• 回顧遺傳信息在內(nèi)分泌學(xué)中的臨床應(yīng)用場(chǎng)景，并提供建議（見公眾號(hào)內(nèi)鏈接：WE14筆記 l 內(nèi)分泌學(xué)中遺傳信息和測(cè)序臨床應(yīng)用的思考**）   

• 討論遺傳學(xué)原理，為理解和解釋患者DNA變異提供框架（見公眾號(hào)內(nèi)鏈接：WE14筆記 l 內(nèi)分泌學(xué)中遺傳信息和測(cè)序臨床應(yīng)用的思考**）

隨后會(huì)舉例說(shuō)明內(nèi)分泌疾病中孟德爾遺傳病和三種多基因內(nèi)分泌疾病/特征（2型糖尿病、身材和血脂）；遺傳學(xué)理論聯(lián)系內(nèi)分泌疾病實(shí)踐；關(guān)于孟德爾遺傳疾病部分：

• WE14筆記 l 孟德爾內(nèi)分泌疾病**

CK's Endocrine Notes

WE14-03(2-2)

內(nèi)分泌遺傳學(xué)-2型糖尿病

編譯：陳康

遺傳結(jié)構(gòu)

2型糖尿病(T2D)是一種多因素、多基因疾病，其表現(xiàn)取決于多種相互作用的遺傳和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素。遺傳力估計(jì)顯示家族聚集性的有力證據(jù)，范圍從40%（Diabetologia. 1992; 35(11): 1060–1067）-80%（Diabetes Res Clin Pract. 1988; 5(4): 271–280）?？蓺w類為非自身免疫性的糖尿病病例約5%源于單基因疾病，遵循孟德爾遺傳模式，并聚集成臨床定義的綜合征。這些孟德爾（遺傳）糖尿病綜合征包括新生兒糖尿病、MODY和先天性脂肪營(yíng)養(yǎng)不良（Nature. 2009; 462(7271): 307–314）。迄今為止，家族連鎖研究已成功地將大約30個(gè)基因作為糖尿病的單基因病因。

大多數(shù)T2D病例(95%)背后的遺傳因素符合多基因模型；多個(gè)基因中的遺傳變異獨(dú)立地導(dǎo)致疾病風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)都有適度的影響。要部分闡明這些遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素，需要進(jìn)行遺傳關(guān)聯(lián)研究/GWAS，并匯集成千上萬(wàn)個(gè)病例和對(duì)照受試者的隊(duì)列（Nat Genet. 2012; 44(9):981–990.）。截至2014年，已從約150，000個(gè)病例對(duì)照的匯總分析中鑒定出約70個(gè)基因座。這些位點(diǎn)加在一起約占T2D遺傳率的6%（Nat Genet. 2012; 44(9): 981–990.）。在這些位點(diǎn)中，TCF7L2處的SNP(風(fēng)險(xiǎn)增加等位基因的出現(xiàn)頻率為30%)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的總體影響最大，使每個(gè)等位基因的風(fēng)險(xiǎn)增加1.4倍。

相比之下，1型糖尿病表現(xiàn)出稍微不同的遺傳結(jié)構(gòu)，具有影響較大的共同位點(diǎn)(在61%的人群中發(fā)現(xiàn)的HLA位點(diǎn)變異使風(fēng)險(xiǎn)增加5倍（Nature. 2007; 447(7145): 661–678），胰島素基因的共同變異使風(fēng)險(xiǎn)增加3倍)。這一發(fā)現(xiàn)與20世紀(jì)80年代以前的研究一致，該研究估計(jì)1型糖尿病50%的遺傳性是由HLA位點(diǎn)的常見單倍型解釋的（Nature. 1987; 329(6140): 599–604；Clin Genet. 1984; 26(6): 529–542）。值得注意的是，與糖尿病的單基因原因相關(guān)的基因也有助于多基因形式，但通過(guò)不同的遺傳變異。與孟德爾糖尿病綜合征相關(guān)的基因，如KCNJ11(新生兒糖尿病)、HNF1A(MODY2)和PPARG(家族性部分脂肪營(yíng)養(yǎng)不良3)（Trends Endocrinol Metab. 2009; 20(8): 380–387），被發(fā)現(xiàn)含有賦予常見T2D風(fēng)險(xiǎn)的常見變異體（Nat Genet. 2010; 42(7): 579–589；Nature. 2009; 462(7271): 307–314）。相反，通過(guò)GWASs首次發(fā)現(xiàn)與糖尿病相關(guān)的基因隨后被鑒定為具有罕見的、高度外顯的等位基因。例如，非編碼的常見變異體將MTNR1B基因(編碼褪黑激素受體)指向T2D相關(guān)位點(diǎn)(風(fēng)險(xiǎn)增加1.15倍)(Nat Genet. 2009; 41(1): 89–94)。隨后，大規(guī)模重測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)同一基因的多個(gè)罕見編碼變異體(存在于< 1:1000的個(gè)體中)，使T2D風(fēng)險(xiǎn)增加5倍以上。

在不同人群中進(jìn)行的制圖研究揭示了不同祖先群體中導(dǎo)致糖尿病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素的相似性和差異性。在多個(gè)人群/祖先(歐洲人、南亞人、東亞人、拉丁美洲人、非裔美國(guó)人)（Nat Genet. 2014; 46(3): 234–244）中進(jìn)行的T2D gwss研究表明，許多常見變異在人群中是共有的，對(duì)疾病風(fēng)險(xiǎn)具有同等影響，無(wú)論其祖先是誰(shuí)。這種模式與非洲祖先群體中最常見變異的起源一致(見表3)，但也發(fā)現(xiàn)了顯著的祖先特異性效應(yīng)。在拉丁裔和墨西哥裔個(gè)體中進(jìn)行的T2D·GWAS研究在含有基因SLC16A11/13的位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)共同的SNP，該位點(diǎn)使糖尿病風(fēng)險(xiǎn)增加了1.25倍（Nature. 2014;506 (7486): 97–101.）。在日本個(gè)體中進(jìn)行的另一項(xiàng)T2D·GWAS研究發(fā)現(xiàn)了相同的位點(diǎn)（Hum Mol Genet.2014; 23(1): 239–246）。因?yàn)橄嚓P(guān)的SNP在歐洲人中很罕見，所以在歐洲裔群體的GWAS中未檢測(cè)到該位點(diǎn)。同樣，來(lái)自格陵蘭島的個(gè)體中TBC1D4的常見變異體(存在于17%的格陵蘭島人口中)會(huì)顯著增加T2D病的風(fēng)險(xiǎn)(風(fēng)險(xiǎn)增加10倍)（Nature. 2014; 512(7513): 190–193）。這種變異體會(huì)導(dǎo)致過(guò)早截?cái)?，并與肌肉胰島素抵抗升高相關(guān)，在歐洲大陸極為罕見，很可能在格陵蘭島變得常見，因?yàn)樗嬖谟诟窳晏m島當(dāng)前人口的始祖中。

總之，過(guò)去三十年的遺傳作圖研究揭示了T2D的遺傳結(jié)構(gòu)，具有廣泛的基因座和等位基因異質(zhì)性。關(guān)于效應(yīng)大小和等位基因頻率，T2D遺傳結(jié)構(gòu)迄今為止包括一些非常罕見的大效應(yīng)變異體、一些常見的具有小至中度效應(yīng)的變異體(風(fēng)險(xiǎn)增加1.2-1.5倍)，以及更多對(duì)疾病風(fēng)險(xiǎn)具有甚至更適度效應(yīng)的常見變異體，其中罕見和常見的遺傳變異體分布在基因組的多個(gè)位點(diǎn)上。這種遺傳結(jié)構(gòu)已被證明是其他常見疾病的典型特征（Nature. 2007; 447(7145): 661–678）(見圖2)，并且反映了該疾病的潛在遺傳結(jié)構(gòu)和大型GWAS更容易檢測(cè)中等效應(yīng)的常見變體的能力。

圖2 常見疾病和孟德爾（遺傳）病的遺傳結(jié)構(gòu)

疾病生物學(xué)

過(guò)去三十年來(lái)，T2D的基因發(fā)現(xiàn)已形成了對(duì)疾病機(jī)制的分子理解，強(qiáng)調(diào)了血糖與T2D之間的差異，并將先前未知的生理學(xué)納入了疾病發(fā)病機(jī)制。遺傳作圖支持了當(dāng)前生理學(xué)概念，即T2D病是一種胰島素生成減少以及胰島素敏感性降低的疾病，指出了兩個(gè)軸的分子基礎(chǔ)。攜帶β細(xì)胞基因(SLC30A8，HNF1A)和細(xì)胞存活基因(CDKAL1)T2D相關(guān)變異體的糖尿病前期個(gè)體表現(xiàn)為胰島素分泌減少(穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估B，HOMO Beta) （Nat Genet. 2010; 42(7): 579–589）。然而，在脂肪細(xì)胞基因(PPARG，KLF14)中攜帶T2D相關(guān)變異體的糖尿病前期個(gè)體趨向于穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估胰島素抵抗的增加（Nat Genet. 2010; 42(7): 579–589）。約30%的T2D相關(guān)SNP指向胰島素分泌/β細(xì)胞功能，15%指向胰島素抵抗（Cell Metab. 2015;21(3): 357–368）。有趣的是，糖尿病前期個(gè)體中與胰島素分泌相關(guān)的SNP預(yù)測(cè)T2D事件，但與胰島素抵抗相關(guān)的SNP無(wú)預(yù)測(cè)價(jià)值（Diabetes. 2014; 63(6): 2172–2182）。這些來(lái)自遺傳流行病學(xué)的發(fā)現(xiàn)與β細(xì)胞衰竭的最終結(jié)果是一致的。重要的是，半數(shù)以上的相關(guān)SNP及其指向的基因與胰島素分泌或敏感性無(wú)關(guān)。其致病機(jī)制有待生理和功能研究闡明。

即使未完全了解其分子/細(xì)胞因果機(jī)制，仍使用了大量T2D相關(guān)位點(diǎn)(截至2014年為70個(gè))來(lái)細(xì)化疾病分類。通過(guò)檢查對(duì)37種T2D相關(guān)常見遺傳變異體進(jìn)行基因分型的非糖尿病個(gè)體的定量血糖特征(胰島素產(chǎn)生、敏感性、加工和空腹血糖)，研究者能夠?qū)⒕哂醒翘卣鞯幕蜻M(jìn)行聚類，以定義獨(dú)特的糖尿病亞型（Diabetes. 2014; 63(6): 2158–2171.）。例如，攜帶MNTR1B和GCK變異體的個(gè)體表現(xiàn)出空腹高血糖和胰島素分泌減少的組合，而攜帶SLC30A8、CDKN2A/B、TCF7L2變異體的個(gè)體和其他基因主要表現(xiàn)為胰島素分泌減少。值得注意的是，許多基因沒有與預(yù)先確定的血糖特征聚類，這再次表明目前對(duì)T2D的生理學(xué)描述仍然不完整。

基因定位也證實(shí)了流行病學(xué)上確定的T2D與肥胖之間的交叉關(guān)系。在GWAS中平行鑒定了FTO基因第二個(gè)內(nèi)含子中的一個(gè)SNP，可用于T2D（Science. 2007; 316(5829): 1336–1341）和肥胖（Nat Genet. 2007; 39(6): 724–726；Science.2007;316(5826):889–894；PLoSGenet. 2007;3(7): e115）。T2D的關(guān)聯(lián)信號(hào)在校正體重指數(shù)(BMI)后完全消失，表明該SNP通過(guò)增加BMI增加了T2D風(fēng)險(xiǎn)。有趣的是，這個(gè)軌跡說(shuō)明了從GWAS信號(hào)到功能的一些困難。盡管最初認(rèn)為這種SNP通過(guò)影響FTO基因功能對(duì)BMI產(chǎn)生影響，但詳細(xì)的機(jī)制研究表明，它可能通過(guò)改變IRX3(一種位于100萬(wàn)個(gè)堿基以外的基因)的表達(dá)水平而發(fā)揮作用（Nature. 2014; 507(7492): 371–375）。盡管在小鼠中進(jìn)行的初步研究表明，增加Fto基因劑量會(huì)增加食物攝入，從而導(dǎo)致脂肪量增加（Nat Genet. 2010; 42(12): 1086–1092），但尚未發(fā)現(xiàn)疾病相關(guān)SNP與Fto表達(dá)水平或功能之間存在聯(lián)系（J Lipid Res. 2008; 49(3): 607–611.）。

甚至在最近，在ADCY3(一種在內(nèi)臟脂肪組織中高度表達(dá)的基因)中產(chǎn)生過(guò)早終止密碼子和功能喪失的剪接受體變體已被確定為BMI和T2D風(fēng)險(xiǎn)增加的原因。在功能喪失導(dǎo)致肥胖、攝食過(guò)度和胰島素抵抗的小鼠中進(jìn)行的一致性功能研究表明，ADCY3可能是一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

鑒于T2D病是根據(jù)高血糖癥診斷的，基因定位已揭示，決定空腹血糖的基因部分不同于與T2D病相關(guān)的基因。在非糖尿病患者與T2D病例對(duì)照研究中對(duì)血糖水平進(jìn)行的GWASs比較表明，血糖和T2D有明顯的遺傳關(guān)聯(lián)（Nat Genet. 2010; 42(2): 105–116）。一些基因含有增加血糖水平和T2D風(fēng)險(xiǎn)的變體，而其他基因改變血糖水平但不賦予T2D風(fēng)險(xiǎn)。因此，這兩種表型既有共同的生物學(xué)特征，也有不同的生物學(xué)特征。此外，重要的是要記住，血糖替代測(cè)量的遺傳基礎(chǔ)并不總是指向特異性改變血糖生理的基因。一個(gè)特別突出的例子是己糖激酶1 (HK1)與血紅蛋白A1c水平相關(guān)，但與空腹或動(dòng)態(tài)血糖無(wú)關(guān)（Diabetes. 2009; 58(11): 2687–2697）。據(jù)認(rèn)為，HK1的遺傳變異體改變血紅蛋白A1c水平，這是紅細(xì)胞壽命和貧血改變的結(jié)果。

臨床轉(zhuǎn)化

遺傳學(xué)指向T2D重要治療靶點(diǎn)的原理已得到充分驗(yàn)證。罕見和常見的遺傳變異都將噻唑烷類藥物的靶點(diǎn)PPARG與綜合征和常見的T2D聯(lián)系在一起（Trends Endocrinol Metab. 2009 ;20(8): 380–387）。同樣，磺酰脲受體(由ABCC8編碼)的罕見變異會(huì)導(dǎo)致新生兒糖尿病（Diabetes. 2007; 56(6): 1737–1741）。盡管這些口服低血糖癥是在遺傳前期發(fā)現(xiàn)的，但它們預(yù)示著遺傳指導(dǎo)藥物發(fā)現(xiàn)的樂觀前景，這將需要對(duì)迄今為止研究定位的基因進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)制理解。遺傳學(xué)指定的一個(gè)特別有吸引力的靶點(diǎn)是SLC30A8，這是一種編碼幾乎只在內(nèi)分泌胰腺(ZnT8)中表達(dá)的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體的基因。發(fā)現(xiàn)SLC30A8基因編碼的蛋白質(zhì)中常見的R325W錯(cuò)義變體(在大多數(shù)大陸人群中以1:3的比例存在)與免受T2D病的保護(hù)有關(guān)(風(fēng)險(xiǎn)降低1.18倍)（Nature. 2007; 445(7130): 881–885.）。SLC30A8中罕見的蛋白截短變體(以2:1000的比例存在)也與免受T2D病的保護(hù)有關(guān)，其影響更大(風(fēng)險(xiǎn)降低2.6倍)（Nat Genet. 2014; 46(4) :357–363）。受T2D保護(hù)的SLC30A8的人類雜合敲除的發(fā)現(xiàn)。

在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)領(lǐng)域，遺傳學(xué)尚未對(duì)T2D產(chǎn)生重大影響，因?yàn)楝F(xiàn)有臨床風(fēng)險(xiǎn)因素已經(jīng)很好地預(yù)測(cè)疾病。常見的遺傳變異因其相對(duì)較高的頻率，可以解釋性狀/疾病的大部分遺傳力，但對(duì)個(gè)體的影響較小。例如，PPARG中常見的P12A變體與1.25倍的T2D風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)（Nat Genet. 2000; 26(1): 76–80）?；谠擄L(fēng)險(xiǎn)變體的高人群頻率(85% P)，如果在理論上用人群中的每一個(gè)P替代A，將消除20%的糖尿病。盡管存在這種不可思議的人群歸因風(fēng)險(xiǎn)，但與攜帶A型變異體的人相比，任何攜帶P型變異體的特定個(gè)體患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)僅增加25%。鑒于常見變異體的人群頻率較高，在同一個(gè)體中發(fā)現(xiàn)了許多疾病易感性變異體，每一種變異體都會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)輕度增加?；蚪M測(cè)序的逐步可及性使得一次性確定個(gè)體中所有已知的風(fēng)險(xiǎn)賦予變體并將其結(jié)合用于潛在的更有臨床意義的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)成為可能。研究人員試圖將常見變異合并到一個(gè)基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分中，并取得了一定的成功。對(duì)于T2D，結(jié)合18種常見變異體(包括PPARG P12A)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分顯示，高風(fēng)險(xiǎn)組的風(fēng)險(xiǎn)比低風(fēng)險(xiǎn)組高2.6倍（N Engl J Med. 2008; 359(21): 2208–2219）。相比之下，僅報(bào)告糖尿病家族史就會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)增加3-7倍。

根據(jù)基因型定制藥物治療在單基因糖尿病中取得了成功；基因組測(cè)序時(shí)代有望為更廣泛的個(gè)體群體帶來(lái)這種好處。基因型指導(dǎo)藥物治療的經(jīng)典例子是GCK基因常染色體顯性突變引起的MODY2個(gè)體。這些個(gè)體符合糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)，但能夠在較高的設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)血糖，從而避免所有繼發(fā)性并發(fā)癥。因此，GCK相關(guān)糖尿病的基因診斷可使此類個(gè)體避免藥物治療。對(duì)于因ABCC8或KCNJ11突變導(dǎo)致的永久性新生兒糖尿病患者，可使用大劑量磺脲類藥物代替胰島素進(jìn)行安全治療（Diabetes Care. 2008; 31(2): 204–209；Diabetes. 2004; 53(10): 2713–2718.）。也有發(fā)現(xiàn)ABCC8或KCNJ11有功能性突變的個(gè)體，他們不表現(xiàn)為典型的新生兒綜合征，被歸類為常見T2D病，但仍可能對(duì)磺脲類藥物有優(yōu)先反應(yīng)。要證明這一預(yù)測(cè)，將需要識(shí)別此類個(gè)體并進(jìn)行前瞻性臨床試驗(yàn)。在HNF1A突變引起的MODY3患者中進(jìn)行了前瞻性基因型干預(yù)試驗(yàn)，結(jié)果顯示磺脲類藥物優(yōu)于二甲雙胍（Lancet. 2003; 362(9392): 1275–1281）。有趣的是，拉丁美洲T2D病例對(duì)照組的外顯子組測(cè)序顯示，HNF1A E508K變體(之前注釋為MODY3)在大約1:1000名患者中產(chǎn)生5倍的T2D風(fēng)險(xiǎn)。這些數(shù)據(jù)證明E508K不是完全外顯性；然而，攜帶者仍可優(yōu)先受益于磺酰脲類治療，其臨床定義MODY3的對(duì)應(yīng)患者也是如此。

對(duì)已知的單基因糖尿病基因進(jìn)行大規(guī)模測(cè)序，發(fā)現(xiàn)許多新的蛋白編碼變體；這給藥物遺傳學(xué)帶來(lái)機(jī)遇，也帶來(lái)挑戰(zhàn)。一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦邮?，在約20,000名T2D病例對(duì)照中對(duì)PPARG進(jìn)行測(cè)序，鑒定出49種罕見的蛋白編碼變體。49種中有3例以前曾被發(fā)現(xiàn)，已知會(huì)導(dǎo)致功能喪失，并且與孟德爾（遺傳）脂肪營(yíng)養(yǎng)不良有關(guān)（Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111(36): 13127–13132.）；46個(gè)變異體是新的，功能未知。就挽救脂肪細(xì)胞分化的能力而言，對(duì)每種變體進(jìn)行的功能檢測(cè)顯示，9種新變體導(dǎo)致PPARG功能喪失，其余與野生型無(wú)法區(qū)分（Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111(36): 13127–13132.）。導(dǎo)致功能喪失變體增加7倍T2D風(fēng)險(xiǎn)，而野生型樣變體沒有增加T2D風(fēng)險(xiǎn)。為了解決在正在被發(fā)現(xiàn)的規(guī)模上解釋新的蛋白質(zhì)編碼變體(一般人群中1:500的個(gè)體攜帶PPARG中某種罕見的蛋白質(zhì)編碼變體)以及哪些可能適合于藥物治療的挑戰(zhàn)，研究者應(yīng)用合成生物學(xué)和高通量測(cè)序來(lái)合成和功能性檢測(cè)PPARG中所有可能的(~10,000)蛋白質(zhì)編碼變體（Nat Genet. 2016; 48(12): 1570–1575）。使用所得到的PPARG功能“查詢表”， 臨床研究人員在受糖尿病和部分性脂肪營(yíng)養(yǎng)不良影響的患者中發(fā)現(xiàn)了兩種PPARG突變(R308P和A261E)，并證明了對(duì)噻唑烷二酮類藥物的體內(nèi)反應(yīng)性（Diabetes. 2018; 67(6): 1086–1092）。這些研究證明了使用遺傳信息和高通量功能表征指導(dǎo)其他單基因疾病基因的藥物治療的概念。

內(nèi)分泌代謝病疾病 @CK醫(yī)學(xué)

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其實(shí)能忍受上面如此枯燥的專科內(nèi)容并且看到這個(gè)“PS”的，基本只剩下內(nèi)分泌的專科醫(yī)生了，但是，如果你是非內(nèi)分泌?？漆t(yī)生，竟然也對(duì)這些內(nèi)容如此感興趣以至于看到了這兩段PS的內(nèi)容，甚至還想加群，那就按照PS中的步驟來(lái)吧，歡迎你

何為CK醫(yī)學(xué)/CK醫(yī)學(xué)科普？“CK”即Chen Kang的首字母組合；兩個(gè)公眾號(hào)是內(nèi)分泌專業(yè)公眾號(hào)，是CK個(gè)人公眾號(hào)，所涉及的科普也多數(shù)是專業(yè)版內(nèi)容；進(jìn)一步的信息，可百度搜索“Chen kang 內(nèi)分泌”