ATP敏感性钾通道突变与新生儿糖尿病iDEND综合征*

邹颖颖，张吉翔

(1南昌大学医学院，2南昌大学第二附属医院消化内科，3江西省分子医学重点实验室，江西 南昌 330006)

ATP敏感性钾通道(ATP－sensitive K+channels，KATP)由SUR1和Kir6.2亚基组成，是葡萄糖刺激胰岛β细胞分泌胰岛素的关键部位。新生儿糖尿病iDEND综合征(intermediate developmental delay，epilepsy，and neonatal diabetes syndrome)是由 KATP通道突变引起的疾病。大多数KATP突变型新生儿糖尿病患者表现为单纯的糖尿病，然而有些新生儿糖尿病患者伴有生长发育迟缓和肌肉松弛，但无癫痫症状，称为新生儿糖尿病iDEND综合征。本文综述了KATP通道突变导致iDEND综合征的分子机制、临床表现和治疗方法。

1 新生儿糖尿病概述

新生儿糖尿病(neonatal diabetes mellitus，NDM)是一种罕见的特殊类型糖尿病，通常指出生后6月龄内发生的糖尿病，可分为暂时性新生儿糖尿病(transient neonatal diabetes，TNDM)和永久性新生儿糖尿病(permanent neonatal diabetes，PNDM)。2006年 Edghill等［1］研究证明出生后6个月内发生的新生儿糖尿病病因并非是自身免疫性Ⅰ型糖尿病而是单基因遗传病。暂时性新生儿糖尿病约占新生儿糖尿病的50%，其70%的病因是染色体6q24亲代印迹表达异常［2］;30%的病因是KCNJ11基因或 ABCC8基因激活突变(activating mutation)［3］。永久性新生儿糖尿病发病率约1/20万［4］，据报道迄今为止至少有13种不同基因突变可以引起永久性新生儿糖尿病，但最主要的病因是编码KATP通道亚基的KCNJ11或ABCC8基因激活突变［5］。这种KATP通道突变型新生儿糖尿病患者可以表现为单纯的糖尿病，或是其它综合征(DEND或iDEND综合征)。显而易见，iDEND综合征是KATP通道突变型永久性新生儿糖尿病的一种临床表型。

2 KATP通道突变和iDEND综合征

2.1 遗传学分析

胰岛β细胞上的KATP通道由内向整流型钾离子通道(Kir6.2)和磺脲类受体 (SUR1)组成，含有4个Kir6.2亚单位和4个SUR1亚单位。Kir6.2亚基由KCNJ11基因编码，形成钾离子通道;SUR1亚基由ABCC8基因编码，为调节亚基，调节Kir6.2亚基的开放或关闭。正常情况，胰岛β细胞分泌胰岛素主要由细胞外葡萄糖浓度调节。当葡糖糖浓度升高时，葡萄糖分子通过体内葡萄糖转运体2(GLUT2)进入胰岛β细胞内进行糖代谢，产生大量ATP，ATP/ADP比值升高，ATP与 KATP通道的 Kir6.2亚基结合，使KATP通道关闭，细胞内K+外流减少，细胞膜去极化，激活电压依赖性Ca2+通道，Ca2+内流及细胞内Ca2+浓度增高，刺激含有胰岛素的颗粒外移和胰岛素释放［6］，见图1。KATP通道将细胞代谢和电活动偶联在一起，广泛分布于各种细胞类型，包括神经、肌肉、内分泌组织细胞［7］。2004年KCNJ11基因激活突变在PNDM患者中首次证实，并且是30%的PNDM病因［8］。随后，ABCC8基因激活突变在PNDM患者中也被证实［9］，而2种基因同时突变是超过40%的PNDM 病因［10］。2005 年 Hattersley等［11］证实新生儿糖尿病iDEND综合征患者中存在编码 KATP通道Kir6.2亚基的KCNJ11基因激活突变。目前所有被报道的KCNJ11和ABCC8基因激活突变都是错义突变，除外一例为KCNJ11基因框内15个核苷酸缺失引起的突变［12］。KCNJ11基因突变仅是杂合子突变，为显性遗传［13］，大约90%的KCNJ11基因激活突变是自发性突变，在胚胎发育期间新生成［11，14］。ABCC8基因含有39个外显子，编码1582个氨基酸蛋白，KCNJ11基因含有1个单一的外显子，编码390个氨基酸蛋白，2种基因均位于常染色体11p15.1。迄今为止，超过100种不同的KCNJ11和ABCC8基因突变位点在新生儿糖尿病中被证实［15］。Kir6.2 Val59→Met59(V59M)激活突变是iDEND综f合征常见原因 (＞ 50%)［16］，其它突变点包括 T239N、R201C、H46L、Y330C、K170N 等［7］。众多研究表明KCNJ11和(或)ABCC8基因激活突变使KATP通道对ATP敏感性降低，减弱ATP对通道正常关闭的抑制作用，通道处于开放状态，最终使胰岛素释放减少［17］，见图 2。

2.2 突变导致的功能影响

Figure 1.Insulin secretion from a normal pancreatic beta cell in a high plasma glucose environment.Glucose enters the cell and is metabolized，causing an increase in ATP.KATPchannel closure is induced via ATP binding.The membrane is depolarized and calcium influx is triggered，resulting in the release of insulin from its storage vesicles.(From:Edqhill EL，Flanaqan SE，Ellard S.Permanent neonatal diabetes due to activating mutations in ABCC8 and KCNJ11［J］.Rev Endocr Metab Disord，2010，11(3):193 －198.)图1 高血糖引起正常胰岛β细胞胰岛素分泌的机制

Figure 2.No insulin secretion from a pancreatic beta cell with a KATPchannel mutation.Activing mutation in KCNJ11 or ABCC8(KATPchannel)results in the failure of ATP to bind to the channel，causing the channel to remain open.The membrane stays hyperpolarized and no insulin is released.(From:Edqhill EL，Flanaqan SE，Ellard S.Permanent neonatal diabetes due to activating mutations in ABCC8 and KCNJ11［J］.Rev Endocr Metab Disord，2010，11(3):193 －198.)图2 KATP通道突变时葡萄糖引起胰岛β细胞无胰岛素分泌的机制

构成Kir6.2亚基的2个跨膜区域在细胞外连接形成闭环通路，形成K+选择性通道。Kir6.2亚基突变点主要位于胞内区域，并且包括ATP结合位点。在体外爪蟾卵中应用膜片钳技术进行新生儿糖尿病KCNJ11基因激活突变机制研究发现，迄今为止，所有的突变机制都表明KATP通道对ATP的敏感性直接或间接性降低而致病［17］。在Kir6.2亚基中突变热点是R201H和 V59M。SUR1亚基有3个跨膜区(TMD0～TMD2)和2个核苷酸结合区(NBD1和NBD2)。当Mg－ADP与 NBD结合时，KATP通道开放，细胞膜超极化，胰岛素释放被抑制［18］。突变所导致的新生儿糖尿病病因可以是增加Mg－ADP介导的KATP通道开放或是SUR1自身亚基的突变。而SUR1亚基的突变位点贯穿于整个蛋白质。电生理学膜片钳技术研究证实SUR1激活突变对KATP通道电流的影响小于因Kir6.2激活突变而导致的相同NDM表型。这也许可以解释为什么新生儿糖尿病iDEND综合征患者由KCNJ11基因激活突变所致［19］。只有胰岛β细胞KATP通道选择性突变的小鼠表现为严重糖尿病但无神经系统症状［20］。KATP通道分布广泛，所以对于患儿的肌张力降低是源于肌肉还是神经组织的KATP通道突变并不确定。近来应用cre－lox技术产生了Kir6.2激活突变的小鼠模型，主要是在胰岛β细胞、肌肉和神经组织细胞中的基因KCNJ11 V59M激活突变所诱导的iDEND综合征小鼠模型。实验结果证明运动功能缺陷是神经系统KATP通道功能损伤的结果，而不是肌肉组织中的KATP通道功能损伤所致［16］。Shimomura 等［21］研究发现基因KCNJ11 T293N突变引起iDEND综合征患者中，KATP通道对ATP敏感性显著下降，增加了KATP通道的固有开放频率，导致静息状态下更多的KATP通道开放，间接抑制了ATP依赖的通道关闭，全细胞膜电流增加，细胞膜超极化，抑制细胞膜的电生理活动、钙离子内流、胰岛素分泌。同时证实伴有神经学症状的iDEND患者，全细胞KATP通道静息电流大量增加。Ashcroft［7］曾用实验证明由KATP通道突变导致的新生儿糖尿病的表型与KATP通道对ATP敏感性降低的程度有关。基因突变引起的KATP通道对ATP敏感性降低的程度，DEND综合征最强，iDEND综合征稍弱，而单纯的新生儿糖尿病最弱。

3 临床表现

KATP通道突变型新生儿糖尿病患者典型症状是糖尿病和出生时低体重(平均2.58 kg)，因胎儿宫内和新生儿产后胰岛素分泌减少所致，并且1/3患儿伴有严重的酮症酸中毒［22］。多数KATP通道突变型新生儿糖尿病患儿表现为单纯的糖尿病，但至少有10名患者(1名为 ABCC8突变，9名为 KCNJ11突变)已被报道有严重的生长发育迟缓、癫痫和新生儿糖尿病表现——称为 DEND(developmental delay，epilepsy and neonatal diabetes)综合征［8］。而另一种更多见的KATP通道突变型新生儿糖尿病伴轻微的生长发育迟缓和(或)肌肉乏力，而无癫痫的表现——称为iDEND综合征。肌张力降低在四肢的远端更为明显，这或许是患儿独自行走时步态失衡的部分原因［11，16］。这些患者的运动和语言能力发育通常比正常婴儿延迟1～5年［11］。

4 临床治疗

鉴别KCNJ11或ABCC8基因激活突变在临床治疗中很重要，因为大多数KATP通道突变的患者(＞90%)能够从注射胰岛素治疗转变为口服磺脲类药物［23］。在国外，磺脲类药物已经用于治疗新生儿糖尿病和iDEND综合征［22］。此类药物通过与 SUR1亚基结合而关闭KATP通道来刺激胰岛素分泌，能够改善大多数iDEND综合征患者的神经病学症状，但并不是对所有患者都有效［24］。Clark等［16］的结果显示运动功能改善是因磺脲类药物对大脑神经组织中不适当活动的KATP通道的关闭而起作用。目前多数iDEND综合征患者用优降糖治疗，它可以同时与SUR1和SUR2A相互作用。但药物在心肌细胞KATP通道(SUR2A相关)中可引起的心脏毒副作用。而新生儿糖尿病患者需要磺脲类药物的剂量比2型糖尿病患者更大，且治疗时间更长。由于iDEND综合征患者运动功能障碍是由神经组织KATP通道突变引起，Clark等［16］建议不需要应用肌肉(SUR2A相关)KATP通道抑制剂来改善运动功能。因此应用选择性SUR1药物治疗iDEND综合征患者，避免发生潜在的心脏毒副作用更值得被思考。同时，提高磺脲类药物治疗iDEND患者运动功能障碍的疗效应该集中在认识这些药物是否易通过血脑屏障。

5 结语

KATP通道Kir6.2亚基的编码基因KCNJ11激活突变是新生儿糖尿病iDEND综合征的病因。认识iDEND综合征的遗传学病因对患者临床症状和治疗都有很大意义。所有在出生后6个月内诊断为新生儿糖尿病的患儿都应常规进行基因诊断，有利于尽早应用磺脲类药物治疗，改善患者症状和预后。

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