《科學》子刊：瘋狂的T細胞泄露哪些新生兒會患I型糖尿病

I型糖尿病是一種嚴重的自身免疫疾病，危害全球數百萬人的健康，一旦確診，患者終生需要胰島素治療，而且面臨著大量併發症的威脅。I型糖尿病的厲害之處在於，在出現臨床癥狀之前，免疫系統中的T細胞已經開始攻擊生產胰島素的β細胞了(1)。等到出現臨床癥狀，大多數β細胞已經掛了。

在I型糖尿病研究的早期階段，研究人員認為它是一種在兒童和青少年身上發生的疾病，但是後來發現很多被診斷為II型糖尿病的成年患者，實際上是I型糖尿病患者(2)。這讓I型糖尿病變得更加神秘莫測。目前已經發現基因變異、病毒感染和腸道微生物失衡等與I型糖尿病的發病有相關性。甚至有研究表明，I型糖尿病的發病率與季節和出生月份有關。例如，秋季和冬季被診斷為糖尿病的人數明顯偏多(3)；出生在春季患I型糖尿病的風險更高(4)。

但是知道這些對於預防和治療I型糖尿病似乎並沒有太大的幫助，目前學界還是不知道它是什麼時候發生，也不知道它是怎麼開始的。這是一個「神龍見尾不見首」的疾病。

近期，來自德累斯頓工業大學（Dresden University of Technology）的Ezio Bonifacio團隊歷經近20年的研究，終於有了重要發現，他們的研究成果極有可能改變這個局面。

Ezio Bonifacio教授

耶魯大學內分泌學家Kevan Herold認為，Bonifacio團隊的這項工作打破常規，他們極有可能找到了比現行診斷方法能更早診斷I型糖尿病的方法。顯然這項研究意義重大，如果在更廣泛的兒童體內被證實，I型糖尿病的診斷和預防將發生巨大變化。Bonifacio團隊的這項研究成果以封面的形式刊登在著名期刊《科學轉化醫學》上(5)。

紅色的抗原呈遞細胞正在激活T細胞（白色和藍色）

早在1974年，研究人員首次發現特異性結合β細胞里胰島素等蛋白的自身免疫抗體（例如，胰島素自身抗體）會導致β細胞受損(6; 7)。後來，研究人員就把自身免疫抗體的出現，作為I型糖尿病發病的起點，而且這些抗體在攜帶致病相關基因的1-3歲兒童體內最容易出現(8)。一般來講，胰島素自身抗體出現的最早(9)，緊接著是谷氨酸脫羧酶抗體等，而且在確診之前就出現了(1)。

直到現在，自身免疫抗體還是糖尿病診斷和分型的常用檢測方法之一。現在看來它是現階段能採用的最好手段，然而這似乎還是晚了些。這也是Bonifacio和他的同事一直想突破的地方，「在傷害β細胞的自身免疫抗體出現之前，那些終將患I型糖尿病的人體內的免疫細胞究竟發生了什麼變化」。

作為人體內的健康衛士，T細胞在糖尿病患者的體內卻是十足的惡魔。Bonifacio想看看究竟是什麼原因，使I型糖尿病患者體內的T細胞跟發了瘋一樣攻擊胰腺中的β細胞。如果能解開這個謎題，研究人員有望找到辦法干預免疫系統對β細胞的傷害。這對I型糖尿病的預防和治療是顛覆性的。

要解決這個問題，有兩個難點，一是要精準的拿到足夠的研究樣本，而且這些樣本必須獲取的非常早；二是，得等，等到貢獻樣本的新生兒發病，或者出現與I型糖尿病相關的指標異常，只有到此時，才能開展回顧性研究。

首先，Bonifacio團隊將目光放在了高危群體上，即那些攜帶I型糖尿病相關基因，或者有家族史的新生兒。與普通人相比，他們未來患I型糖尿病的可能性更大。然後，從2000年開始，Bonifacio團隊開始採集目標新生兒的外周血單核細胞（PBMC，裡面包含大量的淋巴細胞），並保存。這些嬰兒的年齡在2個月之內，且相關的生化指標正常(10)。

拿到樣本之後，Bonifacio團隊開始對樣本貢獻者長達數年的隨訪，監測他們體內I型糖尿病相關標誌物的變化。時間就這樣一年一年過去了，研究群體中陸續有人表現出I型糖尿病的徵兆。到近幾年，Bonifacio發現科技已經進步到可以分析單個細胞的變化了，「我們認為，現在是時候去看看這些兒童在T細胞水平上發生哪些變化了」。

Bonifacio和他的同事對12個後來體內未出現自身免疫抗體的嬰兒的T細胞，和16個後來體內出現自身免疫抗體的嬰兒的T細胞，進行了單細胞基因表達分析。他們驚奇的發現，那些最終被診斷為I型糖尿病的嬰兒，他們的T細胞基因在表達水平上確實與健康兒童不同。有些特定的基因（CCR6、IL21、TBX21和TNF等）被打開了，還有一些基因（FOXP3和IL17等）的表達被關閉了。當這些T細胞暴露於自身免疫抗體時，其中一些T細胞被激活，它們具備攻擊β細胞的能力。

Bonifacio在研究論文中表示，如果這些基因標籤在更大範圍內被證實，那麼就可以利用它們開發一種全新的檢測方法，這種方法可以在T細胞攻擊β細胞之前，預測新生兒是否在未來的幾個月或者幾年內發展成I型糖尿病。隨之而來的就是，研究人員可以利用這種方法篩選高危兒童，研發預防和治療I型糖尿病的方法。

美國Benaroya研究所前主任Gerald Nepom告訴《科學》雜誌，「這篇論文的研究價值在於，它找到了在自身抗體出現之前檢測糖尿病的方法」。

Bonifacio說，「我們的在新生兒中的這項研究是迷人的，這是研究人員第一次在嬰兒6個月大之前發現I型糖尿病患者T細胞發生分子變化。這項研究表明，患者體內的T細胞在非常非常早期的時候，就已經因為基因或者環境的影響，它們被重新編程了。我們接下來想做的是，在T細胞開始攻擊β細胞之前，想辦法把那些T細胞恢復正常。」

儘管如此，Bonifacio團隊後面的研究任務還是非常艱巨的。首先，做大規模的研究樣本收集是非常困難的，而且研究的時間同樣非常長。其次，在這個研究中，雖然基因表達異常的T細胞沒有出現在正常的兒童體內，但是在I型糖尿病患兒里，也只有一半的患兒體內出現了基因表達異常的T細胞。這表明，這種手段可能會漏檢。這裡面的原因，還需要他們進一步探索。

據統計，目前I型糖尿病的發病率在全球範圍內正逐年上升(11)。芬蘭、德國和挪威的I型糖尿病患者每年以2.4%，2.6%和3.3%的速度增長。如果這種方法能夠準確篩選出其中50%的兒童，也是一件了不起的事情。

相關資料：

【1】Ziegler AG, Rewers M, Simell O, et al. 2013. Seroconversion to multiple islet autoantibodies and risk of progression to diabetes in children. JAMA 309:2473-9

【2】Leslie RD. 2010. Predicting Adult-Onset Autoimmune Diabetes: Clarity From Complexity. Diabetes 59:330-1

【3】Moltchanova EV, Schreier N, Lammi N, Karvonen M. 2009. Seasonal variation of diagnosis of Type 1 diabetes mellitus in children worldwide. Diabetic Medicine 26:673-8

【4】Kahn HS, Morgan TM, Case LD, Dabelea D, Mayer-Davis EJ, et al. 2009. Association of Type 1 Diabetes With Month of Birth Among U.S. Youth. The SEARCH for Diabetes in Youth Study 32:2010-5

【5】Heninger A-K, Eugster A, Kuehn D, Buettner F, Kuhn M, et al. 2017. A divergent population of autoantigen-responsive CD4 T cells in infants prior to β cell autoimmunity. Science Translational Medicine 9

【6】Pihoker C, Gilliam LK, Hampe CS, Lernmark ?. 2005. Autoantibodies in Diabetes. Diabetes 54:S52-S61

【7】Bottazzo G, Florin-Christensen A, Doniach D. 1974. ISLET-CELL ANTIBODIES IN DIABETES MELLITUS WITH AUTOIMMUNE POLYENDOCRINE DEFICIENCIES. The Lancet 304:1279-83

【8】Krischer JP, Lynch KF, Schatz DA, Ilonen J, Lernmark ?, et al. 2015. The 6 year incidence of diabetes-associated autoantibodies in genetically at-risk children: the TEDDY study. Diabetologia 58:980-7

【9】Parikka V, N?nt?-Salonen K, Saarinen M, Simell T, Ilonen J, et al. 2012. Early seroconversion and rapidly increasing autoantibody concentrations predict prepubertal manifestation of type 1 diabetes in children at genetic risk. Diabetologia 55:1926-36

【10】Hummel S, Pflüger M, Hummel M, Bonifacio E, Ziegler A-G. 2011. Primary Dietary Intervention Study to Reduce the Risk of Islet Autoimmunity in Children at Increased Risk for Type 1 Diabetes: The BABYDIET study. Diabetes Care 34:1301-5

【11】Dabelea D. 2009. The accelerating epidemic of childhood diabetes. The Lancet 373:1999-2000