1型糖尿病與自身免疫

1型糖尿病與自身免疫

　　國外醫學情報1999年第20卷第11期

（中國醫學科學院，中國協和醫科大學）基礎醫學研究所 潘陽杏綜述

　　 關鍵詞：1型糖尿病（iddm）自身免疫

　　1型糖尿病（iddm）是一種自身免疫疾病的假設提出要追溯到1965年。willy gets在新發生的青少年糖尿病人胰腺組織中觀察到有關炎性細胞浸潤，並認為可能是一種免疫紊亂，從而引致iddm發生。多年來，人們對iddm疾病的探索得到了不少支持這種假設的證據。目前認為iddm是一種t細胞介導的自身免疫的疾病的觀點得到以下線索的支持：①骨髓移植治病白血病時，接受iddm病人骨髓細胞的人發生了糖尿病。動物實驗也發現，將iddm病人外周血單核細胞（含淋巴細胞）輸給cd-1，nu/nu小鼠，使得小鼠發生了胰島周邊單核細胞浸潤，並伴有某種程度的胰島損傷。在免疫缺陷小身上做同樣的實驗，卻只產生了胰島細胞抗體，而未發生β細胞損傷；②iddm病人接受白細胞抗原相同的非糖尿病正常胰島移植後，發生了胰島單核細胞浸潤，胰島結構破壞，導致糖尿病復發；③免疫抑制劑能減緩新發病的iddm病人胰島β細胞損傷的病理過程。動物實驗證實，主要作用於t細胞水平的免疫抑制劑或調節劑能阻止遺傳傾向的nod小鼠和bb小鼠的iddm的發生。此外，還有一些間接證據支持iddm自身免疫的特性：①胰島炎主要由淋巴細胞、巨噬細胞或單核細胞浸潤而引起；②iddm常與其它自身免疫疾病甲狀腺炎共同發生；③iddm的發生與人類白細胞抗原（hla）基因上的一定等位基因有關，而這些基因參與調節免疫反應。導致胰島炎性細胞浸潤的原因。自身免疫引起iddm的機制、體液免疫在iddm中的作用、遺傳敏感性及環境因素對iddm發病的影響等一系列問題都是當前研究的熱點。

　　一、遺傳敏感性與環境因素的影響

　　目前認為，人類和nod小鼠iddm發病存在著遺傳敏感性，環境因素攻擊是啟動因素。據估計，美國iddm的發病率約為1比250到1比500。直系親屬中有患iddm的人群，患iddm的危險性為5%。父親患iddm，其子女以後患iddm的危險性為7%；而母親患iddm，其子女患該病的機率為2%。同卵雙生中一個患iddm，另一個患病危險性為1/3。反應了遺傳與iddm發病有密切的關系。

　　70年代末80年代初的研究認為，hla-dr3和dr4是敏感性等位基因。在對照人群中，約50%的人dr3和dr4陽性。與之相比較的高加索人iddm病人陽性攜帶者約為95%。患病的兄弟姐妹有相同hla型的兒童大約1/7將發生iddm。如果同時帶有dr3和dr4，患病危險性上升至1/4，非常接近於同卵雙生iddm的發病率。

　　80年份中期至末期的研究提示了hla-dqb1和hla-dqa1等位基因對iddm敏感性有更深入的影響。在總人口中，dqb1和dqa1等位基因一定的結合（如dqb1*0302和dqa1*0501純合子）使iddm的危險性增加1/4。這個比例與攜帶dr3和dr4的hla相同的同胞兄妹的患病危險性相似。特異的hla等位基因也能夠提供對iddm的保護。例如，dr2和dr5，dr2常常與dqb1*0602有關，這個等位基因可防止糖尿病的發生。特異性dqb1*0602在預防機體發生iddm時，不能阻止ica的產生。攜帶dqb1*0602，ica陽性的人患iddm的機率很低。保護性hla-dqb1等位基因在第57位表達天門冬氨酸殘基，而此位置不是天門冬氨酸殘基（如絲氨酸、內氨酸、缬氨酸），有易感iddm的傾向。

　　遺傳上易感的個體，在化學、物理及感染等環境因素攻擊下觸發iddm。環境因素中最重要的是病毒感染及飲食。病毒感染引起糖尿病的證據多來自動物實驗，也有少部分來自臨床iddm。其一是病毒感染細胞後在感染的細胞內增殖，直接引起鼠胰島β細胞的裂解，導致繼發的低胰島素血症和高血糖。采取這條途徑的主要有腦心肌炎病毒（emc病毒）、mengo2t病毒、柯薩奇b病毒。其二是病毒感染啟動胰島細胞的自身免疫，可見於動物和人類。采取這種方式的病毒為風疹病毒，逆轉錄病毒和呼腸弧病毒（reovirus)。在柯薩奇b病毒抗體和新診斷為iddm病人的胰島β細胞抗體之間似乎沒有相關性。而風疹病毒和巨細胞病毒感染出現的自身抗體與iddm發病的機制仍有待研究。目前，內源性逆轉錄病毒在iddm發病中的作用是研究的前沿。食物中的牛奶與iddm的關系存在爭議。有人認為牛奶成分的蛋白系列與iddm的自身抗原相同。據報道，臨床觀察兒童其大量飲用牛奶可能與糖尿病相關抗體轉陽有關。牛奶被認為是能促進兒童由臨床前糖尿病發展成糖尿病的病因。

　　二、 iddm被認為是免疫調節失常

　　現在還沒有證據說明1型糖尿病的靶抗原像其它器官特異的自身免疫疾病那樣是不正常的。相反，如前所述的糖尿病轉移試驗證明，骨髓來源的細胞能夠將β細胞損傷性胰島炎傳遞給無糖尿病的人、小鼠和大鼠，因而說明存在著免疫系統定位的不正常。胰島自身免疫反應發生在那些有一定易感基因的人，而且這些人缺乏hla保護性基因參與免疫的調節。傳統觀念認為，環境因素（微生物、化學、飲食）可以啟動遺傳上iddm易感的人對β細胞的自身免疫反應。但對自發性自身免疫糖尿病動物模型的研究，提示了環境因素，特別是微生物因素，既可以促進也可以抑制iddm的發生。因此，目前的觀點認為，不論是遺傳還是環境因素對iddm發病既可以是致病性的，也可是保護性的。iddm的發生受遺傳和環境因素對免疫調節系統的淨效應的影響。按照這種觀點，1型糖尿病與其它器官的特異性自身免疫疾病相似，是免疫調節失常的結果。

　　抗原激活的t細胞因其幫助介導的細胞和體液免疫反應而被稱為輔助性t細胞。人類和小鼠體內至少存在兩種不同的輔助性t細胞。根據其功能和產生的細胞因子的不同劃分為th1和th2。th1細胞分泌il-2、ifn-γ和ifn-β，介導細胞免疫（遲發型超敏反應）；th2細胞產生il-4、il-5和il-10，主要參與體液免疫（免疫球蛋白的產生）。th1和th2細胞的功能是相互抑制。th細胞一般被鑒定為cd4+，然而，cd8+th細胞也存在。

　　自發性自身免疫糖尿病動物研究（nod小鼠和bb大鼠）已經揭示了自身反應性t細胞介導的胰島β細胞結構破壞是th1細胞群引起的。而調節性t細胞為th2亞群，後者能防止自身反應性th1細胞表達其致病力。動物實驗證明，分泌ifn的γcd4+t細胞（th1表型）傳遞β細胞結構破壞性胰島炎和糖尿病給新生的nod小鼠，而分泌il-4的cd4+ t細胞（th2表型）誘導一種非結構損傷性外周胰島炎。進一步證明，th1細胞產生的ifn-γ在體外能消滅胰島β細胞，引起與動物模型一致的β細胞結構破壞性胰島炎和iddm。預先用il-4和il-10和產生il-4的th2細胞處理nod小鼠，可以抑制產生ifn-γ和th1細胞，從而防止β細胞結構損害。

　　實驗所獲得的現象形成了這樣一種觀念：1型糖尿病的免疫反應涉及某些干擾，或者一些干擾涉及免疫調節環路，導致th1細胞及細胞因子超過th2細胞及細胞因子。一定的β細胞蛋白作為一種抗原被巨噬細胞或其它抗原呈遞細胞（apcs）處理後，由apc表面mhcⅱ類分子復合體呈遞給相應tcr的自身反應性t細胞前體，導致其增殖，β細胞的免疫原性依賴於apcs細胞處理的多肽。同時，apc細胞與t細胞共同刺激分子的作用，對整個t細胞的激活是必要的。t細胞反應的取向很大程度上受細胞因子的調節。這樣幼稚t細胞沒有任何特別的th表現型，th表現型根據微環境中細胞因子而變化。il-12的存在，作為一種巨噬細胞和b細胞的產物，偏向於th1細胞分化。抗il-12血清阻斷th1表現型的表達。攝入il-12發生加速nod小鼠臨床前iddm發展成臨床iddm。這可能與下因素有關：①增強ifn-γ的分泌，胰島淋巴細胞浸潤，il-4降低；②選擇性的β細胞結構損傷。il-4為th2細胞和胞大細胞的產物，偏向於th2細胞分化。抗il-4單克隆抗體促進th1表現型細胞表達。th1激活的結果誘導il-2和ifn-γ的產生，抑制th2細胞因子（il-4和il-10）產生，激活巨噬細胞、細胞毒性t細胞和nk細胞。這些效應細胞通過不同的β細胞抗原特異性和非特異性機制對細胞產生毒性殺傷。除了它們的細胞毒性效應分子il-1、ifn-α、ifn-β、ifn-γ外，還通過增加mhcⅱ類蛋白、吸附分子（如apcs上的b7和細胞內吸附分子即icam-1）、胰島β細胞上的mhcⅰ類蛋白提供一種自身免疫應答正反饋。

　　β細胞抗原特異性cd8+ t細胞和抗原非性特異性cd4+ t細胞以及巨噬細胞在nod小鼠和bb大鼠β細胞壞死中起作用。然而這些免疫細胞殺死β細胞的精確細胞毒性機制還沒有全部弄清。再則，人們對1型糖尿病β細胞破壞的機制知道得甚少。胰腺免疫組化研究提示新近發現的1型糖尿病患者和胰腺移植後iddm復發的病人cd8+ t細胞是胰島炎性損傷的主要免疫細胞。並且這些患者β細胞上mhcⅰ類分子表達增加。提示（細胞抗原特異性cd8+ t細胞可以涉及到人類β細胞結構破壞。人們對人體胰島細胞因子的表達研究甚少，新發生的1型糖尿病人淋巴細胞浸潤的胰島中檢測到ifn-γ。ifn-α為另一類前炎性細胞因子，在新發生的1型糖尿病人的β細胞中檢測到。並且在新發生的1型糖尿病人的胰腺中ifn-α mrna的水平高於對照組。人體胰島ifn-α表達的刺激物還不知道（可能是病毒）。然而ifn-α支持th1應答和ifn-γ產生。提示th1細胞和胰島中的細胞因子可以介導人體1型糖尿病β細胞損傷，與報道的動物模型（nod小鼠和bb大鼠）自身免疫糖尿病動物一致。

　　1型糖尿病作為一種th1細胞/細胞因子介導的胰島β細胞免疫反應的例子是建立在具自身免疫糖尿病傾向的動物（nod小鼠和bb大鼠）的基礎上。不知道人類1型糖尿病的情況是不是也如此。據報道，iddm病人血中單核細胞分泌物細胞因子和血漿不同細胞因子的水平與上述結果不一致，並且不清楚細胞因子的產生和水平變化是在糖尿病發生之前還是其結果。一項研究報道，有1型糖尿病危險的人，對β細胞自身抗原——谷氨酸脫羧酶（gad）的體液（th2細胞介導）和細胞免疫（th1細胞介導）之間呈負相關，發現對gad的強體液免疫與1型糖尿病的緩慢進展相關。服用gad能預防nod小鼠糖尿病發生，這種保護作用與胰島內產生ifn-γ和th1 t細胞受到抑制有關，而這種抑制可能是由於th2調節細胞的誘導所引起。攝入除gad以外的其它β細胞抗原也可以誘導自身耐受從而防止1型糖尿病的發生。例如胰島素能預防nod小鼠和bb大鼠糖尿病的發生，可能在對iddm高危傾向的人群中也有效。

　　三、胰島細胞自身抗體及相應的自身抗原

　　 iddm病人臨床發病前數月至數年，血清中就能檢測出脂島細胞自身抗體，包括胰島素自身抗體（iaa）、gad（谷氨酸脫羧酶）自身抗體以及ica512。各種胰島細胞自身抗體（ica）在iddm發病中的作用目前仍不清楚，存在下幾個可能：第一，這些抗體根本不是iddmβ細胞損傷的標志，而只是有些人遺傳上有自身免疫傾向的反應，這些人中的一部分人爾後發生了iddm。第二，自身抗體病理遺傳上並未參與iddm發病，而只是β細胞結構損傷的標志，即自身抗體是β細胞損傷的結果，而不是原因。第三，自身抗體直接參與iddm的自身免疫β細胞結構損傷，其機制包括補體依賴性的、抗體介導的細胞毒性反應以及抗體依賴的細胞性細胞毒性反應。第四，自身抗體不介導β細胞損傷，而是機體對β細胞自身免疫反應產生的保護性措施。不管自身抗體的作用如何，它們與iddm的關系卻是清楚的，可以肯定的。世界各國糖尿病的工作及相關實驗室對血清自身抗體在不同的種族、不同年齡和不同遺傳背景的人群中進行了調查，並對抗體的出現、消長與iddm發病的關系進行探討。發現幾種抗體的聯合檢測對iddm的發病有較好的預測性。根據barbara davis center對iddm患者近親的臨床觀察，存在兩種或兩處以上自身抗體的正常人，5年發生糖尿病的危險性為68%，而血清中檢測出一種抗體的人，危險性只有49%。三種肯定的抗體陽性的親屬，100%在5年內發生iddm：而只一種ica陽性的親屬，5年內發病的只有50%。參與檢測的世界各實驗室的聯合抗體檢測方法穩定，重復性好，靈敏度達80%，錯檢率為0%。保護性的hla等位基因不能阻止自身抗體的表達，但能預防糖尿病。

　　目前已知化學本質的自身抗原有以下幾種：①胰島素：是目前為止唯一的β細胞特異性抗原。在新診斷為iddm的病人中，大約50%～40%有胰島素自身抗體。胰島素抗體產生於外源胰島素治療後，與自身胰島素抗體無法區別。因此，報告該抗體必須在采取胰島素治療以前。②gad：本質為谷氨酸脫羧酶，為80年代早期發現的胰島β細胞抗原成分。但神經系統也富含gad，同時胰島中α和β兩種細胞存在gad。此抗原表達的兩種分子量，即gad₆₅和gad₆₇。盡管gad₆₅自身抗體最能預測iddm，但在染色體其它不同的區域亦存在gad的基因。抗體對gad₆₅與柯薩奇病毒bp2c蛋白有交叉反應。③ica512結合抗原（ia2），分子量為38kd，本質為蛋白酪氨酸磷酸酶，在β細胞外沒有表達。其抗原表達水平低，但抗原性很強。

　　除以上抗原比較肯定外，還存在其它抗原，如熱休克蛋白60、ica69蛋白等。新的抗體及抗原還在不斷的發現。抗原蛋白的基因克隆及體外重組，為在正常人群中大規模普查血清β細胞自身抗體提供了方便。使利用血清抗體預測iddm成為可能。為早期預防、早期治療創造了條件。

　　(參考文獻略）

錄入：邰燕

2000-3-27 劉曉琴校對