1型糖尿病与自身免疫机制研究的新进展

赵士峰，方彭华(综述)，史明仪，张真稳※(审校)

(1.南京中医药大学翰林学院,江苏 泰州 225300； 2.扬州大学临床医学院内分泌科,江苏 扬州 225001)

1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)占糖尿病发病的10%左右。主要特点是发病年龄小，临床症状重，常伴有酮症酸中毒和低血糖昏迷等严重并发症。T1DM一般病情来势急骤，口渴、多饮、多尿、多食以及乏力消瘦，体质量急剧下降等症状十分明显，外周血中可出现胰岛自身抗体和胰岛细胞抗体阳性，有的人发病一开始就出现酮症酸中毒或低血糖昏迷。T1DM用口服降糖药物控制无效，靠胰岛素控制血糖，且终身胰岛素治疗以维持生命。近年来，随着生活水平提高以及环境因素的影响，T1DM 在全球呈明显上升趋势。T1DM发病机制主要由免疫介导的胰岛β细胞的选择性破坏所致，也与遗传、环境因素和病毒感染有关,导致胰岛β细胞部分或完全凋亡而引起胰岛素分泌量绝对不足,以致醣类、脂肪和蛋白质不能有效代谢。现就近年来与T1DM发病相关的特异性细胞免疫、自然杀伤细胞、基因易患性、环境因素及病毒感染的研究进展进行阐述。

1 T1DM与淋巴细胞

1.1T1DM与B淋巴细胞的关系 人类白细胞抗原(human leucocyte antigen，HLA)存在于体内多种细胞中，包括胰腺B细胞，可以帮助识别自体组织与非自体组织。HLA有多个位点，每个位点又有多个等位基因:A、B、C、DR和DQ。正常人HLA-DQ基因上的特定位置是天冬氨酸。大多数T1DM患者基因在这个位置上是另外一种氨基酸。HLA关键位置上天冬氨酸的缺乏可能会刺激免疫系统攻击胰岛β细胞。这个发现为预测儿童是否会发展为T1DM，以及采用化学方法控制不正常的HLA-DQ，预防免疫系统攻击自身β细胞的发生奠定了重要基础。

T1DM患者体内的胰岛β细胞被错误地标记为外来物，刺激辅助T淋巴细胞召集大量B淋巴细胞对胰岛β细胞进行攻击，导致胰岛β细胞的损伤，进而影响胰岛素的分泌。胰岛β细胞自身抗原暴露也可激活B细胞，分泌谷氨酸脱羧酶抗体、胰岛细胞抗体(islet cell antibodies,ICA)、胰岛素自身抗体(insulin auto antibodies,IAA)、酪氨酸磷酸酶样蛋白质分子(IA-2)和IA-2β抗体等。70%～80%T1DM儿童体内有ICA，50%最终患糖尿病的人体内有IAA，它们可先于病症发生5年,甚至更久出现。并不是所有ICA或IAA阳性的人都会发展为糖尿病，一些没有血糖异常的人也会出现ICA或IAA阳性。在T1DM的发病初期，B细胞是关键的抗原呈递细胞。缺乏B细胞的非肥胖性糖尿病(no obesity diabetes，NOD)小鼠，胰岛β细胞中单核细胞浸润显著减少，胰岛炎性反应显著下降，糖尿病发病率降低。另外，B细胞还能够促进CD8+T细胞转化为细胞毒性T细胞，加速T1DM的进程[1]。

1.2T1DM与T淋巴细胞的关系 在T1DM发病过程中，B淋巴细胞的迅速增加诱导T淋巴细胞数量增多。T细胞主要是通过分泌细胞因子而发挥作用，包括干扰素γ(interferon，IFN-γ)、白细胞介素(interleukin，IL)1、IL-2、IL-17 、IL-35和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α，TNF)α等促炎性因子，介导细胞免疫及诱导炎症，损伤β细胞进而引起T1DM。T淋巴细胞对胰岛β细胞的浸润及其分泌的细胞因子在T1DM的发病过程中发挥着重要作用。T1DM患者体内活跃的T淋巴细胞数量增多，T淋巴细胞的作用和数量异常。

T1DM发病过程受到多种T淋巴细胞及其生物活性物质调控。首先，抑制性T淋巴细胞(Tregs)可抑制自身免疫反应、肿瘤细胞及非自身抗原。辅助性T细胞(Th细胞)分泌IL-2能够促进Foxp3-CD4+Tregs的增殖，使Tregs的数量及其表面相关蛋白表达增加，导致Tregs的抑制作用显著增强。研究发现，T1DM发病过程中，Th1细胞分泌IL-2显著减少，IL-2功能作用显著减弱，导致Tregs功能障碍，从而加重T1DM病情[2-3]。胰岛素样生长因子1过表达小鼠，Tregs水平显著增加，从而抑制T1DM的进程[4]。其次，IL-1对β细胞具有潜在的干预作用，基因剔除或药物阻断IL-1受体，T1DM的发病率可以显著降低，提示IL-1参与T1DM的发病过程[5-6]。机体炎症条件下，IL-1和IFN-γ、TNF-α产生协同作用，促进致糖尿病性T细胞的增殖和诱导活性氧类产生氧化应激反应，抑制胰岛素的分泌和促进胰岛β细胞凋亡[7-8]。再者，通过对T1DM患者外周血的检测，发现IL-17介导的CD8+T细胞和IL-33介导的IFN-γ、IL-17和TNF-α能够促进胰岛β细胞凋亡，加重T1DM的病程[9-10]；IL-4和IL-10能够抑制Th1细胞产生的促炎症因子，缓解T1DM的发病过程。实验表明，给予CD28分子抗体能够显著增强浸润胰岛的Th2细胞分泌IL-4的能力，从而有效预防和降低T1DM的发生率[11]。IL-10通过诱导Tregs增殖，发挥抗炎效应，抑制T1DM发病过程[12]。TNF-α参与多种导致T1DM的过程。TNF-α能够与IL-1、IFN-γ等发挥协同炎性反应，与转录因子叉头框蛋白O1、IL-6、髓过氧化物酶及IL-2发生耦合致炎作用等[7-8,13]。T1DM发病早期TNF-α的水平显著升高[14]。值得注意的是，IL-10和胰岛素之间具有协同作用。动物实验表明，IL-10和胰岛素联合能够有效降低NOD小鼠的发病率[15]。最后，近期研究发现，RIP(rat insulin promoter)-IL35转基因NOD小鼠，IL-35能够显著降低胰岛中CD4+和CD8+T细胞的数量，尤其减少葡萄糖-6-磷酸酶催化亚基相关蛋白特异性CD8+T细胞浸润，提示IL-35在T1DM中发挥潜在的治疗作用[16]。在T1DM的发病过程中，ZnT8(zinc transporter 8)是CD8+T细胞识别的主要自身抗原[17-18]。

1.3T1DM与自然杀伤细胞的关系 自然杀伤(natural killer cell，NK)细胞由骨髓淋巴样干细胞发育形成，介导细胞毒性反应无需抗原刺激。活化的NK细胞可通过分泌IFN-γ、TNF-β、IL-2、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IL-5、IL-10、IL-13及IL-16等细胞因子等发挥免疫调节反应[11,19]。研究发现，NOD小鼠的胰岛中NK细胞的增加与T1DM发病关系密切[20]。NK细胞的耗竭显著降低NOD小鼠的发病率[21]。在胰岛炎症情况下，浸润胰岛的NK细胞分泌IL-16增加，促进炎症反应[22]。另外，NK细胞毒性受体NKp46能够介导胰岛中NK细胞脱颗粒反应，损伤胰岛β细胞而加重T1DM病理过程。NKp46缺陷小鼠对小剂量利尿佐菌素诱导糖尿病敏感性显著下降。在糖尿病的早期阶段向NOD小鼠注射可溶性NKp46蛋白可以抑制糖尿病的发展[23]。这些都提示NKp46参与介导NK细胞引起T1DM的过程。

2 T1DM与基因易患性

经典T1DM有较强的遗传易患性，基因易患性在T1DM发病过程中发挥重要的作用[24]。研究表明，HLA-DR3和DR4等位基因与T1DM的发病密切相关，90%以上T1DM患者被发现有DR3和DR4基因位点[25]。通过观察T1DM儿童患者HLA的D基因三个亚型(DRB1、DQB1、DPB1)以及A、C、和B基因的表达发现，易患DRB1、DQB1等位基因表达与T1DM发展呈现正相关[26]。另外，GG基因型CYP2R1基因多态性和/或CC基因型CYP27B1基因多态性能够增加儿童T1DM风险[27]。

3 T1DM与病毒感染

流行病学调查提示，病毒感染能引起T1DM。T1DM患者发病之前常有病毒感染史，而且T1DM发病高峰也往往出现在病毒感染流行之后。流行性腮腺炎、风疹的病毒和能引起脊髓灰质炎的柯萨奇病毒家族感染是诱发T1DM的三个病因。20%患风疹的儿童会有胰岛β细胞损伤并且会发展为T1DM。动物实验也支持病毒在TIDM发病中起重要作用，如Kilham大鼠病毒可诱发具有遗传易患性的大鼠产生T1DM，肠道病毒与T1DM发病密切相关；胸腺感染柯萨奇病毒B4(CV-B4)也与T1DM的发病呈正相关[28-29]。检测发现>50%的T1DM患者血中检测到肠病毒RNA，体外研究表明，肠病毒感染能够引起β细胞的凋亡[30]。病毒感染引起T1DM的机制主要是通过改变大鼠的免疫状态而并非由病毒直接侵入胰岛所导致。病毒可能与机体蛋白质的氨基酸序列相似，使免疫细胞混淆自体与外来物质，产生自身免疫反应。感冒和流感，会使体内免疫细胞的数量增多，加大自身免疫反应的伤害。病毒双链RNA可激活双链RNA传导途径，从而诱导β细胞的凋亡。戊型肝炎病毒感染能够引起胰岛素自身形成抗体，导致T1DM[31]。

4 T1DM与胰岛β细胞自身抗体

研究发现，一种只存在于B细胞表面的特殊抗体，称为64K蛋白质自身抗体的免疫反应是导致T1DM的主要因素[32]。T1DM患者发病前7年体内均有64K蛋白质自身抗体，甚至有的体内并没有ICA和IAA。64K蛋白质自身抗体的发现可以更准确地标示出糖尿病的高危人群。

5 小 结

免疫细胞间(尤其Th1与Th2之间)的比例失调是导致β细胞凋亡的极为重要的因素，各种细胞因子的协调作用在T1DM发病过程中也起着非常重要的作用，其中IL-17、IL-35、IL-33存在着潜在的治疗T1DM作用。T1DM发病机制涉及特异性细胞免疫、固有免疫细胞、基因易患性、病毒感染及胰岛细胞自身抗体等多方面。对于T1DM的研究还有多方面有待进一步深入，包括NK、T细胞T1DM中的作用及影响因素方面，还缺少深入的分子水平解释；NK细胞在T1DM研究方面的测量方法以及评估标准有待进一步完善；对于病毒感染在T1DM中作用的考量依然停留在个体水平，且研究对象的代表性不佳。随着目前检测手段的不断更新，在对于T1DM致病机制的研究也将不断取得最新进展，为临床防治T1DM提供新的思路与方案。

[1] Brodie GM,Wallberg M,Santamaria P,etal.B-cells promote intra-islet CD8+cytotoxic T-cell survival to enhance type 1 diabetes[J].Diabetes,2008,57(4):909-917.

[2] Garg G,Tyler JR,Yang JH,etal.Type 1 diabetes-associated IL2RA variation lowers IL-2 signaling and contributes to diminished CD4+CD25+regulatory T cell function[J].J Immunol,2012,188(9):4644-4653.

[3] Hartemann A,Bourron O.Interleukin-2 and type 1 diabetes:new therapeutic perspectives[J].Diabetes Metab,2012,38(5):387-391.

[4] Anguela XM,Tafuro S,Roca C,etal.Nonviral-mediated hepatic expression of IGF-I increases Treg levels and suppresses autoimmune diabetes in mice[J].Diabetes,2013,62(2):551-560.

[5] Mandrup-Poulsen T,Pickersgill L,Donath MY.Blockade of interleukin 1 in type 1 diabetes mellitus[J].Nat Rev Endocrinol,2010,6(3):158-166.

[6] Volarevic V,Al-Qahtani A,Arsenijevic N,etal.Interleukin-1 receptor antagonist(IL-1Ra) and IL-1Ra producing mesenchymal stem cells as modulators of diabetogenesis[J].Autoimmunity,2010,43(4):255-263.

[7] Padgett LE,Broniowska KA,Hansen PA,etal.The role of reactive oxygen species and proinflammatory cytokines in type 1 diabetes pathogenesis[J].Ann N Y Acad Sci,2013,1281:16-35.

[8] Bettini ML,Pan F,Bettini M,etal.Loss of epigenetic modification driven by the Foxp3 transcription factor leads to regulatory T cell insufficiency[J].Immunity,2012,36(5):717-730.

[9] Saxena A,Desbois S,Carrié N,etal.Tc17 CD8+T cells potentiate Th1-mediated autoimmune diabetes in a mouse model[J].J Immunol,2012,189(6):3140-3149.

[10] Milovanovic M,Volarevic V,Radosavljevic G,etal.IL-33/ST2 axis in inflammation and immunopathology[J].Immunol Res,2012,52(1/2):89-99.

[11] Sharif S,Arreaza GA,Zucker P,etal.Regulatory natural killer T cells protect against spontaneous and recurrent type 1 diabetes[J].Ann N Y Acad Sci,2002,958:77-88.

[12] Subramanian L,Blumenfeld H,Tohn R,etal.NKT cells stimulated by long fatty acyl chain sulfatides significantly reduce the incidence of type 1 diabetes in nonobese diabetic mice [corrected][J].PLoS One,2012,7(5):e37771.

[13] Abdul-Aziz KK,Tuorkey MJ.Targeting tumor necrosis factor alpha(TNF-α) in diabetic rats could approve avenues for an efficient strategy for diabetic therapy[J].Diabetes Metab Syndr,2012,6(2):77-84.

[14] Yeung WC,Al-Shabeeb A,Pang CN,etal.Children with islet autoimmunity and enterovirus infection demonstrate a distinct cytokine profile[J].Diabetes,2012,61(6):1500-1508.

[15] Nicholas D,Odumosu O,Langridge WH.Autoantigen based vaccines for type 1 diabetes[J].Discov Med,2011,11(59):293-301.

[16] Bettini M,Castellaw AH,Lennon GP,etal.Prevention of autoimmune diabetes by ectopic pancreatic β-cell expression of interleukin-35[J].Diabetes,2012,61(6):1519-1526.

[17] énée é,Kratzer R,Arnoux JB,etal.ZnT8 is a major CD8+T cell-recognized autoantigen in pediatric type 1 diabetes[J].Diabetes,2012,61(7):1779-1784.

[18] Scotto M,Afonso G,Larger E,etal.Zinc transporter(ZnT)8(186-194) is an immunodominant CD8+T cell epitope in HLA-A2+ type 1 diabetic patients[J].Diabetologia,2012,55(7):2026-2031.

[19] Grieco FA,Vendrame F,Spagnuolo I,etal.Innate immunity and the pathogenesis of type 1 diabetes[J].Semin Immunopathol,2011,33(1):57-66.

[20] Ehlers M,Papewalis C,Stenzel W,etal.Immunoregulatory natural killer cells suppress autoimmunity by down-regulating antigen-specific CD8+T cells in mice[J].Endocrinology,2012,153(9):4367-4379.

[21] Angstetra E,Graham KL,Zhao Y,etal.An indirect role for NK cells in a CD4(+) T-cell-dependent mouse model of type I diabetes[J].Immunol Cell Biol,2012,90(2):243-247.

[22] Meagher C,Beilke J,Arreaza G,etal.Neutralization of interleukin-16 protects nonobese diabetic mice from autoimmune type 1 diabetes by a CCL4-dependent mechanism[J].Diabetes,2010,59(11):2862-2871.

[23] Gur C,Porgador A,Elboim M,etal.The activating receptor NKp46 is essential for the development of type 1 diabetes[J].Nat Immunol,2010,11(2):121-128.

[24] Redondo MJ,Jeffrey J,Fain PR,etal.Concordance for islet autoimmunity among monozygotic twins[J].N Engl J Med,2008,359(26):2849-2850.

[25] Mainardi-Novo DT,Santos AS,Fukui RT,etal.The PTPN22 1858T allele but not variants in the proximal promoter region of IL-21 gene is associated with the susceptibility to type 1 diabetes and the presence of autoantibodies in a Brazilian cohort[J].Clin Exp Immunol,2013,172(1):16-22.

[26] Sugihara S.Genetic susceptibility of childhood type 1 diabetes mellitus in Japan[J].Pediatr Endocrinol Rev,2012,10 Suppl 1:62-71.

[27] Hussein AG,Mohamed RH,Alghobashy AA.Synergism of CYP2R1 and CYP27B1 polymorphisms and susceptibility to type 1 diabetes in Egyptian children[J].Cell Immunol,2012,279(1):42-45.

[28] Jaïdane H,Sané F,Hiar R,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:enterovirus,thymus and type 1 diabetes pathogenesis[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):39-46.

[29] Hober D,Sane F,Jaïdane H,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:role of antibodies enhancing theinfection with Coxsackievirus-B in the pathogenesis of type 1 diabetes[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):47-51.

[30] Grieco FA,Sebastiani G,Spagnuolo I,etal.Immunology in the clinic review series:focus on type 1 diabetes and viruses:how viral infections modulate beta cell function[J].Clin Exp Immunol,2012,168(1):24-29.

[31] Sarmiento L,Galvan JA,Cabrera-Rode E,etal.Type 1 diabetes associated and tissue transglutaminase autoantibodies in patients without type 1 diabetes and coeliac disease with confirmed viral infections[J].J Med Virol,2012,84(7):1049-1053.

[32] Lee HC,Cha BS,Nam MS,etal.Relationships among 64k autoantibodies,pancreatic beta-cell function,HLA-DR antigens and HLA-DQ genes in patients with insulin-dependent diabetes mellitus in Korea[J].Korean J Intern Med,1995,10(1):1-9.