2型糖尿病易感基因SLC30A8与环境危险因素的研究现状

苏银霞， 王志强， 王婷婷， 马 琦， 姚 华

(新疆医科大学1公共卫生学院， 乌鲁木齐 830011; 2第一附属医院代谢性疾病重点实验室， 乌鲁木齐 830054)

目前对于单基因突变所致的糖尿病如新生儿糖尿病和成人发病型糖尿病(MODY)已识别出了致病的突变位点，对临床的诊断和治疗有一定的指导意义[1]。而普通2型糖尿病(T2DM)与以上二者迥然不同，因为参与其发病的基因不是一个，而是多个，每一个基因的变异对发病风险均可能起到一定的作用[2]。过去T2DM遗传因素研究进展一直相当缓慢，以至到了2005年，不论是采用候选基因法还是连锁定位克隆法，仅有少数几个T2DM的易感基因在一些种族的研究中得到了重复验证，且证实其仅轻度增加T2DM的发病风险[3]。值得欣喜的是2007年以来，T2DM遗传学研究取得了一些突破性的进展，特别是全基因组关联(GWA)研究策略的运用，现已发现了10～20个与T2DM发病关联的基因变异。其中，锌转运蛋白-8基因(solute carrier family 3，member 8 gene，SLC30A8)也是GWA研究发现的与T2DM发病相关的基因，其编码的蛋白质被称为锌转运蛋白-8(ZnT-8)，在胰岛B细胞中呈特异性高表达，这说明ZnT-8在糖尿病发病机制中可能有作用。而对于该基因导致糖尿病患者易感的机制目前尚不清楚。除了遗传因素外，环境因素在T2DM的发病机制中同样具有重要的作用。本文就遗传因素中T2DM易感基因SLC30A8与环境危险因素的研究现状综述如下。

1 SLC30A8基因相关研究

1.1基因概况SLC30A8位于8号染色体的短臂24.11，基因全长为41.62 kb，该基因的mRNA编码一个长度为369个氨基酸构成的蛋白质，称之为锌转运蛋白-8(ZnT-8)；ZnT-8仅在胰腺B细胞分泌性囊泡中表达[3]。ZnT-8在胰岛B细胞中被特异性高表达，也从另一方面证实了其在T2DM发病机制中的作用。ZnT-8位于胰岛B细胞中含有胰岛素颗粒的囊泡膜上，它能促进胞浆中的锌转移至含胰岛素的囊泡中[4-5]，从而促使锌与细胞质中的胰岛素结合，胰岛素与2个Zn2+结合形成较稳定的六聚体储存起来，当胰岛B细胞受到刺激时才将其分泌出去[6]。因此ZnT-8参与胰岛素合成，促进胰岛素成熟储存和分泌，并调节胰岛素生物合成的最终环节。与此同时，从胰岛B细胞释放出来的锌通过自分泌或旁分泌可抑制邻近的A细胞分泌胰高糖素。

1.2SLC30A8基因多态性自从2007年SLC30A8被确定为糖尿病的新易感基因以来，与其相关的研究在不同人群中陆续展开。Scott等[7]在芬兰人群较大样本(包括1 161例T2DM患者和1 174例正常对照者)的研究中筛查了315 000多个单核苷酸多态性，证实SLC30A8基因与芬兰人群T2DM易感性增加有关。Sladek等[3]在法国人群中发现SLC30A8基因和T2DM相关。Lyssenko等[8]在2个独立的人群(芬兰和瑞典)的前瞻性研究中发现，rs13266634位点和可能发展为T2DM显著相关。Palmer等[9]研究证实SLC30A8的c等位基因为T2DM的风险等位基因。Omori等[10]以1 630例T2DM患者和1 064例健康对照者为研究对象，采用Taqman探针的方法，发现SLC30A8基因rs13266634与T2DM有关。Wu等[11]以中国上海和北京人群为研究对象，包括424例T2DM患者、878例空腹血糖受损者和1 908例空腹血糖正常者，发现SLC30A8基因与中国汉族人T2DM和空腹血糖受损相关。国内Xiang等[12]研究证实SLC30A8与中国汉族人T2DM和糖调节受损有关，CC基因型患T2DM的风险显著增加。Rong等[13]研究了印第安人中SLC30A8基因SNP位点rs13266634、rs7002176、rs1995222、rs17738231与T2DM的相关性，没有发现这些位点与T2DM或体质指数有关，而且也没有发现其与葡萄糖糖耐量试验后胰岛素和葡萄糖反应有关，这可能是因为种族差异或研究的标本数量较小。综上所述，SLC30A8基因多态性与T2DM的关系研究在不同种族中得到了重复性很好的阳性结果。

1.3SLC30A8与T2DM发生相关的可能机制

1.3.1 SLC30A8与B细胞功能障碍 Staiger等[14]研究发现，SLC30A8基因rs13266634位点与腰围的增加有关，携带该基因风险等位基因的人群胰岛素敏感性减低，并且该人群经静脉糖耐量刺激的胰岛素分泌减少。Boesgaard等[15]研究了5个国家(包括丹麦、芬兰、德国、意大利和瑞典)的白种人，研究对象为T2DM人群的非糖尿病后代，发现携带SLC30A8基因rs13266634位点C风险等位基因的后代在接受静脉糖耐量试验后的胰岛素分泌第一时相减少了19%。这说明SLC30A8变异型的非糖尿病人群已经存在胰岛B细胞功能受损，提示SLC30A8与糖尿病B细胞功能损害有关。Wu等[11]用稳态模型评估了中国汉族人胰岛B细胞功能，也推测SLC30A8增加T2DM易感性是通过导致B细胞功能紊乱而介导的。但Ruchat等[16]的研究表明SLC30A8与胰岛素分泌无关，而与胰岛素敏感性和葡萄糖耐受有关。Pound等[17]观察了携带SLC30A8变异型基因的小鼠和对照组，进一步从组织结构和基因表现型上分析小鼠能量代谢和胰腺激素的分泌。两组小鼠在肉眼、行为改变和体质量的变化均无差别，但是变异组小鼠胰岛中锌离子的含量却是明显减少的。16 w时，携带SLC30A8变异型小鼠和对照组小鼠的血糖水平虽然没有差异，但变异型小鼠血浆胰岛素的浓度却减少了，行腹腔内葡萄糖耐量试验发现变异组经葡萄糖刺激的胰岛素分泌较对照组小鼠减少了33%。推测SLC30A8增加T2DM的易感性和导致胰岛B细胞功能紊乱可能是通过影响ZnT-8蛋白的功能，从而导致锌离子浓度发生变化而介导的，但具体机制尚不明确。

1.3.2 SLC30A8与胰岛B细胞对胰岛素原的加工处理 Kirchhoff等[18]研究发现携带SLC30A8变异型者的胰岛素原/胰岛素水平显著增加，这提示SLC30A8可能与胰岛素原的加工有关。携带SLC30A8基因变异型的个体胰岛素分泌减少，可能是因为B细胞对胰岛素原的处理加工障碍，从而胰岛素原不能转化为胰岛素而被有效利用。该研究对于SLC30A8影响胰岛素原的处理加工的机制尚不清楚，推测可能是因为ZnT-8在胰岛素原处理加工过程中的功能缺陷而导致的。

1.3.3 SLC30A8与胰岛素抵抗 胰岛素分泌缺陷是T2DM发病因素中的重要因素。SLC30A8增加T2DM易感性是通过使胰岛B细胞功能紊乱而介导的。Perry等[19]从T2DM发病机制上研究了SLC30A8与T2DM的关系，发现其与胰岛素分泌障碍有关，而与胰岛素抵抗无关。

1.3.4 SLC30A8与T2DM的治疗 Fu等[20]研究认为由SLC30A8基因编码的蛋白ZnT-8的表达水平可以改变胰岛B细胞功能和血糖的新陈代谢。发现ZnT-8表达下调的细胞内总胰岛素的含量减少了53.5%，并且高血糖刺激的胰岛素分泌也减少了。因此提高SLC30A8编码的有活性的ZnT-8表达水平，可能会为T2DM基因治疗开辟新的思路。

2 与T2DM发生相关的环境因素

2.1年龄与T2DM发生的关系研究表明，年龄≥60岁的老年人T2DM患病率明显高于其他年龄组人群，且随着年龄增加而增高[21]。2002年我国20～75岁人群T2DM流行病学调查显示，年龄>20岁人群平均患病率为3.1%，而年龄>60岁人群患病率为11.4%。其原因在于随着年龄增加，体内脏器储备功能下降，胰岛B细胞数目减少，对葡萄糖诱导下的胰岛素分泌反应降低；胰岛素介导的葡萄糖摄取能力降低；此外，老年人多有肥胖，亦可造成糖代谢异常[22]。

2.2肥胖和超重与T2DM发生的关系肥胖为产生胰岛素抵抗的重要因素之一。肥胖对胰岛素作用的影响与脂肪分布有关，即以躯干内脏性肥胖最为重要。内脏肥胖者，其内脏脂肪细胞肥大，而体积增大的脂肪细胞其胰岛素受体密度也降低，因此而减少胰岛素与受体的结合[23]。更重要的是，肥大的脂肪细胞对胰岛素的抗脂解及脂肪合成作用不敏感，相反却对脂解激素敏感，因而进入门静脉的游离脂肪酸增高[24]。在美国，80%的糖尿病患者为肥胖者；肥胖者患糖尿病的概率是正常体质量者的2倍[25]。我国80年代末的资料显示超重者T2DM患病率是非超重者的5倍[26]。肥胖者尤其是向心性肥胖者血中脂肪酸含量过高，抑制葡萄糖的利用；肥胖使脂肪细胞体积增大，细胞膜胰岛素受体数目减少，胰岛素作用减退；肥胖时皮质激素等胰岛素拮抗激素水平增高，引起或加重胰岛素抵抗。

2.3吸烟与T2DM发生关系邬云红等[27]对906名无T2DM人群进行追踪随访5 a，观察吸烟状况、吸烟量与T2DM发生率的关系。结果发现吸烟者5 a后25%发生了T2DM，而从不吸烟者仅有14%发生T2DM；经多变量校正后分析，与从不吸烟者相比，现在仍吸烟者T2DM发生率增加。另有研究显示，无论男女，每日吸烟≥20支者，其患T2DM的危险较从不吸烟者高1.4～3.3倍[26]。Keijers等[28]对114 247名妇女随访8 a，发现其中发生T2DM者2 333例。控制多种危险因素后，每日吸烟支数≥25支者与非吸烟者相比，其T2DM的相对危险度为1.42;同时对41 810名男性随访6 a，其中发生T2DM者509例。在控制了己知的危险因素后，每日吸烟支数>25支者与非吸烟者相比，其T2DM的相对危险度为1.941,提示无论性别吸烟是T2DM的一个独立危险因素。对亚洲黄种人的研究也有类似的结果，Salaza-Martinez等[29]对2 312名日本男性随访8 a，发现每日吸烟数量是T2DM的主要危险因素，每日吸烟支数≥16支者，其发生T2DM的危险较从不吸烟者高3.2倍。另White等[30]报道吸烟者餐后2 h血糖水平并不较不吸烟者高，但其糖化血红蛋白检测结果显示吸烟者体内易发生糖化反应。

2.4运动减少与T2DM发生的关系从肥胖与多种疾病发生的密切关联看，维护机体能量平衡是保持健康的重要因素。而运动可增加能量消耗，维持机体能量平衡。短期轻微活动时，肝脏葡萄糖输出量增加与肌肉利用保持平衡。轻度活动达40 min时两者之间已呈轻度负平衡，血糖水平略有下降。运动后40 min时，肌肉利用葡萄糖的量与休息状态相比仍高3～4倍[31]。由此可见运动具有维持机体能量平衡及加强外周组织葡萄糖利用的作用。现代人体力活动明显减少是导致T2DM患病率上升不容忽视的原因之一。

2.5饮食变化与T2DM发生的关系改革开放以来，我国饮食的热量和组成发生了明显变化，有“西化”的趋势，即“高热量、高蛋白质及高脂肪”。1990年我国公布的资料显示，平均每人摄入的热能达到11 307.3 KJ，已经接近欧洲的平均水平。高脂肪饮食可引起胰岛素抵抗，不论动物短期饲喂或人类长期进食高脂膳食均可致胰岛素抵抗，且胰岛素抵抗独立于体质量增加及体脂分布[32]。研究认为高脂膳食的胰岛素抵抗作用与膳食中的脂肪种类有关，即与饱和脂肪有关。因为进食过多的饱和脂肪可使肌细胞膜磷脂的饱和脂肪酸成分增加，从而减低胰岛素的作用。而多不饱和脂肪酸如n-3型脂肪酸则无此作用。不仅如此，增加n-3型多不饱和脂肪酸尚有改善胰岛素的作用[33]。高脂饮食引起胰岛素抵抗可能与高脂过氧化应激有关。Houston等[34]用普通实验室鼠饲料使其过氧化脂质成分高于普通饲料21倍并去维生素E，饲养5～14 w大鼠。结果不仅引起大鼠胰岛素抵抗，而且导致其B细胞凋亡。动物实验及人群研究均已证明，饱和脂肪摄入过多可导致非脂肪细胞如骨骼肌、心肌、肝及胰腺B细胞内脂肪异常沉积，从而导致这些组织的胰岛素抵抗和功能紊乱。

膳食中除脂肪外，摄入过多蔗糖、果糖亦可导致胰岛素抵抗，并伴以高血压，这也为动物实验所证实。反之，进食血糖指数低的、富含可溶性纤维的复合淀粉类则可增加胰岛素敏感性。此外，近年来也有关于咖啡和茶等饮料对胰岛素敏感性影响的研究。咖啡的短期作用可降低胰岛素敏感性和导致糖耐量受损，但长期饮用咖啡则可降低T2DM的危险性[35]。Willi等[36]对17 111例30～60岁的荷兰人进行流行病学研究发现,调整混杂因素后每日饮用咖啡≥7杯者较饮咖啡≤2杯者的T2DM相对危险度明显降低。由于饮用去咖啡因咖啡，仍然具有减少糖尿病风险的趋势，但较弱，这种有益作用是否系咖啡中其他成分，如钾、镁、烟酸、抗氧化物(维生素E)以及酚绿原酸等所致还有待研究。Forouhi等[37]研究也证实了糖尿病风险与咖啡饮用量呈负相关，但是饮茶无此作用。

2.6社会心理应激与T2DM发生的关系心理应激可通过行为方式及生理机制来影响T2DM的发生，经多因素调整后仍是一个独立的危险因素，急性或慢性应激均可促进T2DM的发生[37]。或许是由于应激可影响神经内分泌系统，引起肾上腺素、胰高血糖素及生长激素等分泌增多，而这些激素都有升高血糖的作用，故对于糖尿病的高危人群，反复的应激性高血糖可损害胰腺功能，降低胰岛B细胞功能及胰岛素敏感性，促使T2DM的发生。另外，一些负性生活事件可通过产生慢性心理应激而增加T2DM的发病[38]。抑郁也可增加T2DM的发病风险，一方面由于代谢紊乱或抗抑郁药物的使用影响胰岛素分泌和葡萄糖代谢，从而导致胰岛素抵抗及糖耐量异常;另一方面是由于抑郁患者的生活行为、习惯会有所改变，如锻炼减少、吸烟、酗酒等，从而增加了患糖尿病风险，但这种联系只能部分由社会人口学因素、代谢作用及生活方式所解释[39]，故抑郁导致糖尿病的机制尚不清楚，还有待进一步研究证实。

综上，SLC30A8是目前全基因组研究中发现的与T2DM相关性很强的基因之一，但其在T2DM发病中的机制尚不很明了，在不同种族中的证实还需继续，进一步研究其机制对糖尿病的预防及治疗具有重要的意义。SLC30A8基因单核苷酸多态性增加T2DM的易感性，可能与其导致胰岛B细胞功能紊乱与胰岛B细胞对胰岛素原加工障碍等有关，但其确切的机制尚有待进一步研究。探讨SLC30A8基因多态性与T2DM的关系，可能会为糖尿病基因治疗开辟新的途径。环境因素对T2DM的发生有一定的影响，是导致T2DM患病的外部因素。因此，针对环境因素采取积极的综合预防治疗措施，对于降低T2DM患病率和死亡率具有一定的指导意义。

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