2型糖尿病易感基因研究進展

2型糖尿病(T2DM)是由於胰島素抵抗和β細胞分泌缺陷導致高血糖的一種複雜多基因疾病，其發病機制至今尚未完全闡明。遺傳因素在T2DM的發生髮展中起著重要作用，同時其發病還受到環境因素的影響，因而具有較強的異質性。在過去的幾年中,複雜疾病的遺傳學研究及分子生物學發展迅速,限制性片斷長度多態性及聚合酶鏈反應以及特異序列寡核苷酸探針等技術陸續應用到T2DM人群易感基因的研究。近幾年全基因組掃描的開展，使T2DM遺傳學研究達到前所未有的高度。本文對這些新的研究結果進行歸納綜述。

一、2型糖尿病易感基因的研究策略

T2DM的遺傳學研究隨著研究手段和技術的進步大致可分為兩個階段。第一階段採用微衛星標記和家系連鎖分析技術，先在全基因組範圍對易感基因位點進行定位，然後採用候選定位克隆法鑒定易感基因。但鑒定易感基因時易出現信號不強、遺漏多和重複性差等缺陷。隨著 2003 年人類基因組計劃和 2005 年國際 HapMap 計劃的相繼完成，為包括T2DM在內的複雜疾病易感基因的發現提供了新的更有效的手段和技術，這就是高密度存在於全基因組範圍的作為新一代遺傳標記的SNPs以及群體關聯研究。因此，第二階段的主要特點是基因組範圍關聯研究(GWAS)，僅用簡單的頻率檢驗便可發現與特定複雜疾病相關聯的遺傳變異(SNP、基因或 DNA區域)。相關聯的遺傳變異不一定是病因性變異，但可能是與病因性變異緊密聯繫在一起的，故可作為「標籤」(tag)，在「標籤」近鄰區域再測序，即可發現真正的易感基因。

二、T2DM新的易感基因

1.NRF1基因是核呼吸因子基因,位於第10號染色體上,已有研究證明,其與胰島素抵抗密切相關。在轉基因鼠肌肉內過度表達人NRF1基因,可通過正向調控葡萄糖轉運子4(GLUT4)增加骨骼肌內葡萄糖轉運能力。而且,T2DM患者骨骼肌內NRF1的表達是降低的,並與空腹血糖水平密切相關。最早的相關報道表明,在韓國人群中研究發現3個SNP(包括-46350插入或缺失A,RS1882094即+141處G>T,以及+54529處A>G)與T2DM有相關性。Liu等[1]在中國漢族人群中研究SNP與T2DM的相關性,結果發現：兩個新的SNP(-4612處T>C,+98560處A>G)與T2DM密切相關,在RS1882094(+141G>T),在對照組中GG基因型相對於其他基因型來說,與降低空腹血糖密切相關(P=0.0002),由SNPs rs6969098 (-24833A>G)、rs1882094和+97884G>A組成的單倍型(H),與T2DM密切相關，此單倍型相對於其他來說,與降低TG水平相關(P=0.010),因而在中國人群的研究除了進一步證明該基因與T2DM的相關性,又說明了其與血脂代謝的紊亂也有相關性。

2.MTNR1B基因是褪黑素受體基因,位於第10號染色體長臂2122區。在全基因組研究中,選取2151例非糖尿病法國人群作為對照,已經證實RS1387153作為空腹血糖水平的調節器與T2DM密切相關;在歐洲人群中RS1387153等位基因T與增加的空腹血糖水平相關聯,與發生T2DM危險性相關,RT-PCR分析已經證實該基因轉錄產物在神經組織,及人的胰島和β細胞均有表達，通過褪黑素信號通路,它可能把晝夜節律的調控與血糖的自穩聯繫起來[2]。

3.HHEX基因是幹細胞表達同源基因，位於第10號染色體長臂23.33區,是肝臟和胰腺發育所必需的基因，Pivovarova等[3]在德國Mesybepo人群研究發現， RS111875和RS7923837的變異降低第一時相和第二時相的胰島素分泌,並且降低糖耐量實驗後胰島素源指數, 尚無足夠證據表明這兩個位點與胰島素敏感性的相關性;另外,通過實驗發現RS111875突變的雜合體能減少胰島素的清除, 最終證明HHEX基因的多態性與胰島素代謝、分泌、降解有相關性,HHEX基因RS111875和RS7923837這兩個位點的變異與胰島素分泌受損及加速胰島素的降解相關。但Wu等[4]在中國漢族人口中做了同樣的研究,發現HHEX的多態性在中國上海人群中很有意義,但在北京人群中未發現有意義的結果。Lee等[5]在韓國人群中的研究得到與上海人群一樣的結果。Pascoe等[6]研究發現HHEX基因變異能降低胰島β細胞功能，從而減少胰島素的分泌,同時降低胰島β細胞對血糖刺激的敏感性,但尚不能證明其與胰島素抵抗的相關性。Haupt等[7]研究表明易感等位基因的攜帶者比非攜帶者隨著年齡的增大更加速了β細胞功能的退化，HHEX基因列屬其中,特別是在一些肥胖的患者中，HHEX基因的多態性更有意義，從而解釋了肥胖易患T2DM的原因。

4.CDKAL1基因是CDK5調節亞單位相關蛋白1基因,位於第6號染色體短臂22.3區,其信號區位於第5個內含子上,在人類胰腺和骨骼肌細胞中高度表達。儘管該基因產物的功能尚無定論,但其與CDK5調節亞單位相關蛋白1有相似的蛋白域,這就意味著它在CDK5的抑制上發揮作用,CDK5本身在保護β細胞功能、降低血糖方面發揮重要的作用。rs10946398t和rs7754840是兩個與T2DM遺傳易感性相關的代表性SNPs。Pascoe等[6]研究發現CDKAL1基因變異能降低胰島β細胞功能從而減少胰島素的分泌,同時降低胰島β細胞對血糖刺激的敏感性,但尚不能證明其與胰島素抵抗的相關性，特別是攜帶變異CDKAL1基因的患者其對胰島素的敏感性比非攜帶者低20%。Lee等[5]在韓國人群中的研究發現，基因的多態性與T2DM密切相關。Omori S等[9]在日本人群中研究也發現同樣結果。

5.CDKN2A/2B基因是胰島素依賴性蛋白激酶抑制因子2A/2B,位於第9號染色體上。其信號區是特殊的，在功能區確定前無疑多次深入地進行匹配及排序。與SNPs緊密相關的位於CDKN2A的3′端,而位於CDKN2B非特徵性基因區的一小段區域,與心臟疾病相關的SNPs也位於這一區域,這種重疊反映了這兩種疾病可能有共同的病因學致病路徑。CDKN2B和CDKN2A編碼P15INK4b和P16INK4a, P16INK4a是通過抑制CDK4(周期依賴性酶4)在胰島β細胞的增殖中發揮作用。來自鼠動物模型的研究也證實了CDKN2A/2B基因在胰島的增殖方面起重要的作用[4]。Lee等[5]在韓國人群中研究發現,CDK2A

/2B的多態性與T2DM密切相關,可作為其易感基因。

6.IGF2BP2基因是胰島素樣生長因子2 mRNA結合蛋白2基因,位於第3號染色體27.2區。全基因組掃描到該基因的啟動子和前2個外顯子,它結合IGF2的3′UTR調節其表達,IGF2與細胞的增殖、分化和刺激胰島素的分泌有關。Li等[1]在墨西哥人中研究發現該基因多態性與肥胖相關, rs11705701突變影響體重,從而影響了胰島素的敏感性，導致胰島素抵抗。 Lee等[5]在韓國人群中研究發現的，IGF2BP2多態性與T2DM無相關性,不作為其危險基因。Omori等[8]在日本人群中研究也發現同樣結果。因而在亞洲人群中是否IGF2BP2基因與T2DM密切相關,還需在亞洲其他國家進一步研究。

7.SLC30A8基因是鋅轉運子蛋白成員8基因，位於第8號染色體長臂24.11區,該基因編碼胰島上特定的鋅轉運子,通過調節胰島素分泌小泡上鋅的積聚,從而調節胰島素的生物合成、活化及貯存。最近的全基因組相關研究證實,該基因RS13266634多態性改變導致編碼的蛋白(ZnT-8)第325位產生精氨酸與色氨酸的改變,與T2DM密切相關。此外,發現SLC30A8基因的變異與降低胰島素的分泌亦有相關性。Lee等[5]在韓國人群中的研究發現本基因的多態性與T2DM密切相關,發現RS13266634在 SLC30A

8的多態性有統計學意義，Omori等[8]在日本人群中研究也有類似發現。可見,該基因與T2DM的相關性在亞洲許多人群中得到了證明，至於其在歐洲等人群中的相關性，需要進一步驗證。

8.WFS1基因位於人類4號染色體短臂16區,編碼含890個氨基酸構成的跨膜蛋白，這種蛋白在人體內廣泛存在，在胰島及大腦、心臟都有高表達，調節內質網鈣離子平衡，維持內質網應激能力及維持細胞分裂周期。既往研究表明該基因多態性與遺傳性少年型糖尿病相關，最近的全基因組掃描已經證實其與T2DM的相關性，但是直接影響胰島素的分泌還是改變了胰島素的敏感性仍無明確定論。rs10010131、rs6446482、rs752854和rs734312是該基因的常見多態性，且在英國人及猶太人中發現了與T2DM相關性。Franks等[10]在歐洲人群中研究發現，在瑞典人中rs752854與減少T2DM風險相關，在亞洲人群中尚未見報道。

9.KCNQ1基因位於人類11號染色體短臂15區,由17個外顯子構成, 編碼由676個氨基酸組成的電壓門控鉀通道蛋白。已證實其與長QT綜合征及耳聾有相關性,最近該基因與T2DM的相關性也成為研究的熱點。全基因組相關分析已經在歐洲人群中證實了這種相關性,最近在東南亞人群中也得到了同樣的結論。Hu等[11]在中國上海人群中研究該基因rs2074196、rs2237892、rs2237895及rs2237897的多態性發現，rs2237892與胰島素第一、二時相分泌均相關，提示在中國人群中該基因與T2DM的易感性相關，可能是通過影響β細胞的功能而發揮作用的。

10.HNFB1基因肝細胞核因子B1又稱TCF2L

7(轉錄因子2類似物7),位於17號染色體長臂21.5區，編碼包含同源結構域的轉錄蛋白,高表達於人體的許多組織,在胚胎及胰島β細胞形成及發育過程中發揮重要作用，特別是參與β細胞的轉錄蛋白網，參與血糖的穩態。已有研究表明其多態性在高加索人群及南非人群中與T2DM有相關性。但是研究結果不相同，因而相關性仍不十分清楚。Wang等[12]從中國人群(上海漢族)中選取20個SNP研究發現，位於內含子區的rs4430796與T2DM顯著相關，在中國其他人群中的相關性尚未見報道。

11.TCF7L2基因是轉錄因子7類似物2,位於人類l0號染色體長臂25區, TCF7L2普遍存在於人體組織，包括成熟胰島β細胞中，但是很少在骨骼肌中表達。由於TCFTL2的表達形式與胚胎胰島β細胞分化所需的神經苷3相似，因而猜想TCFTL2在早期胰島β細胞分化過程中有重要作用。目前，有許多針對各地人群TCF7L2基因的SNPs研究都證實rs12255372和rs7903146與T2DM最為相關,若TCF7L2發生危險性變異即rs7903146和rs12255372 T等位基因攜帶者，其胰島素分泌和胰島素對葡萄糖的敏感性顯著降低。前瞻性研究表明這類個體具有較高的空腹血糖和餐後兩小時血糖以及在基礎狀態下較低的促胰島素生成指數。因而更易出現空腹血糖受損和糖耐量下降，發展成T2DM的危險性也就越高。TCF7L

2 變異可通過改變CEBPA和PPAR-γ擾亂脂肪形成和脂肪細胞的功能，導致TG在外周組織如肝臟和肌肉沉積，而產生胰島素抵抗[13]。然而最近Chang等[14]在中國漢族人群中研究發現，之前證明的rs7903146和 rs12255372 與T2DM幾乎無關聯,而rs290487 表現出關聯性,此外,包含該點的單倍型也表現出相關性(P=0.012),從而證明了該基因一個新的SNP與T2DM密切相關。

12.PPARGC1基因是過氧化物酶體增殖物受體γ激活因子a基因,位於第3號染色體。研究證明，PPARGC1與活性氧(ROS)的減少密切相關，而ROS本身為胰島素抵抗的觸發點。因而，認為此基因在T2DM的起始階段發揮重要作用。Sun等[15]在中國北方人群中研究發現，由於rs8192673的多態性引發PPARGC1編碼蛋白質第482位由甘氨酸向絲氨酸的改變，其與T2DM有相關性。PPARGC1 的Gly482Ser多態性在中國北方人群中可作為T2DM的易感基因, Gly482Ser多態性的Ser/X基因型可認為在此人群中作為T2DM的危險因素。Bhat等[16]在北印第安人群中作了同樣的研究，在Kashmir人群和Punjab 並Jammu人群，發現了Gly482Ser多態性在Kashmir人群中有意義。此外，該研究還對Thr394Thr(rs2970847)多態性進行分析，發現其在Kashmir人群和Punjab 並Jammu人群中均有意義，經logistic回歸發現北印第安兩種人群中95%CI分別是1.25~2.85和1.19~2.78，因而得出Gly482Ser、Thr394Thr與北印第安人群密切相關。

三、結論和展望

T2DM的易感基因研究仍是個複雜的工作。過去十年間，尤其是近兩年中，遺傳學研究取得了新的突破，目前至少可以列舉18個能夠增加T2DM發病風險的基因。在未來的兩到三年內這些數字還會明顯增加。然而這些基因只能解釋個體發生T2DM風險的小部分原因。雖然現在似乎已經覆蓋T2DM 75%的遺傳學圖譜，但檢測的變異大多「貢獻較低」或是常見變異。可能以目前的方法學不能夠檢測出有更強作用的罕見變異。這些變異在早發糖尿病或有明顯β細胞功能異常的個體中更容易見到。基因變異在T2DM發病機制中的作用已經日趨明顯，但是檢測這些基因變異的方法仍有限。隨著基因組學研究的不斷進展，如人類基因組的測序、單核苷酸多態性研究、基因組單體型圖以及高流量基因分型技術應用等，這些問題將逐漸得到解決。另外目前有關基因變異的研究開始關注基因修飾如DNA甲基化、組胺乙醯化和去乙醯化等，這些變化可能產生與年齡有關的基因表達改變且導致增齡相關的疾病。