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先天性高胰岛素血症(congenital hyperinsulinemia,CHI)发病机制

 baby诺安 2020-12-15

低血糖是引起惊厥发作常见原因之一,而先天性高胰岛素血症(congenital hyperinsulinemia,CHI)是婴幼儿和儿童期持续和反复低血糖的最常见原因[1]。CHI主要临床特征是与低血糖不相符、过高的胰岛素分泌,而60%以上患儿是以惊厥发作为首发临床表现[2-4]。而这部分患者如不能得到及时正确诊断治疗,会发生不可逆的脑损伤,甚至死亡[4]。因此,对于惊厥发作的患儿,要关注患儿血糖、警惕CHI。

目前报道可引起CHI的致病基因包括:ABCC8、KCNJ11、GLUD1、GCK、HADH、SLC16A1、UCP2、HNF4A、HNF1A、HK1、PGM1、PMM2、KCNQ1、CACNA1D。另外, Beckwith-Wiedemann综合征、 Stotos综合征、Turner综合征和Kabuki综合征等可伴高胰岛素血症[10]。CHI的遗传方式为显性遗传、隐性遗传或者散发。还有约半数患者致病原因不明。
ATP敏感的钾离子相关基因变异是引起的CHI(KATP-CHI)最常见的基因类型, 占40%~45%[11]。胰岛β细胞上的ATP敏感钾离子通道是由4个SUR1亚基和4个Kir6.2亚基构成, 分别由ABCC8和KCNJ11基因编码。ABCC8、 KCNJ11基因变异导致其编码的SUR1及Kit6.2失活, KATP通道持续关闭, 细胞膜持续去极化, 胰岛素分泌增加。该类型的CHI遗传方式大多数为常染色体隐性遗传, 少数为常染色体显性遗传或新发变异。常染色体隐性遗传基因变异所致的KATP-CHI病情较重、 发病早、 多数对二氮嗪治疗无反应[12]。而常染色体显性遗传基因变异所致的KATP-CHI病情较轻、 起病晚、 也有无症状携带者,多对二氮嗪治疗有反应[13]。
GLUD1基因获得性变异导致的GHD型高胰岛素血症是CHI的第2种常见的类型,也称为高胰岛素血症/高氨血症综合征,呈常染色体显性遗传,约占CHI的5%。已报道GLUD1基因变异约75%为新生变异,25%为显性遗传方式。谷氨酸脱氢酶(GHD)是一种线粒体酶,在胰岛β细胞上高度表达,亮氨酸和ADP为其激活剂,ATP和GTP为其抑制剂, 该酶获得性变异, 导致GTP敏感度下降或对亮氨酸的敏感度增加, 使谷氨酸脱氢, 生成α酮戊二酸和氨, α酮戊二酸进入三羧酸循环, 使ATP/ADP升高, 钾离子通道关闭引起胰岛素分泌增加[14]。同时,肝内GHD活性增加可引起血氨增加,并破坏尿素循环,导致血氨升高。本类型的多数患者对二氮嗪治疗有反应。
葡萄糖激酶(glucakinase,GCK)是己糖激酶的同工酶,在胰腺、肝脏和脑组织中表达,催化葡萄糖磷酸化合成6-磷酸葡萄糖(G6P),是葡萄糖代谢的限速酶,调控葡萄糖刺激胰岛素分泌的阈值。GCK基因位于染色体7p15.3-p15.1,含有12个外显子,该基因的活化性突变使GCK与葡萄糖的亲和力增强,新陈代谢活动增强,细胞内ATP/ADP比值增大,使ATP敏感的钾离子通道关闭刺激胰岛素分泌,引发高胰岛素血症。该类型低血糖严重程度不一,多数对二氮嗪有反应,部分患者需要奥曲肽或者手术治疗[15]。
短链3-羟酰基辅酶A脱氢酶(L-3-Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase,HADH)催化脂肪酸β氧化,由HADH 基因编码, 定位于染色体4q22-4q26, 共有8个外显子。该基因功能缺失导致GHD活性增加,刺激胰岛素分泌,高蛋白饮食可诱发低血糖。但该类型的GHD激活仅限于胰岛,故不产生高氨血症[16]。该类型可伴有血3羟基丁酰肉碱升高,但没有脂肪酸代谢障碍引起的肝脏和心脏的表现,多数二氮嗪治疗有效[17]。
运动性低血糖/单羧酸转运体1型高胰岛素血症是由于编码单羧酸转运体1的SLC16A1基因功能增强突变,导致丙酮酸和乳酸转运至胰岛细胞的功能增强、ATP产生增加,刺激胰岛素异常分泌而导致的低血糖发作。SLC16A1基因定位于染色体1p12-1p13.2,含有5个外显子,4个内含子。该类型表现为运动后低血糖发作,可以通过运动过程中进食碳水化合物或减少运动预防低血糖发作,而二氮嗪治疗效果不佳[18]。
线粒体解偶联蛋白2(uncoupling protein 2,UCP2)转运质子通过线粒体的内膜,使线粒体的氧化磷酸化与ATP合成解偶联,由UCP2基因编码,定位于染色体11q13,含有8个外显子,其功能失活突变导致ATP合成增加,刺激胰岛素分泌。该类型低血糖程度较轻,对二氮嗪治疗有反应,且有自愈倾向[19]。
肝细胞核因子1α(hepatocyte nuclear factors 1α, HNF1α)和肝细胞核因子4α(hepatocyte nuclear factors 4α, HNF4α)为核激素受体转录因子, 在胰岛β细胞上表达, 调控血糖介导的胰岛素分泌。HNF1A或HNF4A基因功能缺失性突变可能通过减少KATP通道的Kir6.2亚单位的表达, 或是减少过氧化物酶体增殖物激活受体α的表达, 使胞质中长链-酰基辅酶A升高, 胰岛素释放增加。这两种类型的CHI二氮嗪治疗有效, 且有自发缓解的倾向, 并在成年后有可能发展为糖尿病[20]。
己糖激酶1(hexokinase 1,HK1)催化己糖(包括葡萄糖)磷酸化, 其与葡萄糖亲和力是GCK的50倍,在较低血糖水平时可催化葡萄糖磷酸化,合成G6P,为机体提供能量,低血糖时HK1基因表达沉默可抑制胰岛β细胞胰岛素分泌,反之胰岛素分泌增加。HK1型高胰岛素血症是由于胰岛β细胞的HK1基因过表达的,使得胰岛素在低血糖时异常分泌,该类型对二氮嗪有反应[21]。
磷酸葡萄糖变位酶1(phosphoglucomutase 1,PGM1)是一种磷酸转移酶,催化葡萄糖分子1-和6-位之间可逆的磷酸转化,参与糖原合成、糖原降解和糖蛋白合成。该基因突变导致血糖介导的胰岛β细胞释放胰岛素的阈值下降,出现空腹高酮体性低血糖和餐后低酮体性低血糖。除低血糖外,该基因突变还会引起恶性高热、肝病、矮小、心肌病、继发性性腺功能减退等[22]。
磷酸甘露糖变位酶2(phosphomannomutase 2,PMM2)催化甘露糖-6-磷酸转化为甘露糖-1磷酸,这是糖基化过程的最早步骤之一。该基因突变导致先天性糖基化异常1a型,这些患者中可有高胰岛素性低血糖[23],该基因突变可导致胰岛素分泌失调,具体机制不祥。
L型电压力敏感钙离子通道(CACNA1D基因编码)和电压力敏感的钾离子通道(KCNQ1基因编码)也可能调节胰岛素释放,其编码基因异常,也可能导致胰岛素异常释放,出现低血糖[24-25]。

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