兒童單基因糖尿病診治進(jìn)展及診斷策略

章淼瀅，羅飛宏

（復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院內(nèi)分泌遺傳代謝科，上海 200025）

單基因變異可引起胰島β 細(xì)胞功能缺陷，導(dǎo)致中重度高血糖[1]。單基因糖尿病根據(jù)發(fā)病年齡主要分為新生兒糖尿?。╪eonatal diabetes mellitus,NDM）和青少年發(fā)病的成人型糖尿?。╩aturity-onset diabetes in young,MODY）兩大類。新生兒糖尿病的定義是患兒在出生后6 個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)血糖持續(xù)性升高，但多數(shù)患兒在1 個(gè)月內(nèi)即起病[2]。過(guò)去幾年中，部分臨床表現(xiàn)及遺傳方式不同于MODY 的單基因糖尿病已經(jīng)被確診[3]，此類兒童單基因糖尿病患者往往為新發(fā)顯性致病基因變異所致，患兒缺乏家族史，最初常會(huì)被誤診為1 型或2 型糖尿病[4]。準(zhǔn)確診斷單基因糖尿病可以為個(gè)體化治療提供機(jī)會(huì)，包括制定糖尿病治療方案、指導(dǎo)其他相關(guān)疾病的診斷和治療、遺傳咨詢等。為提高臨床對(duì)兒童單基因糖尿病的診治深入認(rèn)識(shí)，本文就兒童單基因糖尿病的診斷和管理進(jìn)行探討，嘗試總結(jié)診斷策略。

單基因糖尿病的流行病學(xué)特征

NDM 是一種罕見(jiàn)疾病，其發(fā)病率為（1/90 000）～（1/160 000）[5]。據(jù)德國(guó)大型國(guó)際SWEET 兒童糖尿病登記報(bào)告的數(shù)據(jù)，NDM 在兒童糖尿病中占不到0.3%[6]。兒童中MODY 的患病率約為1/23 000[7]。據(jù)英國(guó)兒科診所發(fā)布的系統(tǒng)人群篩查報(bào)告，MODY 占兒童糖尿病的2.5%[8]。單基因糖尿病不常見(jiàn)，占兒童糖尿病病例的1%～6%[3]。我國(guó)目前缺乏詳細(xì)的兒童單基因糖尿病流行病學(xué)調(diào)查資料。

單基因糖尿病的分子遺傳機(jī)制分類及進(jìn)展

單基因糖尿病相關(guān)基因多與胰腺β 細(xì)胞發(fā)育及胰島素合成、分泌等方面相關(guān)，根據(jù)潛在機(jī)制可以分為影響β 細(xì)胞合成或分泌胰島素、胰腺發(fā)育不全或功能不全、胰腺細(xì)胞受損三類[9]。

一、影響β 細(xì)胞合成或分泌胰島素

胰島素的正常合成和分泌受多種因素的調(diào)控，包括胰島素基因本身的完整性、胰島細(xì)胞對(duì)葡萄糖和氨基酸等物質(zhì)的攝取和代謝過(guò)程、ATP 敏感的鉀通道的功能和結(jié)構(gòu)完整性等多種因素的影響，其中占較重要作用的基因有以下幾種。

1.KCNJ11 和ABCC8 基因：鉀通道基因（KCNJ11、ABCC8）變異是NDM 最常見(jiàn)的病因。KCNJ11 編碼ATP 敏感鉀通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP）基因的內(nèi)部亞基（Kir6.2），而ABCC8 編碼外部亞基（SUR1）[2]，這2 種基因的致病性變異都會(huì)導(dǎo)致KATP 功能異常，即在高血糖的情況下，KATP 也無(wú)法關(guān)閉，無(wú)法胞吐而釋放胰島素。

2.葡萄糖激酶（glucokinase，GCK）基因：GCK基因編碼GCK，參與催化糖酵解途徑的第一個(gè)反應(yīng)（即葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖），在碳水化合物代謝中起著核心作用[10]。GCK通常被稱為胰腺細(xì)胞葡萄糖傳感器，調(diào)節(jié)葡萄糖刺激的胰島素分泌，以應(yīng)對(duì)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度的變化，從而維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)。GCK 基因變異可上調(diào)胰島素分泌和葡萄糖閾值，導(dǎo)致空腹血糖水平升高[11]。

3.INS 基因：INS 基因的致病性變異會(huì)導(dǎo)致胰島素蛋白發(fā)生錯(cuò)誤折疊，這些錯(cuò)誤蛋白質(zhì)在不同的亞細(xì)胞腔中積累，將導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和胰島β 細(xì)胞死亡[2]。

4.SLC2A2 基因：SLC2A2 基因編碼的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體2（glucose transporter type 2,GLUT2），是一種低親和力的葡萄糖促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)體，主要在葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)的組織中表達(dá)，如腎小管細(xì)胞、腸細(xì)胞、胰島β 細(xì)胞、肝細(xì)胞和腦細(xì)胞。SLC2A2 基因變異可使GLUT2 表達(dá)降低，導(dǎo)致血糖增高[12]。

5.SLC19A2 基因：SLC19A2 基因編碼了高親和力硫胺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（thiamine transporter-1，THTR-1）。人體骨髓細(xì)胞、胰島細(xì)胞以及耳蝸細(xì)胞3 種細(xì)胞依賴THTR-1 轉(zhuǎn)運(yùn)硫胺素，因此SLC19A2基因致病性變異可導(dǎo)致Rogers 綜合征，患者表現(xiàn)為貧血、糖尿病和耳聾等多種癥狀[13]。

二、導(dǎo)致胰腺發(fā)育不全或功能不全

人類胚胎早期，內(nèi)胚層細(xì)胞向胰腺的分化、發(fā)育和功能細(xì)胞的分化過(guò)程中，受一系列轉(zhuǎn)錄因子、微小RNA 等的調(diào)控，其中功能較為明確的有如下基因。

1.PDX1（IPF1）基因：PDX1（IPF1）在胰高血糖素、胰島素、GLUT2、GCK 等酶編碼基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮重要作用，是維持胰腺激素和酶功能的關(guān)鍵，對(duì)胚胎胰腺的誘導(dǎo)和生長(zhǎng)非常重要[14]，該基因變異將導(dǎo)致胰腺發(fā)育不全。

2.HNF1B 基因：HNF1B 基因在人類腎單位和胚胎胰腺發(fā)育等發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用，該基因變異破壞了胚胎胰腺細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)程，導(dǎo)致β 細(xì)胞功能障礙和胰島素生物合成受損[11]。

3.RFX6 基因：RFX6 在胰腺內(nèi)胚層有效分化過(guò)程中至關(guān)重要。PDX1 轉(zhuǎn)錄開(kāi)始后，緊跟著發(fā)生RFX2、RFX3 和RFX6 激活，它們形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，激活（或抑制）調(diào)節(jié)胰腺體和尾部發(fā)育的靶基因[15]。該基因的致病性變異可導(dǎo)致胰腺發(fā)育不全、腸閉鎖、膽囊發(fā)育不全伴或不伴氣管食管瘺等Martinez-Frias 綜合征樣病變。

4.NEUROG3 基因：NEUROG3 是堿性螺旋-環(huán)-螺旋的轉(zhuǎn)錄因子，在腸道、胰腺、下丘腦等內(nèi)分泌關(guān)聯(lián)細(xì)胞譜系的產(chǎn)生中起重要作用[16]。小鼠和人類胰腺發(fā)育及胰島細(xì)胞分化發(fā)育過(guò)程的研究證實(shí)，NEUROG3 在該過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，其既是多種內(nèi)分泌細(xì)胞的發(fā)育控制重要因子，也是胰島分化的主要控調(diào)因子。目前僅有少數(shù)NEUROG3 純合子功能缺失變異被報(bào)道，表現(xiàn)為腸內(nèi)分泌分化異常，導(dǎo)致先天性吸收不良腹瀉，患兒間臨床癥狀嚴(yán)重程度不等，可能出現(xiàn)永久性NDM 或兒童期糖尿病[17]。

5.肝細(xì)胞核因子4α（hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α）基因：HNF4α是一種轉(zhuǎn)錄因子，屬于類固醇/甲狀腺激素受體超家族，最初被認(rèn)為是一種肝富集轉(zhuǎn)錄因子，但其也在胃腸道上皮、胰腺和腎臟表達(dá)。HNF4A 基因致病性突變可導(dǎo)致1 型MODY。1 型MODY 的疾病過(guò)程呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，新生兒期表現(xiàn)為低血糖，后逐漸演變?yōu)槠咸烟谴碳さ囊葝u素分泌受損，并最終發(fā)展成胰島素分泌功能低下，導(dǎo)致高血糖，這個(gè)演變過(guò)程與胰島β 細(xì)胞自身免疫或肥胖導(dǎo)致的高血糖無(wú)關(guān)[18]。

三、胰腺細(xì)胞受損

胰島細(xì)胞的功能完整性除取決于分化、發(fā)育的細(xì)胞數(shù)量多寡外，還有賴于胰島細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，細(xì)胞膜、溶酶體、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等缺陷也可成為糖尿病的重要內(nèi)因，具體相關(guān)基因變異如下。

1.EIF2AK3 基因：EIF2AK3 基因編碼了真核翻譯起始因子2-α 激酶3（又稱PERK），在細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白的管理中起著重要作用。該基因突變可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的積累，最終引發(fā)胰島β 細(xì)胞死亡[19]。EIF2AK3 基因致病性變異則可導(dǎo)致Wollcot-Rallison 綜合征以及永久性NDM、骨骼缺陷和生長(zhǎng)遲緩。

2.FOXP3 基因：FOXP3 基因編碼轉(zhuǎn)錄因子FOXP3，控制調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的發(fā)育和功能，從而促進(jìn)外周免疫耐受。FOXP3 變異常導(dǎo)致多種自身免疫疾病，如共存的免疫失調(diào)性多發(fā)性內(nèi)分泌病、腸病X染色體連鎖（immunodysregulation polyendocrinop-athy enteropathy X-linked,IPEX）等，臨床癥狀主要包括胰島素依賴型糖尿病、自身免疫性甲狀腺炎、自身免疫性腸病、自身免疫性細(xì)胞減少癥和皮炎等[20]。

3.WFS1 基因：WFS1 因編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)嵌的Wolframin 蛋白，該蛋白質(zhì)由9 個(gè)跨膜片段和兩端大的親水性部分組成，在胰腺β 細(xì)胞、心臟、肺、胎盤(pán)和腦組織中高度表達(dá)，可保護(hù)胰腺β 細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激損傷，而其功能異?？蓪?dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)慢性應(yīng)激[21]。該基因致病性變異可導(dǎo)致Wolfram 綜合征1 型，表現(xiàn)為糖尿病、尿崩癥、聽(tīng)力異常、視網(wǎng)膜色素變性等系列癥狀，且各種癥狀出現(xiàn)的時(shí)間和嚴(yán)重程度在不同個(gè)體間差異較大。

4.CISD2 基因：CISD2 編碼Eris 蛋白，該蛋白質(zhì)在胰腺、大腦和其他組織中表達(dá)，并在維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體之間的結(jié)構(gòu)完整性和功能方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)在調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性方面也起著重要作用[21]。該基因致病性變異可導(dǎo)致Wolfram 綜合征2 型。

總之，兒童單基因糖尿病的致病關(guān)聯(lián)基因不僅涉及胰島細(xì)胞的早期分化過(guò)程，也與胰島細(xì)胞的功能調(diào)控完整性有關(guān)。不同的基因致病性變異除導(dǎo)致糖尿病外，往往還伴有其他不同的臨床表現(xiàn)，如聽(tīng)力、消化吸收、肝腎功能、骨骼發(fā)育、神經(jīng)發(fā)育等多系統(tǒng)多器官的異常，因此臨床醫(yī)師診斷單基因糖尿病時(shí)必須全面評(píng)估、檢查器官形態(tài)和功能的完整性。

兒童單基因糖尿病的臨床表現(xiàn)

兒童單基因糖尿病的臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，以糖尿病為主，常伴有胰腺外癥狀，如小于胎齡兒（產(chǎn)前宮內(nèi)胰島素不足而導(dǎo)致生長(zhǎng)受限）、多囊性腎病（HNF1B 和GLIS3）、神經(jīng)發(fā)育障礙（KCNJ11、NEUROD1、PTF1A 和IER3IP1）、免疫失調(diào)（FOXP3）、甲狀腺功能減退（GLIS3）、耳聾（WFS1、ALMS1、NKX2-2 和SLC19A2）、骨骼畸形（EIF2AK3）、色素多毛癥（SLC29A3）、肝功能障礙（EIF2AK3 和SLC2A2）、視覺(jué)異常（WFS1、ALMS1、NKX2-2 和PAX6）、巨細(xì)胞性貧血（SLC19A2）、心臟畸形（GATA4 和GATA6）、尿崩癥（WFS1）、腹瀉（FOXP3 和NEUROG3）、腸閉鎖（RFX6）、膽汁淤積癥（RFX6）等[22]。

由于致病基因不同，患者的預(yù)后間往往差異較大。如GCK 基因突變的患兒，在適當(dāng)控制飲食后，可不經(jīng)藥物治療而長(zhǎng)期相對(duì)健康地存活；部分基因如FOXP3 致病性變異，若未能早期識(shí)別并及時(shí)進(jìn)行免疫調(diào)控或者進(jìn)行干細(xì)胞移植治療，患兒則可在嬰兒期死亡；部分基因，如WFS1 出現(xiàn)致病性變異，患者可在中年期死亡。

單基因糖尿病的基因診斷及檢測(cè)策略

一、需進(jìn)行分子檢測(cè)的患兒

兒童單基因糖尿病是由一個(gè)基因缺陷引起的，可呈顯性、隱性或非孟德?tīng)柗绞竭z傳，或可能由于新生變異而表現(xiàn)為自發(fā)性病例[2]。采用分子遺傳學(xué)檢測(cè)可以確診兒童單基因糖尿病，并在早期明確類型?？偨Y(jié)筆者的臨床經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于以下幾類患兒，需要進(jìn)行分子遺傳學(xué)檢測(cè)[2,23-24]。①出生后6 個(gè)月內(nèi)即出現(xiàn)糖尿?。? 型糖尿病在這個(gè)年齡極為罕見(jiàn)）；②出生后6～12 個(gè)月內(nèi)被診斷為NDM，但糖尿病相關(guān)抗體陰性；③患兒合并其他胰腺外病變特征，如先天性心臟病、胃腸道缺陷、腦畸形、視力及聽(tīng)力異常、嚴(yán)重腹瀉、腎發(fā)育異?；蚱渌陨砻庖咝约膊。虎苄律鷥浩诔霈F(xiàn)高胰島素性低血糖癥；⑤患兒體型不肥胖且無(wú)代謝紊亂，同時(shí)糖尿病抗體陰性，臨床表現(xiàn)缺乏1 型或2 型糖尿病典型特征，但有明確的糖尿病家族史；⑥穩(wěn)定、輕度的空腹血糖升高（5.5～8.5 mmol/L），糖化血紅蛋白穩(wěn)定在5.6%～7.6%之間，尤其是非肥胖者；⑦診斷糖尿病5年后，仍保持β 細(xì)胞功能，胰島素需求量低，血液或尿液中仍能檢測(cè)到C 肽；⑧不尋常的脂肪分布，如中央脂肪堆積，四肢脂肪缺乏或肌肉發(fā)達(dá)。

二、診斷策略

識(shí)別單基因NDM 相對(duì)容易，因?yàn)槲ㄒ恍枰M(jìn)行鑒別的疾病是1 型糖尿病，但在出生后6 個(gè)月內(nèi)即發(fā)生1 型糖尿病的情況非常罕見(jiàn)。因此，對(duì)于出生后6 個(gè)月內(nèi)診斷為糖尿病的患者均應(yīng)進(jìn)行基因檢測(cè)。對(duì)于出生后6～12 個(gè)月內(nèi)診斷為糖尿病的患者，建議重點(diǎn)檢測(cè)KATP 基因，如確為該基因致病性變異導(dǎo)致的糖尿病，可采取磺脲類藥物進(jìn)行個(gè)體化治療，以改善長(zhǎng)期血糖控制。

當(dāng)患者不符合常見(jiàn)的1 型或2 型糖尿病表現(xiàn)時(shí)，應(yīng)考慮單基因糖尿病的可能，特別是當(dāng)患兒有糖尿病家族史或胰腺外癥狀時(shí)，更應(yīng)進(jìn)行基因檢測(cè)。兒童單基因糖尿病診斷流程及分析策略見(jiàn)圖1。

圖1 兒童單基因糖尿病診斷分析策略

兒童單基因糖尿病個(gè)體化治療

胰島素治療適合所有兒童單基因糖尿病，但在有明確致病基因的情況下，可以根據(jù)兒童單基因糖尿病的具體病因進(jìn)行個(gè)體化治療。臨床相對(duì)常見(jiàn)且管理治療較為成熟的疾病如下。

一、KATP 基因變異（KCNJ11 和ABCC8 基因變異）

90%以上的KATP 基因變異患者在使用高劑量磺酰脲類藥物后，可停止胰島素治療[25]。與胰島素治療相比，磺酰脲類藥物治療能長(zhǎng)期、顯著地改善其血糖控制情況。一般應(yīng)用格列苯脲的劑量為0.5 mg/（kg·d），最大劑量可達(dá)2.3 mg/（kg·d）[國(guó)際兒童青少年糖尿病協(xié)會(huì)推薦]。早期磺酰脲類藥物療法有助于KCNJ11 突變患者的神經(jīng)及認(rèn)知功能發(fā)展（改善智力、視覺(jué)及注意力缺陷，改善粗大和精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能）[26]。

二、IPEX 綜合征（FOXP3 基因突變）

造血干細(xì)胞移植是目前治療IPEX 綜合征最成功的方法。在疾病早期，患兒出現(xiàn)自身免疫損傷進(jìn)展和免疫抑制不良反應(yīng)之前，進(jìn)行造血干細(xì)胞移植效果最好。對(duì)于那些沒(méi)有條件進(jìn)行造血干細(xì)胞移植的患兒，則可以考慮接受免疫抑制劑治療和長(zhǎng)期支持治療[27]。

三、Rogers 綜合征（SLC19A2 基因變異）

Rogers 綜合征也稱硫胺素反應(yīng)性巨幼細(xì)胞性貧血癥，采用口服維生素B1治療[通常劑量為25～200 mg/d，即1～4 mg/（kg·d）]能控制患兒的血糖和貧血，但不能預(yù)防其感覺(jué)神經(jīng)性聽(tīng)力損傷[28]。

四、GCK 基因變異

GCK 基因變異導(dǎo)致葡萄糖刺激的胰島素分泌設(shè)定值升高，該類患者不需要胰島素治療或口服藥物，對(duì)飲食和鍛煉有反應(yīng)，且很少有糖尿病并發(fā)癥[29]。

五、HNF1A 和HNF4A 基因變異

HNF1A 和HNF4A 基因變異患者對(duì)磺酰脲類藥物非常敏感，僅需要低劑量磺酰脲類藥物治療。將胰島素治療轉(zhuǎn)變?yōu)榛酋ｋ孱愃幬镏委熆筛纳苹颊叩奶腔t蛋白水平[29]。

小結(jié)和展望

兒童單基因糖尿病診斷和治療領(lǐng)域正迅速發(fā)展。過(guò)去十余年基因檢測(cè)技術(shù)特別是第二代測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，極大促進(jìn)了跨學(xué)科臨床管理的發(fā)展，提高了患者及其家屬的整體生活質(zhì)量。單基因糖尿病的基因診斷對(duì)于優(yōu)化患者的治療選擇非常重要，如檢出ABCC8 基因致病性變異可以使80%以上的患者從胰島素注射治療轉(zhuǎn)變?yōu)榛酋ｋ孱愃幬锟诜委煟粌H減輕了患者的痛苦，且改善了血糖控制情況；而另一些患者如GCK 基因突變則完全不需要治療。基因診斷方面的持續(xù)努力可能有助于揭示糖尿病致病機(jī)制的秘密。在不久的將來(lái)，基因編輯和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞領(lǐng)域的進(jìn)展甚至可以“治愈” 某些只涉及高血糖的單基因糖尿病，例如與INS 相關(guān)的糖尿病。上述研究進(jìn)展可能會(huì)為單基因糖尿病患者及其家人帶來(lái)更好的治療。