型糖尿病遗传学_ 预防和治疗的未来前景课件

2型糖尿病遗传学 预防和治疗的未来前景 Homo stupidus Homo sapiens 1. 糖尿病: 我们是否清 楚地认识到这个词的 意义？ 2. 我们现在是否知道非 自身免疫性糖尿病的 遗传学知识 3. 2型糖尿病的未来预 测、预防和治疗 好医生医治疾病， 而伟大的医生医治病人 William Osler slide 4 公元1世纪Aretaeus 将这种疾病命名为“diabetes” Areteaus （卡帕多西亚 公元81- 133年） 命名 ”diabetes”，意思是 浪费或虹吸作用 Ref: AM Ahmed, History of Diabetes Mellitus, Saudi Med J, 2002 Thomas Willis在1675年再次发现 尿液中有甜味后加上了“mellitus”( 甜蜜)这个词 1776年， Dobson 证实了尿中有 甜味的原因是尿中含有糖 早在公元前1550年 ，埃及的纸草书中就 有对这一疾病的记载 slide 5 1936年 Himsworth指明 1型和2型糖尿病的区别 1889年 Mering 和 Minkowsk 发现了胰腺在糖尿病发病机 制中的作用 1921年Banting 和 Best 成功 分离出了胰岛素并于1922年 应用于临床 上世纪50年代研制 了第一种口服降血 糖药 Himsworth 区分出了胰岛素 敏感性和非胰岛素敏感性糖 尿病 Ref: HP Himsworth, Diabetes Mellitus, Lancet, 1936 slide 6 2010年糖尿病主要分型所占比例 10 1-2% 1-5% 75 非自身免疫性糖尿病的遗传学 PPARG KCNJ11 PNDM genes KCNJ11 ABCC8 INS Other rare syndromes MODY genes HNF1A HNF4A GCK IPF1 HNF1B NEUROD1 CEL TCF7L2 WFS1 IGF2BP2 CDKAL1 CDKN2A FTO SLC30A8 HHEX HNF1B CDC123 JAZF1 TSPAN8 ADAMTS9 NOTCH2 THADA KCNQ1 MTNR1B IRS1 GCK GCKR DGKB PROX1 ADCY5 等位基因频率 (%) 效应 大小 (OR) 0.1% High Low 1.1 1.5 3.0 50 Modest Inter- mediate 非常 罕见 罕见少见常见 0.5%5% and many more 罕见，插入突变 有利于罕见病例的个体预测 但相对于群体来说相当罕见 常见，但单核苷酸多态性的外显率低 对个体疾病预测的影响较小 根据遗传病因学，各型糖尿病的发病年龄 Gloyn MIDD: 母系遗传性糖尿病伴耳聋 病例 临床诊断为糖尿病的2月龄女孩 女孩 3/3, 出生年龄39周零6天, 生于2003年 出生体重 3,290 g, 出生身长 52 cm 2月龄时诊断为糖尿病 血糖值: 48 mmol/l, 酮症酸中毒; pH: 6.86. 用胰岛素泵治疗: 0.5 IU/kg/day. 血糖监测：白天 12 次， 晚上1-2次 2006年10月 (3.9 岁) 予以胰岛素 0.5 IU/kg/天 ， 代谢状况良好 (HbA1C 7.0 % DCCT) 遗传学检测前的代谢状况 自身抗体阴性 (抗GAD) C-肽14 pmol/L 血糖 6.1 mmol/l HbA1C 7.0 % DCCT 体重20 kg 遗传学检测提示编码KIR6.2的基因KCNJ11 有位点突变（Arg201His） 改用磺脲类促泌剂（格列苯脲）治疗 应用磺脲类治疗前的代谢状况： 自身抗体（抗GAD)阴性 C-肽 14 pmol/L, 血糖 6.1 mmol/l HbA1C 7.0 % (DCCT) 体重 20 kg 遗传学检测后的治疗方案： 格列苯脲0.35 mg/kg/day x 2 (14 mg/day ，2007-01) 一周后终止胰岛素治疗 磺脲类药物治疗后的代谢状况 C-肽 1,585 pmol/l, 血糖 3.1 mmol/l HbA1C 6.2 % (DCCT) 在Viborg 医院，将胰岛素改用口服磺脲类药物 （格列苯脲）治疗后的情况 Hospital record data from Viborg Hospital 胰岛素 (IU/day) 格列苯脲 (mg/day) 空腹血糖 (mmol/l) 2006 激活 KCNJ11 (Kir6.2)突变 糖化血红蛋白水平的降低与治疗方案的转变（将胰岛素改为磺脲类药 物治疗）有关 Pearson E, N Engl J Med 355 (2006) 467-477 病例: 34 岁男性， 1970年3个月龄时诊断为糖尿病 1970年3个月龄时在新西兰诊断为糖尿病, 而后一直用胰岛素治疗 2000年移居至丹麦. 2004年转诊到SDC 胰岛素治疗方案: 10+12+10 IU 短效, 20 IU 中效 合并症: 视网膜病变 两个孩子分别在3个月龄和4个月龄时诊断为糖尿病 2004年检查时的代谢状况 自身抗体(抗GAD) ? s-C-肽 14 pmol/L 血糖 23.1 mmol/l HbA1C 9.5 % DCCT BMI 24 kg/m2 一个奇特的新生儿糖尿病基因 胰岛素前体的异常折叠 可能会导致内质网应激和细胞凋亡 PNAS 2007;104:15040-15044 初诊为 PNDM, MODY 或T2D 的患者中，有些可能是INS 突变引起的 Gln Modified from cgidoi10.1073pnas.0707291104 p. 15042 fig. 2 His Tyr PNDM MODY T2D 新生儿糖尿病的遗传学病因 基于 400 个英国病例 Lancet 362:1275-1281, 2003Lancet 362:1275-1281, 2003 Hattersley MIDD: 母系遗传性糖尿病伴耳聋 根据遗传病因学，各型糖尿病的发病年龄 slide 20The Steno Advanced Update Course 疾病的遗传特征 孟德尔遗传法则 多因子遗传 欧洲白人中的 青壮年糖尿病 (15-30 岁) “糖尿病的诊断具有特异性” 1型 遗传性综合征 MODY 2型 在亚洲，青少年期起病的糖尿病患者，他们的在亚洲，青少年期起病的糖尿病患者，他们的 临床和生化学特征具有异质性，临床和生化学特征具有异质性， 他们中经典的他们中经典的1 1型糖尿病相对不常见型糖尿病相对不常见 Diabet Med 21:1007-1013, 2004 “糖尿病的诊断具有特异性” 2型 1型 MODY 遗传方式不明的糖尿病 中国人中的 青壮年糖尿病 (15-30 岁) 青少年中的成年发病型糖尿病 (MODY) 单基因遗传糖尿病 常染色体显性遗传 至少两代家族发病史, 理论上为3代的家族史 诊断年龄常 3-5 年 后不可测测 血脂 正常(MODY3: HDL 1.2 mM; hsCRP 低) HDL 低 TG 高 正常 slide 41The Steno Advanced Update Course Tunesia Oct 2010 诊断 MODY 总结 用诊断标准、临床资料以及 非遗传性检查 来初步判 断 遗传学检测来确诊: 判定 MODY, 确定亚型，从而有助 于指导患者治疗和判断预后。 但是.相当贵! 建议只在此项检测有可能改变治疗方 案的基础上才做 做哪一项基因的检测，应参考临床上考虑哪个基因的 可能性大，行检测前应讨论每个病例 在不久的将来，生化标志物有可能来指导诊断。 slide 42The Steno Advanced Update Course Tunesia Oct 2010 青壮年糖尿病的诊断 不是靠单一临床标准或单一检查项目 需要多方面的考量 中心性肥胖的中心性肥胖的T2DT2D患者患者 ( (腰围腰围/BMI)/BMI) 周围性肥胖的周围性肥胖的T2DT2D患者患者 ( (BMI/BMI/腰围腰围) ) 偏瘦的偏瘦的T2DT2D患者患者 LADALADA（成人迟发性自身免疫糖尿病）（成人迟发性自身免疫糖尿病） 家族相关性家族相关性 T2DT2D 早发性早发性T2DT2D 筛查检测出的筛查检测出的 T2DT2D 诊所新诊断的诊所新诊断的T2DT2D 2型糖尿病 (T2D): 我们是否真的知道我们在谈什么? 每个T2D个体的病因是独特的 而且一些特殊的T2D类型也可能存在 遗传易感性包括多种罕见以及常见的易感基因 我们所有人都含有多种易感基因 2型糖尿病的发生是多因素相互作用而决定的，主要包括易 感基因、在个体胎儿期及出生后的成长、成熟、衰老过程中 的各种环境因素、以及突变对这些环境因素的敏感性等 2型糖尿病是一种同时受遗传学和生活方式 影响的复杂病 遗传易感性 T2D 胰岛素抵抗胰岛素缺陷 肥胖 基因-基因和 基因-生活方式 的相互作用 并发症和 早期死亡 生活方式 非自身免疫性糖尿病遗传学研究的前景展望 分子遗传学知识的增加 个体化治疗和预防 基因-生活方式 相互作用关系的 进一步了解 糖尿病更完善的 分类和遗传药理 学的发展 基因预测的 个体化 新药作用 靶点 新药 非自身免疫性糖尿病的遗传学 PPARG KCNJ11 PNDM genes KCNJ11 ABCC8 INS Other rare syndromes MODY genes HNF1A HNF4A GCK IPF1 HNF1B NEUROD1 CEL TCF7L2 WFS1 IGF2BP2 CDKAL1 CDKN2A FTO SLC30A8 HHEX HNF1B CDC123 JAZF1 TSPAN8 ADAMTS9 NOTCH2 THADA KCNQ1 MTNR1B IRS1 GCK GCKR DGKB PROX1 ADCY5 Allele frequency (%) Effect size (OR) 0.1% High Low 1.1 1.5 3.0 50 Modest Inter- mediate Very rare RareLow frequency Common 0.5%5% and many more 复杂病的遗传学研究: 科技的进步带动研究的进展 single variant (100 SNPs; 103 genotypes) detailed study of individual genes (102 SNPs; 105+ genotypes) regional studies (104 SNPs; 108 genotypes ) genome-wide association (106 SNPs; 1010 genotypes) 20052005 20072007年全基因组关联年全基因组关联 全基因组（GWA）相关分析概述 Type for /500,000 SNPs 获得全基因组关联的强度的信息 (within limits of sample size, allele frequency, LD etc) 验证单个病例的基因信息，然后做联合分析 By courtesy of /diabetes/ 目前全基因组学已成功测序了目前全基因组学已成功测序了389389，000000个个 核苷酸多肽性核苷酸多肽性 Biologic candidate approach Positional cloning Hypothesis-free approach SLC30A8 CDKAL1 IGF2BP2 CDKN2A FTO HHEX WFS1 TCF2 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.00 Risk of diabetes (Odds ratio) 与2型糖尿病相关的37个易感基因 -全基因组关联研究 它们每个基因都很常见，但是这些基因仅使2型糖尿病发生的风险增加 5-35% 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 200620072008 2009 TCF7L2 KCNJ11 PPARG MTNR1B THADA NOTCH2 CAMK1D ADAM30 JAZF1 ADAMTS9 TSPAN8 KCNQ1 2010 DUSP9 CENTD2 TP53INP1 CHCHD9 HNF1A HMGA2 ZFAND6 PRC1 KLF14 PROX1 ZBED3 DGKB GCK GCKR ADCY5 BCL11A KCNQ1 IRS1 FTO PPARG IRS1 ADAMTS9 GCKR KLF14 CDKAL1 C2CD4A 2型糖尿病不同易感基因的功能评估 TCF7L2 WFS1 KCNQ1 Undetermined: 对空腹血糖进行 相关荟萃分析后发现 G6PC2 GCK MTNR1B GCKRDGKB PROX1 ADCY5 SLC2A2 GLIS3 ADRA2A MADD FADS1 CRY2 FAM148B SLC30A8 TCF7L2 5个已知的FGP基因 Dupuis et al, Nat Genet online Jan 17th 2010 2个确定的T2D基因 9个新型的基因 slide 54The Steno Advanced Update Course 16个易感基因对非糖尿病人群空腹血糖的综合影响 易感基因的个数 空腹血糖 (mmol/l) 22 5.0 6.0 个体数 0200600800 每个易感基因增加: 0.04 mmol/l (p=10-17) 5.5 400 slide 55The Steno Advanced Update Course 常见变异解释了一般人群中代谢表型变异的一小部分 占总数: 4-6% 占遗传学: 8-12% 空腹血糖遗传度 30-40% slide 56The Steno Advanced Update Course 临床医师的观点! slide 57The Steno Advanced Update Course 基于遗传学信息，利用ROC曲线来预测2型糖尿病 Thomas Spars et al. Diabetologia, 2009 0.00.81.0 0.00.81.0 假阳性率 (1-特异性) 真阳性率（ 敏感性) 25 个基因变异: AUC = 0.62 临床有用的试验: AUC 0.8-0.9 根据随机: 曲线下面积 (AUC) = 0.5 完美试验: AUC = 1 基于对9000名丹麦人的病例对照研究 TCF7L2的变异影响患者对磺脲类药物的反应 易感基因的携带者不太可能 对磺脲类药物有反应，因为应用后无效的相对危险度比值比（OR ）为1.95 (95% CI 1.233.06; P 0.005), comparing rs12255372 T/T vs. G/G Diabetes 56:21782182, 2007 心血管-代谢作用特征相关的大量已证实的常见变异 空腹血糖 16 loci 血脂水平95 loci 心血管疾病18 loci BMI 或肥胖症36 loci 高血压14 loci 基因和突变的原因常常是未知的 2型糖尿病 37 loci 常见变异对个体的影响较小 已知的变异揭示了 2-10 %遗传学病因 变异大多对疾病的鉴别诊断和预测 无临床价值 这些疾病的这些疾病的90%90%以上的遗传特性以上的遗传特性 仍未有解释仍未有解释 另外的常见的易感基因另外的常见的易感基因? ? 基因基因- -环境的相互影响环境的相互影响? ? 基因基因- -基因的相互影响基因的相互影响? ? 拷贝数的变异拷贝数的变异 实验胚胎学实验胚胎学? ? 2 2型糖尿病和肥胖症的型糖尿病和肥胖症的 “ “遗传信息不清遗传信息不清” ”的方面的方面 罕见突变的假说罕见突变的假说 复杂疾病的遗传特性在一定程度上是复杂疾病的遗传特性在一定程度上是 由于多个罕见突变的累加效应由于多个罕见突变的累加效应 罕见的易感基因罕见的易感基因 下一个前沿下一个前沿 罕见的易感基因罕见的易感基因? ? 相对风险：罕见变异是相对风险：罕见变异是3.83.8，常见变，常见变 异是异是1.31.3 罕见变异是在人类进化过程中新出罕见变异是在人类进化过程中新出 现的，具有总体特异性现的，具有总体特异性 哪些遗传特性还没有搞清楚? PPARG KCNJ11 PNDM genes KCNJ11 ABCC8 INS Other rare syndromes MODY genes HNF1A HNF4A GCK IPF1 HNF1B NEUROD1 CEL TCF7L2 WFS1 IGF2BP2 CDKAL1 CDKN2A FTO SLC30A8 HHEX HNF1B CDC123 JAZF1 TSPAN8 ADAMTS9 NOTCH2 THADA KCNQ1 MTNR1B IRS1 ? ? GCK GCKR DGKB PROX1 ADCY5 等位基因频率 (%) 效应 大小 (OR) 0.1% High Low 1.1 1.5 3.0 50 Modest Inter- mediate 非常 罕见 罕见少见常见 0.5%5% Lundbeck 基金会 发起了 2型糖尿病和肥胖症 的基因组学研究 对2,000名丹麦人 行 基因组编码区的测序 (the exome) 以发现2 型糖尿病、肥胖症和 高血压病的风险因子 对200名祖居丹麦的人进行基因组编码区（约20,000 个基因 ）测序 ，发现了 约53,000 个新的变异体 （=数据库未收录的 ) Li et al., Nat Genet, online 03 oct 2010 1000 genomes project 目标: o 找出不同人种中出现频率 1% 的SNPs o 找出基因功能区变异体低至 0.1-0.5%的区域 o 检测结构变异体 对从不同种族选出来的这1000名人进行完整的基因组测序 与全世界的几个测序中心合作 研究中的前期部分数据已发表在 20个常见风险变异 AUC 0.62 需要用大量的风险变异来预测2型糖尿病 一项模拟性研究 0.00.81.0 0.00.81.0 真阳性率 (1-特异性) 假阳性率（ 敏感性) 175 个常见和罕见 的风险变异 AUC 0.85 50 SNPs: OR 1.10, MAF 0.25 50 SNPs: OR 1.15, MAF 0.25 25 SNPs: OR 1.5, MAF 0.02 25 SNPs: OR 2.0, MAF 0.01 25 SNPs: OR 3.0, MAF 0.005 Grarup, unpublished 总结 可疑的单基因糖尿病的遗传学检测 o 改变治疗方案 o 更好预防糖尿病并发症 o 有利于遗传咨询 遗传学检测是有前提的 o 6个月龄以前起病的患者 o 起病早且伴GAD65 抗体阴性 以及有阳性家族史的患者 已找到许多会增加普通2型糖尿病发病率的遗传学变异（但是) o 不能预测2型糖尿病 o 不能指导治疗方案的选择 Thanks! The Group at SDC/HRI Oluf Pedersen Niels Grarup Ehm Anderson Camilla Andreasen Trine Nielsen Thomas Spar