1型糖尿病与自身免疫

1型糖尿病与自身免疫

　　国外医学情报1999年第20卷第11期

（中国医学科学院，中国协和医科大学）基础医学研究所 潘阳杏综述

　　 关键词：1型糖尿病（iddm）自身免疫

　　1型糖尿病（iddm）是一种自身免疫疾病的假设提出要追溯到1965年。willy gets在新发生的青少年糖尿病人胰腺组织中观察到有关炎性细胞浸润，并认为可能是一种免疫紊乱，从而引致iddm发生。多年来，人们对iddm疾病的探索得到了不少支持这种假设的证据。目前认为iddm是一种t细胞介导的自身免疫的疾病的观点得到以下线索的支持：①骨髓移植治病白血病时，接受iddm病人骨髓细胞的人发生了糖尿病。动物实验也发现，将iddm病人外周血单核细胞（含淋巴细胞）输给cd-1，nu/nu小鼠，使得小鼠发生了胰岛周边单核细胞浸润，并伴有某种程度的胰岛损伤。在免疫缺陷小身上做同样的实验，却只产生了胰岛细胞抗体，而未发生β细胞损伤；②iddm病人接受白细胞抗原相同的非糖尿病正常胰岛移植后，发生了胰岛单核细胞浸润，胰岛结构破坏，导致糖尿病复发；③免疫抑制剂能减缓新发病的iddm病人胰岛β细胞损伤的病理过程。动物实验证实，主要作用于t细胞水平的免疫抑制剂或调节剂能阻止遗传倾向的nod小鼠和bb小鼠的iddm的发生。此外，还有一些间接证据支持iddm自身免疫的特性：①胰岛炎主要由淋巴细胞、巨噬细胞或单核细胞浸润而引起；②iddm常与其它自身免疫疾病甲状腺炎共同发生；③iddm的发生与人类白细胞抗原（hla）基因上的一定等位基因有关，而这些基因参与调节免疫反应。导致胰岛炎性细胞浸润的原因。自身免疫引起iddm的机制、体液免疫在iddm中的作用、遗传敏感性及环境因素对iddm发病的影响等一系列问题都是当前研究的热点。

　　一、遗传敏感性与环境因素的影响

　　目前认为，人类和nod小鼠iddm发病存在着遗传敏感性，环境因素攻击是启动因素。据估计，美国iddm的发病率约为1比250到1比500。直系亲属中有患iddm的人群，患iddm的危险性为5%。父亲患iddm，其子女以后患iddm的危险性为7%；而母亲患iddm，其子女患该病的机率为2%。同卵双生中一个患iddm，另一个患病危险性为1/3。反应了遗传与iddm发病有密切的关系。

　　70年代末80年代初的研究认为，hla-dr3和dr4是敏感性等位基因。在对照人群中，约50%的人dr3和dr4阳性。与之相比较的高加索人iddm病人阳性携带者约为95%。患病的兄弟姐妹有相同hla型的儿童大约1/7将发生iddm。如果同时带有dr3和dr4，患病危险性上升至1/4，非常接近于同卵双生iddm的发病率。

　　80年份中期至末期的研究提示了hla-dqb1和hla-dqa1等位基因对iddm敏感性有更深入的影响。在总人口中，dqb1和dqa1等位基因一定的结合（如dqb1*0302和dqa1*0501纯合子）使iddm的危险性增加1/4。这个比例与携带dr3和dr4的hla相同的同胞兄妹的患病危险性相似。特异的hla等位基因也能够提供对iddm的保护。例如，dr2和dr5，dr2常常与dqb1*0602有关，这个等位基因可防止糖尿病的发生。特异性dqb1*0602在预防机体发生iddm时，不能阻止ica的产生。携带dqb1*0602，ica阳性的人患iddm的机率很低。保护性hla-dqb1等位基因在第57位表达天门冬氨酸残基，而此位置不是天门冬氨酸残基（如丝氨酸、内氨酸、缬氨酸），有易感iddm的倾向。

　　遗传上易感的个体，在化学、物理及感染等环境因素攻击下触发iddm。环境因素中最重要的是病毒感染及饮食。病毒感染引起糖尿病的证据多来自动物实验，也有少部分来自临床iddm。其一是病毒感染细胞后在感染的细胞内增殖，直接引起鼠胰岛β细胞的裂解，导致继发的低胰岛素血症和高血糖。采取这条途径的主要有脑心肌炎病毒（emc病毒）、mengo2t病毒、柯萨奇b病毒。其二是病毒感染启动胰岛细胞的自身免疫，可见于动物和人类。采取这种方式的病毒为风疹病毒，逆转录病毒和呼肠弧病毒（reovirus)。在柯萨奇b病毒抗体和新诊断为iddm病人的胰岛β细胞抗体之间似乎没有相关性。而风疹病毒和巨细胞病毒感染出现的自身抗体与iddm发病的机制仍有待研究。目前，内源性逆转录病毒在iddm发病中的作用是研究的前沿。食物中的牛奶与iddm的关系存在争议。有人认为牛奶成分的蛋白系列与iddm的自身抗原相同。据报道，临床观察儿童其大量饮用牛奶可能与糖尿病相关抗体转阳有关。牛奶被认为是能促进儿童由临床前糖尿病发展成糖尿病的病因。

　　二、 iddm被认为是免疫调节失常

　　现在还没有证据说明1型糖尿病的靶抗原像其它器官特异的自身免疫疾病那样是不正常的。相反，如前所述的糖尿病转移试验证明，骨髓来源的细胞能够将β细胞损伤性胰岛炎传递给无糖尿病的人、小鼠和大鼠，因而说明存在着免疫系统定位的不正常。胰岛自身免疫反应发生在那些有一定易感基因的人，而且这些人缺乏hla保护性基因参与免疫的调节。传统观念认为，环境因素（微生物、化学、饮食）可以启动遗传上iddm易感的人对β细胞的自身免疫反应。但对自发性自身免疫糖尿病动物模型的研究，提示了环境因素，特别是微生物因素，既可以促进也可以抑制iddm的发生。因此，目前的观点认为，不论是遗传还是环境因素对iddm发病既可以是致病性的，也可是保护性的。iddm的发生受遗传和环境因素对免疫调节系统的净效应的影响。按照这种观点，1型糖尿病与其它器官的特异性自身免疫疾病相似，是免疫调节失常的结果。

　　抗原激活的t细胞因其帮助介导的细胞和体液免疫反应而被称为辅助性t细胞。人类和小鼠体内至少存在两种不同的辅助性t细胞。根据其功能和产生的细胞因子的不同划分为th1和th2。th1细胞分泌il-2、ifn-γ和ifn-β，介导细胞免疫（迟发型超敏反应）；th2细胞产生il-4、il-5和il-10，主要参与体液免疫（免疫球蛋白的产生）。th1和th2细胞的功能是相互抑制。th细胞一般被鉴定为cd4+，然而，cd8+th细胞也存在。

　　自发性自身免疫糖尿病动物研究（nod小鼠和bb大鼠）已经揭示了自身反应性t细胞介导的胰岛β细胞结构破坏是th1细胞群引起的。而调节性t细胞为th2亚群，后者能防止自身反应性th1细胞表达其致病力。动物实验证明，分泌ifn的γcd4+t细胞（th1表型）传递β细胞结构破坏性胰岛炎和糖尿病给新生的nod小鼠，而分泌il-4的cd4+ t细胞（th2表型）诱导一种非结构损伤性外周胰岛炎。进一步证明，th1细胞产生的ifn-γ在体外能消灭胰岛β细胞，引起与动物模型一致的β细胞结构破坏性胰岛炎和iddm。预先用il-4和il-10和产生il-4的th2细胞处理nod小鼠，可以抑制产生ifn-γ和th1细胞，从而防止β细胞结构损害。

　　实验所获得的现象形成了这样一种观念：1型糖尿病的免疫反应涉及某些干扰，或者一些干扰涉及免疫调节环路，导致th1细胞及细胞因子超过th2细胞及细胞因子。一定的β细胞蛋白作为一种抗原被巨噬细胞或其它抗原呈递细胞（apcs）处理后，由apc表面mhcⅱ类分子复合体呈递给相应tcr的自身反应性t细胞前体，导致其增殖，β细胞的免疫原性依赖于apcs细胞处理的多肽。同时，apc细胞与t细胞共同刺激分子的作用，对整个t细胞的激活是必要的。t细胞反应的取向很大程度上受细胞因子的调节。这样幼稚t细胞没有任何特别的th表现型，th表现型根据微环境中细胞因子而变化。il-12的存在，作为一种巨噬细胞和b细胞的产物，偏向于th1细胞分化。抗il-12血清阻断th1表现型的表达。摄入il-12发生加速nod小鼠临床前iddm发展成临床iddm。这可能与下因素有关：①增强ifn-γ的分泌，胰岛淋巴细胞浸润，il-4降低；②选择性的β细胞结构损伤。il-4为th2细胞和胞大细胞的产物，偏向于th2细胞分化。抗il-4单克隆抗体促进th1表现型细胞表达。th1激活的结果诱导il-2和ifn-γ的产生，抑制th2细胞因子（il-4和il-10）产生，激活巨噬细胞、细胞毒性t细胞和nk细胞。这些效应细胞通过不同的β细胞抗原特异性和非特异性机制对细胞产生毒性杀伤。除了它们的细胞毒性效应分子il-1、ifn-α、ifn-β、ifn-γ外，还通过增加mhcⅱ类蛋白、吸附分子（如apcs上的b7和细胞内吸附分子即icam-1）、胰岛β细胞上的mhcⅰ类蛋白提供一种自身免疫应答正反馈。

　　β细胞抗原特异性cd8+ t细胞和抗原非性特异性cd4+ t细胞以及巨噬细胞在nod小鼠和bb大鼠β细胞坏死中起作用。然而这些免疫细胞杀死β细胞的精确细胞毒性机制还没有全部弄清。再则，人们对1型糖尿病β细胞破坏的机制知道得甚少。胰腺免疫组化研究提示新近发现的1型糖尿病患者和胰腺移植后iddm复发的病人cd8+ t细胞是胰岛炎性损伤的主要免疫细胞。并且这些患者β细胞上mhcⅰ类分子表达增加。提示（细胞抗原特异性cd8+ t细胞可以涉及到人类β细胞结构破坏。人们对人体胰岛细胞因子的表达研究甚少，新发生的1型糖尿病人淋巴细胞浸润的胰岛中检测到ifn-γ。ifn-α为另一类前炎性细胞因子，在新发生的1型糖尿病人的β细胞中检测到。并且在新发生的1型糖尿病人的胰腺中ifn-α mrna的水平高于对照组。人体胰岛ifn-α表达的刺激物还不知道（可能是病毒）。然而ifn-α支持th1应答和ifn-γ产生。提示th1细胞和胰岛中的细胞因子可以介导人体1型糖尿病β细胞损伤，与报道的动物模型（nod小鼠和bb大鼠）自身免疫糖尿病动物一致。

　　1型糖尿病作为一种th1细胞/细胞因子介导的胰岛β细胞免疫反应的例子是建立在具自身免疫糖尿病倾向的动物（nod小鼠和bb大鼠）的基础上。不知道人类1型糖尿病的情况是不是也如此。据报道，iddm病人血中单核细胞分泌物细胞因子和血浆不同细胞因子的水平与上述结果不一致，并且不清楚细胞因子的产生和水平变化是在糖尿病发生之前还是其结果。一项研究报道，有1型糖尿病危险的人，对β细胞自身抗原——谷氨酸脱羧酶（gad）的体液（th2细胞介导）和细胞免疫（th1细胞介导）之间呈负相关，发现对gad的强体液免疫与1型糖尿病的缓慢进展相关。服用gad能预防nod小鼠糖尿病发生，这种保护作用与胰岛内产生ifn-γ和th1 t细胞受到抑制有关，而这种抑制可能是由于th2调节细胞的诱导所引起。摄入除gad以外的其它β细胞抗原也可以诱导自身耐受从而防止1型糖尿病的发生。例如胰岛素能预防nod小鼠和bb大鼠糖尿病的发生，可能在对iddm高危倾向的人群中也有效。

　　三、胰岛细胞自身抗体及相应的自身抗原

　　 iddm病人临床发病前数月至数年，血清中就能检测出脂岛细胞自身抗体，包括胰岛素自身抗体（iaa）、gad（谷氨酸脱羧酶）自身抗体以及ica512。各种胰岛细胞自身抗体（ica）在iddm发病中的作用目前仍不清楚，存在下几个可能：第一，这些抗体根本不是iddmβ细胞损伤的标志，而只是有些人遗传上有自身免疫倾向的反应，这些人中的一部分人尔后发生了iddm。第二，自身抗体病理遗传上并未参与iddm发病，而只是β细胞结构损伤的标志，即自身抗体是β细胞损伤的结果，而不是原因。第三，自身抗体直接参与iddm的自身免疫β细胞结构损伤，其机制包括补体依赖性的、抗体介导的细胞毒性反应以及抗体依赖的细胞性细胞毒性反应。第四，自身抗体不介导β细胞损伤，而是机体对β细胞自身免疫反应产生的保护性措施。不管自身抗体的作用如何，它们与iddm的关系却是清楚的，可以肯定的。世界各国糖尿病的工作及相关实验室对血清自身抗体在不同的种族、不同年龄和不同遗传背景的人群中进行了调查，并对抗体的出现、消长与iddm发病的关系进行探讨。发现几种抗体的联合检测对iddm的发病有较好的预测性。根据barbara davis center对iddm患者近亲的临床观察，存在两种或两处以上自身抗体的正常人，5年发生糖尿病的危险性为68%，而血清中检测出一种抗体的人，危险性只有49%。三种肯定的抗体阳性的亲属，100%在5年内发生iddm：而只一种ica阳性的亲属，5年内发病的只有50%。参与检测的世界各实验室的联合抗体检测方法稳定，重复性好，灵敏度达80%，错检率为0%。保护性的hla等位基因不能阻止自身抗体的表达，但能预防糖尿病。

　　目前已知化学本质的自身抗原有以下几种：①胰岛素：是目前为止唯一的β细胞特异性抗原。在新诊断为iddm的病人中，大约50%～40%有胰岛素自身抗体。胰岛素抗体产生于外源胰岛素治疗后，与自身胰岛素抗体无法区别。因此，报告该抗体必须在采取胰岛素治疗以前。②gad：本质为谷氨酸脱羧酶，为80年代早期发现的胰岛β细胞抗原成分。但神经系统也富含gad，同时胰岛中α和β两种细胞存在gad。此抗原表达的两种分子量，即gad65和gad67。尽管gad65自身抗体最能预测iddm，但在染色体其它不同的区域亦存在gad的基因。抗体对gad65与柯萨奇病毒bp2c蛋白有交叉反应。③ica512结合抗原（ia2），分子量为38kd，本质为蛋白酪氨酸磷酸酶，在β细胞外没有表达。其抗原表达水平低，但抗原性很强。

　　除以上抗原比较肯定外，还存在其它抗原，如热休克蛋白60、ica69蛋白等。新的抗体及抗原还在不断的发现。抗原蛋白的基因克隆及体外重组，为在正常人群中大规模普查血清β细胞自身抗体提供了方便。使利用血清抗体预测iddm成为可能。为早期预防、早期治疗创造了条件。

　　(参考文献略）

录入：邰燕

2000-3-27 刘晓琴校对