生物信息学助力糖尿病精准医疗：从基因检测到临床应用

生物信息学助力糖尿病精准医疗：从基因检测到临床应用

随着人口老龄化和生活方式的变化，糖尿病已成为全球性的健康问题。据统计，全球约有4.63亿成年人患有糖尿病，预计到2030年这一数字将上升至5.78亿。在中国，糖尿病患者数量已超过1亿，位居全球第一。面对这一严峻形势，精准医疗和个性化治疗成为糖尿病研究的重要方向。近年来，生物信息学技术的发展为糖尿病的早期诊断和治疗提供了新的思路和方法。

2024年3月，Nature Medicine发表了一项重要研究，来自麻省总医院等机构的科学家通过分析不同背景的个体，识别出了参与广泛生物学机制的多种遗传集群，其或能帮助解释2型糖尿病临床表现中与遗传相关的差异。

研究者评估了来自不同遗传祖先背景的140多万人的遗传研究发现，包括非洲/非洲裔美国人，美国混血人群、东亚人、欧洲人、南亚人以及多祖先人群等。最后研究人员分析得到了650个与2型糖尿病存在独立关联的基因突变，以及110个糖尿病相关临床特征的最终清单，科学家们的分析证实了他们在此前研究中所识别出的糖尿病相关基因簇，基因簇指的是两个或更多的遗传区域，其被推测共享共同的生物学功能。

科学家识别出或能解释2型糖尿病风险差异的特殊基因簇和生物学通路
图片来源：Nature Medicine (2024). DOI:10.1038/s41591-024-02865-3

这项研究中，研究人员还揭示了与胆固醇水平下降、胆红素（当机体分解来自老化红细胞的血红蛋白时就会产生胆红素）代谢异常以及脂肪和肝脏组织中脂质加工异常相关的新型基因簇。除了识别出与2型糖尿病发病相关的12个基因簇以及其生物学功能外，研究人员还发现，这些基因组或能帮助解释不同人群中2型糖尿病发生的一些差异。比如，目前有充分的研究证据表明，在给定的体重指数下，多种自我认定的非白种人群或许更易于患上2型糖尿病。

相关研究结果表明，这种差异至少可以部分解释研究人员所发现的与机体如何利用和储存脂质相关的两种类型的变异，因此在这些类型中携带特定变异的个体（大多数来自东亚人群），其在较低体重指数下所面临的2型糖尿病风险要高于其他人群，这一研究发现或能帮助临床医生根据个体的遗传特征来计算出其目标体重指数水平。

研究者还发现，2型糖尿病的遗传基础或能帮助解释不通人群的临床差异，此外，研究人员所确定的疾病发生背后的遗传机制或能为指导创新性疗法的开发提供新的潜力。

综上，本文研究结果表明，这些多祖先的2型糖尿病基因簇或许包含了更广泛生物学机制，并能为解释2型糖尿病风险描述的祖先相关差异提供初步的见解。

生物信息学不仅在科研领域取得突破，更在临床实践中展现出重要价值。以永久性新生儿糖尿病3型（PNDM3）为例，这种罕见的糖尿病类型通常在出生后不久就会出现，且需要终身治疗。PNDM3主要与KCNJ11基因或ABCC8基因的突变有关，这些基因编码胰岛β细胞中的钾通道。

基因检测在诊断PNDM3中起着重要作用。通过全基因组测序或靶向基因测序，可以确认是否存在与PNDM相关的特定基因突变，从而帮助医生制定合适的治疗方案。例如，某些类型的糖尿病可能对胰岛素治疗反应良好，而其他类型可能需要不同的治疗策略。

此外，基因检测结果还可以为家庭提供遗传咨询，帮助评估未来怀孕的风险。由于PNDM具有遗传性，了解基因突变信息对于家族成员的健康管理具有重要意义。

除了上述研究，生物信息学还在不断探索糖尿病的发病机制。例如，近期研究发现缺氧诱导因子（HIF）在糖尿病肾病中的重要作用。HIF作为重要的核转录因子，通过调控下游功能基因的表达，参与细胞能量代谢、红细胞生成和新生血管生成，对缺氧做出应答。HIF脯氨酰羟化酶抑制剂作为HIF稳定剂可抑制HIF降解，可能具有潜在的肾脏保护作用。

这些基础研究的进展为开发新的治疗方法提供了理论依据。未来，随着生物信息学技术的不断发展，我们有望更深入地理解糖尿病的复杂机制，实现更精准的诊断和治疗。

生物信息学与糖尿病研究的结合，不仅推动了科学研究的进展，更为临床实践带来了新的希望。通过精准识别高风险人群、优化治疗方案，生物信息学正在为糖尿病的防治开辟新的道路。随着技术的不断进步，我们有理由相信，糖尿病的管理将变得更加精准和有效，最终改善患者的生活质量。