1型糖尿病(type 1 diabetes, T1DM)是一种由易感基因与环境因素共同作用,导致胰岛β细胞破坏,并终身依赖胰岛素治疗的内分泌代谢性疾病
[1]。其全球患病率持续上升,预计到2040年,患病率较2021年增长60%~107%,患者数量将达1 350万~1 740万
[2]。我国人口基数大且增长速度快,数据显示,我国儿童和青少年T1DM患病人数居全球第四
[1]。T1DM并发症危害患儿生活质量,其中严重的糖尿病酮症酸中毒(diabetic ketoacidosis, DKA)甚至危及生命。当前,T1DM研究领域取得重要进展:一方面,对疾病发生发展机制的认识不断深化;另一方面,筛查技术的灵敏度和早期干预的有效性显著提升。这使得在临床症状出现前识别高危人群成为可能。目前,国外已在各年龄群体中开展了多个大型筛查项目,如青少年糖尿病的环境决定因素研究、儿童自身免疫筛查项目等
[3],为制定T1DM早期筛查提供了重要的标准和依据。我国在T1DM的筛查经验、筛查策略等方面仍存在较大改进空间。本文针对T1DM筛查进行综述,以期汇总更多T1DM筛查的相关信息。
1 T1DM早期筛查的重要意义
T1DM可分为4个阶段。阶段一为症状前阶段:存在≥2种胰岛自身抗体(islet autoantibody, IAb),血糖正常;阶段二为T1DM快速进展阶段:存在≥2种IAb伴空腹血糖升高或糖耐量异常,通常无临床症状;阶段三:血糖异常达到阈值,分为无症状(3a)和有症状且需要胰岛素治疗(3b);阶段四:长期T1DM
[4-5]。T1DM在临床前期(如2期、3a期)隐匿存在,无临床症状,极易被忽视,相当一部分患者直到DKA发生才明确诊断
[4]。DKA是新诊断T1DM患者危及生命的急性并发症,T1DM诊断年龄越小,DKA发病率越高,0~4岁患儿DKA发病率高达52.52%
[6]。T1DM早期筛查有助于临床医生在阶段一至阶段二时期识别高危个体,及时提供干预治疗,如营养、运动、药物干预等,减少DKA的发生,保护β细胞功能
[4]。目前泰普利单抗(抗CD3)已被美国食品药品监督管理局批准用于延缓≥8岁儿童和成人从T1DM阶段二向阶段三的进展
[7],该药物可使T1DM临床发病的中位时间延迟约2年,并减缓β细胞功能的丧失
[8]。其他有望预防T1DM的药物还包括细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4融合蛋白阿巴西普、抗CD20单抗利妥昔单抗、抗肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)戈利木单抗等
[9]。随着发病基础的深入认识和干预药物的不断创新,T1DM早期筛查对于改善预后有重要意义,受到越来越多的关注。
2 T1DM的致病因素为早期筛查提供方向
T1DM在发病前期多已存在自身免疫反应,发病机制的理解对于早期筛查具有指导意义。T1DM的致病因素主要包括:
2.1 遗传因素
遗传学研究已发现143个与T1DM易感性相关的基因区域,这些区域中包括近60个独立候选基因
[10-11]。人类白细胞抗原(human leukocyte antigen, HLA)区域的基因为主效基因,其中HLA Ⅱ类基因(尤其是
DRB1、DQA1、DQB1)与T1DM关联最强,通过结合自身抗原的关键肽而发挥作用,决定了40%~50%的易感性
[11]。其余风险基因通过编码激酶和磷酸酶、转录因子、受体和配体、细胞因子/细胞因子受体和T细胞效应分子、传感器、结构蛋白和衔接蛋白,以及共刺激/共抑制蛋白等调控T细胞功能。部分基因还通过影响抗原呈递或靶向β细胞,间接参与T细胞的活化或分化
[12]。T1DM的遗传基础复杂,相关机制需进一步研究。
2.2 环境因素
环境因素主要包括病毒感染、饮食和微生物环境,可通过影响免疫系统和表观遗传修饰诱发T1DM
[13]。肠道病毒感染是关键诱因之一,持续感染与IAb的出现和T1DM进展有关
[12]。其中柯萨奇病毒B组是研究热点,其可与β细胞表位产生T细胞交叉反应直接导致β细胞死亡,也可通过β细胞免疫反应和表位模拟机制间接导致T1DM
[14-15]。流行病学证据显示,T1DM发病高峰与肠道病毒感染季节(秋季)重合,轮状病毒疫苗接种可降低T1DM风险
[14]。微生物群失衡也是关键因素,T1DM患者肠道菌群存在嗜黏蛋白阿克曼菌减少、拟杆菌增多等失衡现象
[14]。微生物群通过破坏肠道屏障完整性,调节局部免疫耐受,其代谢产物(如短链脂肪酸)介导全身免疫调节等机制参与T1DM的发生发展
[12]。此外,微生物暴露同样影响T1DM疗效
[12]。
2.3 免疫反应
T1DM早期阶段,固有免疫细胞(如树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞)通过分泌白介素-1β、TNF、Ⅰ型干扰素等促炎因子,促进胰岛炎症和β细胞损伤
[12,14]。这些细胞因子和趋化因子成为潜在药物靶点,如靶向TNF的戈利木单抗可改善3期T1DM患者的C肽水平等临床指标
[16]。T1DM加速进展阶段,T细胞(如CD4
+ T细胞、CD8
+ T细胞、调节性T细胞)发挥主要作用
[12]。CD8
+ T细胞通过穿孔素直接杀伤β细胞
[14],自身抗原反应性CD8
+ T细胞可持续分化为破坏β细胞的短寿命效应细胞
[12]。抗CD3单抗如泰普利单抗即通过减少自身反应性CD8
+ T细胞的扩增,促使其分化为具有耗竭/调节特征的亚群,延缓T1DM进展
[17]。
2.4 胰岛β细胞功能与数量改变
胰岛β细胞改变是多因素共同作用的结果。除自身免疫导致β细胞破坏以外,β细胞自身功能和表型变化也在T1DM发病中发挥重要作用。β细胞中与自身损伤有关的分子反应,包括mRNA剪接改变、内质网应激、线粒体氧化应激、自噬功能受损、细胞衰老等
[18]。此外,β细胞还可通过新表位形成、主要组织相容性复合体Ⅰ类分子表达增强等方式,使自身更易被免疫系统识别和攻击。β细胞数量减少和功能缺陷共同导致胰岛素分泌减少。T1DM前期,功能缺陷早于数量减少;T1DM诊断时,β细胞数量减少60%~95%;病程达数十年的患者,β细胞数量减少达80%~98%。细胞功能与数量损失在个体间存在明显异质性
[18]。
3 国内外共识和指南关于T1DM早期筛查的建议
2024年,国内外陆续发布了T1DM筛查相关共识指南。首先,由美国青少年糖尿病研究基金会联合多国专家制定的3期前IAb阳性T1DM个体监测的共识指南
[19](以下简称“国际共识”)于8月发表;11月,中华医学会相关分会联合发表了《中国1型糖尿病高危人群筛查、监测与管理专家共识(2024版)》
[20](以下简称“国内共识”);12月发表的国际儿科与青少年糖尿病学会(International Society for Pediatirc and Adolescent Diabetes, ISPAD)临床实践共识指南2024
[5](以下简称“ISPAD指南”),重点面向儿童与青少年人群。三者均强调基于T1DM分期进行筛查和管理,推荐识别并定期随访IAb阳性个体(尤其多个抗体阳性者)。同时,三者存在差异:
(1)目标人群不同:国内共识
[20]以T1DM一级亲属为重点,有条件者对携带T1DM易感基因或遗传高风险的普通人群和少数自身免疫病(如自身免疫甲状腺疾病、乳糜泻)患者进行筛查。而国际共识
[19]和ISPAD指南
[5]则更强调向普通人群扩展筛查范围。ISPAD指南
[5]中提出了2种IAb筛查策略:①基于遗传风险/家族史的筛查,依赖家族史识别高危人群的漏诊率达90%,遗传风险评分的应用扩展增加了一部分筛查目标,遗传高风险儿童应每3个月(2岁前)或每6个月(3岁前)检测1次IAb;②基于全人群的筛查,儿童期建议2岁和6岁时进行2次筛查(灵敏度82%),青春期建议10岁和14岁时进行2次筛查(灵敏度72%)
[5]。
(2)IAb推荐不同:国内共识
[20]推荐4种抗体的筛查,包括胰岛素自身抗体(insulin autoantibodies, IAA)、谷氨酸脱羧酶抗体(glutamic acid decarboxylase antibody, GADA)、蛋白酪氨酸磷酸酶抗体(insulinoma antigen 2, IA-2A)、锌转运体8抗体(zinc transporter-8, ZnT8A)。国际共识
[19]和ISPAD指南
[5]则推荐了包含以上4种抗体和胰岛细胞抗体在内的5种抗体筛查。
(3)葡萄糖监测指标不同:对于IAb筛查阳性者,国内共识
[20]推荐进行口服葡萄糖耐量试验(oral glucose tolerance test, OGTT)、糖化血红蛋白(hemoglobin A1c, HbA1c)、随机血糖、自我血糖监测和持续血糖监测,ISPAD指南
[5]则增加了尿糖检测。
T1DM相关指南的不断更新与融合,有望推动全球范围内儿童和高危人群干预时机前移,促进T1DM防控模式向早筛、早诊、早治转变。
4 T1DM早期筛查的优化建议及方向
随着预防药物的进展与应用,早期(尤其是阶段二之前)识别T1DM高危人群至关重要,为干预性治疗提供机会窗口。同患免疫疾病需要警惕T1DM发生,监测T细胞亚群和易感基因表达有助于早期发现,糖耐量试验、C肽指数和Index60等风险预测方法不断涌现,以及肠道菌群、病毒感染等环境因素的影响,均是T1DM早期筛查值得关注的方向。
4.1 筛查人群
除共识推荐的高危人群外,超重/肥胖个体也可能存在T1DM发生风险。T1DM儿童青少年超重/肥胖率逐渐增加,肥胖可能通过胰岛素抵抗、脂肪因子和细胞因子改变以及β细胞应激(内质网和线粒体应激)等多种机制,促使胰岛自身免疫反应
[21];但一些研究未发现体重指数与自身免疫T1DM发病的直接关联
[21],因此考虑到超重/肥胖群体庞大,在超重/肥胖人群中普及筛查T1DM需谨慎权衡其成本效益。为进一步提高扩展后筛查人群中的高危个体识别率,需优化筛查指标。
4.2 免疫反应相关筛查
4.2.1 IAb筛查
45岁以下人群是IAb筛查的重点人群,IAb筛查的标准和监测频率可参照我国最新T1DM筛查共识
[20]。在IAb筛查中还需关注以下两点:(1)参考区间,我国已有学者在中国人群中建立了GADA、IA-2A、ZnT8A和IAA 4种IAb的参考区间,分别为0~1.78 IU/mL、0~3.91 IU/mL、0~2.36 AU/mL和0~0.58 COI
[22]。结果判定时,建议优先采用此人群特异性参考区间,若无,则可参考实验室自建标准,并谨慎解读;(2)在多种抗体阳性个体中,若IA-2A阳性,进展为T1DM的风险显著高于抗体GADA或IAA阳性者
[23],此类人群需加强随访。
4.2.2 免疫细胞
大多数免疫研究集中在T细胞亚群及其表型上,T1DM发病前不同阶段T细胞水平变化不同。IAb阴性阶段,黏膜相关恒定T细胞升高、短寿命效应T细胞(short-lived effector T cell, SLEC)下降;IAb阳性阶段,黏膜相关恒定T细胞下降、SLEC升高;T1DM快速进展阶段SLEC升高、记忆T细胞升高
[24]。因此,SLEC细胞和记忆T细胞亚群可能作为T1DM的早期筛查指标。基于当前证据,可考虑在IAb阳性个体中监测以下细胞亚群:(1)效应记忆T细胞(effector memory T cell, T
EM)和中央记忆T细胞(central memory T cell, T
CM),包括CD57
+CD8
+ T
EM细胞
[25]、CD27
-CD8
+记忆T细胞(表达KLRG1、TIGIT)
[26]、效应记忆调节性T细胞(表达HLA-DR、CCR4、CCR6、CXCR3和GATA3)
[27],这些细胞水平增加可预测T1DM进展;(2)短寿命效应CD8
+T细胞(表型为CD57
+、CD28
–、CD127
–、CD27
–CD8
+ T),该细胞水平升高可预测T1DM风险
[28];(3)PD-1表达水平,耗竭的T细胞是监测T1DM发展的重要特征,可用PD-1来表征,CD8
+ T细胞、CD4
+ T
EM细胞、CD4
+ T
CM细胞和CD8
+ T
CM细胞上的PD-1表达增加与T1DM风险有关
[29]。此外,干细胞样记忆T细胞水平增加可能与T1DM进展有关
[30],研究尚不充分。
4.3 遗传学相关筛查
4.3.1 HLA基因
HLA Ⅱ类基因是筛查的重点,可参照我国共识中关于中国T1DM患者常见的 HLA Ⅱ类易感等位基因表格筛选高危人群。除此之外,建议增加HLA Ⅰ类和Ⅲ类基因的筛查,包括
HLA-
A*24[11]、
HLA-
B*3906[11]、
A*24:
02:
01[31]、
B*54:
01:
01[31]、
HLA-
C 275[32]、
MIC-
A5(与儿童时期T1DM有关)和
MIC-
A5.1(成人T1DM的独特遗传标记)
[11]。另外在乳糜泻这一患儿群体中,需关注携带
HLA-
DQ2.5/DQ8、-
DQ2.5/DQ2.5和-
DQ2.5/DQ2.3基因型的患儿
[33],其T1DM的风险较高,需加强代谢监测。这些基因可在高危人群筛选时作为辅助参考。
4.3.2 易感基因
在高危人群筛选时还可将中国人群中的独立易感基因作为辅助参考,例如
BTN3A1基因附近的rs4320356位点、
GATA3基因的rs3802604位点、
MHC基因的rs1770位点、亚硝酸盐氧化酶基因的rs705699位点
[32]。近几年,在中国儿童T1DM中识别出新的易感基因或位点,如组织蛋白酶G rs2236742等位基因(C/T)
[34]、
CCL25和
EGFR[35],都有可能作为预测儿童T1DM风险的特异标志物。
4.4 胰岛功能筛查
静脉葡萄糖耐量试验中第一时相胰岛素分泌降低是β细胞功能障碍的早期指标,在出现T1DM临床症状的前4~6年即可发生,随疾病进展呈加速下降
[36]。在单个IAb阳性和阶段一的个体中进行监测,帮助早期识别T1DM风险人群。
C肽指数和Index60可预测高危个体进展为3期T1DM的风险
[37]。T1DM进展过程中存在明显的代谢转折点,即诊断前1.5年左右,C肽从代偿性增加转为不可逆下降。Index60是整合了OGTT葡萄糖值和C肽值的复合指标,适用于年龄≥7岁的患者,计算公式为Index60=0.369 53×logC肽
0 min(ng/mL)+0.016 5×葡萄糖
60 min(mg/dL)-0.364 4×C肽
60 min(ng/mL)
[36]。研究表明,在识别处于临床前期(即将进展为3期)的T1DM高危个体时,Index60的预测效能优于HbA1c和传统OGTT 2 h血糖阈值。例如,当Index60阈值≥2.04时,可筛选出比单用HbA1c≥5.7%更具T1DM典型代谢与免疫特征、累积发病率更高的个体
[38]。同时,Index60能识别出2 h血糖正常但实际高危的个体,这类人群可能被常规分期标准漏诊
[39]。因此,在筛查流程中,Index60可作为继IAb筛查后的“二级风险分层工具”,用于判别哪些IAb阳性个体更有可能在短期内发展为T1DM,帮助识别血糖值正常但已出现明显代谢风险的个体。
5 总结与展望
早期筛查T1DM对减少DKA的发生、保护β细胞功能、延缓高危人群发病具有重要意义,但我国目前尚未广泛开展。筛查手段仍以抗体检测和代谢指标为核心,辅以遗传风险评估,未来可纳入更多参数,如免疫指标、胰岛功能指标等,与发病机制相关的因素有望成为敏感性筛查指标。成本效益是推广人群筛查需考虑的关键因素,其中T1DM筛查的成本效益取决于筛查准确性、实施成本,以及对DKA和长期并发症的预防效果。目前,抗体检测具有成本效益,在大规模筛查项目中具有可行性。其他筛查指标如T细胞亚群,需进一步明确T细胞标志物的筛查价值,探索是否与其他免疫细胞指标联合评估,在三级医院中先行验证并建立标准操作规程后,有望用于T1DM的早期风险分层。多基因遗传学检测可作为精准风险分层的工具,用于在一般人群中识别T1DM遗传高风险个体,或在IAb筛查之前进行预筛,以提升筛查效率。为提高成本效益,可开发针对T1DM的定制化基因Panel检测,重点覆盖HLA Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ高风险位点以及中国人群特异性易感基因和风险位点,待评估其准确性后,逐步推广。最后,在人工智能迅速发展的时代,可探索利用机器学习等智能算法,整合遗传风险、多抗体谱、免疫细胞表达、代谢标志物等多维数据,构建更精准的中国人群T1DM风险预测模型。期待在我国广泛开展T1DM筛查,通过提高早诊早治率,改善患者预后和生活质量。
2024年度山东省医学会科研项目(YXH2024YS028)