胰岛素分泌调控基因与2型糖尿病关系的研究进展

苗垚垚 乔 虹 (哈尔滨医科大学第二临床医学院地方病科，黑龙江 哈尔滨 150086)

2型糖尿病(T2DM)是目前威胁人类健康、发病率迅速增长的疾病之一，并且它的发病与多个基因累加效应及多种环境因素相关。全基组和候选基因关联相关研究中的PPARG、KCNJ11、TCF7L2、IGF2BP2、CDKN2A/B、FTO、CDKAL1、HHEX、SLC30A8和WFS1基因等都与T2DM相关，探索这些易感基因可以为人类治疗T2DM起到极大的推动作用。然而各个基因引发糖尿病的机制不尽相同，本文对调控胰岛素分泌的基因与T2DM的研究进展做一综述。根据Wild等〔1〕的研究表明，在未来20年里，随着印度与中国糖尿病人群以高于2倍的速度增长，亚洲将会成为最严重的发病区域。正是由于糖尿病是由于胰岛素分泌缺陷和胰岛素抵抗而引起慢性血葡萄糖水平增高为特征的代谢性疾病，因此胰岛素水平及其敏感性的控制对于糖尿病病人至关重要，而进一步明确胰岛素分泌的机制和寻求更好的糖尿病治疗方法一直是医学研究的重点和热点。本文重点介绍几种调控胰岛素分泌的基因。

1 T2DM易感性相关基因

T2DM的易感基因一直是人类基因研究的主要任务。迄今为止，已有多个基因变异区域被发现与T2DM密切相关，包括PARG、KCNJ11、TCF7L2、IGF2BP2、CDKN2A/B、FTO、CDKAL1、HHEX、SLC30A8和WES1等。最近的研究小组用全基因组关联研究(GWAS)方法，发现了几种新的T2DM的易感基因，这使得与T2DM易感性相关的确定基因由原先的少数几个增加到了多个。这几种基因的大多数SNPs与β细胞功能的损伤相关〔2〕。更重要的是，基因上的变异对T2DM患病率和相关表型上的增加有着协同作用，并且研究人员粗略地估计认为:携带8个或更多的危险等位基因的受试者与携带2个或更少的危险等位基因的受试者相比，患T2DM的危险性提高至3.3倍〔3〕，只是由于种族的不同可导致这些危险基因对不同人群的危险性的大小不尽相同。新近报道的与T2DM相关基因包括:KCNQ1、HHEX、CDC123/CAMK1D 及 TSPAN8基因。

1.1 KQT亚科-钾离子电压门控通道1基因(KCNQ1)KCNQ1是日本的两个研究小组联合欧洲研究小组，用全基因组关联研究(GWAS)方法，以亚洲人群为对象发现的新型T2DM易感基因〔4〕。不同于以往许多被发现的T2DM基因在不同种群中的分布中有巨大差异，且不能得到一致重复验证，调查结果显示，对亚洲及东欧人种而言，KCNQ1基因与T2DM易感性均密切相关。KCNQ1基因是电压依赖性钾离子通道家族的成员之一，KCNQ1基因包括40.4万个碱基对，定位于第11号染色体11p15.5，编码电压依赖性K+通道的一个亚基，其主要表达在胰腺、心脏、内耳血管纹、前列腺、肾脏、小肠、外周血白细胞均有表达〔5〕。虽然KCNQ1编码蛋白对T2DM的分子发病机制的作用尚未明确，但KCNQ1的功能研究显示它在胰岛中有表达，能选择性地使K+通道阻断，刺激胰岛素的分泌〔6〕。在日本和欧洲人群中的研究中均认为在KCNQ1基因内含子15上，rs2237892、rs2237895、rs2237897、rs2074196 与 T2DM 相关〔7〕。这些位点与T2DM的易感性在新加坡、丹麦人群中均得到证实，对中国大陆人群的研究结果也支持此结论，并且在中国人群中，这三个危险等位基因同时与空腹血糖水平升高显著相关〔8，9〕。Hu 等〔10〕同时还通过测试 s2237892 单独变异的效应，发现其与胰岛素第一、第二时相的分泌均相关。研究认为:KCNQ1 SNPs对糖尿病易感性的作用可能在于损伤了β细胞的功能，从而影响胰岛素的分泌。这些基因不仅有单独变异的效应，而且有着正协同作用。但是由于种族的不同，其危险度具有相对差异性。

1.2 造血表达同源异形盒基因(HHEX)HHEX最早是由Sladek等〔11〕在针对2型糖尿病的第一个 GWAS研究中发现的。Horikoshi等〔12〕对865例患者和864例对照受试者的研究表明它与T2DM显著相关。HHEX定位于第10号染色体长臂23.33区，是肝脏和胰腺发育所必需的基因。HHEX编码驱动蛋白交互作用因子(KIFll)及胰岛素降解酶(IDE)，其转录受Wnt信号通路调控，而IDE是细胞水平催化胰岛素降解的最重要的酶，是T2DM第二大重要的生物学候选基因〔13〕。经荟萃分析认为 HHEX基因 rs5015480，rs7923837，rs1111875单核苷酸多态性均与2型糖尿病有较强的相关性，其中多态性位点rs1111875和rs7923837的变异会降低第一时相和第二时相的胰岛素分泌，rs1111875的突变还能减少胰岛素的清除〔14〕。但是目前发现，HHEX和糖尿病的相关性只是在中国上海人群中证实，并没有在北京人群中证实〔14，15〕，这样的结果可能与样本量小及不同的招募标准等因素有关。因此，HHEX与中国汉族人群的相关性尚需要进一步的研究。除此之外，在一些研究中还发现HHEX基因的rs7923837多态性位点与小儿体重指数相关〔16〕。

1.3 CDC123基因(cell division cycle 123 homolog)/CAMK1D基因(calcium/calmodulin-dependent protein kinase I delta)和TSPAN8基因(tetraspanin 8)CDC123/CAMK1D是近来发现的与糖尿病有关的易感基因。其中单核苷酸rs12779790定位于距离CDC123 90 kb，距离CAMK1D 63.6 kb的地方，它编码一种调控细胞周期和营养控制基因转录的蛋白质，但是尚不清楚如何涉及T2DM的发病机制〔17〕。此外，CDC123/CAMK1D基因分别编码细胞分裂周期蛋白和Ca2+-CaM依赖性激酶，调节粒细胞功能，并可能在细胞周期调控中发挥着重要作用，粒细胞的致病有可能增加细胞的凋亡，从而影响胰腺细胞的功能〔18〕。在印度人群中的研究发现该基因变异所造成的影响是降低β细胞功能，加强β细胞凋亡，从而影响胰岛素的分泌〔19〕，来自丹麦的研究也证实了该基因变异会影响胰岛素的分泌〔20〕。但是在日本和德国人群的研究中CDC123/CAMK1D基因的多态性均没有显著的意义〔21，22〕。最新的研究还发现CAMK1D基因的rs6602559单核苷酸多态性还与乳腺癌密切相关〔23〕。

TSPAN8基因也是近期研究发现的糖尿病易感基因，单核苷酸rs7961581定位于编码TSPAN8基因的下游110kb处，它编码一种广泛表达的细胞表面糖蛋白复合物，负面影响胰腺细胞大规模恢复，从而影响胰腺细胞功能〔24〕，但是具体引发糖尿病的机制需要进一步的研究。在丹麦人群中研究证明该基因变异有可能导致胰岛素分泌障碍〔20〕。但是在日本和德国人群的研究中并没有显著的意义〔21，22〕。另外，该基因编码的蛋白在结肠癌、肝癌和胰腺癌均有表达〔12〕。

2 T2DM的异质性

除了一些特殊类型糖尿病是由单基因突变引起的，大部分T2DM是由于胰岛素抵抗和β细胞分泌缺陷导致高血糖的一种复杂多基因疾病，其发病机制至今尚未完全阐明。遗传因素在T2DM的发生发展中起着重要的作用，但是同时其发病还受到环境因素的影响，因而具有较强的异质性。

糖尿病作为一种复杂多基因疾病，一般具备以下特点:①参与发病的遗传因素为多个，每个基因直接或间接对中间性状的影响促进疾病的发生;②每个基因参与发病的程度不同，大多数基因的作用较小，但也可由一个或几个基因呈主效应;③每个基因只赋予个体某种程度的易感性，但每个基因的作用不足以致病，也并非致病所需;④各基因参与发病的机制可能是各自对不同的生物学途径影响所致，疾病的最终发生是各基因在不同途径作用的综合结果;⑤各基因致病效应的累积加上环境因素的作用构成了个体的疾病易患性，当易患性超过一定阈值时即可导致疾病发生。

在遗传易感性的基础上，环境因素在糖尿病发病中的作用也很重要。许多大型的临床试验研究显示，包括饮食控制、增加运动、戒烟和减轻体重的生活方式可以使糖尿病的发生得以预防或者延缓。遗传因素决定个体在糖尿病中的易感性，而环境因素则可触发糖尿病的发生。大部分T2DM患者是多基因及环境因子共同参与及(或)相互作用引起的多因子病。

3 展望

糖尿病的发病与遗传及环境两大因素密切相关相关，是一个多基因遗传异质性疾病。我们通过筛查糖尿病的某些易感基因，探讨基因功能对糖尿病及其并发症的起病与发展的影响，可以及早发现高危人群，寻找新的干预手段来阻止或延缓β细胞功能的损害与衰退，以早期预防或延缓糖尿病的发生。KCNQ1，HHEX，TSPAN8/LGR5，CDC123/CAMK1D 作为通过调控胰岛素分泌的基因，研究其详尽的致病机制有助于T2DM的早期诊断以及寻找新的作用靶点，研究出新的治疗方法。另外目前检测基因变异的方法有限，随着基因组学研究的不断进展，如人类基因组的测序、单核苷酸多态性研究等，人们必将找出更多的与T2DM密切关联的易感基因，为解释和阐明T2DM的遗传发病机制提供新的线索，指导糖尿病的预防和治疗。

1 Wild S，Roglic G，Green A，et al.Global prevalence of diabetes:estimates for the year 2000 and projections for 2030〔J〕.Diabetes Care，2004;27(5):1047-53.

2 Frayling TM.Genome-wide association studies provide ne'w insights into type 2 diabetes aetiology〔J〕.Nat Rev Genet，2007;8:657-62.

3 Ng MC，Park KS，Oh B，et al.Implication of genetic variants near TCF7L2，SLC30A8，HHEX，CDKAL1，CDKN2A/B，IGF2BP2，and FTO in type 2 diabetes and obesity in 6，719 Asians〔J〕.Diabetes，2008;57(8):2226-33.

4 Hiroyuki U，Atsushi T，Takahisa K，et al.SNPs in KCNQ1 are associated with susceptibility to type 2 diabetes in East Asian and European populations〔J〕.Nature Genetics，2008;40(9):1098-102.

5 Sharma J，Zhong Y，Dong F，et al.Profiling of human antibody responses to Chlamydia trachomatis urogenital tract infection using microplates arrayed with 156 chlamydial fusion proteins〔J〕.Infect Immun，2006;74(3):1490-9.

6 Fridlyand L，Jacobson D，Kuznetsov A，et al.A model of action potentials and fast Ca2+dynamics in pancreatic β-cells〔J〕.Biophys J，2009;96(8):3126-39.

7 Yasuda K，Miyake K，Horikawa Y，et al.Variants in KCNQ1 are associated with susceptibility to type 2 diabetes mellitus〔J〕.Nat Genet，2008;40(9):1092-7.

8 Liu Y，Zhou DZ，Zhang D，et al.Variants in KCNQ1 are associated with susceptibility to type 2 diabetes in the population of mainland China〔J〕.Diabetologia，2009;52(7):1315-21.

9 Tan JT，Nurbaya S，Gardner D，et al.Genetic variation in KCNQ1 associates with fasting glucose and beta-cell function:a study of 3，734 subjects comprising three ethnicities living in Singapore〔J〕.Diabetes，2009;58(6):1445-9.

10 Hu C，Wang C，Zhang R，et al.Variations in KCNQ1 are associated with type 2 diabetes and beta cell function in a Chinese population〔J〕.Diabetologia，2009;52(7):1322-5.

11 Sladek R，Rocheleau G，Rung J，et al.A genome-wide association study identifies novel risk loci for type 2 diabetes〔J〕.Nature，2007;445(7130):881-5.

12 Horikoshi M，Hara K，Ito C，et al.Variations in the HHEX gene are associated with increased risk of type 2 diabetes in the Japanese population〔J〕.Diabetologia，2007;50(12):2461-6.

13 Bonal C，Herrera PL.Genes controlling pancreas ontogeny〔J〕.Int J Dev Biol，2008;52(7):823-35.

14 Wu Y，Li H，Loos RJ，et al.Common variants in CDKAL1，CDKN2A/B，IGF2BP2，SLC30A8，and HHEX/IDE genes are associated with type 2 diabetes and impaired fasting glucose in a Chinese Han population〔J〕.Diabetes，2008;57(10):2834-42.

15 Han X，Luo Y，Ren Q，et al.Implication of genetic variants near SLC30A8，HHEX，CDKAL1，CDKN2A/B，IGF2BP2，FTO，TCF2，KCNQ1，and WFS1 in type 2 diabetes in a Chinese population〔J〕.BMC Med Genet，2010;11:81.

16 Zhao J，Bradfield JP，Zhang H，et al.Examinationg of all type 2 diabetes GWAS loci reveal HHEX-IDE as a locus influencing pediatric BMI〔J〕.Diabetes，2010;59(3):751-5.

17 Brooks L，Heimsath EG Jr，Loring GL，et al.FHA-RING ubiquitin ligases in cell division cycle control〔J〕.Cell Mol Life Sci，2008;65(21):3458-66.

18 Colomer J，Means AR.Physiological roles of the Ca2+/CaM-dependent protein kinase cascade in health and disease〔M〕.Subcell Biochem，2007;45:169-214.

19 Sarghera DK，Latonya Been，Lyda Ortega，et al.Testing the association of novel meta-analysis-derived diabetes risk genes with type II diabetes and related metabolic traits in Asian Indian Sikhs Role of CDC123/CAMKID in Asian Indian Sikhs〔J〕.J Hum Genet，2009;54(3):162-8.

20 Niels G，Gitte A，Nikolaj T，et al.Association testing of novel type 2 diabetes risk alleles in the JAZF1，CDC123/CAMK1D，TSPAN8，THADA，ADAMTS9，，and NOTCH2 loci with insulin release，insulin sensitivity，and obesity in a population-based sample of 4，516 glucose-tolerant middle-aged Danes〔J〕.Diabetes，2008;57:2534-40.

21 Schleinitz D，Tönjes A，Böttcher A，et al.Lack of significant effects of the type 2 diabetes susceptibility loci JAZF1，CDC123/CAMK1D，NOTCH2，ADAMTS9，THADA，and TSPAN8/LGR5 on diabetes and quantitative metabolic traits〔J〕.Horm Metab Res，2010;42(1):14-22.

22 Omori S，Tanaka Y，Horikoshi M，et al.Replication study for the association of new meta-analysis-derived risk loci with susceptibility to type 2 diabetes in 6，244 Japanese individuals〔J〕.Diabetologia，2009;52:1554-60.

23 Wang X，Pankratz VS，Fredericksen Z，et al.Common variants associated with breast cancer in genome-wide association studies are modifiers of breast cancer in BRCA1 and BRCA2 mutation carriers〔J〕.Hum Mol Genet，2010;19(14):2886-97.

24 Zevian S，Winterwood NE，Stipp CS.Structure-function analysis of tetraspanin CD151 reveals distinct requirements for tumor cell behaviors mediated by α3β1 versus α6β4 integrin〔J〕.Biol Chem，2011;286(9):7496-506.