新華 醫(yī)學(xué)博士，主任醫(yī)師，博士研究生導(dǎo)師；中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院糖尿病研究中心秘書長，中國老年保健協(xié)會糖尿病專業(yè)委員會副主委，中國糖尿病防治康復(fù)促進(jìn)會副會長，中華醫(yī)學(xué)會糖尿病學(xué)分會委員兼糖尿病與肥胖學(xué)組副組長，美國糖尿病協(xié)會專業(yè)委員會會員，中華中醫(yī)藥學(xué)會糖尿病分會常委，北京中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會糖尿病專業(yè)委員會副主委；中央保健會診專家；參與多部學(xué)術(shù)專著的編寫，《糖尿病現(xiàn)代治療學(xué)》副主編，以第一或通訊作者發(fā)表論文及綜述180余篇，其中發(fā)表在PNAS、Diabetes Care和Metabolism等Sci文章30余篇；Diabetes Research and Clinical Practice中文版副主編，Diabetes Metabolism Research and Reviewer、Chinese Medical Journal英文版編委，《中華糖尿病雜志》、《內(nèi)科急危重雜志》和《國際糖尿病》等雜志編委；國家科技獎(jiǎng)評審專家，國家自然基金評審專家，北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)評審專家，教育部博士點(diǎn)基金評審專家，中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)評審專家。

在第51屆歐洲糖尿病學(xué)會（EASD）年會上，第9屆Albert Renold獎(jiǎng)?lì)C給了來自英國的Andrew Hattersley教授，旨在表彰其在單基因糖尿病研究方面的卓越貢獻(xiàn)。Hattersley教授1984年畢業(yè)于英國牛津大學(xué)，從1989年開始就一直致力于單基因糖尿病的臨床和分子遺傳學(xué)研究，共計(jì)發(fā)現(xiàn)和描述了12種新的單基因糖尿病亞型，提出了單基因糖尿病的診斷和治療方法，并為全世界所采用。在他和Sian Ellard教授的帶領(lǐng)下，英國Exeter研究中心已經(jīng)從沒有遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室，甚至沒有PCR儀器，發(fā)現(xiàn)到今天成為專門研究單基因糖尿病的國際頂級實(shí)驗(yàn)室，擁有世界上最多的青少年發(fā)病的成年型糖尿?。∕ODY）和新生兒糖尿?。∟DM）患者，接診了全球80多個(gè)國家超過7000例慕名轉(zhuǎn)診而來的患者。

在大會上，Andrew Hattersley教授發(fā)表了題為“Insights into the beta cell from patients with monogenic diabetes（洞察糖尿病患者的β細(xì)胞）”的精彩演講。他通過介紹NDM和MODY這兩種典型的單基因糖尿病的研究現(xiàn)狀，幫助大家加深了對單基因糖尿病患者β細(xì)胞的認(rèn)識。

Hattersley教授說，在前基因時(shí)代，我們通過臨床特征來區(qū)分MODY、NDM與其他類型的糖尿?。辉诤蠡驎r(shí)代，我們發(fā)現(xiàn)MODY、NDM均有不同的亞型，其分子遺傳學(xué)機(jī)制為不同的基因突變，如葡萄糖激酶（GCK）、肝細(xì)胞核因子（HNF）、編碼ATP敏感性鉀離子通道亞單位Kir6.2（KCNJ11）和SUR1（ABCC8）等基因，而不同亞型患者對治療的反應(yīng)亦有所不同。對基因的深入認(rèn)識讓我們可以準(zhǔn)確診斷患者，并及時(shí)給予恰當(dāng)?shù)闹委?。但單基因糖尿病的診斷難度較大，費(fèi)用相對昂貴，絕大多數(shù)患者均未能獲得正確診斷。值得慶幸的是，遺傳學(xué)的進(jìn)步使這種現(xiàn)狀得以逐步改善。當(dāng)前，我們需要建立系統(tǒng)的方法和策略，讓患者在單基因糖尿病科學(xué)的進(jìn)展中切實(shí)獲益。

新生兒糖尿?。∟DM）

NDM通常指出生后6個(gè)月以內(nèi)發(fā)生的糖尿病，發(fā)病率約為10萬分之一，是一種異質(zhì)性單基因遺傳病，在臨床上常常被誤診為T1DM而終生接受胰島素治療［1，2］。包括單純的永久性新生兒糖尿病（PNDM）、暫時(shí)性新生兒糖尿病（TNDM），以及以新生兒糖尿病為臨床表現(xiàn)之一的復(fù)雜的臨床綜合征，如Wolcott-Rallison綜合征等。目前，根據(jù)其遺傳學(xué)發(fā)病機(jī)制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了22種不同的NDM臨床亞型，包括21個(gè)基因突變及1個(gè)甲基化位點(diǎn)異常。其中，最常見的原因是編碼ATP敏感性鉀離子通道亞單位的ABCC8基因和KCNJ11基因，由這兩種基因突變導(dǎo)致的NDM患者對磺脲類藥物治療敏感［3-5］。

自2000年1月至2013年8月，Hattersley教授及其同事對來自79個(gè)國家的1020例6個(gè)月以內(nèi)發(fā)病的NDM患者進(jìn)行了遺傳學(xué)研究［6］。該項(xiàng)研究的遺傳學(xué)診斷策略為：首先對全部患兒篩查最常見的KCNJ11、ABCC8、GCK基因突變；對于篩查陰性的患者，對目前22個(gè)已知基因進(jìn)行目標(biāo)二代測序分析；對于仍然未找到明確致病基因的患者，進(jìn)行全外顯子檢測。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過目標(biāo)測序篩查已知的致病基因，有80%的NDM患者可以得到明確的遺傳學(xué)診斷，約40%的患者為KCNJ11和ABCC8基因突變所致，其中絕大多數(shù)均可以在明確基因診斷后成功的轉(zhuǎn)換為口服磺脲類藥物治療［7，8］。該項(xiàng)研究指出，KCNJ11、ABCC8基因突變與多種臨床表型有關(guān)［9］，其輕微突變可導(dǎo)致TNDM，而嚴(yán)重突變則通過影響鉀離子通道功能改變ATP濃度，從而導(dǎo)致PNDM，并常合并神經(jīng)系統(tǒng)異常（即iDEND綜合征、DEND綜合征）［3，5，10］。而既往的研究已經(jīng)提示，在使用高劑量磺脲類藥物代替胰島素治療后，不僅可以改善患兒的臨床血糖控制，還可以顯著改善部分患兒的認(rèn)知能力、肌肉運(yùn)動能力以及語言能力等［11，12］。這一研究結(jié)果始終提示著我們對NDM患兒進(jìn)行早期遺傳學(xué)診斷的重要性。

該研究結(jié)果同時(shí)顯示，約20%的患者為TNDM，其遺傳學(xué)機(jī)制為染色體6q24區(qū)基因印跡異常導(dǎo)致過表達(dá)［13-15］，或?yàn)锳BCC8或KCNJ11基因突變［10］。與6q24甲基化異常導(dǎo)致的TNDM相比，由KCNJ11或ABCC8突變導(dǎo)致的TNDM患者診斷和緩解都相對較晚，前者平均診斷年齡為0周，平均緩解年齡為13周，而后者平均診斷年齡為4周，平均緩解年齡為35周［5，16，17］。對于尚未臨床緩解的TNDM患者，積極的遺傳學(xué)檢測可以幫助判斷其是TNDM還是PNDM，并有效的指導(dǎo)臨床治療決策。

與此同時(shí)，Hattersely教授指出，有16種臨床綜合征均以NDM為早期臨床表現(xiàn)，其發(fā)病機(jī)制涉及17個(gè)基因。在過去的10年間，這些NDM患者從臨床診斷到接受基因檢測的時(shí)間已經(jīng)從4年縮短至3個(gè)月，這也意味著大多數(shù)患者在出現(xiàn)綜合征的其他臨床表現(xiàn)之前就已經(jīng)接受了遺傳學(xué)檢測。例如，在該研究納入的共計(jì)76例Wolcott-Rallison綜合征患者中，有46例在臨床出現(xiàn)肌肉發(fā)育異?；蚋喂δ芩ソ咧斑M(jìn)行了基因檢測。由于肝衰竭可能危及患者生命，早期準(zhǔn)確的遺傳學(xué)診斷可以幫助我們及早開始治療急性肝功能衰竭。再比如，IPEX綜合征，是由FOXP3基因突變導(dǎo)致的一種嚴(yán)重的多器官自身免疫性疾?。?8］，一般在出生后1個(gè)月以內(nèi)發(fā)病，其基本臨床特征包括：NDM、嚴(yán)重的腸道疾病及濕疹。對這類患者來說，盡早的明確遺傳學(xué)診斷對指導(dǎo)臨床治療決策意義重大，因?yàn)樵缙谛型N異體造血干細(xì)胞移植可以使其得到最好的臨床轉(zhuǎn)歸［19］。

從傳統(tǒng)意義上來說，遺傳學(xué)檢測往往是在臨床疾病確診后進(jìn)行的，我們需要通過患者的臨床表現(xiàn)來決定檢測一個(gè)或幾個(gè)目標(biāo)基因，能否實(shí)現(xiàn)基因診斷也很大程度上依賴于可用的臨床信息。而現(xiàn)在，我們提倡在患者出現(xiàn)一些進(jìn)一步的臨床表現(xiàn)之前，及早進(jìn)行綜合的遺傳學(xué)檢測。因?yàn)閷DM的護(hù)理、治療都將極大的依賴于遺傳學(xué)檢測的診斷結(jié)果，它不僅可以提示臨床醫(yī)生如何選擇最佳的治療方案，而且可以有效的預(yù)測其他臨床表現(xiàn)的出現(xiàn)，做到盡早預(yù)防、盡早處理，這些進(jìn)步都將極大的改善患者的遠(yuǎn)期預(yù)后和生存質(zhì)量。

青少年發(fā)病的成年型糖尿?。∕ODY）

MODY是一種由于單基因突變導(dǎo)致β細(xì)胞功能缺陷的特殊類型糖尿病，是單基因糖尿病中最常見的臨床類型。MODY的特征性表現(xiàn)包括：發(fā)病年齡早，呈常染色體顯性遺傳，存在β細(xì)胞功能缺陷但有一定的胰島素分泌能力，無自身免疫或胰島素抵抗的相關(guān)證據(jù)［20，21］。由于其臨床表現(xiàn)與T1DM和2型糖尿病（T2DM）存在重疊，當(dāng)前大多數(shù)MODY患者被誤診為后兩者，導(dǎo)致其實(shí)際患病率被大大低估。

迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)13種MODY亞型，均是在胰島β細(xì)胞發(fā)育或胰島素分泌功能上起重要作用的基因的顯性、雜合性突變所致［22，23］，包括HNF4α、GCK、HNF1α、PDX1、HNF1β、NEUROD1、KLF11、CEL、PAX4、INS、BLK、ABCC8、KCNJ11等。這些不同的遺傳學(xué)亞型，患者起病年齡不同、臨床高血糖的類型不同、對藥物的治療反應(yīng)也不同。目前報(bào)道3個(gè)最常見的MODY致病基因?yàn)镚CK、HNF1α和HNF4α。

葡萄糖激酶（GCK）基因突變（MODY2）

GCK作為胰腺β細(xì)胞的葡萄糖濃度感受器，是葡萄糖刺激胰島素分泌的限速酶。GCK基因突變導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞GCK活性降低，引起β細(xì)胞葡萄糖磷酸化減少、葡萄糖敏感性降低、葡萄糖濃度與胰島素分泌的劑量-效應(yīng)關(guān)系右移。肝臟GCK基因突變導(dǎo)致肝糖原合成減少、肝糖輸出增加，從而引起空腹血糖水平輕度升高［24］。

GCK突變的MODY患者通常在出生時(shí)即可出現(xiàn)空腹血糖水平輕度升高，但由于缺乏臨床癥狀，多在常規(guī)體檢或因其他疾病初次檢測血糖時(shí)得以確診。有研究結(jié)果顯示：一方面，GCK突變的MODY患者無法從治療中獲益，使用胰島素或口服降糖藥物并不能有效降低MODY2患者的血糖或HbA1c水平。由于是葡萄糖識別缺陷導(dǎo)致的高血糖，僅當(dāng)給予超生理劑量的胰島素時(shí)才能使患者的血糖水平下降。另一方面，沒有接受治療的GCK突變患者病情亦沒有顯著進(jìn)展，很少會出現(xiàn)微血管并發(fā)癥［25-27］。因此，GCK突變的MODY患者可通過單純的飲食、運(yùn)動調(diào)整來控制血糖水平，正確的分子遺傳學(xué)診斷可以避免不必要的藥物治療。

肝細(xì)胞核因子（HNF）1α突變（MODY3）

作為核轉(zhuǎn)錄因子，HNF1α主要表達(dá)于胰腺β細(xì)胞、肝臟和腸道，與HNF-4A、HNF1B等構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子2（GLUT2）等葡萄糖和線粒體代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)，是GLUT2的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。HNF1α突變可導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞發(fā)育不良、成年早發(fā)糖尿病、進(jìn)行性β細(xì)胞功能下降。

HNF1α是導(dǎo)致常染色體顯性遺傳的、有癥狀的、家族性糖尿病的最常見的致病基因，HNF1α突變導(dǎo)致的MODY的發(fā)病率是HNF4α突變所致MODY的10倍［28］。HNF1α突變的遺傳外顯率較高，攜帶者中有63%在25歲以前、79%在35歲以前、96%在55歲以前發(fā)生糖尿?。?9］。在糖尿病出現(xiàn)前、血糖處于正常水平時(shí)，已可觀察到β細(xì)胞功能下降。同時(shí)，由于HNF1α在GLUT2介導(dǎo)的近端腎小管葡萄糖重吸收過程中發(fā)揮作用，所以在發(fā)展為糖尿病之前，即可由于腎糖重吸收減少而出現(xiàn)尿糖陽性［30］。在出現(xiàn)臨床糖尿病后，可觀察到較為嚴(yán)重的高血糖，患者多飲、多食、多尿癥狀較為明顯，同時(shí)可伴有腎臟Fancony綜合征，表現(xiàn)為嚴(yán)重的糖、磷和氨基酸丟失。

HNF1α突變的患者對小劑量磺脲類藥物治療較為敏感［31］。有研究表明，HNF-1A突變的MODY患者對磺脲類藥物的敏感性是T2DM患者的4倍。在一項(xiàng)觀察性研究中，80%的接受胰島素治療、平均病程4年的MODY3患者被調(diào)整為格列齊特治療，隨訪39個(gè)月，所有患者血糖控制滿意，平均糖化血紅蛋白6.9%［32］。此型患者發(fā)生微血管并發(fā)癥和大血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)與T1DM和T2DM患者接近。因此，有必要對其進(jìn)行嚴(yán)格的血糖控制并對糖尿病并發(fā)癥進(jìn)行密切隨訪。

HNF4α突變（MODY1）和HNF1β突變（MODY5）

HNF4α主要表達(dá)于肝臟、胰腺和腎臟，調(diào)控β細(xì)胞發(fā)育、胰島素分泌及糖脂代謝。HNF4α雜合突變的MODY1表型與HNF1α突變導(dǎo)致的MODY3相類似。對于具有MODY3臨床特征的患者，如未能找到HNF1α突變，應(yīng)進(jìn)一步行HNF4α突變檢測。HNF4α突變的MODY患者一般25歲以前起病，除血糖升高外，常伴有脂代謝紊亂，甘油三酯水平降低，對小劑量磺脲類藥物敏感。

HNF1β在胰腺的早期發(fā)育中起重要作用，其突變可影響胰腺發(fā)育，導(dǎo)致胰腺萎縮和胰島素分泌不足。當(dāng)前研究顯示，HNF1β雜合突變很少表現(xiàn)為單純的糖尿病，幾乎在所有 HNF1β基因突變或缺失的患者都可以見到腎臟發(fā)育異常（最常見為腎囊腫）［33］。腎臟發(fā)育異常和女性泌尿生殖道畸形是此型患者的特征性表現(xiàn)，此外，也可合并胰腺發(fā)育不良、肝功能異常、痛風(fēng)和高尿酸血癥等。除胰腺發(fā)育不全導(dǎo)致的胰島素分泌缺乏外，患者同樣可表現(xiàn)為肝源性胰島素抵抗［34］。在糖尿病出現(xiàn)前，即可觀察到HNF1β突變攜帶者腎臟指標(biāo)的異常，并有半數(shù)患者在45歲前即出現(xiàn)非糖尿病腎病性終末期腎衰竭［35］。故在糖尿病合并非糖尿病腎病的患者中應(yīng)高度懷疑HNF1β基因突變的可能性。該型患者對磺脲類藥物反應(yīng)欠佳，通常需要早期起始胰島素治療。

因此可以看出，不同轉(zhuǎn)錄因子基因突變所引起的MODY患者需要采取不同的治療方式。對于HNF-1α和HNF-4α突變的MODY患者，可采用低劑量的磺脲類藥物治療；而對于HNF-1β突變的MODY患者，則推薦使用胰島素治療。

Hattersley教授指出，目前單基因糖尿病的診斷現(xiàn)狀并不樂觀。在英國，有80%～90%的MODY沒有得到正確診斷，在美國，這一數(shù)字為94%。診斷現(xiàn)狀不樂觀的原因在于MODY的診斷尚無明確切點(diǎn)或標(biāo)準(zhǔn)。而MODY患者的正確診斷，對于其治療方案的合理選擇、預(yù)后判斷及家系成員的危險(xiǎn)性評估均具有至關(guān)重要的意義。首先，正確的診斷可以使患者得到更為合理的治療。如果一個(gè)患者被當(dāng)做T1DM接受胰島素治療，在經(jīng)過基因檢測確診為MODY1或MODY3后轉(zhuǎn)換為口服磺脲類藥物治療，不僅能改善患者的生活質(zhì)量，還能顯著改善患者的血糖控制。其次，分子學(xué)診斷可以幫助評價(jià)患者的預(yù)后。對于一個(gè)輕度高血糖的成人，如果確診為MODY2、MODY3或T1DM，其治療和隨訪策略都將截然不同。第三，分子學(xué)診斷可以促進(jìn)伴隨疾病的診斷和識別，如MODY5的胰腺和泌尿生殖系統(tǒng)異常、MODY8的胰腺外分泌功能障礙等。最后，通過診斷MODY，可以進(jìn)一步篩查家系成員的基因攜帶狀態(tài)，避免誤診、漏診。

二代測序技術(shù)的出現(xiàn)使得我們可以同時(shí)檢測多個(gè)基因，并降低了檢測成本，在不遠(yuǎn)的將來可能會取代傳統(tǒng)的遺傳學(xué)檢測方法［36-39］。目前，根據(jù)臨床、免疫、生化表型鎖定候選基因、提高檢測的陽性率，是能夠相對提高檢測性價(jià)比的辦法，但是在臨床實(shí)踐中仍存在很多困難，特別是當(dāng)糖尿病是單基因疾病的唯一臨床表現(xiàn)時(shí)則更難實(shí)現(xiàn)。由于當(dāng)前基因檢測的價(jià)格相對較為昂貴，仍推薦僅針對根據(jù)臨床表現(xiàn)推測可能具有基因突變的人群進(jìn)行遺傳學(xué)檢測。

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