單基因糖尿?。?015 EASD之Albert Renold獎

王彤 肖新華

中國醫學科學院 北京協和醫學院北京協和醫院內分泌科

單基因糖尿?。?015 EASD之Albert Renold獎

Insights into the Beta Cell from Patients with Monogenic Diabetes

王彤 肖新華

中國醫學科學院 北京協和醫學院北京協和醫院內分泌科

肖新華 醫學博士，主任醫師，博士研究生導師；中國醫學科學院糖尿病研究中心秘書長，中國老年保健協會糖尿病專業委員會副主委，中國糖尿病防治康復促進會副會長，中華醫學會糖尿病學分會委員兼糖尿病與肥胖學組副組長，美國糖尿病協會專業委員會會員，中華中醫藥學會糖尿病分會常委，北京中西醫結合學會糖尿病專業委員會副主委；中央保健會診專家；參與多部學術專著的編寫，《糖尿病現代治療學》副主編，以第一或通訊作者發表論文及綜述180余篇，其中發表在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》、《內科急危重雜志》和《國際糖尿病》等雜志編委；國家科技獎評審專家，國家自然基金評審專家，北京市科學技術獎勵評審專家，教育部博士點基金評審專家，中華醫學科技獎評審專家。

在第51屆歐洲糖尿病學會（EASD）年會上，第9屆Albert Renold獎頒給了來自英國的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。Hattersley教授1984年畢業于英國牛津大學，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研究，共計發現和描述了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教授的帶領下，英國Exeter研究中心已經從沒有遺傳學實驗室，甚至沒有PCR儀器，發現到今天成為專門研究單基因糖尿病的國際頂級實驗室，擁有世界上最多的青少年發病的成年型糖尿?。∕ODY）和新生兒糖尿?。∟DM）患者，接診了全球80多個國家超過7000例慕名轉診而來的患者。

在大會上，Andrew Hattersley教授發表了題為“Insights into the beta cell from patients with monogenic diabetes（洞察糖尿病患者的β細胞）”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狀，幫助大家加深了對單基因糖尿病患者β細胞的認識。

Hattersley教授說，在前基因時代，我們通過臨床特征來區分MODY、NDM與其他類型的糖尿??；在后基因時代，我們發現MODY、NDM均有不同的亞型，其分子遺傳學機制為不同的基因突變，如葡萄糖激酶（GCK）、肝細胞核因子（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亦有所不同。對基因的深入認識讓我們可以準確診斷患者，并及時給予恰當的治療。但單基因糖尿病的診斷難度較大，費用相對昂貴，絕大多數患者均未能獲得正確診斷。值得慶幸的是，遺傳學的進步使這種現狀得以逐步改善。當前，我們需要建立系統的方法和策略，讓患者在單基因糖尿病科學的進展中切實獲益。

新生兒糖尿?。∟DM）

NDM通常指出生后6個月以內發生的糖尿病，發病率約為10萬分之一，是一種異質性單基因遺傳病，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?。≒NDM）、暫時性新生兒糖尿?。═NDM），以及以新生兒糖尿病為臨床表現之一的復雜的臨床綜合征，如Wolcott-Rallison綜合征等。目前，根據其遺傳學發病機制，已經發現了22種不同的NDM臨床亞型，包括21個基因突變及1個甲基化位點異常。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個國家的1020例6個月以內發病的NDM患者進行了遺傳學研究［6］。該項研究的遺傳學診斷策略為：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個已知基因進行目標二代測序分析；對于仍然未找到明確致病基因的患者，進行全外顯子檢測。研究結果發現，通過目標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診斷，約40%的患者為KCNJ11和ABCC8基因突變所致，其中絕大多數均可以在明確基因診斷后成功的轉換為口服磺脲類藥物治療［7，8］。該項研究指出，KCNJ11、ABCC8基因突變與多種臨床表型有關［9］，其輕微突變可導致TNDM，而嚴重突變則通過影響鉀離子通道功能改變ATP濃度，從而導致PNDM，并常合并神經系統異常（即iDEND綜合征、DEND綜合征）［3，5，10］。而既往的研究已經提示，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知能力、肌肉運動能力以及語言能力等［11，12］。這一研究結果始終提示著我們對NDM患兒進行早期遺傳學診斷的重要性。

該研究結果同時顯示，約20%的患者為TNDM，其遺傳學機制為染色體6q24區基因印跡異常導致過表達［13-15］，或為ABCC8或KCNJ11基因突變［10］。與6q24甲基化異常導致的TNDM相比，由KCNJ11或ABCC8突變導致的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，積極的遺傳學檢測可以幫助判斷其是TNDM還是PNDM，并有效的指導臨床治療決策。

與此同時，Hattersely教授指出，有16種臨床綜合征均以NDM為早期臨床表現，其發病機制涉及17個基因。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間已經從4年縮短至3個月，這也意味著大多數患者在出現綜合征的其他臨床表現之前就已經接受了遺傳學檢測。例如，在該研究納入的共計76例Wolcott-Rallison綜合征患者中，有46例在臨床出現肌肉發育異?；蚋喂δ芩ソ咧斑M行了基因檢測。由于肝衰竭可能危及患者生命，早期準確的遺傳學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基因突變導致的一種嚴重的多器官自身免疫性疾?。?8］，一般在出生后1個月以內發病，其基本臨床特征包括：NDM、嚴重的腸道疾病及濕疹。對這類患者來說，盡早的明確遺傳學診斷對指導臨床治療決策意義重大，因為早期行同種異體造血干細胞移植可以使其得到最好的臨床轉歸［19］。

從傳統意義上來說，遺傳學檢測往往是在臨床疾病確診后進行的，我們需要通過患者的臨床表現來決定檢測一個或幾個目標基因，能否實現基因診斷也很大程度上依賴于可用的臨床信息。而現在，我們提倡在患者出現一些進一步的臨床表現之前，及早進行綜合的遺傳學檢測。因為對NDM的護理、治療都將極大的依賴于遺傳學檢測的診斷結果，它不僅可以提示臨床醫生如何選擇最佳的治療方案，而且可以有效的預測其他臨床表現的出現，做到盡早預防、盡早處理，這些進步都將極大的改善患者的遠期預后和生存質量。

青少年發病的成年型糖尿?。∕ODY）

MODY是一種由于單基因突變導致β細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的特征性表現包括：發病年齡早，呈常染色體顯性遺傳，存在β細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證據［20，21］。由于其臨床表現與T1DM和2型糖尿?。═2DM）存在重疊，當前大多數MODY患者被誤診為后兩者，導致其實際患病率被大大低估。

迄今為止，已經發現13種MODY亞型，均是在胰島β細胞發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、對藥物的治療反應也不同。目前報道3個最常見的MODY致病基因為GCK、HNF1α和HNF4α。

葡萄糖激酶（GCK）基因突變（MODY2）

GCK作為胰腺β細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基因突變導致胰腺β細胞GCK活性降低，引起β細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-效應關系右移。肝臟GCK基因突變導致肝糖原合成減少、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患者通常在出生時即可出現空腹血糖水平輕度升高，但由于缺乏臨床癥狀，多在常規體檢或因其他疾病初次檢測血糖時得以確診。有研究結果顯示：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致的高血糖，僅當給予超生理劑量的胰島素時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展，很少會出現微血管并發癥［25-27］。因此，GCK突變的MODY患者可通過單純的飲食、運動調整來控制血糖水平，正確的分子遺傳學診斷可以避免不必要的藥物治療。

肝細胞核因子（HNF）1α突變（MODY3）

作為核轉錄因子，HNF1α主要表達于胰腺β細胞、肝臟和腸道，與HNF-4A、HNF1B等構成網絡調節系統，調節葡萄糖轉運子2（GLUT2）等葡萄糖和線粒體代謝相關蛋白的表達，是GLUT2的關鍵轉錄因子。HNF1α突變可導致胰腺β細胞發育不良、成年早發糖尿病、進行性β細胞功能下降。

HNF1α是導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突變導致的MODY的發病率是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歲以前發生糖尿?。?9］。在糖尿病出現前、血糖處于正常水平時，已可觀察到β細胞功能下降。同時，由于HNF1α在GLUT2介導的近端腎小管葡萄糖重吸收過程中發揮作用，所以在發展為糖尿病之前，即可由于腎糖重吸收減少而出現尿糖陽性［30］。在出現臨床糖尿病后，可觀察到較為嚴重的高血糖，患者多飲、多食、多尿癥狀較為明顯，同時可伴有腎臟Fancony綜合征，表現為嚴重的糖、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患者被調整為格列齊特治療，隨訪39個月，所有患者血糖控制滿意，平均糖化血紅蛋白6.9%［32］。此型患者發生微血管并發癥和大血管并發癥的風險與T1DM和T2DM患者接近。因此，有必要對其進行嚴格的血糖控制并對糖尿病并發癥進行密切隨訪。

HNF4α突變（MODY1）和HNF1β突變（MODY5）

HNF4α主要表達于肝臟、胰腺和腎臟，調控β細胞發育、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，應進一步行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在胰腺的早期發育中起重要作用，其突變可影響胰腺發育，導致胰腺萎縮和胰島素分泌不足。當前研究顯示，HNF1β雜合突變很少表現為單純的糖尿病，幾乎在所有 HNF1β基因突變或缺失的患者都可以見到腎臟發育異常（最常見為腎囊腫）［33］。腎臟發育異常和女性泌尿生殖道畸形是此型患者的特征性表現，此外，也可合并胰腺發育不良、肝功能異常、痛風和高尿酸血癥等。除胰腺發育不全導致的胰島素分泌缺乏外，患者同樣可表現為肝源性胰島素抵抗［34］。在糖尿病出現前，即可觀察到HNF1β突變攜帶者腎臟指標的異常，并有半數患者在45歲前即出現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欠佳，通常需要早期起始胰島素治療。

因此可以看出，不同轉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，這一數字為94%。診斷現狀不樂觀的原因在于MODY的診斷尚無明確切點或標準。而MODY患者的正確診斷，對于其治療方案的合理選擇、預后判斷及家系成員的危險性評估均具有至關重要的意義。首先，正確的診斷可以使患者得到更為合理的治療。如果一個患者被當做T1DM接受胰島素治療，在經過基因檢測確診為MODY1或MODY3后轉換為口服磺脲類藥物治療，不僅能改善患者的生活質量，還能顯著改善患者的血糖控制。其次，分子學診斷可以幫助評價患者的預后。對于一個輕度高血糖的成人，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，分子學診斷可以促進伴隨疾病的診斷和識別，如MODY5的胰腺和泌尿生殖系統異常、MODY8的胰腺外分泌功能障礙等。最后，通過診斷MODY，可以進一步篩查家系成員的基因攜帶狀態，避免誤診、漏診。

二代測序技術的出現使得我們可以同時檢測多個基因，并降低了檢測成本，在不遠的將來可能會取代傳統的遺傳學檢測方法［36-39］。目前，根據臨床、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比的辦法，但是在臨床實踐中仍存在很多困難，特別是當糖尿病是單基因疾病的唯一臨床表現時則更難實現。由于當前基因檢測的價格相對較為昂貴，仍推薦僅針對根據臨床表現推測可能具有基因突變的人群進行遺傳學檢測。

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