2型糖尿病相关基因多态性
发表时间：2010-04-06 浏览次数：575次
作者：龙璐 王平芳 作者单位: 410011 湖南长沙，中南大学湘雅二医院内分泌代谢研究所 【摘要】 2型糖尿病是一种多基因遗传性疾病，其遗传表型具有很大的异质性，研究2型糖尿病的基因多态性一直是 人类基因研究的主要任务。近年来对过氧化物酶增殖物激活受体（PPAR）、PPAR-γ共刺激物-1（PGC-1）、胰岛素受体 底物等的基因多态性进行了更为全面的研究。同时，2型糖尿病是许多具有不同功能的突变基因共同作用的结果，每个突 变基因仅产生轻微的表现，基因不能从根本上决定2型糖尿病的发生，而是提供了环境因素发挥作用的基础。
【关键词】 2型糖尿病;胰岛素抵抗;基因多态性 2型糖尿病的病因遗传学一直是人们所关注的课题， 近年来由于分子生物学技术的飞速发展，基因多态性方面 的研究更是具有突破性的进展。2型糖尿病的遗传因素包 括胰岛素抵抗和胰岛B细胞功能缺陷两方面，但二者中何 为始动或者关键因素目前尚不清楚，现就此综述如下。
1 与胰岛素抵抗有关的基因多态性
1.1 过氧化物酶增殖物激活受体（PPARs）基因 PPARs 家族包括PPAR-α、PPAR-β和PPAR-γ，3种类型 PPARs 分别由独立的基因编码。其中，PPAR-γ能调节体 内多个脂肪细胞特异性基因的转录，参与调控脂肪细胞分 化、脂类和糖类的代谢、单核/巨噬细胞激活及肿瘤细胞分 化等过程。人的PPAR-γ基因定位于染色体3p25，接近 RARβ（3p24）及TRβ（3p21）区，位于基因的一侧为多形标 志物D3S1259及D3S1286，与基因的遗传和连锁有关。
PPAR-γ的同形异构体（PPARγ、γ2、γ3）由5′端不同的剪 切顺序产生PPAR-γmRNA。PPAR-γ2由8个外显子编 码，PPAR-γ3由7个外显子编码。人类γ2 基因较γ1 基 因5′端多84 个核苷酸，对应其编码的蛋白质N 端多28 个 氨基酸，是物种间相对保守的氨基酸序列，因此，两者的功 能是基本一致的。目前对人类PPAR-α和PPAR-β的基 因结构的研究较少。 目前发现PPAR-s基因有多种突变，最常见的是外显 子2的第12位密码子CCA-GCA突变，造成脯氨酸转变 成丙氨酸，即Pro12Ala多态性。PPAR-γ2的氨基端含有 一个不依赖于配体而依赖于胰岛素的活化区域，Pro12Ala 即位于该区域，可引起蛋白质构象的改变，从而影响其活 性。但是，携带A等位基因与2型糖尿病之间是否存在确 定的关联现在仍有争论，研究结果的不同可能是由于研究 的种族、对象、样本数、临床观察变量、检测方法以及环境因 素等原因造成的。有研究表明，PPAR-γ基因Pro12Ala突 变能降低LPL的活性而影响TG的清除，在肥胖个体中尤为突出［1］ ，可能因为肥胖者脂肪数目增多及体积增大，含 有较多异构体的脂肪组织，所以突变对血脂的影响仅在肥 胖状态下显现，表现为TG增高，高密度脂蛋白胆固醇 （HDL-C）降低。也有研究发现PPAR-γ2的Pro12Ala基 因突变导致PPAR-γ转录活性下降，从而使某些脂肪细胞 来源因子的生成和释放发生改变，一方面是游离脂肪酸、肿 瘤坏死因子TNF-α和抵抗素的释放增加;另一方面脂联 素释放减少，这些都导致胰岛素敏感性降低，从而促使2型 糖尿病的发生。但亦有研究发现PPAR-γ 的Pro12Ala基 因多态性可能与低体重指数（BMI）和胰岛素敏感性增高有 关，可能有延缓2型糖尿病发病的作用。Kudo等 ［2］ 研究发 现TNF-α可在脂肪分化的早期阶段，通过抑制C/EBP-δ 的表达及其DNA的结合而抑制PPAR-γ2的基因转录，从 而阻碍脂肪细胞的分化和诱导胰岛素抵抗的发生。然而， Kolehmainen M等 ［3］ 对30名肥胖患者（10名男性和20名 女性）提取脂肪组织样本，其中Ala12等位基因表达率为 13.3%（8位Pro12Ala和22位Pro12Pro），不同基因型之间 没有显著的体重差异，表明PPAR-γ2的Pro12Ala基因多 态性对于肥胖个体脂肪组织中PPAR-γ靶基因的mRNA 表达仅有较小的作用。由此可见该多态性的复杂性。
1.2 PPAR-γ共刺激物-1（PGC-1）基因 PGC-1是 PPAR-γ的转录促进子，PGC通过调节骨骼肌的葡萄糖转 运子4（GLUT4）的表达和调节肝糖异生，对胰岛素敏感性 起重要作用。对糖尿病患者骨骼肌样本的基因分析发现， 维持正常氧化代谢和线粒体功能的一些关键酶的基因表达 明显减少，而这些基因表达受转录因子NFR-1和PGC-1 的调节，可见PGC-1是协调能量代谢和基因转录的关键 因子 ［4］ 。处于寒冷、禁食或者长时间运动这些高耗能的状 态时，PGC-1表达增加。同时，PGC-1的过度表达能够增 加细胞核和线粒体内与氧化代谢有关的编码基因表达，并 且还可促进线粒体的生物合成 ［5］ 。Semple RK等 ［6］ 发现在 病理性肥胖患者的脂肪组织中，PGC-1的基因表达明显减 少。在对日本和丹麦糖尿病患者的研究中发现，PGC-1自 身的基因多态性是引起糖尿病的一个危险因素 ［7，8］ 。有研 究证明PGC-1基因多态性可引起脂肪氧化和胰岛素分泌 的下降 ［9］ 。Wang Max等 ［10］ 发现胰岛素抵抗与PGC-1基 因T612M的多态性有关。
1.3 胰岛素受体底物-1（IRS-1）基因和胰岛素受体底 物-2（IRS-2）基因 IRS-1是胰岛素受体（IR）酪氨酸激 酶的主要底物，连接酪氨酸磷酸化的IR与下游胰岛素信号 转导通路，是胰岛素信号传导的关键因子，并且已有报告指 出IRS-1的基因突变在2型糖尿病的易感性中起重要作 用。已发现有几种IRS-1基因多态性，这些置换的氨基酸 位于靠近酪氨酸磷酸化的位置，在2型糖尿病患者的发生 频率高于非糖尿病人群。同时，体内存在与肥胖有关的对 胰岛素信号传导过程有毒性作用的因子如肿瘤坏死因子 （TNF-α），基因突变使（IRS-1）对这些毒性因子的敏感 性增高，IRS-1的丝氨酸磷酸化程度增高，减低了胰岛素 受体的活化，从而影响了胰岛素信号的传导。Kovacs ［11］ 等 在对非糖尿病患者的比马印第安人活组织切片的基因分析 中发现:与瘦者相比，肥胖者的IRS-1 mRNA水平降低（ P < 0.05）;与对胰岛素敏感的个体相比，胰岛素抵抗个体骨 骼肌的IRS-1 mRNA水平下降（ P < 0.05）。结合已知 IRS-1的生理作用，推断在比马印第安人中，IRS-1基因 是2型糖尿病的候选基因。 用基因敲除技术研究发现，IRS-2-/-的小鼠同时具 有B细胞胰岛素分泌缺乏及外周胰岛素抵抗，因而认为 IRS-2的基因突变可能参与2型糖尿病的致病过程。Gri- gorescu等 ［12］ 研究证明IRS-2的复合单倍体与肥胖有关， 并且显示其对胰岛素的分泌有直接影响。Renstrom ［13］ 等研 究发现在葡萄糖和胰岛素诱导的胰岛素抵抗中，基因表达 水平上呈现IRS-2而不是IRS-1的缺损。Okazawa K 等 ［14］ 对日本地区2型糖尿病患者研究发现，IRS-2的核苷 酸多态性是糖耐量异常和2型糖尿病患者胰岛素敏感性的 决定因子，对于2型糖尿病患者，IRS-2的D1057等位基 因能够增加肥胖个体胰岛素抵抗的危险性。
2 与胰岛B细胞功能缺陷有关的基因多态性
2.1 葡萄糖转运子-2（GLUT-2）基因 葡萄糖转运子- 2和葡萄糖激酶是葡萄糖传感系统的关键因子，调控着多 个关键反应步骤。GLUT-2的2种突变分别为Val 1971 Ile和Thr 110 Ile。当Val 1971 Ile突变的基因在卵母细胞 表达后，这种细胞的葡萄糖转运功能丧失。Roncero等 ［15］ 发现在下丘脑弓状核等多个大脑区域有GLUT-2和葡萄 糖激酶mRNAs的表达，餐后血糖的升高可能受有GLUT- 2和葡萄糖高表达的特殊下丘脑神经元调控，认为GLUT 是催化葡萄糖分解代谢的限速步骤，而它本身受葡萄糖激 酶相关蛋白的相互作用。
2.2 胰岛淀粉样蛋白（IA）和胰淀素 胰岛淀粉样蛋白 （IA）在胰岛P细胞内沉积是2型糖尿病胰岛的病理学特 征，IA小灶一旦形成，IA原纤维就会通过直接的毒性作用 或挤占的方式，减少胰岛细胞的数量，继而造成胰岛素释放 的减少和血糖的逐步升高，同时高血糖本身通过刺激胰淀 素的合成增加这种恶性循环，导致IA的进一步发展和细胞 的破坏。IA的主要成分是胰岛淀粉样多肽（IAPP），即胰淀 素（Amlin）。胰淀素与胰岛素（Ins）共同存在于胰岛细胞分 泌囊泡中，生理量葡萄糖刺激下与胰岛素同步分泌，是近年 来才被确认的一种具有生理活性的胰岛激素。研究发现， 胰淀素有胰岛细胞膜毒性作用，Janson等 ［16］ 在人和鼠的胰 岛细胞培养液中加入新鲜的人胰淀素，可致胰岛细胞膜空 泡样变性和细胞死亡。人胰淀素基因包含3个外显子和2 个内含子，有学者设想胰淀素的基因突变可能增加了IA沉 积的可能性从而导致2型糖尿病，但仍需进一步论证。 当然，与胰岛素抵抗或者胰岛B细胞功能缺陷有关的 遗传因素还有很多，比如:β肾上腺素能受体（β-AR）基 因、糖原合成酶（GS）基因、糖原相关蛋白磷酸酶-1 （PP1G）调节亚基基因、脂肪酸结合蛋白-2（FABP-2）基 因、瘦素和瘦素受体基因、解偶联蛋白（UCPs）基因、AC- RP30/脂联素、肝细胞核因子1a（HNF1a）、WFS1基因、内皮 型一氧化氮合酶（eNOS）基因、前胰岛素和胰岛素基因、 ATP敏感的K + 通道异常等。随着分子生物技术的迅速发 展，越来越多的基因多态性被发现，但是这其中的许多相关 基因尚不能被证明就是2型糖尿病的致病基因。目前认为 2型糖尿病是多个基因缺陷共同作用的结果，种族、民族、 群体和个体，缺陷基因数量的差异，基因所起的作用是否关 键，以及其组合情况的不同，导致了2型糖尿病的临床表现 呈高度异质性。
【参考文献】 1 Jochen S，Joerg K.The proline 12 alanine substitution in the peroxi- some proliferator-activated receptor gamma gene is associated with lipoprotein lipase activity in vivo.Didbetes，2002，51:867-870.
2 Kudo Masataka，Sugawara Akira，Uruno Akira，et al.Transcription suppression of peroxisome proliferator-activated receptor ［gamma］ 2 gene expression by tumor necrosis factor ［alpha］ via an inhibition of CCAAT/enhancer-binding protein ［delta］ during the early stage of adipocyte differentiation. Endocrinology，2004，145（11）: 4948-4956.
3 Kolehmainen M，Uusitupa MI，Alhava E，et al.Effect of the Pro12Ala polymorphism in the peroxisome proliferator-activated receptor （PPAR） gamma2 gene on the expression of PPARgamma target genes in adipose tissue of massively obese subjects. J Clin Endocrinol Metab，2003，88（4）:1717-1722.
4 Puigserver P，Spiegelman BM.Peroxisome proliferator-activated re- ceptor-gamma coactivator 1 alpha （PGC-1 alpha）: transcription- al coactivator and metabolic regulator. Endocr Rev，2003，24:78- 90.
5 Pilegaard H，Saltin B，Neufer PD. Exercise induces transient tran- scriptional activation of the PGC-1alpha gene in human skeletal muscle. J Physiol，2003，546:851-858.
6 Semple RK，Crowley VC，Sewter CP，et al. Expression of the ther- mogenic nuclear hormone receptor coactivator PGC-1alpha is re- duced in the adipose tissue of morbidly obese subjects. Int J Obes Relat Metab Disord，2004，28:176-179.
7 Ek J，Andersen G，Urhammer SA，et al. Mutation analysis of peroxi- some proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1 （PGC -1） and relationships of identified amino acid polymorphisms to type II diabetes mellitus. Diabetologia，2001，44:2220-2226.
8 Hara K，Tobe K，Okada T，et al. A genetic variation in the PGC-1 gene and insulin resistance. Diabetologia，2002，45:740-743.
9 Muller YL，Bogardus C，Pedersen O，et al. A Gly482Ser missense mutation in the peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 is associated with altered lipid oxidation and early in- sulin secretion in Pima Indians. Diabetes，2003，52:895-898.
10 Wang Max，Chu Audrey，Chuang LM，et al. Insulin resistance and the T612M polymorphism of the PGC-1 Gene. Diabetes，2003，52 （SUPPLEMENT 1）:A516.
11 Kovacs Peter，Hanson，Robert L，et al. The role of insulin receptor substrate-1 gene （IRS1） in type 2 diabetes in pima indians. Dia- betes，2003，52（12）:3005-3009.
12 Grigorescu，Floin，Lautier，et al. Complex haplotypes of IRS-2 gene are associated with obesity and reveal distinct effects on insu- lin secretion in obese and lean subjects. diabetes，2003，52 （SUP- PLEMENT 1）:A511.
13 Renstrom Frida，Buren Jonas，Eriksson，et al. Gene expression ex- plains IRS-2，but not IRS-1，depletion in glucose- and insulin -induced insulin resistance. Diabetes，2004，53 （SUPPLEMENT 2）:A315.
14 Okazawa K，Yoshimasa Y，Miyamoto Y，et al. The haplotypes of the IRS-2 gene affect insulin sensitivity in Japanese patients with type 2 diabetes. Diabetes Res Clin Pract，2005，68（1）:39-48.
15 Roncero Isabel，Alvarez Elvira，Chowen Julie A，et al. Expression of glucose transporter isoform GLUT-2 and glucokinase genes in human brain. Journal of Neurochemistry，2004，88（5）:1203- 1210.
16 Janson J，Richard AS. The mechanism of islet amyloid polypeptide toxicity is membrane disruption by intermediate-sized toxic amy- loid particles. Diabetes，1999，48: 491-498.
