
KCNJ11基因编码ATP敏感性钾通道(KATP)的Kir6.2亚基,是调节胰岛β细胞胰岛素分泌的重要基因。KCNJ11基因不同突变位点可导致一系列连续的、不同轻重的糖代谢异常,包括新生儿糖尿病、青少年发病的成人糖尿病13、2型糖尿病、婴儿持续性高胰岛素血症性低血糖症。磺脲类降糖药物可与KATP通道中的磺酰脲类受体1(SUR1)结合,导致通道关闭,继而促进胰岛素分泌;因此,KCNJ11基因突变所致的新生儿糖尿病、青少年发病的成人糖尿病13、2型糖尿病患者可口服磺脲类药物治疗。二氮嗪可使KATP通道保持开放,是治疗KATP通道型先天性高胰岛素血症的首选治疗药物,对内科治疗无效的先天性高胰岛素血症患者通常需要行不同程度的胰腺切除术以维持血糖在正常水平。在临床工作中根据临床表现推测可能具有基因突变的人群,行基因检测明确变异情况,以获得更加精准合理的治疗。
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近年来,随着对基因的深入认识,越来越多的单基因疾病被诊断,从而可以更准确诊断患者并及时给予恰当的治疗。KCNJ11基因突变可致糖代谢异常,不同的突变位点可导致不同类型的糖代谢异常发生。KCNJ11基因位于染色体11p15.1,包含1个外显子以及编码390个氨基酸,与ATP结合转运子亚家族成员8基因共同编码胰腺β细胞的ATP敏感的钾通道的孔道部分,前者编码内向整流钾通道(Kir6.2),后者编码磺脲类受体1(SUR1)[1]。ATP敏感性钾通道(KATP)是由Kir6.2与SUR1以4︰4的比例组合成的八聚体,是调节胰岛β细胞胰岛素分泌的关键部位,当葡萄糖进入胰岛β细胞内并参与能量代谢后导致细胞内ATP/ADP比例的变化,ADP向ATP的转化引起KATP通道的关闭,引起β细胞膜去极化并导致电压依赖性Ca2+通道的开放,Ca2+内流入β细胞,细胞内Ca2+浓度的增加触发Ca2+依赖的胰岛素分泌颗粒的出胞反应。KCNJ11基因出现激活或失活突变,可导致KATP通道关闭异常,使β细胞内胰岛素无法正常释放或持续大量分泌,导致糖尿病或者低血糖症的发生[2, 3]。笔者对KCNJ11基因突变导致的糖代谢异常进行阐述,旨在提升对KCNJ11基因突变的了解,提高对该基因突变所致疾病的诊断水平。
KCNJ11基因激活突变可导致葡萄糖与胰岛β细胞内ATP亲和力下降,在葡萄糖刺激下KATP通道无法正常关闭,细胞膜持续处于超极化状态,细胞外Ca2+无法内流,使β细胞内胰岛素无法正常分泌,从而导致糖尿病的发生。KCNJ11基因突变与新生儿糖尿病(neonatal diabetes mellitus,NDM)[2]、青少年发病的成人糖尿病13(maturity onset diabetes in young,MODY13)[4]、2型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)[5]发病相关。
NDM是一种少见的单基因糖尿病,通常指出生后6个月内发生的糖尿病,发病率约为1/16万~1/0.9万[6]。根据疾病转归不同可分为暂时性新生儿糖尿病(transient neonatal diabetes mellitus,TNDM)和永久性新生儿糖尿病(permanent neonatal diabetes mellitus,PNDM)。因TNDM和PNDM最早在出生后第1天即可做出诊断(中位数分别为第6天和第27天),因此称为NDM。TNDM约占新生儿糖尿病的50%~60%,绝大多数会在发病后几个月内自然缓解,少数持续存在糖耐量异常,约半数以上的患儿会在儿童期或青春期复发,较少发生糖尿病酮症酸中毒,所需胰岛素起始治疗剂量也较低,胰岛自身抗体阴性。PNDM在发病后无缓解过程,往往需要终身维持治疗。相较于TNDM,PNDM患者的诊断年龄稍大,平均诊断年龄为27~49 d,宫内发育迟缓的发生率相对较低,发病时往往伴有酮症酸中毒表现[7]。
80%以上的NDM患者存在基因突变,导致NDM的突变基因多参与调节β细胞功能,包括胰腺和胰岛的发育、β细胞团数量以及葡萄糖介导的胰岛素分泌,目前已经发现了22种不同的NDM临床亚型,包括染色体6q24区印迹异常及21个致病基因[8]。KCNJ11基因突变是PNDM的常见原因,占38%~60%,主要影响胰岛素分泌,也可引起TNDM。除分布于胰岛β细胞外,KCNJ11基因参与编码的KATP在中枢神经系统、心肌及骨骼肌等组织中也有广泛分布。编码基因突变后,不仅表现为血糖异常,同时可伴有其他临床症状和体征。KCNJ11基因突变的NDM患儿中约15%伴有神经系统异常(注意力不集中、多动、自闭症等)[9]。PNDM患者在高血糖的同时伴有发育迟缓、肌无力、癫痫的临床表现,称为DEND综合征,是PNDM临床表现中最严重的一种类型;部分患者仅表现为发育迟缓和肌无力,而无癫痫表现,称为iDEND(intermediate DEND)综合征。PNDM的临床表型与KATP通道的ATP敏感性降低程度以及静息电流的大小有关;随着敏感性的降低,KATP通道的静息电流逐渐增加,PNDM的临床表型越严重[10]。尽管既往有研究者认为,PNDM、iDEND和DEND综合征等临床表型均有与之相对应的较高频率突变位点,如R201H突变表现为PNDM、V59M突变表现为iDEND综合征,但迄今多项研究结果显示,即使KCNJ11基因同一位点发生相同或不同类型氨基酸突变,所导致的糖尿病临床轻重程度也存在较大差异。王彤等[11]报道,KCNJ11 R50Q突变导致TNDM,而R50P突变则表现为PNDM;KCNJ11 I182M突变表现为iDEND综合征,而I182V、I182T突变分别可导致TNDM和PNDM。此外,同为R201H突变患者,可表现为单纯PNDM,可也出现更加严重的iDEND综合征;V59M突变患者也分别表现为iDEND综合征和单纯PNDM两种不同的临床表型。
在治疗方面,NDM常被误诊为1型糖尿病(type 1 diabetes,T1DM),给予胰岛素治疗。而事实上由于KCNJ11基因突变的糖尿病患者存在KATP通道关闭障碍,磺脲类降糖药物可以直接作用于磺脲类受体,关闭KATP通道,继而促进胰岛素分泌;因此,KCNJ11基因突变所致的PNDM患者可使用口服磺脲类降糖药物治疗。尽管目前苯磺丁脲、格列本脲、格列吡嗪和格列美脲等磺脲类药物在PNDM患者中均实现了成功转换,但绝大多数报道选择使用格列本脲,因为其选择性较低,不但作用于胰岛β细胞的SUR1受体,亦作用于骨骼肌及神经元的SUR2受体,对基因缺陷所导致的其他伴随症状如精神运动发育迟缓、癫痫等也有明显的改善作用。多项大型队列研究结果揭示,近90%的KCNJ11基因突变所致的PNDM患者可成功转换为磺脲类药物治疗,且可在短期内实现良好的血糖控制,不增加低血糖风险[12]。Babiker等[13]纳入127例来自世界各地的KCNJ11基因突变PNDM患者进行研究,发现88%的PNDM可成功转换,仅少部分突变位点的患者转换不成功,如C166Y、I296L、L164P或T293N等,考虑是由于这些突变位点对磺脲类药物不敏感所致;体外研究结果显示,使用KATP通道阻断剂甲糖宁评估突变KATP通道对磺脲类药物的敏感性,发现上述转换不成功的突变位点阻断率均小于63%,而阻断率大于73%的位点可转换成功。即使KCNJ11基因同一位点,发生相同或不同类型氨基酸突变,所导致的糖尿病对磺脲类药物的治疗反应均存在较大差异。同为KCNJ11 P333L突变的患者,有患者可转换成功,也有患者对磺脲类药物无反应[14]。KCNJ11 V59M突变的患者口服格列本脲的剂量可相差百倍,跨度由0.01~1.25 mg·kg-1·d-1[11]。转换成功与否还与病程有关,短病程患者较长病程所需转换时间更短、药物剂量更少[13,15]。由于磺脲类药物治疗T2DM时易发生低血糖和继发性失效,约44%的T2DM患者接受磺脲类药物5年后会出现继发性失效而需要联合其他降糖药物;因此它应用于PNDM患者的长期疗效和安全性对治疗方案的选择非常重要。近期,一项大型国际队列研究对服用大剂量磺脲类药物治疗KCNJ11突变所致PNDM患者的长期应用价值进行了揭秘,该研究涉及欧洲五国,共纳入81例患者,转为磺脲类药物治疗时的年龄为0.2~34.5岁(中位年龄4.8岁),在长达10多年的随访期间,93%的受试者转为磺脲类药物治疗后能维持良好的血糖控制;此外,尽管磺脲类药物剂量在治疗PNDM时是T2DM患者的4~10倍,但是由于磺脲类治疗的低血糖风险受基因多态性影响,应用于KCNJ11突变所致PNDM时低血糖发生率低[16]。综上所述,应尽早对出生6个月内血糖异常的患者行基因诊断,可使用磺脲类药物长期治疗KCNJ11基因突变所致的PNDM患者。
MODY是一种早发的以常染色体显性遗传方式在家系内传递的单基因突变糖尿病,其临床表现与T1DM和T2DM存在重叠,易导致误诊。目前的国际通用诊断标准如下:(1)家系内至少2代直系亲属内均有糖尿病患者,且其传递符合常染色体显性遗传规律;(2)家系内至少有1个糖尿病患者的诊断年龄在25岁或以前;(3)糖尿病确诊后至少在2年内不需要使用胰岛素控制血糖。目前已发现14种MODY亚型[17],不同的亚型会影响治疗方案的选择。KCNJ11基因突变与MODY13有关,由Bonnefond等[4]于2012年报道,该组病例发生KCNJ11 E227K突变,家系中有12人携带此突变,临床上10例被诊断为糖代谢失常,其中7例为T2DM,其余3例分别为T1DM、糖耐量异常和空腹血糖受损。Yorifuji等[18]于2005年报道,家族性KCNJ11 C42R突变导致3代中4例患糖尿病,传递符合常染色体显性遗传规律,1例为TNDM,其余3例起病年龄分别为3、22和26岁,长期使用磺脲类药物治疗血糖控制可。类似病例还见于1个意大利家系,突变位点为KCNJ11 E227L,携带者均在4个月到33岁之间被诊断为糖代谢异常[19]。因此,对于有糖尿病家族史且起病年龄早的患者应进行基因筛查以获得更适合的治疗。
KCNJ11 E23K基因多态性与T2DM发病密切有关[5,20]。E23K基因位点位于KCNJ11基因第1外显子,突变导致残基电荷由负电荷变为正电荷,致使KATP通道对ATP的感应能力降低,使其在关闭时需要更高水平的ATP,从而延长了该离子通道的开放时间,降低了胰岛素的释放,进一步增加了T2DM的发生。然而迄今为止,关于KCNJ11基因与T2DM发病相关性尚无完全一致的研究结论。多数国内外大型研究结果提示KCNJ11 E23K基因是T2DM易感基因之一,如纳入21 464例来自欧洲、东亚、南亚和北非T2DM患者的Meta分析结果显示,E23K变异与T2DM发病显著相关,该研究分为3个基因模型亚组分析:(1)等位基因亚组,结果显示K等位基因与T2DM发病的危险因素;(2)显性遗传亚组,结果显示携带K等位基因者T2DM发病风险更高;(3)隐性遗传亚组,KK纯合子较EE纯合子和EK杂合子与T2DM更相关[20]。但是仍有部分研究未检测到KCNJ11基因与T2DM的关联性,研究结果的不一致可能与样本数量少、患者年龄不同等因素有关[21]。此外,Sesti等[22]发现,T2DM患者中E23K变异与磺脲类药物继发性失效的发生显著相关,K等位基因携带者(E23K杂合子+K23K纯合子)发生磺脲类药物继发性失效的风险明显高于E23E纯合子。在未出现继发性失效的T2DM患者中,携带K等位基因者诊断糖尿病的年龄更早,空腹血糖和糖化血红蛋白水平更高。
先天性高胰岛素血症是一种遗传异质性疾病,是引起新生儿和婴儿持续性低血糖最常见的原因,因此也被称为婴儿持续性高胰岛素血症性低血糖症(persistent hyperinsulinemic hypoglycemia of infancy,PHHI),总人群发病率约为1/5万,近亲结婚人群中发病率可高达1/2 500[23,24]。迄今为止,共报道12种致病基因可引起PHHI,包括ABCC8、KCNJ11、GLUD1、GCK、HADH、SLC16A1、HNF1A、HNF4A、UCP2、HK1、PGM1和PMM2。其中,KCNJ11基因和ABCC8基因失活突变引起的KATP通道型先天性高胰岛素血症(KATP-HI)是PHHI最常见且最严重的类型,约占PHHI的40%~45%,其他基因突变约占5%~10%,仍有大约50%的PHHI患者致病基因不明[25]。
KCNJ11基因失活突变可使ATP/ADP比值增加,导致KATP通道持续关闭,β细胞膜持续处于去极化状态,最终导致胰岛素过度分泌释放,从而引起PHHI的发生。现已发现20多种Kir6.2的编码基因KCNJ11突变和PHHI相关,且不同类型的KCNJ11基因突变导致KATP-HI发生的机制也不尽相同。KCNJ11基因R301位点的不同突变可不同程度地减少KATP通道在胰岛β细胞表面的表达;Arg-54、Arg-176和Arg-177等位点的突变仅会减弱KATP通道的开放能力,并不影响通道活动的稳定性;R192A、E229R和R314A等位点的突变则可以导致KATP通道功能失活[26]。组织学上KCNJ11基因突变患者胰岛细胞可以表现为弥漫型、局灶型和非典型增生。
由于长期持续性低血糖延迟诊断将导致严重的不可逆性脑损伤,因此及时诊断并给予合理的治疗非常重要。目前KATP-HI的治疗方法包括药物和手术。药物治疗方面:(1)二氮嗪是首选药物,它可以作用于胰岛β细胞的SUR1受体,使KATP通道保持开放,临床上常将氢氯噻嗪和二氮嗪联用,以减轻二氮嗪引起的水钠潴留等不良反应。然而,由于KCNJ11基因突变的患者KATP通道自身受损,除了少数携带显性遗传KCNJ11基因突变的患者对二氮嗪治疗有效外,多数隐性遗传或新生突变的KATP-HI患儿对二氮嗪治疗无效。(2)磺脲类药物及卡马西平等可以诱导KATP通道在β细胞膜上的表达,可用来治疗因KATP通道数量减少而引起的PHHI。(3)此外,胰高血糖素样肽-1受体拮抗剂[27]、雷帕霉素靶蛋白拮抗剂雷帕霉素[28]也成功应用于一些对二氮嗪无反应的KATP-HI患者的治疗[29]。然而,多数的KATP-HI对药物治疗无效,多需根据不同的组织学类型行不同程度的胰腺切除术进行治疗,弥漫型患者需行胰腺次全切除术(切除胰腺的95%~99%),而局灶型和非典型型患者只需选择性切除含有病变的胰腺部分。
综上所述,KCNJ11基因突变影响KATP通道的活性,从而导致胰岛β细胞的胰岛素分泌异常。KCNJ11基因不同突变位点可导致一系列连续的、不同轻重的糖代谢异常,包括低血糖至T2DM、MODY13、TNDM、PNDM到iDEND/DEND综合征等不同类型的糖尿病临床表型。在临床工作中,应根据临床表现推测可能具有基因突变的人群,行基因检测明确变异情况,以获得更加精准合理的治疗。
所有作者均声明不存在利益冲突
1. 下列哪种疾病不是由于KCNJ11基因突变所导致的( )。
A. 新生儿糖尿病
B. MODY 13
C. 线粒体糖尿病
D. 婴儿持续性高胰岛素血症性低血糖症
2. 新生儿糖尿病是指出生后( )发生糖尿病的患者。
A. 28 d
B. 1个月
C. 6个月
D. 1年
3. 最常用于治疗KCNJ11基因突变所致新生儿糖尿病的药物是( )。
A. 格列美脲
B. 格列本脲
C. 格列齐特
D. 瑞格列奈
4. 下列哪项不是iDEND综合征的组分( )。
A. 新生儿糖尿病
B. 癫痫
C. 发育迟缓
D. 肌无力
5. 13岁女性因口干、多饮、多尿1周入院,查糖化血红蛋白12.9%,空腹C肽 113. 2 pmol/L ,2 hC肽 132. 2 pmol/L ,胰岛自身抗体阴性 ,患者的母亲3年前诊断为2型糖尿病 ,予以口服格列齐特和二甲双胍治疗血糖控制可 ,患者的姐姐发现血糖升高 ,基因检测提示患者KCNJ11基因突变 ,该患者诊断考虑为( )。
A. 暂时性新生儿糖尿病
B. MODY 12
C. MODY 13
D. 线粒体糖尿病





















