基於基因組學探索青少年的成人起病型糖尿病的診斷：現狀與展望

文章來源：中華糖尿病雜誌, 2017,9(6): 337-341

鄭佳

肖新華

作者

鄭佳 肖新華

中國醫學科學院北京協和醫學院北京協和醫院內分泌科國家衛計委內分泌重點實驗室

青少年的成人起病型糖尿病(MODY)是單基因糖尿病最常見類型，占糖尿病的2%~5%[1]。其臨床特點包括：(1)連續三代及以上的家族史，呈常染色體顯性遺傳；(2)家族中至少一人發病年齡

一、MODY的分類與個體化治療

迄今已發現14種MODY亞型，分別由14種基因突變所致，包括HNF4α-MODY1、GCK-MODY2、HNF1α-MODY3、PDX1-MODY4、HNF1β-MODY5、NEUROD1-MODY6、KLF11-MODY7、CEL-MODY8、PAX4-MODY9、INS-MODY10、BLK-MODY11、ABCC8-MODY12、KCNJ11-MODY13、APPL1-MODY14。這14種MODY亞型，患者起病年齡、臨床血糖升高的表現及合并的臨床表現均不同、發生糖尿病相關的併發症及對藥物的治療反應也不盡相同。目前已報道的3種最常見的MODY亞型分別為MODY3型、MODY2型和MODY1型。

1．MODY3型：

MODY3型是MODY亞型中最常見的類型，佔MODY的52%~65%，是由肝細胞核因子1α(hepatocyte nuclear factor 1α，HNF1α)基因突變所致。MODY3型有如下臨床特點：(1)起病年齡：青春期開始起病，63%在25歲前起病，96%在55歲前起病，起病年齡可在子代中逐漸提前。(2)血糖：口服葡萄糖耐量試驗(OGTT)2 h血糖與空腹血糖差值明顯增加(>5 mmol/L)，糖尿病多數由2h血糖升高所診斷。(3)胰島素分泌與β細胞功能：與其他MODY亞型相比，其胰島素分泌受損較重，β細胞功能隨著年齡的增長呈進行性衰減。(4)腎糖閾低：由於葡萄糖重吸收障礙，腎性糖尿是MODY3型一個早期診斷指標。(5)低C反應蛋白(CRP)：由於CRP基因的啟動子區域有HNF1α結合位點，因此MODY3型患者CRP可下降。(6)糖尿病併發症：併發症發生的風險與T1DM和T2DM相似，與血糖控制相關。(7)治療：對磺脲類藥物具有超敏感性，低劑量的磺脲類降糖葯是最合適的一線藥物。推薦磺脲類藥物的起始劑量是T2DM患者常規起始劑量的1/4，但需密切監測低血糖的發生[4]。

2．MODY2型：

患病率在白種人中高，占早發糖尿病人群的10%~50%，在黃種人患病率相對較低。致病基因為葡萄糖激酶(glucokinase，GCK)，其臨床特點包括：(1)起病：非常隱匿，可終生僅表現為空腹血糖輕度升高；(2)血糖：空腹血糖升高(5.5~8.0 mmol/L)是其固有特徵，OGTT 2 h血糖升幅小(

3．MODY1型：

來自歐洲人群的數據顯示，MODY1型佔MODY的不足10%[6]。在亞洲人群中，MODY1型病例鮮有發現。MODY1型由肝細胞核因子4α(HNF4α)基因突變導致。其臨床特點包括：(1)其起病年齡、臨床表型均與MODY3型類似。MODY1型一般在25歲以前起病，但很少在青春期前被診斷為糖尿病。除血糖升高外，甘油三酯明顯低於普通T2DM患者[7]。(2)併發症：發生微血管和大血管併發症的風險與T1DM和T2DM接近，因此有必要對其進行嚴格的血糖控制，並密切隨訪併發症。(3)治療：MODY1型對小劑量磺脲類藥物敏感，特別是在兒童和青少年患者中，磺脲類治療可實現比胰島素更平穩的血糖控制。但由於MODY1型患者胰島素分泌能力呈進行性下降，部分患者可能逐漸對磺脲類藥物失去反應，需依賴胰島素治療。

二、全球範圍內MODY的基因檢測及流行病學情況

MODY的確診均需基因診斷，在全球，各地區MODY基因檢測情況不盡相同，檢出比例也各異，下文將著重介紹全球各地區MODY的基因檢測及流行病學情況。

1．歐洲：

歐洲MODY的基因檢測和診斷處於國際領先水平。英國的一項研究在1996至2009年共納入2 072例疑診為MODY的患者，564例(27%)先證者被證實攜帶有基因突變。HNF1α突變佔52%、GCK佔32%、HNF4α佔10%、HNF1β佔6%、NEUROD1或INS組成均

2．美洲（美國）：

相比於歐洲，美國關於MODY的大型臨床研究較少。一項研究納入了97例臨床疑診為MODY的患者，檢測MODY1~5型的患病情況發現，基因突變檢出率為21%，其中HNF4α為3%、GCK為8%、HNF1α為9%，而PDX1和HNF1β基因未見突變[14]。美國的另一項多中心研究納入了5 963例兒科糖尿病患者，對其中586例T1DM自身抗體陰性、C肽水平陽性的患者進行HNF4α、GCK和HNF1α基因檢測。發現8%的患者診斷為MODY，MODY3型是最常見形式，其次是MODY2型和MODY1型；而這些患者中只有3例(6%)之前被診斷為MODY，大多數已被診斷為T1DM(36%)或T2DM(51%)[15]。推測兒科糖尿病患者MODY的患病率至少為1.2%，在美國，MODY患者比例高，而美國大約95%的病例目前尚未確診。

3．亞洲：

目前亞洲的MODY研究遠不及歐洲普遍，缺乏全國性的登記研究。2005至2011年日本的一項研究納入了80名青少年，有38名根據臨床表現被診斷為MODY，通過基因檢測發現3例MODY1型、18例MODY2型、11例MODY3型和6例MODY5型[16]。韓國的一項研究納入了69例新發糖尿病患者，只檢測出1例HNF1α基因突變患者，可見MODY檢出率較低[17]。另一項韓國研究納入了23位年齡小於15歲符合MODY臨床診斷的患者，檢測MODY1~3型患病情況，最終發現2例MODY3型、1例MODY2型[18]。印度最近一項MODY研究採用二代測序檢測了10個MODY基因，在56例患者中發現11例存在HNF4α、GCK、HNF1α、PDX1、HNF1β、NEUROD1和PAX4基因的致病性突變[19]。

關於中國人口的MODY研究規模較小，研究匱乏。在中國香港，Ng等[20]在92例40歲之前確診糖尿病的中國患者中行基因檢測，最後發現5%的患者診斷為MODY3型，3%診斷為MODY2型，未發現MODY1型病例。Xu等[21]納入了50個臨床疑診為MODY的家系，對其進行HNF1α基因檢測，最後發現5個(10%)家系診斷為HNF1α-MODY。該課題組的另一項研究納入了146個臨床疑診為MODY的家系，最後發現13個家系診斷為MODY3型，2個家系診斷為MODY2型，並未檢測到MODY1型的家系[22]。我們課題組最新的一項研究篩查了妊娠糖尿病患者GCK基因的突變情況，一共納入了501例妊娠糖尿病患者，根據臨床表現疑診為MODY的患者有38例，對其中29例患者進行了基因檢測，最終發現2例患者具有GCK基因的突變，推測妊娠糖尿病患者中MODY2型的患病率約0.4%[23]。在亞洲人群中，MODY1型病例鮮有發現，之前僅見來自日本和伊朗的個案報道。我們最近報道了1例由HNF4α基因突變導致的中國MODY1型家系[24]。

4．非洲、拉丁美洲和中東：

關於非洲、拉丁美洲和中東人口的MODY流行病學研究的報道很少。以色列的一項研究納入了59位疑診為MODY的患者對其進行MODY1~3型基因檢測。最終20.3%的患者被確診為MODY，其中HNF4α-MODY佔1.7%、GCK-MODY佔8.5%、HNF1α-MODY佔10.1%[25]。阿曼的一項研究納入了20例疑似MODY患者，但未發現HNF4α、GCK或HNF1α基因突變[26]。巴西的一項研究納入了311例疑診為MODY的患者，對其進行GCK和HNF1α基因檢測發現，72例患者診斷為GCK-MODY，31例患者診斷為HNF1α-MODY[27]。

三、MODY基因檢測技術的優缺點及現狀

針對MODY患者的個體化治療需要明確診斷，而診斷需要依賴基因的檢測，目前關於MODY的基因診斷有以下技術，其各有優缺點。

1．一代測序技術：

即Sanger測序法，其優勢在於準確率和讀長，對每個鹼基檢測的準確率高達99.99%[28]。Sanger測序法一直被認為是測序的"金標準"。其缺點在於通量低、成本高、速度慢等。目前MODY的已知致病基因一共14種，若對這14種已知基因的上百個外顯子逐一進行基因檢測，費用龐大而且耗時耗力。並且致病性基因突變的檢出率極低。我們課題組10多年來所收集疑診為MODY的家系，根據臨床表現通常採用Sanger測序法首先篩查MODY1~3型致病基因，既往我們所報道的MODY家系均是採用一代測序技術所證實。但近年來隨著測序技術的發展，目前多用來檢測臨床表型比較明確的某一類MODY亞型及高通量測序後期的驗證。

2．二代測序技術：

即目標基因捕獲技術，是指對某一類疾病已知致病基因及相關通路上的基因進行高通量平行測序，比較適合應用於致病基因明確的罕見遺傳疾病的基因輔助診斷。英國的一項研究採用二代測序技術，包括了29種基因，納入了33例疑診為MODY患者，最終發現了5例(15%)之前未被診斷的MODY患者[29]。我們課題組採用目標基因捕獲技術檢測新生兒糖尿病及先天性高胰島素血症的致病基因，包含了約60種已報道的致病基因及可疑致病基因，儘管基因檢測效率較一代測序明顯增加，但是檢出率仍然很低。此外，由於突變基因尚不明確的MODY(即MODY-X)比率較高，據報道MODY-X在歐美人群佔MODY的15%~20%，而在亞洲人群中MODY-X佔80%以上，在中國人群中超過90%[30]。提示目標基因捕獲技術並不能滿足MODY人群的基因診斷，尤其在中國人群中，尚需要挖掘更多的新的MODY致病基因。

3．全外顯子測序：

外顯子組是個體基因組中直接參与蛋白質編碼的DNA區域的總和。人類外顯子組包括2萬多個基因的18萬個外顯子，約85%已知與疾病相關的基因變異均發生在外顯子或其調控區域[31]。隨著測序價格的逐漸降低，全外顯子測序似乎是更具成本效益的選擇。臨床實踐中發現，一部分疾病患者雖臨床診斷明確，但通過目標基因捕獲技術卻未能找到明確分子病因，通過家系研究採用全外顯子組測序可能發現致病基因。其中，最新報道的MODY13型和MODY14型致病基因KCNJ11和ALLP1均是通過全外顯子測序方法發現的，這也是目前尋找MODY-X的一種極為可靠和有效的手段。

4．全基因組測序：

是一次性對人類基因組序列進行測序，通過與已知序列比對，找到全基因組水平中大量的單核苷酸多態性位點、插入缺失位點、結構變異位點等。其優點在於可較高效、無偏倚性地對個體的遺傳變異進行檢測，缺點是涉及到的信息量巨大，不僅包含編碼序列，還涵蓋大量的非編碼區域，分析難度及複雜度非常大，且成本更高。目前所報道的全基因組測序技術多用來尋找2型糖尿病的易感基因，但是關於MODY的研究罕見報道。不過，隨著測序成本進一步降低以及對基因組非編碼區域的深入研究，全基因組測序可能也是未來MODY基因檢測中一種比較可行的策略。

5．三代測序技術：

近幾年來，以單分子實時測序為代表的第三代測序技術開始進入人們視野。該測序技術一個反應即可測幾千甚至上萬個鹼基[32]。因此可以發現一代、二代測序所不能發現的拷貝數變異或者大片段缺失等，在臨床上高度懷疑MODY時，但通過一代或者二代測序未發現致病突變時，需要考慮到拷貝數變異或者大片段缺失的可能，可進一步進行三代測序技術進行深入分析。但由於其出現較晚，成本較高，生物信息學分析軟體也不夠豐富，目前利用三代測序技術開展MODY的研究並不多。隨著三代測序設備的小型化，價格逐步下降，分析軟體不斷豐富，將會是未來發展的主流趨勢。

四、挑戰與展望

目前關於MODY的基因診斷在歐洲比較普及，有比較全面、系統的全國性登記研究中心及MODY患者轉診中心。而在其他國家，包括在中國，關於MODY基因診斷及全國性的登記研究仍較匱乏，中國糖尿病患者眾多，結合MODY的患病率和目前致病基因檢出比率，仍有大量MODY患者被誤診。儘管目前開展MODY研究的學者較多，但研究規模較小，不夠系統，因此開展全國性的MODY登記研究及有資質的轉診中心，對可疑患者開展基因篩查是亟待解決的問題。此外，新一代測序技術，如目標基因捕獲技術，可一次性篩選MODY已知的14種致病基因或其他可疑致病基因，檢測效能好，性價比高，值得推廣。另外基於家系研究的全外顯子測序隨著測序費用的降低，目前應用較多，還能篩選MODY新的致病基因。上述方法可十分有效地協助臨床工作者開展MODY診斷，並根據基因診斷開展個體化治療。但高通量測序結果會產生龐大的數據量，如何從海量的數據中準確找到有意義的致病位點，並對其進行功能學研究，以使其能有效地應用於臨床，仍任重而道遠。儘管存在諸多挑戰，但日益更新的高通量測序為MODY等單基因糖尿病的臨床診斷和個性化治療帶來了前所未有的機遇。

文獻備索

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