1型糖尿病與自身免疫機(jī)制研究的新進(jìn)展

趙士峰，方彭華(綜述)，史明儀，張真穩(wěn)※(審校)

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)翰林學(xué)院,江蘇 泰州 225300； 2.揚(yáng)州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌科,江蘇 揚(yáng)州 225001)

1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)占糖尿病發(fā)病的10%左右。主要特點(diǎn)是發(fā)病年齡小，臨床癥狀重，常伴有酮癥酸中毒和低血糖昏迷等嚴(yán)重并發(fā)癥。T1DM一般病情來(lái)勢(shì)急驟，口渴、多飲、多尿、多食以及乏力消瘦，體質(zhì)量急劇下降等癥狀十分明顯，外周血中可出現(xiàn)胰島自身抗體和胰島細(xì)胞抗體陽(yáng)性，有的人發(fā)病一開(kāi)始就出現(xiàn)酮癥酸中毒或低血糖昏迷。T1DM用口服降糖藥物控制無(wú)效，靠胰島素控制血糖，且終身胰島素治療以維持生命。近年來(lái)，隨著生活水平提高以及環(huán)境因素的影響，T1DM 在全球呈明顯上升趨勢(shì)。T1DM發(fā)病機(jī)制主要由免疫介導(dǎo)的胰島β細(xì)胞的選擇性破壞所致，也與遺傳、環(huán)境因素和病毒感染有關(guān),導(dǎo)致胰島β細(xì)胞部分或完全凋亡而引起胰島素分泌量絕對(duì)不足,以致醣類、脂肪和蛋白質(zhì)不能有效代謝?，F(xiàn)就近年來(lái)與T1DM發(fā)病相關(guān)的特異性細(xì)胞免疫、自然殺傷細(xì)胞、基因易患性、環(huán)境因素及病毒感染的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 T1DM與淋巴細(xì)胞

1.1T1DM與B淋巴細(xì)胞的關(guān)系 人類白細(xì)胞抗原(human leucocyte antigen，HLA)存在于體內(nèi)多種細(xì)胞中，包括胰腺B細(xì)胞，可以幫助識(shí)別自體組織與非自體組織。HLA有多個(gè)位點(diǎn)，每個(gè)位點(diǎn)又有多個(gè)等位基因:A、B、C、DR和DQ。正常人HLA-DQ基因上的特定位置是天冬氨酸。大多數(shù)T1DM患者基因在這個(gè)位置上是另外一種氨基酸。HLA關(guān)鍵位置上天冬氨酸的缺乏可能會(huì)刺激免疫系統(tǒng)攻擊胰島β細(xì)胞。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為預(yù)測(cè)兒童是否會(huì)發(fā)展為T(mén)1DM，以及采用化學(xué)方法控制不正常的HLA-DQ，預(yù)防免疫系統(tǒng)攻擊自身β細(xì)胞的發(fā)生奠定了重要基礎(chǔ)。

T1DM患者體內(nèi)的胰島β細(xì)胞被錯(cuò)誤地標(biāo)記為外來(lái)物，刺激輔助T淋巴細(xì)胞召集大量B淋巴細(xì)胞對(duì)胰島β細(xì)胞進(jìn)行攻擊，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的損傷，進(jìn)而影響胰島素的分泌。胰島β細(xì)胞自身抗原暴露也可激活B細(xì)胞，分泌谷氨酸脫羧酶抗體、胰島細(xì)胞抗體(islet cell antibodies,ICA)、胰島素自身抗體(insulin auto antibodies,IAA)、酪氨酸磷酸酶樣蛋白質(zhì)分子(IA-2)和IA-2β抗體等。70%～80%T1DM兒童體內(nèi)有ICA，50%最終患糖尿病的人體內(nèi)有IAA，它們可先于病癥發(fā)生5年,甚至更久出現(xiàn)。并不是所有ICA或IAA陽(yáng)性的人都會(huì)發(fā)展為糖尿病，一些沒(méi)有血糖異常的人也會(huì)出現(xiàn)ICA或IAA陽(yáng)性。在T1DM的發(fā)病初期，B細(xì)胞是關(guān)鍵的抗原呈遞細(xì)胞。缺乏B細(xì)胞的非肥胖性糖尿病(no obesity diabetes，NOD)小鼠，胰島β細(xì)胞中單核細(xì)胞浸潤(rùn)顯著減少，胰島炎性反應(yīng)顯著下降，糖尿病發(fā)病率降低。另外，B細(xì)胞還能夠促進(jìn)CD8+T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性T細(xì)胞，加速T1DM的進(jìn)程[1]。

1.2T1DM與T淋巴細(xì)胞的關(guān)系 在T1DM發(fā)病過(guò)程中，B淋巴細(xì)胞的迅速增加誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞數(shù)量增多。T細(xì)胞主要是通過(guò)分泌細(xì)胞因子而發(fā)揮作用，包括干擾素γ(interferon，IFN-γ)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)1、IL-2、IL-17 、IL-35和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α，TNF)α等促炎性因子，介導(dǎo)細(xì)胞免疫及誘導(dǎo)炎癥，損傷β細(xì)胞進(jìn)而引起T1DM。T淋巴細(xì)胞對(duì)胰島β細(xì)胞的浸潤(rùn)及其分泌的細(xì)胞因子在T1DM的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。T1DM患者體內(nèi)活躍的T淋巴細(xì)胞數(shù)量增多，T淋巴細(xì)胞的作用和數(shù)量異常。

T1DM發(fā)病過(guò)程受到多種T淋巴細(xì)胞及其生物活性物質(zhì)調(diào)控。首先，抑制性T淋巴細(xì)胞(Tregs)可抑制自身免疫反應(yīng)、腫瘤細(xì)胞及非自身抗原。輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)分泌IL-2能夠促進(jìn)Foxp3-CD4+Tregs的增殖，使Tregs的數(shù)量及其表面相關(guān)蛋白表達(dá)增加，導(dǎo)致Tregs的抑制作用顯著增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，T1DM發(fā)病過(guò)程中，Th1細(xì)胞分泌IL-2顯著減少，IL-2功能作用顯著減弱，導(dǎo)致Tregs功能障礙，從而加重T1DM病情[2-3]。胰島素樣生長(zhǎng)因子1過(guò)表達(dá)小鼠，Tregs水平顯著增加，從而抑制T1DM的進(jìn)程[4]。其次，IL-1對(duì)β細(xì)胞具有潛在的干預(yù)作用，基因剔除或藥物阻斷IL-1受體，T1DM的發(fā)病率可以顯著降低，提示IL-1參與T1DM的發(fā)病過(guò)程[5-6]。機(jī)體炎癥條件下，IL-1和IFN-γ、TNF-α產(chǎn)生協(xié)同作用，促進(jìn)致糖尿病性T細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)活性氧類產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制胰島素的分泌和促進(jìn)胰島β細(xì)胞凋亡[7-8]。再者，通過(guò)對(duì)T1DM患者外周血的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)IL-17介導(dǎo)的CD8+T細(xì)胞和IL-33介導(dǎo)的IFN-γ、IL-17和TNF-α能夠促進(jìn)胰島β細(xì)胞凋亡，加重T1DM的病程[9-10]；IL-4和IL-10能夠抑制Th1細(xì)胞產(chǎn)生的促炎癥因子，緩解T1DM的發(fā)病過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明，給予CD28分子抗體能夠顯著增強(qiáng)浸潤(rùn)胰島的Th2細(xì)胞分泌IL-4的能力，從而有效預(yù)防和降低T1DM的發(fā)生率[11]。IL-10通過(guò)誘導(dǎo)Tregs增殖，發(fā)揮抗炎效應(yīng)，抑制T1DM發(fā)病過(guò)程[12]。TNF-α參與多種導(dǎo)致T1DM的過(guò)程。TNF-α能夠與IL-1、IFN-γ等發(fā)揮協(xié)同炎性反應(yīng)，與轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白O1、IL-6、髓過(guò)氧化物酶及IL-2發(fā)生耦合致炎作用等[7-8,13]。T1DM發(fā)病早期TNF-α的水平顯著升高[14]。值得注意的是，IL-10和胰島素之間具有協(xié)同作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，IL-10和胰島素聯(lián)合能夠有效降低NOD小鼠的發(fā)病率[15]。最后，近期研究發(fā)現(xiàn)，RIP(rat insulin promoter)-IL35轉(zhuǎn)基因NOD小鼠，IL-35能夠顯著降低胰島中CD4+和CD8+T細(xì)胞的數(shù)量，尤其減少葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基相關(guān)蛋白特異性CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)，提示IL-35在T1DM中發(fā)揮潛在的治療作用[16]。在T1DM的發(fā)病過(guò)程中，ZnT8(zinc transporter 8)是CD8+T細(xì)胞識(shí)別的主要自身抗原[17-18]。

1.3T1DM與自然殺傷細(xì)胞的關(guān)系 自然殺傷(natural killer cell，NK)細(xì)胞由骨髓淋巴樣干細(xì)胞發(fā)育形成，介導(dǎo)細(xì)胞毒性反應(yīng)無(wú)需抗原刺激?；罨腘K細(xì)胞可通過(guò)分泌IFN-γ、TNF-β、IL-2、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、IL-5、IL-10、IL-13及IL-16等細(xì)胞因子等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)[11,19]。研究發(fā)現(xiàn)，NOD小鼠的胰島中NK細(xì)胞的增加與T1DM發(fā)病關(guān)系密切[20]。NK細(xì)胞的耗竭顯著降低NOD小鼠的發(fā)病率[21]。在胰島炎癥情況下，浸潤(rùn)胰島的NK細(xì)胞分泌IL-16增加，促進(jìn)炎癥反應(yīng)[22]。另外，NK細(xì)胞毒性受體NKp46能夠介導(dǎo)胰島中NK細(xì)胞脫顆粒反應(yīng)，損傷胰島β細(xì)胞而加重T1DM病理過(guò)程。NKp46缺陷小鼠對(duì)小劑量利尿佐菌素誘導(dǎo)糖尿病敏感性顯著下降。在糖尿病的早期階段向NOD小鼠注射可溶性NKp46蛋白可以抑制糖尿病的發(fā)展[23]。這些都提示NKp46參與介導(dǎo)NK細(xì)胞引起T1DM的過(guò)程。

2 T1DM與基因易患性

經(jīng)典T1DM有較強(qiáng)的遺傳易患性，基因易患性在T1DM發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要的作用[24]。研究表明，HLA-DR3和DR4等位基因與T1DM的發(fā)病密切相關(guān)，90%以上T1DM患者被發(fā)現(xiàn)有DR3和DR4基因位點(diǎn)[25]。通過(guò)觀察T1DM兒童患者HLA的D基因三個(gè)亞型(DRB1、DQB1、DPB1)以及A、C、和B基因的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，易患DRB1、DQB1等位基因表達(dá)與T1DM發(fā)展呈現(xiàn)正相關(guān)[26]。另外，GG基因型CYP2R1基因多態(tài)性和/或CC基因型CYP27B1基因多態(tài)性能夠增加兒童T1DM風(fēng)險(xiǎn)[27]。

3 T1DM與病毒感染

流行病學(xué)調(diào)查提示，病毒感染能引起T1DM。T1DM患者發(fā)病之前常有病毒感染史，而且T1DM發(fā)病高峰也往往出現(xiàn)在病毒感染流行之后。流行性腮腺炎、風(fēng)疹的病毒和能引起脊髓灰質(zhì)炎的柯薩奇病毒家族感染是誘發(fā)T1DM的三個(gè)病因。20%患風(fēng)疹的兒童會(huì)有胰島β細(xì)胞損傷并且會(huì)發(fā)展為T(mén)1DM。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也支持病毒在TIDM發(fā)病中起重要作用，如Kilham大鼠病毒可誘發(fā)具有遺傳易患性的大鼠產(chǎn)生T1DM，腸道病毒與T1DM發(fā)病密切相關(guān)；胸腺感染柯薩奇病毒B4(CV-B4)也與T1DM的發(fā)病呈正相關(guān)[28-29]。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)>50%的T1DM患者血中檢測(cè)到腸病毒RNA，體外研究表明，腸病毒感染能夠引起β細(xì)胞的凋亡[30]。病毒感染引起T1DM的機(jī)制主要是通過(guò)改變大鼠的免疫狀態(tài)而并非由病毒直接侵入胰島所導(dǎo)致。病毒可能與機(jī)體蛋白質(zhì)的氨基酸序列相似，使免疫細(xì)胞混淆自體與外來(lái)物質(zhì)，產(chǎn)生自身免疫反應(yīng)。感冒和流感，會(huì)使體內(nèi)免疫細(xì)胞的數(shù)量增多，加大自身免疫反應(yīng)的傷害。病毒雙鏈RNA可激活雙鏈RNA傳導(dǎo)途徑，從而誘導(dǎo)β細(xì)胞的凋亡。戊型肝炎病毒感染能夠引起胰島素自身形成抗體，導(dǎo)致T1DM[31]。

4 T1DM與胰島β細(xì)胞自身抗體

研究發(fā)現(xiàn)，一種只存在于B細(xì)胞表面的特殊抗體，稱為64K蛋白質(zhì)自身抗體的免疫反應(yīng)是導(dǎo)致T1DM的主要因素[32]。T1DM患者發(fā)病前7年體內(nèi)均有64K蛋白質(zhì)自身抗體，甚至有的體內(nèi)并沒(méi)有ICA和IAA。64K蛋白質(zhì)自身抗體的發(fā)現(xiàn)可以更準(zhǔn)確地標(biāo)示出糖尿病的高危人群。

5 小 結(jié)

免疫細(xì)胞間(尤其Th1與Th2之間)的比例失調(diào)是導(dǎo)致β細(xì)胞凋亡的極為重要的因素，各種細(xì)胞因子的協(xié)調(diào)作用在T1DM發(fā)病過(guò)程中也起著非常重要的作用，其中IL-17、IL-35、IL-33存在著潛在的治療T1DM作用。T1DM發(fā)病機(jī)制涉及特異性細(xì)胞免疫、固有免疫細(xì)胞、基因易患性、病毒感染及胰島細(xì)胞自身抗體等多方面。對(duì)于T1DM的研究還有多方面有待進(jìn)一步深入，包括NK、T細(xì)胞T1DM中的作用及影響因素方面，還缺少深入的分子水平解釋；NK細(xì)胞在T1DM研究方面的測(cè)量方法以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善；對(duì)于病毒感染在T1DM中作用的考量依然停留在個(gè)體水平，且研究對(duì)象的代表性不佳。隨著目前檢測(cè)手段的不斷更新，在對(duì)于T1DM致病機(jī)制的研究也將不斷取得最新進(jìn)展，為臨床防治T1DM提供新的思路與方案。

[1] Brodie GM,Wallberg M,Santamaria P,etal.B-cells promote intra-islet CD8+cytotoxic T-cell survival to enhance type 1 diabetes[J].Diabetes,2008,57(4):909-917.

[2] Garg G,Tyler JR,Yang JH,etal.Type 1 diabetes-associated IL2RA variation lowers IL-2 signaling and contributes to diminished CD4+CD25+regulatory T cell function[J].J Immunol,2012,188(9):4644-4653.

[3] Hartemann A,Bourron O.Interleukin-2 and type 1 diabetes:new therapeutic perspectives[J].Diabetes Metab,2012,38(5):387-391.

[4] Anguela XM,Tafuro S,Roca C,etal.Nonviral-mediated hepatic expression of IGF-I increases Treg levels and suppresses autoimmune diabetes in mice[J].Diabetes,2013,62(2):551-560.

[5] Mandrup-Poulsen T,Pickersgill L,Donath MY.Blockade of interleukin 1 in type 1 diabetes mellitus[J].Nat Rev Endocrinol,2010,6(3):158-166.

[6] Volarevic V,Al-Qahtani A,Arsenijevic N,etal.Interleukin-1 receptor antagonist(IL-1Ra) and IL-1Ra producing mesenchymal stem cells as modulators of diabetogenesis[J].Autoimmunity,2010,43(4):255-263.

[7] Padgett LE,Broniowska KA,Hansen PA,etal.The role of reactive oxygen species and proinflammatory cytokines in type 1 diabetes pathogenesis[J].Ann N Y Acad Sci,2013,1281:16-35.

[8] Bettini ML,Pan F,Bettini M,etal.Loss of epigenetic modification driven by the Foxp3 transcription factor leads to regulatory T cell insufficiency[J].Immunity,2012,36(5):717-730.

[9] Saxena A,Desbois S,Carrié N,etal.Tc17 CD8+T cells potentiate Th1-mediated autoimmune diabetes in a mouse model[J].J Immunol,2012,189(6):3140-3149.

[10] Milovanovic M,Volarevic V,Radosavljevic G,etal.IL-33/ST2 axis in inflammation and immunopathology[J].Immunol Res,2012,52(1/2):89-99.

[11] Sharif S,Arreaza GA,Zucker P,etal.Regulatory natural killer T cells protect against spontaneous and recurrent type 1 diabetes[J].Ann N Y Acad Sci,2002,958:77-88.

[12] Subramanian L,Blumenfeld H,Tohn R,etal.NKT cells stimulated by long fatty acyl chain sulfatides significantly reduce the incidence of type 1 diabetes in nonobese diabetic mice [corrected][J].PLoS One,2012,7(5):e37771.

[13] Abdul-Aziz KK,Tuorkey MJ.Targeting tumor necrosis factor alpha(TNF-α) in diabetic rats could approve avenues for an efficient strategy for diabetic therapy[J].Diabetes Metab Syndr,2012,6(2):77-84.

[14] Yeung WC,Al-Shabeeb A,Pang CN,etal.Children with islet autoimmunity and enterovirus infection demonstrate a distinct cytokine profile[J].Diabetes,2012,61(6):1500-1508.

[15] Nicholas D,Odumosu O,Langridge WH.Autoantigen based vaccines for type 1 diabetes[J].Discov Med,2011,11(59):293-301.

[16] Bettini M,Castellaw AH,Lennon GP,etal.Prevention of autoimmune diabetes by ectopic pancreatic β-cell expression of interleukin-35[J].Diabetes,2012,61(6):1519-1526.

[17] énée é,Kratzer R,Arnoux JB,etal.ZnT8 is a major CD8+T cell-recognized autoantigen in pediatric type 1 diabetes[J].Diabetes,2012,61(7):1779-1784.

[18] Scotto M,Afonso G,Larger E,etal.Zinc transporter(ZnT)8(186-194) is an immunodominant CD8+T cell epitope in HLA-A2+ type 1 diabetic patients[J].Diabetologia,2012,55(7):2026-2031.

[19] Grieco FA,Vendrame F,Spagnuolo I,etal.Innate immunity and the pathogenesis of type 1 diabetes[J].Semin Immunopathol,2011,33(1):57-66.

[20] Ehlers M,Papewalis C,Stenzel W,etal.Immunoregulatory natural killer cells suppress autoimmunity by down-regulating antigen-specific CD8+T cells in mice[J].Endocrinology,2012,153(9):4367-4379.

[21] Angstetra E,Graham KL,Zhao Y,etal.An indirect role for NK cells in a CD4(+) T-cell-dependent mouse model of type I diabetes[J].Immunol Cell Biol,2012,90(2):243-247.

[22] Meagher C,Beilke J,Arreaza G,etal.Neutralization of interleukin-16 protects nonobese diabetic mice from autoimmune type 1 diabetes by a CCL4-dependent mechanism[J].Diabetes,2010,59(11):2862-2871.

[23] Gur C,Porgador A,Elboim M,etal.The activating receptor NKp46 is essential for the development of type 1 diabetes[J].Nat Immunol,2010,11(2):121-128.

[24] Redondo MJ,Jeffrey J,Fain PR,etal.Concordance for islet autoimmunity among monozygotic twins[J].N Engl J Med,2008,359(26):2849-2850.

[25] Mainardi-Novo DT,Santos AS,Fukui RT,etal.The PTPN22 1858T allele but not variants in the proximal promoter region of IL-21 gene is associated with the susceptibility to type 1 diabetes and the presence of autoantibodies in a Brazilian cohort[J].Clin Exp Immunol,2013,172(1):16-22.

[26] Sugihara S.Genetic susceptibility of childhood type 1 diabetes mellitus in Japan[J].Pediatr Endocrinol Rev,2012,10 Suppl 1:62-71.

[27] Hussein AG,Mohamed RH,Alghobashy AA.Synergism of CYP2R1 and CYP27B1 polymorphisms and susceptibility to type 1 diabetes in Egyptian children[J].Cell Immunol,2012,279(1):42-45.

[28] Ja?dane H,Sané F,Hiar R,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:enterovirus,thymus and type 1 diabetes pathogenesis[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):39-46.

[29] Hober D,Sane F,Ja?dane H,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:role of antibodies enhancing theinfection with Coxsackievirus-B in the pathogenesis of type 1 diabetes[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):47-51.

[30] Grieco FA,Sebastiani G,Spagnuolo I,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:how viral infections modulate beta cell function[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):24-29.

[31] Sarmiento L,Galvan JA,Cabrera-Rode E,etal.Type 1 diabetes associated and tissue transglutaminase autoantibodies in patients without type 1 diabetes and coeliac disease with confirmed viral infections[J].J Med Virol,2012,84(7):1049-1053.

[32] Lee HC,Cha BS,Nam MS,etal.Relationships among 64k autoantibodies,pancreatic beta-cell function,HLA-DR antigens and HLA-DQ genes in patients with insulin-dependent diabetes mellitus in Korea[J].Korean J Intern Med,1995,10(1):1-9.