ATP敏感性鉀通道突變與新生兒糖尿病iDEND綜合征*

鄒穎穎，張吉翔

(1南昌大學醫學院，2南昌大學第二附屬醫院消化內科，3江西省分子醫學重點實驗室，江西 南昌 330006)

ATP敏感性鉀通道(ATP－sensitive K+channels，KATP)由SUR1和Kir6.2亞基組成，是葡萄糖刺激胰島β細胞分泌胰島素的關鍵部位。新生兒糖尿病iDEND綜合征(intermediate developmental delay，epilepsy，and neonatal diabetes syndrome)是由 KATP通道突變引起的疾病。大多數KATP突變型新生兒糖尿病患者表現為單純的糖尿病，然而有些新生兒糖尿病患者伴有生長發育遲緩和肌肉松弛，但無癲癇癥狀，稱為新生兒糖尿病iDEND綜合征。本文綜述了KATP通道突變導致iDEND綜合征的分子機制、臨床表現和治療方法。

1 新生兒糖尿病概述

新生兒糖尿病(neonatal diabetes mellitus，NDM)是一種罕見的特殊類型糖尿病，通常指出生后6月齡內發生的糖尿病，可分為暫時性新生兒糖尿病(transient neonatal diabetes，TNDM)和永久性新生兒糖尿病(permanent neonatal diabetes，PNDM)。2006年 Edghill等［1］研究證明出生后6個月內發生的新生兒糖尿病病因并非是自身免疫性Ⅰ型糖尿病而是單基因遺傳病。暫時性新生兒糖尿病約占新生兒糖尿病的50%，其70%的病因是染色體6q24親代印跡表達異常［2］;30%的病因是KCNJ11基因或 ABCC8基因激活突變(activating mutation)［3］。永久性新生兒糖尿病發病率約1/20萬［4］，據報道迄今為止至少有13種不同基因突變可以引起永久性新生兒糖尿病，但最主要的病因是編碼KATP通道亞基的KCNJ11或ABCC8基因激活突變［5］。這種KATP通道突變型新生兒糖尿病患者可以表現為單純的糖尿病，或是其它綜合征(DEND或iDEND綜合征)。顯而易見，iDEND綜合征是KATP通道突變型永久性新生兒糖尿病的一種臨床表型。

2 KATP通道突變和iDEND綜合征

2.1 遺傳學分析

胰島β細胞上的KATP通道由內向整流型鉀離子通道(Kir6.2)和磺脲類受體 (SUR1)組成，含有4個Kir6.2亞單位和4個SUR1亞單位。Kir6.2亞基由KCNJ11基因編碼，形成鉀離子通道;SUR1亞基由ABCC8基因編碼，為調節亞基，調節Kir6.2亞基的開放或關閉。正常情況，胰島β細胞分泌胰島素主要由細胞外葡萄糖濃度調節。當葡糖糖濃度升高時，葡萄糖分子通過體內葡萄糖轉運體2(GLUT2)進入胰島β細胞內進行糖代謝，產生大量ATP，ATP/ADP比值升高，ATP與 KATP通道的 Kir6.2亞基結合，使KATP通道關閉，細胞內K+外流減少，細胞膜去極化，激活電壓依賴性Ca2+通道，Ca2+內流及細胞內Ca2+濃度增高，刺激含有胰島素的顆粒外移和胰島素釋放［6］，見圖1。KATP通道將細胞代謝和電活動偶聯在一起，廣泛分布于各種細胞類型，包括神經、肌肉、內分泌組織細胞［7］。2004年KCNJ11基因激活突變在PNDM患者中首次證實，并且是30%的PNDM病因［8］。隨后，ABCC8基因激活突變在PNDM患者中也被證實［9］，而2種基因同時突變是超過40%的PNDM 病因［10］。2005 年 Hattersley等［11］證實新生兒糖尿病iDEND綜合征患者中存在編碼 KATP通道Kir6.2亞基的KCNJ11基因激活突變。目前所有被報道的KCNJ11和ABCC8基因激活突變都是錯義突變，除外一例為KCNJ11基因框內15個核苷酸缺失引起的突變［12］。KCNJ11基因突變僅是雜合子突變，為顯性遺傳［13］，大約90%的KCNJ11基因激活突變是自發性突變，在胚胎發育期間新生成［11，14］。ABCC8基因含有39個外顯子，編碼1582個氨基酸蛋白，KCNJ11基因含有1個單一的外顯子，編碼390個氨基酸蛋白，2種基因均位于常染色體11p15.1。迄今為止，超過100種不同的KCNJ11和ABCC8基因突變位點在新生兒糖尿病中被證實［15］。Kir6.2 Val59→Met59(V59M)激活突變是iDEND綜f合征常見原因 (＞ 50%)［16］，其它突變點包括 T239N、R201C、H46L、Y330C、K170N 等［7］。眾多研究表明KCNJ11和(或)ABCC8基因激活突變使KATP通道對ATP敏感性降低，減弱ATP對通道正常關閉的抑制作用，通道處于開放狀態，最終使胰島素釋放減少［17］，見圖 2。

2.2 突變導致的功能影響

Figure 1.Insulin secretion from a normal pancreatic beta cell in a high plasma glucose environment.Glucose enters the cell and is metabolized，causing an increase in ATP.KATPchannel closure is induced via ATP binding.The membrane is depolarized and calcium influx is triggered，resulting in the release of insulin from its storage vesicles.(From:Edqhill EL，Flanaqan SE，Ellard S.Permanent neonatal diabetes due to activating mutations in ABCC8 and KCNJ11［J］.Rev Endocr Metab Disord，2010，11(3):193 －198.)圖1 高血糖引起正常胰島β細胞胰島素分泌的機制

Figure 2.No insulin secretion from a pancreatic beta cell with a KATPchannel mutation.Activing mutation in KCNJ11 or ABCC8(KATPchannel)results in the failure of ATP to bind to the channel，causing the channel to remain open.The membrane stays hyperpolarized and no insulin is released.(From:Edqhill EL，Flanaqan SE，Ellard S.Permanent neonatal diabetes due to activating mutations in ABCC8 and KCNJ11［J］.Rev Endocr Metab Disord，2010，11(3):193 －198.)圖2 KATP通道突變時葡萄糖引起胰島β細胞無胰島素分泌的機制

構成Kir6.2亞基的2個跨膜區域在細胞外連接形成閉環通路，形成K+選擇性通道。Kir6.2亞基突變點主要位于胞內區域，并且包括ATP結合位點。在體外爪蟾卵中應用膜片鉗技術進行新生兒糖尿病KCNJ11基因激活突變機制研究發現，迄今為止，所有的突變機制都表明KATP通道對ATP的敏感性直接或間接性降低而致病［17］。在Kir6.2亞基中突變熱點是R201H和 V59M。SUR1亞基有3個跨膜區(TMD0～TMD2)和2個核苷酸結合區(NBD1和NBD2)。當Mg－ADP與 NBD結合時，KATP通道開放，細胞膜超極化，胰島素釋放被抑制［18］。突變所導致的新生兒糖尿病病因可以是增加Mg－ADP介導的KATP通道開放或是SUR1自身亞基的突變。而SUR1亞基的突變位點貫穿于整個蛋白質。電生理學膜片鉗技術研究證實SUR1激活突變對KATP通道電流的影響小于因Kir6.2激活突變而導致的相同NDM表型。這也許可以解釋為什么新生兒糖尿病iDEND綜合征患者由KCNJ11基因激活突變所致［19］。只有胰島β細胞KATP通道選擇性突變的小鼠表現為嚴重糖尿病但無神經系統癥狀［20］。KATP通道分布廣泛，所以對于患兒的肌張力降低是源于肌肉還是神經組織的KATP通道突變并不確定。近來應用cre－lox技術產生了Kir6.2激活突變的小鼠模型，主要是在胰島β細胞、肌肉和神經組織細胞中的基因KCNJ11 V59M激活突變所誘導的iDEND綜合征小鼠模型。實驗結果證明運動功能缺陷是神經系統KATP通道功能損傷的結果，而不是肌肉組織中的KATP通道功能損傷所致［16］。Shimomura 等［21］研究發現基因KCNJ11 T293N突變引起iDEND綜合征患者中，KATP通道對ATP敏感性顯著下降，增加了KATP通道的固有開放頻率，導致靜息狀態下更多的KATP通道開放，間接抑制了ATP依賴的通道關閉，全細胞膜電流增加，細胞膜超極化，抑制細胞膜的電生理活動、鈣離子內流、胰島素分泌。同時證實伴有神經學癥狀的iDEND患者，全細胞KATP通道靜息電流大量增加。Ashcroft［7］曾用實驗證明由KATP通道突變導致的新生兒糖尿病的表型與KATP通道對ATP敏感性降低的程度有關。基因突變引起的KATP通道對ATP敏感性降低的程度，DEND綜合征最強，iDEND綜合征稍弱，而單純的新生兒糖尿病最弱。

3 臨床表現

KATP通道突變型新生兒糖尿病患者典型癥狀是糖尿病和出生時低體重(平均2.58 kg)，因胎兒宮內和新生兒產后胰島素分泌減少所致，并且1/3患兒伴有嚴重的酮癥酸中毒［22］。多數KATP通道突變型新生兒糖尿病患兒表現為單純的糖尿病，但至少有10名患者(1名為 ABCC8突變，9名為 KCNJ11突變)已被報道有嚴重的生長發育遲緩、癲癇和新生兒糖尿病表現——稱為 DEND(developmental delay，epilepsy and neonatal diabetes)綜合征［8］。而另一種更多見的KATP通道突變型新生兒糖尿病伴輕微的生長發育遲緩和(或)肌肉乏力，而無癲癇的表現——稱為iDEND綜合征。肌張力降低在四肢的遠端更為明顯，這或許是患兒獨自行走時步態失衡的部分原因［11，16］。這些患者的運動和語言能力發育通常比正常嬰兒延遲1～5年［11］。

4 臨床治療

鑒別KCNJ11或ABCC8基因激活突變在臨床治療中很重要，因為大多數KATP通道突變的患者(＞90%)能夠從注射胰島素治療轉變為口服磺脲類藥物［23］。在國外，磺脲類藥物已經用于治療新生兒糖尿病和iDEND綜合征［22］。此類藥物通過與 SUR1亞基結合而關閉KATP通道來刺激胰島素分泌，能夠改善大多數iDEND綜合征患者的神經病學癥狀，但并不是對所有患者都有效［24］。Clark等［16］的結果顯示運動功能改善是因磺脲類藥物對大腦神經組織中不適當活動的KATP通道的關閉而起作用。目前多數iDEND綜合征患者用優降糖治療，它可以同時與SUR1和SUR2A相互作用。但藥物在心肌細胞KATP通道(SUR2A相關)中可引起的心臟毒副作用。而新生兒糖尿病患者需要磺脲類藥物的劑量比2型糖尿病患者更大，且治療時間更長。由于iDEND綜合征患者運動功能障礙是由神經組織KATP通道突變引起，Clark等［16］建議不需要應用肌肉(SUR2A相關)KATP通道抑制劑來改善運動功能。因此應用選擇性SUR1藥物治療iDEND綜合征患者，避免發生潛在的心臟毒副作用更值得被思考。同時，提高磺脲類藥物治療iDEND患者運動功能障礙的療效應該集中在認識這些藥物是否易通過血腦屏障。

5 結語

KATP通道Kir6.2亞基的編碼基因KCNJ11激活突變是新生兒糖尿病iDEND綜合征的病因。認識iDEND綜合征的遺傳學病因對患者臨床癥狀和治療都有很大意義。所有在出生后6個月內診斷為新生兒糖尿病的患兒都應常規進行基因診斷，有利于盡早應用磺脲類藥物治療，改善患者癥狀和預后。

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