[名刊]产前环境与1型糖尿病

虽然强力证据表明遗传因素决定了1型糖尿病的易感性，但包括发病率快速升高在内的很多证据提示非遗传因素在1型糖尿病的发病中也发挥了重要作用。遗憾的是，目前尚无单一环境因素被证实是1型糖尿病的确切病因。

　　大量证据表明，环境因素参与了1型糖尿病的发病，但人们对其作用的性质及时间知之甚少。众所周知，产前环境在后代2型糖尿病的发病中发挥了重要作用，该综述详细探讨了产前环境对1型糖尿病的潜在影响。虽然6月龄之前自身免疫性1型糖尿病较为罕见，但能预测未来1型糖尿病发生风险的内源性自身抗体在6~12月龄时就可以检测到，这提示在某些病例中可能在这个年龄段之前环境因素就开始发挥作用了。观察性研究显示，与1型糖尿病父亲相比，1型糖尿病母亲更不易将糖尿病传给其后代。虽然其确切的作用尚不清楚，但却间接提示产前环境可能具有保护效应。随着产妇分娩时年龄的增加及体重增大，其后代儿童期1型糖尿病发病风险增加。但是，这种相关性比较弱，存在异质性，且不太可能与1型糖尿病存在直接的因果关系。因此，从有关产妇肠病毒感染或各种营养暴露的相关研究中，我们尚无法得出明确的结论。剖腹产儿童的糖尿病风险轻度增加，提示分娩过程本身可能也发挥了一定的作用，而缺乏与母体细菌的接触是其可能的机制之一。总之，目前虽有间接证据提示母体或胎儿宫内环境可能会调节1型糖尿病的遗传风险，但尚缺乏实证研究证据的支持。1型糖尿病通常在生命的早期阶段就开始了，但是目前还不确定其是开始于出生前，还是出生后。

　　引言

　　各种产后特征（如智力）的病因研究观察了出生顺序及产妇年龄等围产期因素的作用，但“通常发生于成年期的慢性疾病如癌症及糖尿病也可能起源于宫内的理念”现在也正在慢慢被接受。尽管其机制尚不确定，但低出生体重与2型糖尿病风险增加的相关性已经非常明确。奇怪的是，如下所述，高出生体重（>4kg）似乎也能增加儿童期1型糖尿病的发病风险。而宫内环境被认为会影响免疫系统的发育及儿童过敏性疾病的发生。

　　虽然强力证据表明遗传因素决定了1型糖尿病的易感性，但包括发病率快速升高在内的很多证据提示非遗传因素在1型糖尿病的发病中也发挥了重要作用。遗憾的是，目前尚无单一环境因素被证实是1型糖尿病的确切病因。其中一个可能的原因就是环境因素在疾病发生早期发挥作用的窗口期非常短，且需要较长的时间才能发挥作用或对疾病发病的早期标志物产生影响。但是，至少理论上来说，环境因素可以：①在潜在的有害免疫反应被激活前启动疾病的发病；②促进或延缓可引发显性糖尿病的免疫反应的发生；③促进处于β细胞衰竭初期人群糖尿病的发病。

　　近期的综述探讨了产后环境暴露如婴儿喂养等膳食因素、出生后生长情况、病毒感染、肠道菌群、毒素等在1型糖尿病发病中的潜在作用。在本文中，研究者则概述了产前环境与后期免疫介导的糖尿病之间可能存在的关系。

　　1型糖尿病的自然病史

　　1型糖尿病时胰腺β细胞被免疫系统选择性地破坏，自身反应性T细胞在其中发挥了重要作用。其详细的机制非常复杂，超出了本综述的讨论范围。人们发现了很多遗传易感基因位点，但一般来说其作用非常弱。唯一例外的是HLA基因，它在1型糖尿病的发病中发挥了非常重要的作用。近年来，在很多人群中携带最高风险基因型（DR4-DQ8/DR3-DQ2）的新发1型糖尿病患儿的比例均有所降低。这提示，不明环境因素的变化导致了高侵入性容许性基因型的产生。

　　针对胰岛素的胰岛自身抗体、谷氨酸脱羧酶、胰岛细胞抗原2（又被称为IA-2或蛋白酪氨酸磷酸酶样N前体蛋白抗体）及锌转运蛋白8通常在临床症状出现前就存在于患者的循环中，可在近90%的确诊患者体内被检测到。既往对“抗独特型抗体具有保护健康人群不发生自身免疫的作用，缺乏这些抗体会导致胰岛自身抗体具有致病性”的认知存在争议，但现有证据表明上述抗体并不直接参与杀灭β细胞的过程。

　　虽然β细胞及针对β细胞的免疫系统在整个妊娠期及产后阶段持续发育成熟，但实际上妊娠中期的胎儿其β细胞及免疫系统已经具备了一定的功能。但是，典型的自身免疫性1型糖尿病一般不发生于新生儿，在6月龄以下儿童中极为罕见。根据一般的免疫学原理，胎儿可能在某种程度上会处于耐受状态。有时在脐带血中可检测到胰岛自身抗体，而目前已发表的相关数据尚存争议。人类相关证据提示，脐带血中的胰岛自身抗体主要来自于母体，并不增加儿童1型糖尿病的发病风险。事实上，有大型研究表明，孕妇胰岛自身抗体可能会降低后代1型糖尿病的发生风险。

　　出生队列研究显示，具有疾病预测价值的胰岛自身抗体的血清转化偶尔可发生于6月龄之前。长期随访提示，在9~18月龄时胰岛自身抗体血清转化的发病率最高，且绝大多数在儿童期进展为1型糖尿病者在2~4岁前会表达胰岛自身抗体。

　　尽管目前证据表明临床相关胰岛自身抗体的血清转化是一种发生于产后的现象，但其仍可能在出生前或出生后不久发生，会对以后胰岛自身抗体及1型糖尿病的发生与发展具有潜在影响。目前，其相关的机制尚不清楚，可能机制如下：

　　双胞胎及其他家庭性研究

　　与非孪生同胞相比，异卵双胞胎的复发风险非孪生同胞与异卵双胞胎含有50%的共同基因，但与非孪生同胞相比异卵双胞胎存在更高的风险，如果双胎及出生顺序本身对疾病风险无影响的话，这提示宫内环境或早期的共同生活环境可能会影响疾病的发生风险。意大利的一项近期研究显示，与非孪生同胞相比，异卵双胞胎中疾病复发的估计风险可能要更高一些。但是，双胞胎的估计不太精确，各研究之间也存在差异，与非孪生同胞之间的比较缺乏直接的可比性。因此，亟需在该领域中进行更大规模的研究才能得出明确结论。

　　与1型糖尿病母亲相比，1型糖尿病父亲之后代的风险增高Warram等人首先发现，与1型糖尿病父亲相比，1型糖尿病母亲的后代发生1型糖尿病的风险更低。后来，很多其他研究者进一步证实了该现象。其相关的机制尚不清楚，宫内环境可能在其中发挥了重要作用。例如产妇高血糖会刺激β细胞的生长与成熟。但德国的BABYDIAB研究却发现，1型糖尿病女性妊娠期间的HbA1c与其后代的胰岛自身抗体或1型糖尿病风险之间呈U型曲线关系，难以解释之前的假设。大多数家族聚集性研究显示，早发疾病患者的亲属存在较高的疾病早发风险。这是在预料之中的，因为遗传因素在其中发挥了重要作用，但并不是所有有关母亲发病年龄的数据都是一致的。最近，Harjutsalo等人发现，母亲的发病年龄与后代1型糖尿病风险之间并无相关性，并强调只有在双亲都在儿童期罹患1型糖尿病时父亲伴有1型糖尿病才会增加后代的发病风险。尽管上述结果未达显著统计学意义，但其他研究也发现了类似的现象。美国一项以诊室为基础的研究显示，母亲伴有早发1型糖尿病时后代也存在较高的发病风险，但该风险与父亲的发病年龄无关。有关妊娠前后患有糖尿病的母亲之后代的研究，有助于解析与遗传性机制相比宫内环境的相对贡献。成人发病的1型糖尿病相对较为罕见，且需要对发病年龄差异进行控制，这均使得上述研究难以开展。

　　产妇年龄、出生体重、剖宫产及围产期相关因素

　　近年来对1型糖尿病围产期因素及风险的系统回顾及个体患者数据分析共有20余项研究，涉及10000余例1型糖尿病患者。结果显示，后代糖尿病的风险与剖宫产、出生体重及产妇分娩年龄呈现不同程度的弱相关性（图1）。被纳入荟萃分析的很多研究本身并未得到明显的阳性结果，且很多情况下各研究所得的相关性方向也并不一致。大多数原创性研究采用的是病例对照设计，容易出现选择性偏倚，有时还可能会存在回忆偏倚。但是大多数结果与大型队列研究的结果相一致。一些有关遗传易感性儿童的纵向研究也观察了上述因素与胰岛自身抗体之间的相关性。与以1型糖尿病作为终点的研究相比，这些纵向研究中伴有胰岛自身抗体儿童的数量普遍较少。围产期因素极有可能代表了与1型糖尿病发病相关但却尚未被识别的环境暴露，在不同人群中发挥着不同的作用。这些研究的价值在于有助于提出“围产期因素与后代1型糖尿病风险相关”的假设。同时，研究还探讨了一些常规记录的围产期因素与1型糖尿病的相关性，但是大多并未得到一致的结果。

　　大多数研究因素的相关研究均涉及14~31项独立研究，共计近10000例1型糖尿病患者。所有协变量的估计值均校正了产妇年龄及生育间隔，而出生顺序的估计值则仅校正了产妇年龄。

　　分娩年龄与出生顺序20世纪60年代到90年代期间，科学家开展了有关分娩年龄及出生顺序与1型糖尿病相关性的各种不同设计的研究。对这些新研究的汇集分析显示，虽然不同研究所观察到的相关性强弱存在明显的异质性，但大多数研究均表明母亲分娩年龄越大，其后代发生1型糖尿病的风险越高。目前，对其具体原因尚无令人满意的解释，但推测分娩年龄可能是某种母体累积暴露情况的标志物。

　　目前，尚无评估独立于产妇年龄及出生顺序外父亲年龄与后代1型糖尿病发生风险相关性的系统回顾。有研究发现两者间存在独立的正相关关系，但也有研究未发现两者具有相关性。在啮齿类动物中，双亲的饮食均会影响后代组织DNA甲基化的程度、microRNA的水平及基因表达。而在人类1型糖尿病中其相关性尚不确定，父源性非遗传因素可能会影响后代1型糖尿病的发生风险。下文将对1型糖尿病表观遗传学机制的潜在作用进行详细的讨论。

　　Strachan发现双胞胎中年龄较大者不易患湿疹及花粉症，并创立了“卫生假说”。笔者认为，这可能与双胞胎在新生儿早期存在更多的感染暴露风险有关，但未考虑其他潜在因素的影响。虽然这是一个非常有吸引力的假设，但对1型糖尿病而言尚未得到有关具体感染分析或更直接的暴露评估的个体水平流行病学研究的进一步证实。从理论上讲，产妇免疫力等产前机制可能在出生顺序与1型糖尿病相关性中发挥了一定的作用。但是，出生顺序与1型糖尿病的相关性较弱，且存在异质性，这提示其效应可能是非常弱的，且不易受其他因素的混杂影响。近期观察性研究显示，与生育间隔较长者相比，生育间隔较短（不足3年）的母亲所生孩子发生1型糖尿病的风险更低，有待于进一步的研究。

　　剖宫产剖宫产会增加1型糖尿病发病的相对风险，但各研究的具体结果存在一定的差异。最近德国的BABYDIAB研究显示，剖宫产并不增加胰岛自身抗体，但却会增加从伴有胰岛自身抗体向1型糖尿病进展的风险。当然，这还有待于在其他纵向研究中进行进一步的验证。不论剖宫产是主要与胰岛自身抗体还是与从伴有胰岛自身抗体向临床1型糖尿病的进展有关，其潜在的机制均尚不明确。推测认为，其可能与剖宫产所导致的分娩时间改变及婴儿肠道菌群组成变化有关。

　　出生时的身长及孕周汇集分析显示，出生时的身长及孕周与1型糖尿病风险具有较弱的统计学相关性。但是，独立于产妇糖尿病之外，出生体重与1型糖尿病的正相关关系存在一定的异质性。来自1型糖尿病女性后代的数据与一般人群的相关数据可能并无可比性，但BABYDIAB研究的数据表明，出生体重与胰岛自身抗体或1型糖尿病发生风险呈U型曲线关系。有人提出HLA及INS基因多态性对两者的相关性可能会产生混杂影响，但目前证据似乎并不支持在一般人群中高出生体重与1型糖尿病的相关性是由遗传因素所致。此外，妊娠时间缩短也与1型糖尿病风险呈弱相关性。其具体机制尚不明确，推测可能与高出生体重或产后的快速增长会促进胰岛素分泌，使β细胞更易受损有关。因为围产期的体型及生长均与后期的肥胖及青春期的来临时间具有相关性，因此，对胰岛素分泌及其作用的细微调节有可能会在围产期体型或生长与后续1型糖尿病风险的相关性中发挥重要作用。

　　妊娠期间孕妇吸烟Dahlquist及K?llén发现，妊娠期间孕妇吸烟可能会降低其后代1型糖尿病的发病风险。目前有关该话题共计至少有11项研究，但各研究的结果、结论及数据质量之间存在较大的异质性。在出生前后不久就注册记录了产妇吸烟信息的相关研究，其结果与Dahlquist及K?llén的初步观察结果较为一致。有4项出生队列研究对胰岛自身抗体进行了纵向随访，共计入选244例受试者，但均未发现显著的相关性。孕妇吸烟可能会影响后代某些方面的免疫功能及DNA的甲基化，但还是要审慎作出“妊娠期间孕妇吸烟会降低后代1型糖尿病风险”的结论，因为其中可能存在很多方面的潜在误差。

　　宫内感染

　　先天性风疹感染与糖尿病风险先天性风疹是因在妊娠期间不具有免疫力而感染风疹病毒，致使胎儿存在病毒血症所致。因发病时间及感染的严重程度不同，其临床表现也不同。其主要临床表现为低出生体重、耳聋及智力下降。对1940年左右出生的50例先天性风疹患者为期25年的回顾性研究显示，1例伴有未确诊的糖尿病。被感染儿童的胰腺中可见风疹病毒。一般来说，有近10%~20%的先天性风疹综合征患者伴有糖尿病，但很多研究却提示先天性风疹综合征会降低糖尿病风险。此外，报告中的患者包含了糖耐量受损的患者、未接受胰岛素治疗的糖尿病患者及临床特征描述不清的患者。有些患者伴有1型糖尿病的典型症状，但很多患者的症状并不典型且存在病毒血症、低出生体重及胰腺发育不全等其他可能导致高血糖的原因。目前，世界上大部分地区均已能通过常规免疫接种来预防先天性风疹，所以我们有可能永远无法明确其与1型糖尿病风险的确切关系。但目前来说，风疹病毒的相关研究为宫内感染使后代易发生糖尿病提供了证据支持。

　　宫内肠病毒感染很多研究表明，产妇感染肠病毒会影响后代1型糖尿病的发生风险。但这些研究大部分是中小型研究，应用的方法不尽相同，所得结果也不一致。其中，规模最大的一项研究显示，血清学证据证实的妊娠期间肠病毒感染与儿童1型糖尿病风险增加具有轻度相关性。其他文章也曾就产后肠病毒及其他病毒感染的潜在作用进行了广泛的讨论，探讨了其可能的作用机制，故本文不再赘述。方法学上的困难使得对宫内肠病毒及其他病毒感染相关数据的解读变得较为复杂，目前尚未得出明确结论。

　　宫内营养

　　生命早期营养会影响胰岛自身抗体或1型糖尿病的风险，之前也有文章对其潜在的机制进行了综述。纵向出生队列研究的探索性分析观察了妊娠期间孕妇饮食因素（如不同食物及营养素的摄入量）与其后代胰岛自身抗体或1型糖尿病的相关性，但目前为止尚无有说服力的证据证实上述相关性。

　　孕妇长链n-3脂肪酸与维生素D一项回顾性调查报告显示，1型糖尿病儿童的母亲通常在妊娠期间食用的鱼肝油较少。但要想确定两者的相关性，最好能首选涉及了生物标志物的前瞻性研究，因为其能减少回忆偏倚及选择偏倚。鱼肝油富含维生素D和长链n-3脂肪酸——二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA），具有抗炎作用。一项有关妊娠后期产妇血清磷脂中DHA、EPA及其他脂肪酸的回顾性研究，并未发现上述成分与后代15岁之前的1型糖尿病风险具有相关性，但这并不排除在样本储存期间多不饱和脂肪酸发生降解的可能性。Oresic等人开展的糖尿病预测与预防（DIPP）研究采用脂质组学的方法发现，与对照组相比，进展为1型糖尿病的儿童从出生到血清转化前血样中的多种脂类均发生了变化。

　　妊娠期间的维生素D状态可能对胎儿的发育具有极其重要的意义。胎盘中的蜕膜及滋养细胞可产生1-α羟化酶，故妊娠期间1，25-二羟维生素D的血浆水平通常会增高。目前，探讨孕妇维生素D水平与其后代1型糖尿病相关性的研究较少，且结果并不一致。DIPP研究显示，孕妇从食物或补充剂中所摄入的膳食维生素D摄入量与胰岛自身抗体并不相关。挪威一项研究表明，妊娠后期血清25羟-维生素D水平增高可降低后代1型糖尿病风险；而芬兰一项妊娠早期的研究则并未发现上述相关性。这些结果的差异是否归因于血清取样时间及分析方法的差异或其他因素还有待于进一步的观察。

　　实验证据

　　到目前为止所讨论的证据都来自于观察性研究，解读其结果时必须注意潜在混杂因素、测量误差及选择偏倚的影响。随机对照试验虽能控制混杂因素，但也存在选择偏倚、样本量及对比暴露有限等局限性，降低了其统计学效力。此外，出于伦理或现实方面的原因，不是所有的暴露均能进行随机化。当然，很多随机化是可以通过一些技巧来实现的。但是我们还未发现正在进行的有关产前因素的随机研究具有观察其对胰岛自身抗体或1型糖尿病影响的效力。

　　一些动物研究也探讨了围产期环境与自身免疫性糖尿病风险的相关性，但其结果并不一定适用于人类。NOD小鼠在宫内或出生后的早期阶段维生素D耗竭可增加糖尿病的累积发病率；但在宫内或出生后早期阶段补充维生素D则对糖尿病发病无影响。

　　在妊娠NOD小鼠中，限制膳食能量摄入可降低其后代的出生体重及糖尿病发病率，这与对人类的观察性研究结果一致。与NOD代孕小鼠相比，NOD胚胎植入代孕的DBA/2雌性小鼠后可降低糖尿病的发病率。分析认为，这可能与孕妇的自身抗体存在差异有关，与人类的相关研究正好相反，故提示其他因素可能也在其中发挥了重要作用。

　　潜在的相关机制

　　母体微嵌合体一些母体细胞进入胎儿血液循环，并被识别为“自我”成分，并可在健康人群中持续存在多年。从理论上讲，对胎儿β细胞有潜在反应性的单一T细胞克隆可以从母体传输给胎儿，并在后者体内繁殖进而引发疾病。此外，尽管健康儿童对各种母体细胞具有一定的耐受性，但胎儿的免疫组织会将整合在其胰岛组织中的母体造血干细胞识别为“非己”并发动攻击。近期研究显示，胎儿的淋巴结中存在大量的母体细胞，这其中包括能抑制胎儿抗孕妇免疫力且可多年持续存在的CD4+CD25highFoxP3+调节性T细胞。

　　研究显示，与对照组相比，新近发病的1型糖尿病患者外周及胰腺组织中存在大量的母体细胞。但新近发病死亡的1型糖尿病患者胰岛中的母体细胞并不具有免疫源性，这提示母体免疫细胞可能并没有被激活。其可能的解释是母体来源的细胞数量增多主要是归因于要代偿性地弥补免疫攻击所致的β细胞损失。母体微嵌合体在1型糖尿病中的潜在作用仍有待于进一步确定。

　　表观遗传学表观遗传学是一个不断发展的概念，涉及多种分子因素及过程，能独立于DNA序列外影响基因的表达，并至少在几个细胞分裂期内保持稳定状态。本文只是对其进行简述，读者要想知道更详细的内容可以查阅参考文献。

　　越来越多的证据表明，表观遗传学因素参与了辅助性T细胞向不同亚型的分化以及组蛋白尾部的化学修饰，能影响染色质和转录因子，在相对较短的时间内参与多种调节过程。MacFarlane等人最近对可能会影响1型糖尿病的潜在表观遗传学机制进行了综述。

　　DNA甲基化被认为参与了宫内环境对后代健康与疾病的调节过程，在其中发挥了重要的信息传递作用，可能还在环境暴露的代际效应中发挥了重要作用。近期，来自冈比亚的一项随机试验试点性研究数据显示，妊娠前及围产期补充微量营养素可能会影响后代DNA的甲基化，其中一些甲基化的效应在孕9个月时就已经出现，而非出现于出生后。

　　在啮齿类动物模型中，父亲的饮食及接触有毒物质会影响后代DNA的甲基化及代谢相关基因的表达。因此，信息可能会以某种方式通过精子传递给下一代。但是目前，至少相关研究还未发现遗传学信息会通过精子DNA的甲基化进行传递。

　　表观遗传学在复杂疾病的预测及预防中的作用仍处于早期研究阶段。人们通过DNA元素百科全书（ENCODE，www.nature.com/encode/#/threads）及国际人类基因组联盟（www.ihecepigenomes.org/）计划加深了对参与人类基因调节的分子因素及过程的了解，而未来评估表观遗传学因素的大型人类研究所用的技术其性能必将不断改善，成本也会日益降低。近来，以人群为基础的表观基因组全关联研究目前已经开展。原则上讲，甲基化在一定程度上可以遗传，现有数据表明其遗传性相对较低，且在整个基因组中是可变的。遗传性较低与甲基化（至少某些位点的甲基化）受环境因素影响的理念相一致。一项有关同卵双胞胎及其他人群的前瞻性研究发现，1型糖尿病发病前某些区域存在潜在的甲基化差异。因为DNA甲基化原则上讲具有时间特异性及组织特异性，与对照组相比，1型糖尿病患者确诊时或确诊后某些区域的甲基化差异可能与疾病本身存在因果关系。目前该领域的大量前瞻性研究正在进行中。

　　结论

　　尽管取得了一些提示性的相关性，但目前，在人类或实验动物中尚无确切证据证实非遗传性产前因素对后代免疫介导的糖尿病的发生具有直接影响。其相关性证据都是间接性的，且大多数研究都是探索性的，其所报告的相关性通常较弱，结果也并不一致。其结果不一致的原因可能与方法学上的差异及宫内及产后暴露的混杂影响有关。另一种可能的原因是基因与环境间可能存在交互作用，在这种情况下非遗传性产前因素与1型糖尿病的相关性在很大程度上取决于是否存在遗传易感性变异。鉴于目前缺乏强有力或一致性的证据，故尚无法得出产前因素对后代1型糖尿病具有重要影响的结论。同时，也无法完全否定其可能的相关性，因为毫无疑问产后早期对胰岛抗原的耐受性会降低，宫内环境可能在上述过程中发挥了重要作用。亟需更深入地了解出生前后免疫系统的个体发生学，以期真正解答上述问题。

　　笔者认为，现有证据目前尚不支持启动在妊娠期间采用预防性疫苗、膳食补充剂或其他制剂来降低后代1型糖尿病发病率的随机试验。只有得到更充分的人类观察性研究及实验模型研究的双重证据支持才能开展上述试验，年轻糖尿病环境因素（TEDDY）研究等纵向队列研究将有望为上述研究提供证据支持。