1、冯冰虹教授,糖尿病的发病机制与药物治疗,相关分子生物学理论基础,遗传病,基因病,染色体病（0.54%）,单基因病（2.5%）,多基因病（18.0%）,指生殖细胞或受精卵的遗传物质发生突变或畸变所引起的疾病。,多基因病是一种异质性疾病，是遗传因素和环境因素相互作用而形成的一种特殊生命过程，伴组织器官形态、代谢和功能的改变。其中遗传因素即致病基因在决定该病中所起的作用的大小称为遗传率。遗传率高达7080%者遗传基础在决定发病上起着重要作用，而环境因素的影响较小；遗传率只占3040%或以下的疾病，则表明环境因素有重要作用，而遗传因素作用不显著；也有的环境因素与遗传因素都很重要，即遗传因素提供了产生疾
2、病的必要遗传背景而环境因素促使疾病表现出相应的症状和体征。,遗传因素,环境因素,染色体病,苯酮尿症,半乳糖血症,G6PD缺乏症,哮喘、精神分裂症,糖尿病（少年型）,冠心病,消化性溃疡,强性传染病,维C缺乏症,物理、机械、化学因素损伤,唇裂腭裂强直性脊椎炎高血压病,结核病,一、1型糖尿病, 分类（WHO1999） 自身免疫性 -胰岛细胞遭受自身免疫介导的毁损。发病高峰 在儿童和青春期,但是各年龄均可发病。大部分 新诊断1型糖尿病存在自身抗体 特发性 -呈1型糖尿病表现而无明显病因学发现，见于 非洲和亚洲部分人群,成人迟发自身免疫性糖尿病(LADA),属自身免疫性1型糖尿病起病年龄15岁以上，发病
3、6个月内无酮症发生发病时非肥胖胰岛细胞自身抗体(GAD抗体，ICA和/或IAA)阳性多具有1型糖尿病易感基因,1型糖尿病危险因素,背景人群0.4% 同胞的平均危险6% HLA-一致的同胞 12% 单亲患1型糖尿病母亲2-3%父亲5-7% 双亲均受累5-20% 单卵双胞胎 35-70% 终生累积发病率 0.9,T1DM发病率特点,世界不同地区发病情况差异巨大，以北欧国家最高，而东南亚国家则相对较低中国是世界上发病率最低的国家之一，1996 年 T1DM发病率为 0.5710万，全国约300万中国人口基数巨大，故1型糖尿病患者的绝对例数亦不少,约占糖尿病总人数的5%左右T1DM发病率有一定地域性和
4、季节性特点,1型糖尿病发病年龄,6个月以内婴儿很少发生1型糖尿病，发病一般 从9个月开始，随年龄增长，发病率逐渐升高 国外报道发病高峰年龄为12-14岁 我国11个地区调查结果显示10-14岁达高峰 成人1型糖尿病流行病资料尚缺,不能反映年龄 变化,年龄校正发病率（14岁以下人群）,1型糖尿病发病率 季节,春夏季节发病率低,冬秋季高,提示环境因素参与的可能性 一些国家或地区1型糖尿病发病呈“流行”趋势，是否与传染病流行有关?,1型糖尿病发病率-地域、种族,各种资料显示不同地区不同种族发病率差异很大，最低年发病率不足1.0/10万,最高为36.0/10万,相差30多倍在种族发病中白人儿童发病率最
5、高,黄种人发病率最低基因研究-DQA1和DQB1等位基因频率的不同可能决定了1型糖尿病的分布形式,0-14岁1型糖尿病发病率,IDF Diabetes Atlas 2003,中国儿童1型糖尿病发病率调查（WHO Diamond Project),我国根据WHO Diamond Project, 对15岁以下发病的1型糖尿病进行调查。结果：1988年到1995年期间我国儿童1型糖尿病的年发病率在0.19-1.26/10万，显著低于欧美国家同期结果,地区,调查年份（年）,发病年龄（岁）,年发病率/10万,高发年龄组（岁）,辽宁 1988-1995 0-14 0.19湖南 1989-1994 0-1
6、4 0.23 10-14山东 1989-1993 0-14 0.36 10-14福建 1989-1995 0-14 0.4 5-9天津市 1987-1991 0-14 0.54 10-14黑龙江 1988-1994 0-14 0.55 10-14吉林 1989-1994 0-14 0.56齐齐哈尔1989-1995 0-14 0.77上海市 1980-1991 0-14 0.72 1989-1993 0-14 0.96北京市 1988-1994 0-14 0.97新疆 1989-1993 0-140.47 (汉族) 1.26(维吾尔族),中国儿童1型糖尿病发病率调查 （WHO Diamond
7、Project),1型糖尿病的发病机制免疫损害,胰岛出现炎性浸润（胰岛炎）组织相容性抗原（HLA)的某些等位基因与1型糖尿病密切相关出现胰岛细胞自身抗原的抗体,（1）胰岛炎,（2）HLA,HLA位于6号染色体，含有超过200个基因，编码I型和II型分子II型分子基因位于HLA-DP, -DQ, 和DR，在巨噬细胞等抗原提呈细胞表达,其中DR、DQ位点的基因与1型糖尿病密切相关I型分子基因位于HLA-A, -B和 C，也发现有基因与T1DM相关,易感基因：HLA单倍型DRB1*0302-DQA1*0301，尤其是与DRB1*0201-DQA1*0501同时存在时，糖尿病发病风险增加1020倍保护
8、基因：DRB1*0602-DQA1*0102,我国1型糖尿病的HLA分型,HLA-DR3频率占55%，RR为7.89,一般人群中HLA-DR3占14%,说明HHL-DR3与T1DM高度相关(协和医院，1980）,（3）自身抗体,抗谷氨酸脱羧酶抗体（GAD65)：见于60-80新诊断的T1DM抗胰岛细胞抗体（ICA)：见于60-70的新诊断患者抗胰岛素抗体（IAA)：见于30-50发病年龄轻的患者，在较大年龄发病的患者中少见,检测自身抗体的意义,诊断1型糖尿病的标志预测T1DM的发病：决定因素为抗体的种类而非抗体滴 度 1型糖尿病的一级亲属，一种抗体阳性者5年发病率10，两种抗体阳性者5年发病率
9、50，三种抗体 阳性者发病风险高达6080已诊断为2型糖尿病患者中，抗GAD65抗体阳性占5 -10，抗IA-2抗体阳性占2-4，这些患者可能实际上是1型糖尿病,（4）细胞凋亡,正常胰岛有巨大的储备功能,只有胰岛细胞破坏耗竭80%-90%,临床才出现糖尿病症状细胞破坏主要是细胞免疫而非体液免疫的作用CD8细胞毒性T淋巴细胞直接识别b细胞表达的I类HLA分子，杀伤细胞CD4辅助性T淋巴细胞识别巨噬细胞等提呈的抗原，释放INF-g，TNF-a等细胞因子，间接杀伤细胞1型糖尿病是一种由T淋巴细胞介导的，以免疫性胰岛炎和选择性b细胞损伤为特征的自身免疫性疾病,细胞免疫导致细胞凋亡,1型糖尿病的发病机制
10、 遗传因素,1型糖尿病的单卵双胞胎发病一致率为30-50%，兄妹积累发病率20倍于无家族史人群父亲是1型糖尿病对子孙后代的影响比母亲更为显著迄今发现与1型糖尿病发病有关的基因位点已超过20个，其中HLA基因为主效基因，其余皆为次效基因没有单一基因可直接导致糖尿病,1型糖尿病是多基因、多因素的共同作用结果,1型糖尿病的发病机制 环境因素,目前认为病毒感染、牛奶蛋白和亚胺及化学物质的摄入是环境因素的导火索,1型糖尿病发病环境因素,病毒 细胞毒性物质 其他腮腺炎病毒 苯异噻二嗪 牛奶蛋白风疹病毒 噻唑利尿酮 精神应激柯萨奇病毒B4和B5 四氧嘧啶不良生活方式巨细胞病毒 链脲霉素脑心肌炎病毒 戊双咪
11、Vacor (CN-3吡啶甲基 N-P-硝基苯尿素),环境因素-病毒感染机理,主要有腮腺炎病毒、风疹病毒、巨细胞病毒及柯萨奇B4病毒等致病方式： 病毒进入细胞，直接迅速破坏 病毒进入细胞，长期滞流，使细胞生长 速度减缓，寿命缩短 病毒抗原在细胞表面表达，引发自身免 疫应答，细胞遭受自身免疫破坏（分子 模拟引起自身免疫）,Diabetes Metab Res Rev 2003; 19: 831,遗传易感性,启动加速调节,糖尿病前期,糖尿病,环境触发因素,体液免疫,细胞免疫,胰岛素1相分泌缺失,临床发病,细胞功能,100%,0%,时间,1型糖尿病的自然病程,二、2型糖尿病相关基因,1.胰岛素基因,
12、1.1胰岛素分子上的某一个氨基酸被代替，而此氨基酸对胰岛素的生物活性起关键性作用,1.2胰岛素原转换为胰岛素的过程中，正常的碱基残端被裂开,B52突变（苯丙氨酸 亮氨酸） INS一级结构改变- 受体结合障碍。,65位（精氨酸 非碱性氨基酸） 蛋白酶识别点消失 INS加工障碍胰岛素原在C肽和B链之间断裂 妨 碍受体识别,2.胰岛素受体基因,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,1,2,3,4 5 6 789,10 11,12 13,14 21,22,胰岛素结合区,富含半胱氨酸区域,选择性可剪切外显子,前受体胯加工区,酷氨酸激酶,信号肽,外显子,
13、胰岛素受体基因结构图,3.葡萄糖激酶基因,1b 1c,2,3,7 8 9,10,Exon,GCK结构示意图,4 5 6,1a,在少年起病成年型病人中发现了葡萄糖激酶（GCK）基因的改变及该酶活性下降，当属近年来2型糖尿病研究的一大突破。,血糖增高,GCK表达,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,胰岛素分泌,肝糖元合成,国内一项报道称，在起病早及/或伴明显家族史的常见型2型糖尿病中见到GCK内含子1b变异。距EX1及IN1拼接点第12个碱基呈现A T突变。未见编码区及拼接区有突变。可信的解释为这些突变在世代传递中经自然选择消除，以致在普通群体中少见，仅见于MODY者而非常见型2型糖尿病的主要病因。,4.糖原
14、合成酶基因,在周围组织对葡萄糖的非氧化摄取、合成糖原的过程中，糖原合成酶（GSY）基因产物起到重要作用。这一过程的受阻可引起周围组织对胰岛素的抵抗，常伴高血压，并常有明显的家族遗传倾向。,在2型糖尿病患者GSY基因中发现了双核苷酸复序列多态性（TG）。它位于19号染色体载脂蛋白C-2及富含组氨酸的钙结合蛋白基因之间，拥有10个等位基因，杂合度0.82，在2型糖尿病发病及胰岛素抵抗中的作用机制尚待进一步研究。,5.载脂蛋白基因群,糖尿病患者多合并有血脂和脂蛋白成分的异常，是引起糖尿病血管病变的一个重要危险因素。载脂蛋白（Apo）在脂类代谢中起重要作用，目前国际上已从分子生物学领域对Apo基因多态
15、性进行分析，发现了2型糖尿病与ApoA1、C3、B等基因相关联。研究最为深入的当属Apo-B。,Apo-B是乳糜微粒（CM）和低密度脂蛋白的主要载脂蛋白，主要有Apo-B100、Apo-B48 两种形式。前者的主要功能是结合和转运脂质，参与脂类代谢，它是肝脏合成和分泌富含甘油三酯的VLDL所必需的载脂蛋白。而后者在CM装配及分泌中起重要作用，它在小肠细胞的粗面内质网中合成后作为CM的主要蛋白质分泌入血。 人类Apo-B基因已被成功克隆，基因全长43Kb，位于2号染色体短臂末端（2p23），含28个内含子及29个外显子。基因转录起始位点上游有7kb长的AT富含区，可促进基因转录。3-端181kb
16、构成一种由1116bp重复排列的富含AT的超变异小卫星序列。另外，某些序列在重组中可成为潜在位点，当Apo-B基因存在缺陷时上述区域可成为突变区。,2型糖尿病与Apo-B基因的某些多态性有一定关联，且Apo-B基因的多态性方面存在种族差异。,6.线粒体tRNA基因,线粒体（mt)基因突变糖尿病是1992年以来发现的以母系遗传、血糖升高，多数伴耳聋为主要特征的特殊类型的糖尿病，占2型糖尿病发病率的0.5%1.0%。,Apo-B是乳糜微粒（CM）和低密度脂蛋白的主要载脂蛋白，主要有Apo-B100、Apo-B48 两种形式。前者的主要功能是结合和转运脂质，参与脂类代谢，它是肝脏合成和分泌富含甘油三
17、酯的VLDL所必需的载脂蛋白。而后者在CM装配及分泌中起重要作用，它在小肠细胞的粗面内质网中合成后作为CM的主要蛋白质分泌入血。 人类Apo-B基因已被成功克隆，基因全长43Kb，位于2号染色体短臂末端（2p23），含28个内含子及29个外显子。基因转录起始位点上游有7kb长的AT富含区，可促进基因转录。3-端181kb构成一种由1116bp重复排列的富含AT的超变异小卫星序列。另外，某些序列在重组中可成为潜在位点，当Apo-B基因存在缺陷时上述区域可成为突变区。,2型糖尿病与Apo-B基因的某些多态性有一定关联，且Apo-B基因的多态性方面存在种族差异。,三、药物治疗,胰岛素口服降血糖药糖尿
18、病微血管病变的治疗 1.醛糖还原酶 ( AR ) 抑制剂(ARI) 羧酸类：依帕司他 ( epa- lrestat )、 托瑞司他 ( to l restat) , 法地司他 ( f i darestat) 和Ranirestat ( AS -3201) ; 海因类：索比尼尔 ( sorbinil)、 甲索比尼尔 (met hosorb i n i l)等。,2.抑制糖化终产物( AGE) 的形成 氨基胍： 是一种最常用和公认的有效药物, 能与反应中期糖基化 Amodori产物上的羰基发生缩合反应, 阻止了Amodori产物进一步浓聚成大分子交联物 AGE s 。但由于氨基胍毒副作用较大, 故
19、临床应用受限。 OPB-9195： 一种四氢噻唑衍生物。 可抑制 AGE s形成、 阻断肾小球硬化及AGE s在肾小球中的沉积。,3.己糖胺途径(HBP)抑制剂 葡萄糖的很多调节效应是通过己糖胺途径 (HBP)介导的, 该途径关键酶谷氨酰胺: 6 -磷酸果糖转氨酶 ( G l uta m i ne : fructose -6 -phosphate am idotransferase , GFAT )被认为是一个潜在的糖尿病药物治疗的新靶点。 GFAT抑制剂, 现在还没有进入临床试验的新药。 中药大黄酸能够通过抑制细胞葡萄糖转运蛋白 1的功能, 抑制细胞糖代谢己糖胺通路的活性。,4.蛋白激酶 C
20、抑制剂 PKC-亚型主要参与糖尿病微血管病变的发病, Ruboxistauri n ( RS , 商品名: Arxxan, t先前称为 LY333531)是 PKC-特异的抑制剂。 多个随机、 双盲、安慰剂对照的临床研究表明, Rubox istauri n改善、 延缓甚至逆转糖尿病视网膜病变、 肾脏病变,并发现在引起疼痛性糖尿病神经病变的潜在神经损伤改善中起到显著作用。,5.抗氧化治疗 （1）维生素类 维生素E、 维生素 C和硫辛酸等;微量元素如锌、 钒和硒等; 大分子蛋白质,如谷胱甘肽过氧化物酶( GS H-PX )、 过氧化氢酶 CAT、 超氧化物歧化酶( SOD )和谷胱苷肽还原酶( GR)等。,（2） ADP -核糖基聚合酶( PARP)抑制剂 实验阶段。 （3） 其他 研究发现, 褪黑素(MLT)、 过氧化 物酶增殖体激活受体( PPAR s)激动剂、 他汀类药物及肾素- 血管紧张素系统 ( RAS)阻滞剂均有抗氧化作用。,问题思考： 我国糖尿病发病率不断上升，并发症是其重要的病死因素，如何防治？有什么新的解决办法？,
