胰島β細(xì)胞功能的臨床檢測及解讀

蔣和敏 付麒 錢玙 高蕊 楊濤

胰島是血糖控制的關(guān)鍵器官，無論是1型糖尿病(T1DM)還是2型糖尿病(T2DM)，在臨床發(fā)病階段均存在β細(xì)胞功能和數(shù)量下降及血糖升高。T1DM病因主要為自身反應(yīng)性T細(xì)胞對胰島β細(xì)胞的免疫攻擊造成急性的大量的β細(xì)胞數(shù)量下降[1]，而T2DM的發(fā)病機(jī)制更為復(fù)雜，通常認(rèn)為與胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能障礙相關(guān)，但只要胰島β細(xì)胞功能得以充分代償，即使存在胰島素抵抗，T2DM也不會發(fā)生，這表明相對的胰島素缺乏是T2DM發(fā)病的必要條件[2]，胰島功能障礙是糖尿病的核心。在臨床上，患者往往因發(fā)現(xiàn)血糖升高或出現(xiàn)明顯癥狀才來就診，而忽視了對胰島β細(xì)胞功能的評估，其實在此之前胰島β細(xì)胞功能已經(jīng)損失了很大部分。因此，如何在臨床上精準(zhǔn)評估胰島β細(xì)胞功能對于糖尿病的防治十分關(guān)鍵。

一、胰島功能障礙是糖尿病核心

1.糖尿病胰島病理改變

糖尿病是一種能量物質(zhì)代謝紊亂疾病，其特征是身體不能產(chǎn)生足夠的胰島素或?qū)σ葝u素作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。而胰島β細(xì)胞的重要性在于分泌胰島素，在調(diào)節(jié)能量代謝中起中心作用[3]。在T1DM中，胰島β細(xì)胞因受自身免疫攻擊大量丟失，尸檢報告顯示50%～90%的T1DM患者胰島中未觀察到β細(xì)胞(取決于疾病持續(xù)時間)，且胰島自身抗體陽性的非糖尿病器官供體中也觀察到胰島β細(xì)胞丟失的現(xiàn)象。在T1DM疾病早期會觀察到單個核細(xì)胞浸潤胰島，其中CD8+T淋巴細(xì)胞明顯被激活，而在T1DM持續(xù)10年后很少觀察到炎性胰島，與胰島β細(xì)胞的丟失相吻合。與正常對照相比較，T1DM患者的胰島血管較小且胰腺體積也明顯縮小[4]。

多項尸檢研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者的胰腺β細(xì)胞質(zhì)量約為正常β細(xì)胞質(zhì)量的60%，并伴隨著胰腺脂肪含量的增加[5]，雖然胰島淀粉樣蛋白存在于大多數(shù)T2DM患者的部分胰島中[5-6],但其在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的因果作用尚未確定。胰島的種種病理性變化均造成胰島β功能下降，但臨床上無法通過病理手段獲得，因此，通過評估胰島β功能反映胰島病理情況，從而指導(dǎo)診斷與治療糖尿病，具有重要臨床意義。

2.胰島功能障礙貫穿糖尿病病程

芬蘭一項基于6 414例45～70歲男性代謝評估橫斷面調(diào)查研究結(jié)果顯示，在血糖尚處于正常范圍內(nèi)時，胰島β細(xì)胞功能已表現(xiàn)出隨血糖升高而下降[7]，說明胰島β細(xì)胞衰退在T2DM的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。英國前瞻性糖尿病研究(UKPDS)發(fā)現(xiàn)，胰島β細(xì)胞功能在T2DM發(fā)病后進(jìn)一步衰減，T2DM發(fā)病時胰島β細(xì)胞功能已下降至正常人的50%左右，并以約每年5%的速度進(jìn)一步下降。胰島功能的降低也導(dǎo)致血糖波動增加，糖尿病并發(fā)癥加重[8]。Nakayama等[9]對382例T2DM患者行胰高血糖素刺激試驗，測量空腹和注射6 min時C肽，用6 min C肽變化(ΔCPR)評估胰島β細(xì)胞功能，發(fā)現(xiàn)ΔCPR以每年0.056 ng/ml的速度下降。以上研究結(jié)果均提示胰島β細(xì)胞功能在糖尿病發(fā)病中的病因?qū)W作用，因此臨床醫(yī)生應(yīng)該根據(jù)胰島功能對糖尿病病情發(fā)展進(jìn)行預(yù)判。

二、胰島β功能評估臨床常用方法及解讀

1.基礎(chǔ)指標(biāo)

(1)穩(wěn)態(tài)評估模型(HOMA)

①HOMA-β：HOMA-β最初由Matthews等[10]提出，通過葡萄糖和胰島素的基礎(chǔ)值來評估胰島β細(xì)胞功能，是一種簡便且常用的模型。它通過繪制血糖水平和胰島素水平與不同程度胰島素抵抗和β細(xì)胞功能障礙的關(guān)系圖，研究血糖和胰島素之間復(fù)雜的體內(nèi)動態(tài)相互作用。正常受試者的血糖與胰島素反應(yīng)呈截距為3.5 mmol/L葡萄糖濃度的線性相關(guān)，因此二者間關(guān)系表示為：胰島素濃度(mIU/L)=5×[血糖(mmol/L)-3.5]。而當(dāng)患者的β細(xì)胞功能偏離正常劑量反應(yīng)曲線時，HOMA-β=20×空腹胰島素(μU/ml)/[空腹血糖(mmol/L)-3.5]。

②HOMA-IR：HOMA-IR反映了胰島素抵抗水平，可通過血清胰島素和葡萄糖濃度計算，公式為HOMA-IR=空腹胰島素(μU/ml)×空腹血糖(mmol/L)/22.5。無論是對正常人群還是T2DM患者，該指標(biāo)與正糖鉗夾評估的胰島素抵抗水平均有較好相關(guān)性[10]。

HOMA因簡便易行被廣泛應(yīng)用于流行病學(xué)研究，但該方法的可靠性完全依賴于胰島素測定的準(zhǔn)確性；此外，單一時間點的空腹血糖和胰島素濃度不能完全反映葡萄糖-胰島素反饋系統(tǒng)中變量之間的復(fù)雜關(guān)系。因此,HOMA無法反映血糖波動情況，且無法準(zhǔn)確預(yù)測幾種常見的降糖藥物[如胰島素和磺脲類藥物(SFUs)]對胰島β細(xì)胞功能或組織胰島素敏感性的影響。當(dāng)血糖<3.5 mmol/L或空腹胰島素<5 μU/ml(大多數(shù)晚期T2DM患者)且空腹血糖<4.5 mmol/L時無法計算HOMA-β。因此這種簡單方法本身的理論缺陷及胰島素測定難以標(biāo)準(zhǔn)化的特點，限制了其應(yīng)用。

(2)胰島素原/胰島素血漿濃度比值：胰島素原/胰島素比值升高提示胰島素原在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工成為胰島素過程中出現(xiàn)障礙，反映了胰島β細(xì)胞功能障礙，其計算方法較為簡便，僅需從常規(guī)臨床血漿或空腹血清樣本中獲得數(shù)據(jù)[10]。然而，該試驗僅限于穩(wěn)態(tài)(禁食)條件，與臨床其他條件下β細(xì)胞功能試驗的相關(guān)性不足，應(yīng)用范圍局限。

2.負(fù)荷后指標(biāo)

(1)靜脈葡萄糖耐量試驗(IVGTT)：IVGTT是在大劑量靜脈推注葡萄糖后，按照方案規(guī)定的時間點采血檢查血糖、胰島素等指標(biāo)。整個IVGTT期間的胰島素曲線下面積是評估胰島素分泌功能的一項簡單指標(biāo)，IVGTT可以觀察到胰島素釋放的兩個階段：第一階段或急性胰島素反應(yīng)(AIR)表現(xiàn)為葡萄糖注射后的前10 min胰島素的釋放，反映了先前在胰島β細(xì)胞中“錨定”的胰島素顆粒釋放胰島素的情況；第二階段胰島素釋放是指新合成的胰島素分泌顆粒對后續(xù)產(chǎn)生的胰島素分泌[11]。因此也衍生出了很多評估指標(biāo)，包括胰島素第一階段釋放的指標(biāo)，如葡萄糖注射前10 min胰島素濃度曲線下面積或葡萄糖注射后3 min、4 min、5 min胰島素值減去基礎(chǔ)值的平均值[12]。同樣，糖刺激后10～60 min的胰島素曲線下面積也可作為評估二相分泌的指標(biāo)[13]。

IVGTT的優(yōu)勢在于避免了腸道葡萄糖吸收速率的不確定性和變異性，適用于常規(guī)臨床環(huán)境，能準(zhǔn)確測量第一階段(急性)胰島素分泌對營養(yǎng)刺激的反應(yīng)。相較于口服給藥的營養(yǎng)途徑，靜脈注射為建立胰島素動力學(xué)模型提供了更簡單的基礎(chǔ)，因為注射的葡萄糖量是已知的。不足之處在于這是一個非生理性的過程，它繞過了通過口服刺激腸促激素的作用，且高糖狀態(tài)下胰島β細(xì)胞敏感性會發(fā)生改變，且該試驗操作難度大，不適用于大規(guī)模流行病學(xué)研究。

(2)口服葡萄糖耐量試驗(OGTT)和混餐耐受性試驗(MTT)：OGTT和MTT是評估比IVGTT更接近生理條件下的胰島素分泌模式。

OGTT具體操作方法：受試者空腹過夜后，快速攝入口服葡萄糖負(fù)荷(通常為75 g)，在葡萄糖攝入前、中、后期采集血液樣本用于檢測葡萄糖、胰島素、C肽濃度和其他指標(biāo)[14]。胰島素分泌功能通常采用各時間點的血漿胰島素濃度或胰島素曲線下面積來表示，一般認(rèn)為第一時相的反應(yīng)在口服葡萄糖后的前30 min內(nèi)，而第二時相分泌為服糖后30～120(或180) min。相較于IVGTT，OGTT增加了腸道吸收的過程，因此建模效果不如IVGTT清晰。基于OGTT也衍生出了一系列胰島功能評估指標(biāo)。Stumvoll等[15]運用回歸分析推出了胰島功能模型，第一時相胰島素分泌(1st PH)=1 283+1.829×30 min胰島素-138.7×30 min血糖+3.772×0 min胰島素；第二時相胰島素分泌(2nd PH)=287+0.416 4×30 min胰島素-26.07×30 min血糖+0.922 6×0 min胰島素(公式中血糖單位為mmol/L,胰島素單位為pmol/L)。較為常用的還有糖負(fù)荷后胰島素(C肽)增值(△I或△C)/血糖(△G)增值比值，其中30 min△I(ΔI30)/30 minΔG(ΔG30)(IGI)作為AIR的替代指標(biāo)，可以評價早期胰島功能受損情況[16]。此外，其他指標(biāo)還包括糖負(fù)荷后胰島素曲線下面積(AUCi)/血糖曲線下面積(AUCg)比值[17]、Matsuda指數(shù)[18]、口服葡萄糖胰島敏感性指標(biāo)(OGIS)[19]等。在臨床實踐中，OGTT十分簡便，且比IVGTT具有更大的生理意義，然而也存在缺點，因為葡萄糖粉本質(zhì)上是純碳水化合物，而日常攝入為碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的混合物，故也不能很好地反映生理狀態(tài)。

MTT具體操作方法：受試者空腹過夜后，在規(guī)定的時間內(nèi)以固體/液體混合餐的形式攝入預(yù)先確定的卡路里負(fù)荷，在營養(yǎng)攝入之前、期間和2～8 h后，采集血液樣本測量葡萄糖、C肽、胰高血糖素和(或)胰島素濃度，以及其他相關(guān)參數(shù)[20]。MTT最能夠真實體現(xiàn)日常生活中人體的生理反應(yīng)，雖然相較于OGTT，MTT很難標(biāo)準(zhǔn)化和進(jìn)行管理，但它具有更重要的生理意義。

(3)使用微小模型的處置指數(shù)：基于計算機(jī)算法的微小模型一直被用于評估胰島素抵抗和β細(xì)胞功能。當(dāng)采用微小模型評估β細(xì)胞功能時，假設(shè)胰島素敏感性和胰島素分泌之間存在一個雙曲線函數(shù)，β細(xì)胞能夠上調(diào)胰島素的分泌，以應(yīng)對胰島素抵抗的增加，因此對于健康人群，胰島素敏感性(IS)和胰島素分泌的乘積是恒定的，被定義為處置指數(shù)(DI)[21]。若以AIR代表胰島素分泌，當(dāng)β細(xì)胞衰竭時，β細(xì)胞將失去為應(yīng)對胰島素抵抗增加胰島素分泌的能力，導(dǎo)致DI降低，因此DI也可代表β細(xì)胞功能，結(jié)合微小模型，不同的DIs如一相分泌DI1和二相分泌DI2可分別用Φ1和Φ2計算。[22]。由于DI僅在糖尿病階段受損，因此主要用于評估糖尿病患者的β細(xì)胞功能。不足之處在于微小模型過度簡化了β細(xì)胞的生理學(xué)，并沒有考慮到整個機(jī)體的葡萄糖調(diào)節(jié)系統(tǒng)；且需要操作者的人工干預(yù)，可能會導(dǎo)致結(jié)果偏差[23-24]。

3.鉗夾實驗

(1)高葡萄糖鉗夾實驗：高葡萄糖鉗夾實驗是通過反饋控制系統(tǒng)注入葡萄糖，使葡萄糖濃度保持在足夠刺激胰島素分泌的高目標(biāo)水平，然后在整個鉗夾期間測量胰島素和血糖水平，觀察β細(xì)胞對葡萄糖的反應(yīng)，從而評價胰島β細(xì)胞功能[25]。高葡萄糖鉗夾實驗通過將葡萄糖“鉗夾”在高水平狀態(tài)，去除了葡萄糖和胰島素水平之間的相互作用，可以評估在持續(xù)高糖刺激下胰島素的雙向分泌。一般操作方法為：將計算好的葡萄糖初始劑量注入15 min，以在短時間內(nèi)將葡萄糖濃度提高至高水平，然后以可變速率注入20%的葡萄糖120 min，以維持高糖水平。鉗夾前15 min每2 min檢測1次血糖和胰島素，鉗夾后每5～10 min檢測1次血糖和胰島素。早期胰島素反應(yīng)在鉗夾開始后前10 min，晚期胰島素反應(yīng)在10～120 min[25]。評估指標(biāo)包括葡萄糖代謝率(M)、胰島素敏感指數(shù)(ISI)、最大胰島素分泌量、第一、二時相胰島素分泌等。

由于血漿高濃度葡萄糖的刺激，高葡萄糖鉗夾技術(shù)可高度重復(fù)、可靠地評估β細(xì)胞對葡萄糖的反應(yīng)能力，且維持相同的葡萄糖水平能夠可靠地比較不同受試者之間的β細(xì)胞反應(yīng)。此外，高葡萄糖鉗夾實驗可以清楚區(qū)分β細(xì)胞反應(yīng)的第一時相和第二時相，而第一階段胰島素分泌的缺失被認(rèn)為是預(yù)測糖尿病發(fā)展的最早表型，可達(dá)到早期診斷的目的[26-27]。因此在不受葡萄糖-胰島素反饋系統(tǒng)干擾的情況下，高葡萄糖鉗夾實驗是評估β細(xì)胞對高血糖反應(yīng)最可靠的方法。

(2)Botnia鉗夾實驗：Botnia鉗夾是高胰島素-正葡萄糖鉗夾的改良版本，彌補(bǔ)了正糖鉗夾無法評估胰島素分泌的缺陷。Botnia鉗夾實驗首先進(jìn)行IVGTT測定第一時相胰島素分泌以評估β細(xì)胞功能，隨后進(jìn)行正糖鉗夾術(shù)測定胰島素敏感性。鉗夾過程持續(xù)180 min,分為第一階段IVGTT(0～60 min)和第二階段正糖鉗夾術(shù)(60～180 min)[28]。正糖鉗夾通過同時輸注胰島素和葡萄糖將血糖穩(wěn)定在基礎(chǔ)水平，測定胰島素介導(dǎo)的葡萄糖代謝率[M值(mg·kg-1·min-1)]來反映胰島素敏感性[25]。當(dāng)血漿胰島素處于高濃度時，抑制了肝臟內(nèi)源性葡萄糖的產(chǎn)生,此時外源性葡萄糖的輸注率即等于外周組織的葡萄糖利用率,可用于評估外周組織(主要是肌肉組織)對胰島素的敏感性。

鉗夾實驗被認(rèn)為是評價胰島素分泌和敏感性的金標(biāo)準(zhǔn)，但因為有許多不便之處，如成本高、耗時長、技術(shù)復(fù)雜需專人操作等，使得它其臨床應(yīng)用較為困難。

三、小結(jié)

胰島是調(diào)控血糖的核心器官，胰島功能障礙早在糖尿病發(fā)生前就已經(jīng)出現(xiàn)，因此臨床上不能簡單地根據(jù)血糖判斷病情的發(fā)展程度，血糖水平高低無法直接推斷β細(xì)胞功能，需要更精準(zhǔn)的方法和指標(biāo)。在我國，餐后高血糖現(xiàn)象十分普遍，因此評估胰島功能不能僅依據(jù)空腹指標(biāo)，更應(yīng)考慮營養(yǎng)負(fù)荷后β細(xì)胞的反應(yīng)，而臨床上同一個檢查方法可以通過不同指標(biāo)反映不同意義(如胰島素敏感性或β細(xì)胞功能等)，需要多角度綜合評估。當(dāng)然，精準(zhǔn)往往伴隨著復(fù)雜和繁瑣，因此要根據(jù)性價比和患者接受度綜合考慮選擇合適的評估手段。雖然有創(chuàng)技術(shù)如高葡萄糖鉗夾技術(shù)仍是分析β細(xì)胞功能的金標(biāo)準(zhǔn)，但進(jìn)一步闡述各種理論模型和對復(fù)雜糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的細(xì)致分析可能有助于開發(fā)更優(yōu)秀的評估β細(xì)胞功能的無創(chuàng)手段，這將有助于全面了解糖尿病的發(fā)病機(jī)制和抗糖尿病新藥物的研發(fā)。