糖尿病基因治疗的现状及展望

糖尿病基因治疗的现状及展望

彭博综述

（哈尔滨医科大学）

[摘要] 糖尿病是伴有不同程度胰岛素缺乏或胰岛功能障碍的一类代谢性疾病。由于当今治疗1型糖尿病的方法在预防长期并发症方面收效甚微，研究者试图找出一种有效的疗法来再生胰岛β细胞，分化多能干细胞，和/或重新编码自体非β体细胞如肝细胞成为胰岛素分泌细胞达到重建葡萄糖稳态的目的。本篇文章将从糖尿病基因治疗的策略、关键基因以及基因治疗的载体这三个方面来进行论述。[关键词] 糖尿病；基因治疗；胰岛素分泌细胞；胰腺转录因子

The current status and prospect of gene therapy for diabetes mellitus

Peng Bo

（Harbin Medical University）

[Abstract]Diabetes is a metabolic disease associated with varying degrees of insulin deficiency or islet dysfunction. Because current methods for treating type 1 diabetes (T1D) are ineffective in proventing long-term complications, researchers have sought to indentify alternative therapies that regenerate pancreatic beta cells, differentiate pluripotent/progrnitor stem cells, and/or reprogram autologous non-pancreatic somatic cells, such as liver cells, into insulin-producing cells (IPCs) for restoring glucose homeostasis. In this paper, we will elaborate on the key genes, vectors and strategies of gene therapy in the treatment of diabetes mellitus.

[Key words] diabetes, gene therapy, insulin-producing cells (IPCs), pancreatic transcription factors (PTFs).

1、糖尿病概况及治疗现状

2013年全世界范围内糖尿病患者已经达到了3.82亿人，统计数据显示，预

计2040年将达到5.93亿人。在过去的几十年里，我们对于糖尿病病理生理学的认知取得了明显进展。糖尿病主要包括1型糖尿病和2型糖尿病，1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM），由于胰岛素的绝对缺乏产生的一种青少年型糖尿病。目前认为免疫功能紊乱是T1DM的主要发病机制，T1DM具有较强的遗传易感性，这类患者与环境诱发因素接触后便可触发T细胞功能改变，产生大量的白介素2，γ干扰素等因子引起胰岛的炎症反应，导致胰岛β细胞损坏和功能障碍[1]。2型主要发生于成人期，通常与不良生活习惯导致的肥胖相关，外周组织（肌肉，肝脏等）对胰岛素敏感性下降，早期表现为高胰岛素血症和胰岛素抵抗，持续发生的高血糖损伤β细胞，使得β细胞胰岛素分泌水平降低而发病。

糖尿病人中晚期通常可发展为严重的并发症。并发症分为急性和慢性两种，其中急性并发症以酮症酸中毒为主，慢性并发症从根本上影响身体各器官系统的功能，其中包括肾衰竭，心血管疾病，神经系统功能障碍，失明以及导致截肢的四肢坏死和坏疽。二十世纪20年代胰岛素的发现彻底变革了糖尿病的治疗手段，极大地减少了急性并发症酮症酸中毒的发生。然而，慢性并发症取代急性并发症成为糖尿病致残率和死亡率高居不下的主要原因。

目前人们已达成共识，精准地控制血糖水平在糖尿病的治疗中至关重要，这可预防或大大推迟慢性并发症的发病，降低糖尿病的致残率和致死率。药物和胰岛素治疗过程中诱发的低血糖症是达到完美控制血糖的一个限制因素[2,3]。虽然如此，胰岛素增敏剂，胰岛素分泌增强剂和新型胰岛素的应用已经降低了医源性低血糖症的发生率，如今对血糖的控制比过去好得多。

虽然目前在糖尿病治疗方面已经取得了重大的进展，但对于大多数糖尿病人来说仍然无法完美地控制血糖。胰岛素替代疗法是目前临床治疗糖尿病的主要手段，但是外源性胰岛素不可能产生精确模仿胰岛素自然动力学的胰岛素曲线。胰岛移植是糖尿病治疗较为理想的方案，胰岛移植成功的大多数糖尿病患者可以摆脱胰岛素注射治疗，但是离恢复正常的胰岛素葡萄糖动力学的目标还有较大的差距[4]，胰岛移植也受到捐赠者适用性的限制，因为每一次成功的移植需要来自两个甚至更多的捐赠者的胰岛[5,6]。此外，进行胰岛移植的患者必须接受长期甚至终身的免疫抑制疗法。基于这些现状，研究者试图找出一种高效的疗法来再生胰岛β细胞，分化多能干细胞，和/或重新编码自体非β体细胞如肝细胞成为胰岛

素分泌细胞达到重建葡萄糖稳态的目的。

2.糖尿病基因治疗的策略

糖尿病体内基因治疗主要有三个策略，第一类为编码的蛋白质能够促进葡萄糖利用或抑制肝葡萄糖合成的基因的转移；第二类为葡萄糖反应性胰岛素基因的转移；第三类为促进肝中β细胞新生或诱导胰岛素分泌细胞的基因治疗。

2.1用于降低血糖的非胰岛素基因的转移

两种非胰岛素转基因应用于降低血糖，这两类基因主要通过抑制肝中葡萄糖生成和增加外周组织葡萄糖的利用发挥作用。在第一类基因的研究中，葡糖激酶（Gck）的基因转移主要在在啮齿动物的不同种群中实施[7]。葡糖激酶之前被分类为一种能降低肝中葡萄糖生成的转基因[11]，然而在他们的研究中，肝葡萄糖生成并未被直接测定，Gck主要的下游效应很可能是增加葡萄糖的利用。在STZ 诱导的糖尿病小鼠的骨骼肌中Gck的过度表达可明显刺激葡萄糖利用，并防止高血糖症的发生。

另一种下调肝中葡萄糖生成的方法是通过糖原靶向蛋白质的过度表达将葡萄糖转化为糖原[12,13]。这种蛋白是蛋白磷酸酶1的糖原靶向亚基家族的成员，可以调节糖原的新陈代谢。在小鼠中腺病毒介导的糖原靶向蛋白质的转化可以显著地刺激肝中糖原合成并降低血糖水平。

2.2葡萄糖反应性胰岛素基因的转移

这一策略是通过胰岛素基因变异型向肝细胞中的传递实现的。这种被修饰的胰岛素基因的变异型要么使胰岛素原更容易加工为成熟胰岛素或消除加工的必要，要么促进对血糖浓度变化敏感的基因的表达[14]。

胰岛素基因治疗最具挑战性的部分在于给予表达的胰岛素转基因以葡萄糖反应性。正常β细胞是非常巧妙的：它们通过几乎瞬时爆发式产生胰岛素来对葡萄糖浓度的变化产生反应。不同研究者使用不同的葡萄糖反应性启动子，如 L-丙酮酸激酶基因的元件，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）基因的启动子，葡萄糖-6-磷酸酶基因以及其他基因，这些启动子通过血糖水平的变化使处于转录水平的胰岛素转基因在1-2小时内得到调节，使处于蛋白质分泌水平的胰岛素转基因通过血糖水平的变化在3-4小时内得到调节。当血糖正常或处于低水平时，