中国人群2型糖尿病遗传易感性的分子流行病学研究

2型糖尿病是全球重要的公共卫生问题之一，近二十年来，随着我国经济的发展，人们的生活方式发生了显著的改变，2型糖尿病的患病人数呈急剧增加趋势，目前我国约有9000多万糖尿病患者和1.5亿糖尿病前期患者。2型糖尿病已成为威胁我国居民生命和健康的重要疾病之一，是亟待解决的重大公共卫生问题。 2型糖尿病的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果，研究认为，2型糖尿病患病率日益上升是日益增加的环境因素如高热量饮食、缺乏体力活动等作用于糖尿病易感者的结果。鉴于2型糖尿病发生的具体病因和发展机制尚不明确，以往基于候选基因研究策略研究发现2型糖尿病易感基因的进展比较缓慢。近年来，随着GWAS（Genome-wideAssociation Study,全基因组关联研究）技术的推出，明显加速了探索速度，目前已约有40余个与2型糖尿病相关的位点被鉴定出来。由于目前大多数的GWAS是在欧洲裔人群中进行的，而不同种族人群的遗传背景和环境因素存在种族差异，以及GWAS发现的位点并非真正具有功能意义的变异位点，所以很有必要在中国人群中对这些位点与2型糖尿病的发病风险的关系进行验证研究。 因此，本研究的科研假设是：GWAS报道的来自不同种族人群的2型糖尿病相关基因（区域）也是我国人群2型糖尿病的遗传易感基因（区域），这些区域的SNPs（Single Nucleotide Polymorphisms,单核苷酸多态性）与本地区汉族人群2型糖尿病发病风险存在关联。 为了验证上述假设，本研究基于国际上GWAS最新研究进展，采用两阶段病例-对照研究设计，通过精细作图（fine mapping）的研究策略，探讨了染色体10q23.33区域遗传变异与中国江苏汉族人群2型糖尿病遗传易感性的关系；通过候选位点（candidate loci）的研究策略，对目前国际上2型糖尿病GWAS报道的35个基因（区域）的48SNPs与中国江苏汉族人群2型糖尿病发病风险的关系进行了验证研究，并分析了基因-基因、基因-环境对2型糖尿病发生的联合作用。本研究结果对于进一步评价和识别中国汉族人群2型糖尿病的遗传易感因素，阐明2型糖尿病的发病机制具有重要的理论和现实意义。 第一部分染色体10q23.33区域遗传变异与中国江苏汉族人群2型糖尿病易感性的“精细作图”研究 在欧洲裔、亚洲裔人群的GWAS研究都将2型糖尿病的易感区域定位于染色体10q23.33区域，该区域包含三个基因，分别是IDE（Insulin-degrading Enzyme,胰岛素降解酶）基因、 KIF11（Kinesin-interacting Factor11,驱动蛋白交互因子11）基因和HHEX（Hematopoietically Expressed Homeobox,同源框转录因子）基因。IDE基因编码一种细胞间金属肽酶，其降解产物包括胰岛素和多种淀粉样蛋白等；KIF11目前功能未知；HHEX基因编码含同源框的转录因子，高表达于胚胎及成熟的胰腺中，HHEX基因敲除的小鼠会出现胰腺发育缺陷。rs1111875、rs5015480和rs7923837是该区域发现的3个欧洲裔人群2型糖尿病的易感位点，但是此区域的功能相关的致病位点尚未知，且中国人群与欧美人群存在遗传背景的差异。因此，我们的研究假设是染色体10q23.33区域是中国人群2型糖尿病的易感区域，但是需系统评价此区域的遗传变异与2型糖尿病的关系。 为了验证上述假设，我们采用精细作图的策略，根据中国人群在10q23.33区域LD（Linkage Disequilibrium，连锁不平衡）图谱选择19个tSNPs （taggingSNPs，标签SNPs)，应用两人群（江苏苏南无锡和苏中南通）、两阶段大样本病例-对照研究（two-stage case-control study）设计：第一阶段采用1200例2型糖尿病病例和1200例对照进行初筛，随后第二阶段采用1725例2型糖尿病病例和2081例对照进行独立验证，探讨10q23.33区域常见SNPs与中国人群2型糖尿病遗传易感性的关系；依据关联研究结果结合LD分析筛选潜在功能性位点，检验其与中国人群2型糖尿病发病风险的关系。 关联研究显示，GWAS报道的易感位点rs1111875、rs5015480和rs7923837危险等位基因频率在中国汉族人群中低于欧美人群，在两阶段研究中均与中国人群2型糖尿病发病风险显著关联（P＜0.05）。两阶段合并后，Logistic回归分析显示，经年龄、性别、BMI (Body Mass Index,体质指数）校正后，三位点rs1111875、rs5015480和rs7923837与2型糖尿病发病风险关联的OR（95%CI）分别为1.23（1.13-1.35）、1.25（1.12-1.39）、1.33（1.21-1.47），关联效应最强的位点是rs7923837（P=6.8E-9）；独立效应研究显示rs1111875多态性是此区域增加2型糖尿病发病风险的另一独立位点；rs7923837和rs1111875两位点多态性对2型糖尿病发生具有累积效应，携带1个、2个、3或4个危险等位基因的个体发生2型糖尿病的风险分别是未携带危险等位基因的1.27、1.44和1.73倍。 我们的研究结果表明染色体10q23.33区域是中国汉族人群的2型糖尿病易感区域，该区域的2个SNPs rs7923837和rs1111875代表两个独立的位点与中国汉族人群2型糖尿病发病风险相关。本研究采用的精细作图策略有助于发现有效的疾病易感位点，缩小潜在致病位点的研究范围，是识别疾病致病位点有效途径。 第二部分基于GWAS的中国人群2型糖尿病遗传易感位点的鉴定和风险预测模型研究 从2007年，Sladek et al首次在法国人群中报道2型糖尿病GWAS研究结果到现在（2010年10月），国际上相继发表了20余篇关于2型糖尿病为表型的GWAS的研究报道，涉及欧洲裔、亚洲裔等不同种族人群，累计共发现了40余个基因（区域）的单核苷酸多态性与2型糖尿病相关，这些基因（区域）包括：HHEX、SLC30A8、LOC387761、EXT2、CDKN2A/2B、IGF2BP2、CDKAL1、KCNJ11、PPARG、FTO、JAZF1、CDC123-CAMK1D、TSPAN8-LGR5、THADA、ADAMTS9、NOTCH2、KCNQ1、PEPD、PTPRD、SRR、SPRY2、C2CD4A-C2CD4B、RBMS1/ITGB6、IRS1、MTNR1B、BCL11A、ZBED3、KLF14、TP53INP1、CHCHD9、CENTD2、HMGA2、HNF1A、ZFAND6、PRC1、DUSP9、UBE2E2、ADCY5、PROX1、GCK、GCKR、DGKB/TMEM195等。因此，在本研究中我们假设这些基因（区域）的一些重要遗传变异与本地区汉族人群2型糖尿病的发病风险存在关联并可应用于人群2型糖尿病发病风险预测。 为验证上述研究假设，我们采用以社区人群为基础的两阶段病例-对照研究来筛选、验证与中国江苏汉族人群2型糖尿病发病风险相关的易感位点。第一阶段在来自江苏无锡的1200例2型糖尿病病例和1200例正常对照中，对GWAS报道SNPs按照一定的选点标准，对筛选出的35个基因（区域）的48个SNPs进行基因型检测，筛选与该地区人群2型糖尿病发生发展显著关联的SNPs；第二阶段在来自于江苏南通的1725例2型糖尿病病例和2081例匹配的健康对照中，对第一阶段筛选出的显著的SNPs进行验证。 研究结果显示，8个基因（区域）的15个SNPs与本地区汉族人群2型糖尿病的易感性显著相关（P＜0.05），分别是CDKAL1基因的rs7756992（OR=1.29，95%CI：1.19-1.40）、 rs6931514（OR=1.29，95%CI：1.19-1.39）、 rs4712524（OR=1.24，95%CI：1.15-1.35）、 rs4712523（OR=1.25，95%CI：1.15-1.35），VEGFA基因的rs9472138（OR=1.19，95%CI：1.05-1.34）， SLC30A8基因的rs13266634（OR=1.19，95%CI：1.10-1.29），CDKN2A/2B基因的rs10811661（OR=1.30，95%CI：1.20-1.41），HHEX基因的rs1111875（OR=1.23，95%CI：1.13-1.35）、rs7923837（OR=1.33，95%CI：1.21-1.47）、rs5015480（OR=1.25，95%CI：1.12-1.39）， KCNQ1基因的rs2237897（OR=1.41，95%CI：1.30-1.54）、rs2237892（OR=1.35，95%CI：1.24-1.47）、 rs2237895（OR=1.22，95%CI：1.12-1.33）， CENTD2基因的rs1552224（OR=1.28，95%CI：1.10-1.48）， FTO基因的rs8050136（OR=1.17，95%CI：1.03-1.32）。其中，KCNQ1基因的rs2237897的多态性与2型糖尿病的发病风险关联最强。经独立性效应分析，共有位于8个基因区域的9个SNPs（CDKAL1基因区域的rs7756992、VEGFA基因区域的rs9472138、 SLC30A8基因区域的rs13266634、 CDKN2A/2B基因区域的rs10811661、HHEX基因区域的rs1111875和rs7923837、KCNQ1基因区域的rs2237897、CENTD2基因区域的rs1552224、FTO基因区域的rs8050136）作为独立变量用于分析基因-基因、基因-环境的联合效应和构建2型糖尿病发病风险模型。基因-基因、基因-环境联合效应分析显示，携带12个及以上危险等位基因数的个体发生2型糖尿病的风险是携带0-5个危险等位基因数的个体的3.68倍；若加上环境因素（超重/肥胖），携带13个及以上危险因素的个体发生2型糖尿病的风险是携带0-7个危险因素的个体的8.32倍。分别以三种不同的变量组合预测2型糖尿病的发病风险，在只调整年龄或调整年龄和2型糖尿病家族史的模型中，加入遗传危险分值（Genetic Risk Score）会显著提高对2型糖尿病发病风险的预测能力（P＜0.0001），而在调整年龄、2型糖尿病家族史和临床危险因素模型中，因AUC（Area Under the Receiver Operator Characteristic Curve，受试者工作特征曲线下面积）已达较高数值，加入遗传危险分值对AUC改善不大。 因此，我们的研究结果表明，CENTD2, VEGFA, CDKAL1, SLC30A8,CDKN2A/2B, HHEX, KCNQ1, FTO基因（区域）遗传变异与中国江苏汉族人群2型糖尿病的遗传易感性相关，基因-基因、基因-环境对2型糖尿病的发生具有联合作用，加入遗传信息可提高对2型糖尿病发病风险预测能力。