帕特裏克・康坎農等 美國弗吉尼亞大學公共衛生基因組學中心
1976年，著名的人類遺傳學家詹姆斯・尼爾將其著作中一個章節的標題起為“糖尿病：遺傳學家的惡夢”1。然而，在過去30年中，科學家們經過艱苦卓絕的努力，已經發現了糖尿病的表型異質性和遺傳異質性，揭示了一組都以葡萄糖動態平衡被打亂為特征、但根本原因各異的疾病。最近獲得的有關人類基因組結構和變異的詳細資料，以及開發利用這些數據的新高通量技術，使遺傳學家們憧憬著揭示這些疾病的深層遺傳複雜性。本綜述著重討論1型糖尿病，包括其相關遺傳因素的研究新進展，以及這些信息在新的疾病預測方法和治療性幹預中的作用。
1型糖尿病在出現臨床表現前，有一段長度不等的臨床前期，在此期間，自身免疫性破壞（過程）使胰島中的β細胞團減少，直到再也無法將血糖水平維持在生理範圍內。該病有2個亞型：1A型和1B型，前者包括常見的免疫介導型1型糖尿病，後者包括非免疫型1型糖尿病。在本綜述中，我們著重討論1A亞型，為簡單起見，就用1型糖尿病代替。
遺傳學研究
由於尚未確定涉及1型糖尿病的基因數及其作用，遺傳學研究一直傾向於將重點放在需要用很少的假設來推測疾病危險的潛在模式的方法上。兩種基本的方法是連鎖研究（使用配對的患病親屬，通常是同胞兄弟姐妹）和相關性研究（使用病例對照或基於家族的設計）。使用患病同胞配對進行的連鎖研究，目的是在具有相同1型糖尿病表型的同胞中，識別共有頻率高於偶然（分享）的基因組區域。在核心家庭中，或即使隻是受累的同胞配對本身，可以采用低密度、縱貫基因組的係列標誌物進行基因分型。某種標誌物與某個1型糖尿病易感位點之間的連鎖關係，可通過整個家族的累計證據進行確定。由於1型糖尿病中的受累同胞配對相對罕見，連鎖研究的數據收集自一個相當獨特的1型糖尿病家族亞組。一般而言，當正在尋找的危險因素有大效應但相對罕見時，連鎖研究是首選方法。當危險因素變得更常見而且效應較小時，相關性研究法有可能成為一種更有效的方法（圖1）。由於1型糖尿病的遺傳基礎很可能是一個複雜的混合體，其中包括小的、中等的和大的遺傳效應，需要采取多種策略，並隨著接受研究的人群及其對未知環境因素的暴露而變。
直到最近，1型糖尿病的相關性研究一直將重點放在候選基因、通路或基因區上。
此前，有人報告過幾項有關基因標誌物與1型糖尿病連鎖的全基因組研究的結果9-15。這些研究一致報告，染色體6p21的HLA區與1型糖尿病之間存在有意義的連鎖證據。雖然許多研究的證據提示，其他非HLA位點也有連鎖（關係），但這些位點的研究結果不一致。最可能的解釋是這些研究規模有限，單個研究提供的統計效能隻足以發現對同胞的發病危險有大影響的位點（如HLA）。有人在1型糖尿病遺傳聯盟（T1DGC）15的主持下，進行了一項綜合數據薈萃分析，數據來自大多數1型糖尿病連鎖全基因組研究（表1）。
遺傳學研究
候選基因相關性研究
雖然連鎖研究曾對某些基因組的許多區域進行過研究，這些基因組含有可能與1型糖尿病發病危險有關的新基因，但對大多數實際危險位點的識別來自候選基因的研究。這種情況部分地反映了方法上的差異。相關性取決於未知致病性變異中的特殊等位基因，與已知多態性標誌物檢測之間的連鎖不平衡。在人類中，連鎖不平衡波及相對短的基因組距離（通常含有數十個至數百個堿基對），並取決於種族背景、家族史、摻雜因素和當地的重組頻度。因此，雖然一項全基因組連鎖掃描的有意義結果，有可能涉及一個縱貫數百萬個DNA堿基對的區域，並且隨後需要進行大量的精細定位研究，但相關性研究一個有意義的結果，有可能涉及一個僅有幾百個堿基對或更少堿基對的區域。相關區域有可能含有單個基因或幾個基因，或位於明顯的“基因沙漠”中。
與上述疾病相關基因組區域幾乎沒有候選基因不同，一個重要的例外是染色體6p21（HLA區），此區域的顯著連鎖不平衡，涉及編碼數百個基因的幾百萬個堿基對，其中許多基因是涉及1型糖尿病的合理候選基因。該區域的特殊基因最初是作為1型糖尿病的候選基因來研究的，因為它們的產物有將抗原呈遞給細胞免疫係統的作用。後來的候選基因研究識別並證實了1型糖尿病的其他危險位點，包括胰島素基因（INS，1型糖尿病的一個主要自身抗原）和CTLA4（在T細胞發生和抗原識別中起作用）（圖2）。由於這些基因作為危險位點的狀態已經非常明確，並且其他文獻已經對其進行過綜述，我們在此不再進行詳細討論。
對圖2中位點的研究有可能提出如下問題：這類位點對表型或疾病進展是否有臨床相關性影響，有人預計其中許多位點對發病危險隻有輕微的單獨影響。在可重複的1型糖尿病候選基因相關性中，最近又增加了一個相對新的成員――PTPN22，它是深入研究的一個極好例子，這些研究可以通過識別這類位點、可能與這樣一個基因相關的表型效應，以及研究將其用作幹預靶點的可能性，而獲得知識。PTPN22編碼淋巴（特異性）蛋白酪氨酸磷酸酶（LYP）21。在T細胞中，LYP在一個含有C末端Src激酶（CSK）的複合體中起作用，反向調節來自T細胞受體的信號傳導。特別需要指出的是，LYP對LCK、VAV、ZAP-70和CD3ζ鏈上的正向調節酪氨酸，起脫磷酸作用，從而下調T細胞受體發出的信號。PTPN22編碼區一個單核苷酸多態性（SNP）的次要等位基因，rs2476601（1858C→T），引起LYP殘基620（R620W）發生精氨酸至色氨酸置換，從而破壞其與CSK相互作用的能力。
基因組相關性研究
基因組相關性研究利用了新開發的高通量SNP基因分型平台和人類基因組高密度SNP圖的進展。已經有人報告了1型糖尿病的三個相關性掃描結果，包括最初一項隻對非同義編碼SNP進行基因分型的研究，以及後來兩項使用了分布於整個基因組的更高密度SNP譜（≥30萬/例）的研究。這些研究的結果重複出了本文前麵引用的證實位點的研究結果，但更重要的是，提供了大量新位點的證據。後來的一項納入全基因組相關性研究和隨訪研究的薈萃分析，為新位點名單再添新成員。
一些基因涉及非同義編碼SNP的掃描，並在一個獨立的人群中重複出現，它們中有以前在PTPN22中發現的1858C→T SNP和IFIH1中的一個SNP。IFIH1是一個編碼幹擾素誘導的解螺旋酶（也稱為Mda-5）的基因，解螺旋酶通過識別微小核糖核酸病毒(picornaviruses)的RNA基因組，在先天性免疫中起作用。很多人曾經試圖將各種病原體與1型糖尿病的危險聯係在一起，這使得找到一個作為1型糖尿病的危險因素、專門涉及病毒防禦的基因（的工作）特別引人入勝。在已經有人提出是1型糖尿病的潛在環境觸發因素的病毒中，最突出的是柯薩奇病毒B4，它是一種屬於微小核糖核酸病毒科的腸道病毒。有人發現IFIH1與1型糖尿病相關，IFIH1中有正在編碼的SNP，預示可能發生丙氨酸至蘇氨酸置換。解螺旋酶蛋白中的這種特殊置換，是否構成1型糖尿病的危險，尚有待確定。
疾病預測
當前預測1型糖尿病的方法，利用了重要的遺傳危險因素、HLA-DR和HLA-DQ位點的基因分型（該結果隨後與家族史相結合）以及篩查針對胰島細胞抗原的自身抗體。特殊危險等位基因的個體分布與疾病外顯性梯度相關，使預測1型糖尿病的按層分期策略成為可能。例如，同時攜帶兩個最高危HLA單倍體（DR3-DQ2和DR4-DQ8）的兒童，在15歲前被診斷出1型糖尿病的危險（概率）大約為二十分之一。如果該兒童有一位患糖尿病並有相同單體型的同胞，則其發病危險更大（大約為55%）。由於這種單體型組合隻發生於2.3%的白種人群，我們可以預想出針對這組最高危人群的普查策略。將其他中度HLA危險單倍體和自身抗體的篩查都列入篩查內容，會增加人群篩查法的費用和複雜性，但有可能在發病前檢出絕大多數糖尿病患兒。如果有這種可能性，則可以進行潛在預防策略的試驗
本文後麵將概述這些問題。基因組相關性研究最近發現的大量1型糖尿病的新危險基因座，可被加入這些預測方案中。這些遺傳因素的檢測相對容易、價廉和無創，並可在其他特征（如自身抗體）出現前被檢出。
未來的遺傳學研究
盡管潛在靶基因的數量越來越多，但仍需要做大量的工作來開發這些結果，使人們能夠更好地了解1型糖尿病的原因，並將這些結果轉化為臨床應用。得到相關性研究結果後的第一步工作，是對基因區進行詳細的精細定位。這個步驟為明確下列問題所必需：主要相關性是否局限於該區域的某個受關注基因，該相關性是否可被歸因於原始SNP的某等位基因，在單個單倍體上經常共同遺傳的一組等位基因，或在該區域中對發病危險獨立起作用的多個SNP中的等位基因。其他基因型分析也能提供側翼基因或基因間隔區相關性更強的證據。
第三步工作是確定危險變異的存在，是否與1型糖尿病病人中可辨別的表型相關。識別這類內在表型可能需要大量研究對象，他們接受過所有已知危險位點的基因分型，目的是解析單個位點的影響，以及進行認真策劃的臨床研究（可能基於基因型）。進行這類1型糖尿病研究的一個優勢是，許多涉及到的基因座似乎主要在免疫係統的細胞中發揮功能，這使我們能夠在已知基因型的研究對象中，了解受累的細胞群。
糖尿病和個性化藥物
1型糖尿病有一個漫長的臨床前期，這個時期自身免疫性破壞不斷升級，消耗β細胞，從而減少胰島素的分泌和降低機體維持葡萄糖內環境穩定的能力。這個時期提供了一個幹預時間窗，人們可通過延緩或阻止β細胞損耗的進展，來預防顯性糖尿病。使用廣泛性免疫抑製治療進行預防的早期嚐試，已經進展為尋求誘導免疫耐受的靶向方法。這類臨床試驗的設計需要進行非常仔細的危險-獲益分析，將額外的精力放在對疾病危險和可能轉歸的預測上。理想的情況下，有較高不良反應危險的療法應與1型糖尿病預測危險較高的病人相匹配。隨著治療靶向性的增加，病人出現差異化療效反應的可能性將增加。能夠更準確地預測特殊類型療法療效的生物標誌物，將會提高臨床試驗的效益。還有提示性證據顯示，至少對某些療法而言，較早幹預（在增加的β細胞組織塊仍有剩餘的階段）有可能改善轉歸。
結論
長期以來，人們一直期望能夠發現以某種泛化方式導致自身免疫的基因座。最近，在不同自身免疫病中獨立進行的全基因組相關性研究，在表觀上識別了多個共同的危險基因座，這似乎應驗了這種預測。盡管這些基因座的發現是由於它們與特殊的自身免疫病如1型糖尿病相關，但理想的結果是通過隨訪大批接受過基因分型的研究對象，來前瞻性地研究這些基因座對人類健康的影響，以了解更大範圍的免疫變異，包括對感染和疫苗的反應。
（N Engl J Med 2009;360: 1646-54. April 16, 2009）（呂國平 譯）
（欲了解全文內容，請詳見《中國醫學論壇報》2009年35卷15、16期。）
