儿童单基因糖尿病诊治进展及诊断策略

章淼滢，罗飞宏

（复旦大学附属儿科医院内分泌遗传代谢科，上海 200025）

单基因变异可引起胰岛β 细胞功能缺陷，导致中重度高血糖[1]。单基因糖尿病根据发病年龄主要分为新生儿糖尿病（neonatal diabetes mellitus,NDM）和青少年发病的成人型糖尿病（maturity-onset diabetes in young,MODY）两大类。新生儿糖尿病的定义是患儿在出生后6 个月内出现血糖持续性升高，但多数患儿在1 个月内即起病[2]。过去几年中，部分临床表现及遗传方式不同于MODY 的单基因糖尿病已经被确诊[3]，此类儿童单基因糖尿病患者往往为新发显性致病基因变异所致，患儿缺乏家族史，最初常会被误诊为1 型或2 型糖尿病[4]。准确诊断单基因糖尿病可以为个体化治疗提供机会，包括制定糖尿病治疗方案、指导其他相关疾病的诊断和治疗、遗传咨询等。为提高临床对儿童单基因糖尿病的诊治深入认识，本文就儿童单基因糖尿病的诊断和管理进行探讨，尝试总结诊断策略。

单基因糖尿病的流行病学特征

NDM 是一种罕见疾病，其发病率为（1/90 000）～（1/160 000）[5]。据德国大型国际SWEET 儿童糖尿病登记报告的数据，NDM 在儿童糖尿病中占不到0.3%[6]。儿童中MODY 的患病率约为1/23 000[7]。据英国儿科诊所发布的系统人群筛查报告，MODY 占儿童糖尿病的2.5%[8]。单基因糖尿病不常见，占儿童糖尿病病例的1%～6%[3]。我国目前缺乏详细的儿童单基因糖尿病流行病学调查资料。

单基因糖尿病的分子遗传机制分类及进展

单基因糖尿病相关基因多与胰腺β 细胞发育及胰岛素合成、分泌等方面相关，根据潜在机制可以分为影响β 细胞合成或分泌胰岛素、胰腺发育不全或功能不全、胰腺细胞受损三类[9]。

一、影响β 细胞合成或分泌胰岛素

胰岛素的正常合成和分泌受多种因素的调控，包括胰岛素基因本身的完整性、胰岛细胞对葡萄糖和氨基酸等物质的摄取和代谢过程、ATP 敏感的钾通道的功能和结构完整性等多种因素的影响，其中占较重要作用的基因有以下几种。

1.KCNJ11 和ABCC8 基因：钾通道基因（KCNJ11、ABCC8）变异是NDM 最常见的病因。KCNJ11 编码ATP 敏感钾通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP）基因的内部亚基（Kir6.2），而ABCC8 编码外部亚基（SUR1）[2]，这2 种基因的致病性变异都会导致KATP 功能异常，即在高血糖的情况下，KATP 也无法关闭，无法胞吐而释放胰岛素。

2.葡萄糖激酶（glucokinase，GCK）基因：GCK基因编码GCK，参与催化糖酵解途径的第一个反应（即葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖），在碳水化合物代谢中起着核心作用[10]。GCK通常被称为胰腺细胞葡萄糖传感器，调节葡萄糖刺激的胰岛素分泌，以应对细胞内葡萄糖浓度的变化，从而维持葡萄糖稳态。GCK 基因变异可上调胰岛素分泌和葡萄糖阈值，导致空腹血糖水平升高[11]。

3.INS 基因：INS 基因的致病性变异会导致胰岛素蛋白发生错误折叠，这些错误蛋白质在不同的亚细胞腔中积累，将导致内质网应激和胰岛β 细胞死亡[2]。

4.SLC2A2 基因：SLC2A2 基因编码的葡萄糖转运体2（glucose transporter type 2,GLUT2），是一种低亲和力的葡萄糖促进转运体，主要在葡萄糖稳态调节相关的组织中表达，如肾小管细胞、肠细胞、胰岛β 细胞、肝细胞和脑细胞。SLC2A2 基因变异可使GLUT2 表达降低，导致血糖增高[12]。

5.SLC19A2 基因：SLC19A2 基因编码了高亲和力硫胺素转运蛋白1（thiamine transporter-1，THTR-1）。人体骨髓细胞、胰岛细胞以及耳蜗细胞3 种细胞依赖THTR-1 转运硫胺素，因此SLC19A2基因致病性变异可导致Rogers 综合征，患者表现为贫血、糖尿病和耳聋等多种症状[13]。

二、导致胰腺发育不全或功能不全

人类胚胎早期，内胚层细胞向胰腺的分化、发育和功能细胞的分化过程中，受一系列转录因子、微小RNA 等的调控，其中功能较为明确的有如下基因。

1.PDX1（IPF1）基因：PDX1（IPF1）在胰高血糖素、胰岛素、GLUT2、GCK 等酶编码基因的转录调控中发挥重要作用，是维持胰腺激素和酶功能的关键，对胚胎胰腺的诱导和生长非常重要[14]，该基因变异将导致胰腺发育不全。

2.HNF1B 基因：HNF1B 基因在人类肾单位和胚胎胰腺发育等发育过程中发挥作用，该基因变异破坏了胚胎胰腺细胞的发育进程，导致β 细胞功能障碍和胰岛素生物合成受损[11]。

3.RFX6 基因：RFX6 在胰腺内胚层有效分化过程中至关重要。PDX1 转录开始后，紧跟着发生RFX2、RFX3 和RFX6 激活，它们形成转录复合物，激活（或抑制）调节胰腺体和尾部发育的靶基因[15]。该基因的致病性变异可导致胰腺发育不全、肠闭锁、胆囊发育不全伴或不伴气管食管瘘等Martinez-Frias 综合征样病变。

4.NEUROG3 基因：NEUROG3 是碱性螺旋-环-螺旋的转录因子，在肠道、胰腺、下丘脑等内分泌关联细胞谱系的产生中起重要作用[16]。小鼠和人类胰腺发育及胰岛细胞分化发育过程的研究证实，NEUROG3 在该过程中起着关键作用，其既是多种内分泌细胞的发育控制重要因子，也是胰岛分化的主要控调因子。目前仅有少数NEUROG3 纯合子功能缺失变异被报道，表现为肠内分泌分化异常，导致先天性吸收不良腹泻，患儿间临床症状严重程度不等，可能出现永久性NDM 或儿童期糖尿病[17]。

5.肝细胞核因子4α（hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α）基因：HNF4α是一种转录因子，属于类固醇/甲状腺激素受体超家族，最初被认为是一种肝富集转录因子，但其也在胃肠道上皮、胰腺和肾脏表达。HNF4A 基因致病性突变可导致1 型MODY。1 型MODY 的疾病过程呈现动态变化，新生儿期表现为低血糖，后逐渐演变为葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损，并最终发展成胰岛素分泌功能低下，导致高血糖，这个演变过程与胰岛β 细胞自身免疫或肥胖导致的高血糖无关[18]。

三、胰腺细胞受损

胰岛细胞的功能完整性除取决于分化、发育的细胞数量多寡外，还有赖于胰岛细胞结构的完整性，细胞膜、溶酶体、细胞质和内质网等缺陷也可成为糖尿病的重要内因，具体相关基因变异如下。

1.EIF2AK3 基因：EIF2AK3 基因编码了真核翻译起始因子2-α 激酶3（又称PERK），在细胞内错误折叠蛋白的管理中起着重要作用。该基因突变可导致内质网中错误折叠蛋白质的积累，最终引发胰岛β 细胞死亡[19]。EIF2AK3 基因致病性变异则可导致Wollcot-Rallison 综合征以及永久性NDM、骨骼缺陷和生长迟缓。

2.FOXP3 基因：FOXP3 基因编码转录因子FOXP3，控制调节性T 细胞的发育和功能，从而促进外周免疫耐受。FOXP3 变异常导致多种自身免疫疾病，如共存的免疫失调性多发性内分泌病、肠病X染色体连锁（immunodysregulation polyendocrinop-athy enteropathy X-linked,IPEX）等，临床症状主要包括胰岛素依赖型糖尿病、自身免疫性甲状腺炎、自身免疫性肠病、自身免疫性细胞减少症和皮炎等[20]。

3.WFS1 基因：WFS1 因编码内质网内嵌的Wolframin 蛋白，该蛋白质由9 个跨膜片段和两端大的亲水性部分组成，在胰腺β 细胞、心脏、肺、胎盘和脑组织中高度表达，可保护胰腺β 细胞免受内质网应激损伤，而其功能异常可导致内质网慢性应激[21]。该基因致病性变异可导致Wolfram 综合征1 型，表现为糖尿病、尿崩症、听力异常、视网膜色素变性等系列症状，且各种症状出现的时间和严重程度在不同个体间差异较大。

4.CISD2 基因：CISD2 编码Eris 蛋白，该蛋白质在胰腺、大脑和其他组织中表达，并在维持内质网与线粒体之间的结构完整性和功能方面发挥着重要作用，同时在调节葡萄糖稳态和胰岛素敏感性方面也起着重要作用[21]。该基因致病性变异可导致Wolfram 综合征2 型。

总之，儿童单基因糖尿病的致病关联基因不仅涉及胰岛细胞的早期分化过程，也与胰岛细胞的功能调控完整性有关。不同的基因致病性变异除导致糖尿病外，往往还伴有其他不同的临床表现，如听力、消化吸收、肝肾功能、骨骼发育、神经发育等多系统多器官的异常，因此临床医师诊断单基因糖尿病时必须全面评估、检查器官形态和功能的完整性。

儿童单基因糖尿病的临床表现

儿童单基因糖尿病的临床表现复杂多样，以糖尿病为主，常伴有胰腺外症状，如小于胎龄儿（产前宫内胰岛素不足而导致生长受限）、多囊性肾病（HNF1B 和GLIS3）、神经发育障碍（KCNJ11、NEUROD1、PTF1A 和IER3IP1）、免疫失调（FOXP3）、甲状腺功能减退（GLIS3）、耳聋（WFS1、ALMS1、NKX2-2 和SLC19A2）、骨骼畸形（EIF2AK3）、色素多毛症（SLC29A3）、肝功能障碍（EIF2AK3 和SLC2A2）、视觉异常（WFS1、ALMS1、NKX2-2 和PAX6）、巨细胞性贫血（SLC19A2）、心脏畸形（GATA4 和GATA6）、尿崩症（WFS1）、腹泻（FOXP3 和NEUROG3）、肠闭锁（RFX6）、胆汁淤积症（RFX6）等[22]。

由于致病基因不同，患者的预后间往往差异较大。如GCK 基因突变的患儿，在适当控制饮食后，可不经药物治疗而长期相对健康地存活；部分基因如FOXP3 致病性变异，若未能早期识别并及时进行免疫调控或者进行干细胞移植治疗，患儿则可在婴儿期死亡；部分基因，如WFS1 出现致病性变异，患者可在中年期死亡。

单基因糖尿病的基因诊断及检测策略

一、需进行分子检测的患儿

儿童单基因糖尿病是由一个基因缺陷引起的，可呈显性、隐性或非孟德尔方式遗传，或可能由于新生变异而表现为自发性病例[2]。采用分子遗传学检测可以确诊儿童单基因糖尿病，并在早期明确类型。总结笔者的临床经验，对于以下几类患儿，需要进行分子遗传学检测[2,23-24]。①出生后6 个月内即出现糖尿病（1 型糖尿病在这个年龄极为罕见）；②出生后6～12 个月内被诊断为NDM，但糖尿病相关抗体阴性；③患儿合并其他胰腺外病变特征，如先天性心脏病、胃肠道缺陷、脑畸形、视力及听力异常、严重腹泻、肾发育异常或其他自身免疫性疾病；④新生儿期出现高胰岛素性低血糖症；⑤患儿体型不肥胖且无代谢紊乱，同时糖尿病抗体阴性，临床表现缺乏1 型或2 型糖尿病典型特征，但有明确的糖尿病家族史；⑥稳定、轻度的空腹血糖升高（5.5～8.5 mmol/L），糖化血红蛋白稳定在5.6%～7.6%之间，尤其是非肥胖者；⑦诊断糖尿病5年后，仍保持β 细胞功能，胰岛素需求量低，血液或尿液中仍能检测到C 肽；⑧不寻常的脂肪分布，如中央脂肪堆积，四肢脂肪缺乏或肌肉发达。

二、诊断策略

识别单基因NDM 相对容易，因为唯一需要进行鉴别的疾病是1 型糖尿病，但在出生后6 个月内即发生1 型糖尿病的情况非常罕见。因此，对于出生后6 个月内诊断为糖尿病的患者均应进行基因检测。对于出生后6～12 个月内诊断为糖尿病的患者，建议重点检测KATP 基因，如确为该基因致病性变异导致的糖尿病，可采取磺脲类药物进行个体化治疗，以改善长期血糖控制。

当患者不符合常见的1 型或2 型糖尿病表现时，应考虑单基因糖尿病的可能，特别是当患儿有糖尿病家族史或胰腺外症状时，更应进行基因检测。儿童单基因糖尿病诊断流程及分析策略见图1。

图1 儿童单基因糖尿病诊断分析策略

儿童单基因糖尿病个体化治疗

胰岛素治疗适合所有儿童单基因糖尿病，但在有明确致病基因的情况下，可以根据儿童单基因糖尿病的具体病因进行个体化治疗。临床相对常见且管理治疗较为成熟的疾病如下。

一、KATP 基因变异（KCNJ11 和ABCC8 基因变异）

90%以上的KATP 基因变异患者在使用高剂量磺酰脲类药物后，可停止胰岛素治疗[25]。与胰岛素治疗相比，磺酰脲类药物治疗能长期、显著地改善其血糖控制情况。一般应用格列苯脲的剂量为0.5 mg/（kg·d），最大剂量可达2.3 mg/（kg·d）[国际儿童青少年糖尿病协会推荐]。早期磺酰脲类药物疗法有助于KCNJ11 突变患者的神经及认知功能发展（改善智力、视觉及注意力缺陷，改善粗大和精细运动技能）[26]。

二、IPEX 综合征（FOXP3 基因突变）

造血干细胞移植是目前治疗IPEX 综合征最成功的方法。在疾病早期，患儿出现自身免疫损伤进展和免疫抑制不良反应之前，进行造血干细胞移植效果最好。对于那些没有条件进行造血干细胞移植的患儿，则可以考虑接受免疫抑制剂治疗和长期支持治疗[27]。

三、Rogers 综合征（SLC19A2 基因变异）

Rogers 综合征也称硫胺素反应性巨幼细胞性贫血症，采用口服维生素B1治疗[通常剂量为25～200 mg/d，即1～4 mg/（kg·d）]能控制患儿的血糖和贫血，但不能预防其感觉神经性听力损伤[28]。

四、GCK 基因变异

GCK 基因变异导致葡萄糖刺激的胰岛素分泌设定值升高，该类患者不需要胰岛素治疗或口服药物，对饮食和锻炼有反应，且很少有糖尿病并发症[29]。

五、HNF1A 和HNF4A 基因变异

HNF1A 和HNF4A 基因变异患者对磺酰脲类药物非常敏感，仅需要低剂量磺酰脲类药物治疗。将胰岛素治疗转变为磺酰脲类药物治疗可改善患者的糖化血红蛋白水平[29]。

小结和展望

儿童单基因糖尿病诊断和治疗领域正迅速发展。过去十余年基因检测技术特别是第二代测序技术的快速发展，极大促进了跨学科临床管理的发展，提高了患者及其家属的整体生活质量。单基因糖尿病的基因诊断对于优化患者的治疗选择非常重要，如检出ABCC8 基因致病性变异可以使80%以上的患者从胰岛素注射治疗转变为磺酰脲类药物口服治疗，不仅减轻了患者的痛苦，且改善了血糖控制情况；而另一些患者如GCK 基因突变则完全不需要治疗。基因诊断方面的持续努力可能有助于揭示糖尿病致病机制的秘密。在不久的将来，基因编辑和诱导多能干细胞领域的进展甚至可以“治愈” 某些只涉及高血糖的单基因糖尿病，例如与INS 相关的糖尿病。上述研究进展可能会为单基因糖尿病患者及其家人带来更好的治疗。