临床分子免疫学1型糖尿病的免疫治疗

临床分子免疫学1型糖尿病的免疫治疗第1页/共88页1型糖尿病疾病的本质：是一种器官特异的自身免疫疾病，产生胰岛素的胰岛β细胞遭到免疫损伤（以出现胰岛细胞特异的自身抗体为标志）临床特征：进行性发展的胰岛β细胞功能减退导致胰岛素分泌缺乏和血糖明显升高，需要每日注射胰岛素维持生命治疗：胰岛素是有效的治疗手段，但是患者仍然出现血糖的明显波动（酮症酸中毒和严重低血糖）和糖尿病慢性并发症β细胞发挥“调节器”作用，感知血糖并释放胰岛素，保持血糖在相对较窄的正常范围1型糖尿病患者β细胞被破坏，失去了血糖自我调节的能力外源性胰岛素注射难以模拟生理的胰岛素释放第2页/共88页1型糖尿病流行病学：地域差异大发病率增长迅速（以每年3%的速率递增）环境因素的巨大作用第3页/共88页1型糖尿病病因学研究现状：是遗传易感性，环境因素和一些随机事件共同导致的后果确切的免疫学、遗传学和生理学机制还有待阐明第4页/共88页1型糖尿病的胰岛自身免疫反应是一种T细胞介导的器官特异性自身免疫病参与的免疫细胞致病性CD4+和CD8+T淋巴细胞调节性T淋巴细胞（Treg）B淋巴细胞树突状细胞单核巨噬细胞自然杀伤细胞胰岛自身免疫反应归因于免疫系统的失衡，主要是致病性T细胞的进行性激活与调节性T细胞数目减少和功能减低第5页/共88页1型糖尿病中的免疫细胞crosstalk第6页/共88页免疫系统失衡是发病的关键环节第7页/共88页1型糖尿病的发病机制Accordingtothismodel,thediseaseprocessistriggeredbyanexogenousfactor,drivenbyanotherenvironmentaldeterminant,andmodifiedbyaseriesofenvironmentalfactorsinindividualswithincreasedgeneticdiseasesusceptibility.Progressionfromgeneticsusceptibilitytooverttype1diabetes.DIABETES,VOL.54,SUPPLEMENT2,DECEMBER2005第8页/共88页遗传与环境的共同作用导致1型糖尿病遗传易感性环境因素1型糖尿病第9页/共88页1型糖尿病的遗传易感性HLA基因是最为主要的1型糖尿病易感基因风险位点：单倍型DR4-DQ8与DR3-DQ2（90%患者携带）保护位点：单倍型DRI5-DQ6（<1%患者携带，>20%普通人群携带）最大风险：基因型组合DR4-DQ8/DR3-DQ2，在发病极早的儿童患者常见GWAS研究发现26个易感基因，其中19个与免疫调节有关第10页/共88页1型糖尿病non-HLA的易感基因第11页/共88页4个最重要的与1型糖尿病相关的基因HLA基因：编码MHCclassII分子，参与抗原递呈胰岛素基因：编码最重要的自身抗原胰岛素CTLA4基因：编码细胞毒T淋巴细胞抗原4（CTLA4），T细胞激活的抑制剂PTPN22基因：编码淋巴样酪氨酸磷酸酶（LYP），T细胞激活的抑制剂第12页/共88页1型糖尿病发病的环境因素环境因素参与促发1型糖尿病<10%的携带易感基因的个体发展为1型糖尿病生活在不同地区的人群1型糖尿病发病率差异可超过10倍携带同样易感基因的同卵双生子，发生1型糖尿病的一致性不足40%在过去的50年1型糖尿病发病率增高数倍人群迁徙后1型糖尿病发病率的改变确切的环境因素尚未阐明，感染和饮食因素可能参与其中肠道病毒感染牛奶喂养维生素D3缺乏谷蛋白饮食DHA第13页/共88页1型糖尿病的促发环境因素促发因素的特点呈现明显的季节性变化，在寒冷季节更易出现不同年份有差异不同时诱导同一家庭易感同胞的胰岛自身免疫第14页/共88页季节性变化的1型糖尿病促发因素-肠道病毒感染？1型糖尿病易感儿童出现自身抗体阳性的例数的季节性变化实验室诊断的肠道病毒感染的季节性变化Diabetes54(Suppl.2):S125–S136,2005第15页/共88页驱动1型糖尿病发展的抗原驱动抗原的特点人群中较常见的暴露，该暴露存在人群内和人群间的差异具有和HLA分子结合的结构，可被APC递呈给T细胞第16页/共88页牛胰岛素-可能的驱动抗原牛胰岛素是最有可能的驱动抗原胰岛素抗体常常是1型糖尿病发病过程中第一个出现的自身抗体幼年儿童的1型糖尿病的胰岛素抗体的阳性率远高于青少年或成年人1型糖尿病牛奶是婴儿最早，最通常接触的异种蛋白，其内含有牛胰岛素牛胰岛素诱导免疫反应，可与人胰岛素发生交叉免疫反应，使得β细胞内的胰岛素成为免疫攻击的对象第17页/共88页牛胰岛素与人胰岛素结构的差异Thereisathree–aminoaciddifferencebetweenhumanandbovineinsulin第18页/共88页与1型糖尿病发生有关的修饰因子一系列外源性因子影响了1型糖尿病发生的命运和速率，主要是饮食、营养因素婴儿早期暴露于复杂的外源性蛋白质影响其免疫系统的发育，使其易于发生自身免疫反应肠道淋巴组织是人体最大的免疫器官，1型糖尿病存在肠道免疫反应激活早期的营养因素是1型糖尿病发生的危险因子第19页/共88页健康的饮食和益生菌维持肠道正常的免疫屏障功能，可以诱导对外来抗原的免疫耐受不健康的饮食、肠道感染和抗生素的滥用导致肠道菌群失调，免疫屏障功能破坏，容易发生自身免疫反应第20页/共88页与1型糖尿病相关的营养因素牛奶喂养与母乳喂养母乳喂养<3月，1型糖尿病的发病风险增高1.4倍<4月开始牛乳喂养，1型糖尿病的发病风险增高1.5倍母乳喂养时间过短以及过早开始牛奶喂养与胰岛自身免疫反应相关谷类食物婴儿期过早开始谷类食物喂养与胰岛自身免疫的发生有关维生素D婴儿期补充维生素D减少1型糖尿病风险第21页/共88页体重因素婴儿期体重过度增长是发生1型糖尿病的危险因素胰岛β细胞负荷增加胰岛素抵抗发生发展活化的β细胞更易受到细胞因子的损伤，诱导β细胞应激第22页/共88页1型糖尿病发病的要素-胰岛的自身免疫炎症Isletautoantibodies‡(percentageofpatientswithT1DM)■IA-2A(73)■GAD65(56)■ZnT8R(54)■ZnT8W(47)■Insulin(33)■ZnT8Q(32)‡93%ofpatientsscreenedhadatleastoneisletautoantibody.第23页/共88页SurvivaldistributionfunctioninrelationtothenumberofisletautoantibodiesLernmark,Å.&Larsson,H.

E.(2013)Immunetherapyintype

1diabetesmellitusNat.Rev.Endocrinol.doi:10.1038/nrendo.2012.237第24页/共88页1型糖尿病发病的要素-胰岛β细胞功能下降血清C肽水平的下降C肽与胰岛素等分子分泌，反映胰岛β细胞功能测定不受外源性胰岛素的影响第25页/共88页Representationoftype

1diabetesmellitusaetiologyandpathogenesis,whichindicatesthepointsatwhichprimaryprevention,secondarypreventionorinterventioncanbeattemptedLernmark,Å.&Larsson,H.

E.(2013)Immunetherapyintype

1diabetesmellitusNat.Rev.Endocrinol.doi:10.1038/nrendo.2012.237第26页/共88页1型糖尿病的阶段性干预第27页/共88页免疫治疗的干预靶点抗原特异性治疗非抗原特异性治疗第28页/共88页一级预防对象：具有1型糖尿病易感基因的个体目的：阻止胰岛自身免疫的出现第29页/共88页非抗原特异的一级预防针对饮食因素的预防研究牛奶喂养维生素D3谷蛋白饮食DHA第30页/共88页牛奶与水解酪蛋白配方奶在1型糖尿病中的作用常规牛奶含有牛胰岛素诱导对人胰岛素的自身免疫反应酪蛋白配方奶高度水解，不含有完整蛋白质阻止早期暴露于完整牛胰岛素减少肠道的通透性诱导肠道淋巴组织调节性T淋巴细胞的成熟改善肠道菌群第31页/共88页TheTRIGRtrial(TrialtoReduceInsulin-dependentDiabetesMellitusintheGeneticallyatRisk)旨在验证婴儿期喂食水解酪蛋白含量较高的配方奶是否可以降低携带易感基因的婴儿发生1型糖尿病的风险（是否可以降低幼儿中糖尿病相关自身抗体的累计发生率）国际性研究，15个国家参与，2159名受试者母乳喂养6-8月后，婴儿接受水解酪蛋白配方乳或常规牛奶配方乳喂养Am.J.Clin.Nutr.94(Suppl.6),1814–1820(2011)第32页/共88页pilotstudyofTRIGRtrial-theFinnishTRIGRStudyGroup中位随访时间10年，水解酪蛋白配方乳可以减少胰岛自身免疫的发生风险出现至少1个自身抗体阳性的风险比为0.51（95%CI0.28-0.91,p=0.02）出现至少2个自身抗体阳性的风险比为0.47（95%CI0.19-1.07,p=0.07）NEnglJMed2010;363:1900-8.第33页/共88页TRIGRtrial最终结果中位随访时间7年，与传统配方奶粉相比，应用水解配方奶粉并未降低有1型糖尿病危险的婴儿糖尿病相关自身抗体的发生率。这些结果不支持应用水解配方奶粉能够获益。≥2个胰岛自身抗体阳性的未校正风险比为1.21（95%CI0.94-1.54）≥2个胰岛自身抗体阳性的校正风险比（校正HLA危险，母乳喂养时间，维生素D应用，研究配方的食用时间和食用量以及地域）为1.23（95%CI0.96-1.58）JAMA2014;311(22):2279-2287.第34页/共88页维生素D预防研究维生素D补充可以升高调节性T淋巴细胞比例，可能起到预防1型糖尿病的作用DiabetesMetabResRev2011;27:942–945.第35页/共88页抗原特异性一级预防诱导针对胰岛素，GAD65，IA-2，ZnT8的免疫耐受，从而预防胰岛自身免疫反应的发生机制：持续给予抗原刺激，使得T细胞经历几轮增殖和应答后进入低功能期，从而产生外周适应性的免疫耐受第36页/共88页口服或鼻喷胰岛素预防研究PrimaryInterventionwithOralInsulinforPreventionofT1DM(Pre-POINT)：正在进行中高危儿童（18月-7岁）：携带基因型组合DR4-DQ8/DR3-DQ2，父母之一患有1型糖尿病，尚未产生胰岛自身抗体口服或经鼻胰岛素治疗是否能阻止胰岛自身免疫的出现胰岛素作为一种粘膜疫苗儿童1型糖尿病的发展首先经历对胰岛素产生自身免疫反应Curr.Diab.Rep.8,87–93,2008第37页/共88页二级预防对象：胰岛自身免疫已经启动的的个体（胰岛自身抗体阳性的个体）目的：阻止胰岛自身免疫炎症进展为1型糖尿病第38页/共88页非抗原特异的二级预防研究各种非抗原特异的二级预防试验均告失败环孢素卡介苗（BCG）酮替芬烟酰胺去谷蛋白饮食第39页/共88页抗原特异的二级预防研究胰岛素治疗胰岛素可以在亚临床1型糖尿病的状态下减轻β细胞的负担诱导机体的免疫耐受胰岛素治疗的途径胃肠外胰岛素治疗口服胰岛素治疗鼻内胰岛素治疗第40页/共88页DPT-1研究（DiabetesPreventionTrial）随机、对照的临床试验筛查84228名糖尿病患者的一级（3-45y）和二级（3-20y）亲属的胰岛细胞抗体筛出3152名胰岛自身抗体阳性，其中2103名进行了遗传学、免疫学和代谢的检查，评估其发生1型糖尿病的风险胰岛细胞抗体，胰岛素抗体测定静脉葡萄糖耐量试验评估1相胰岛素分泌能力口服葡萄糖耐量试验评估糖代谢状态排除携带HLA保护型基因型者胃肠外胰岛素治疗研究高危者（5年糖尿病风险>50%）口服胰岛素治疗研究中危者（5年糖尿病风险26-50%）NEnglJMed2002;346:1685-91第41页/共88页DPT-1研究-胃肠外胰岛素治疗研究372名5年内发生1型糖尿病的风险>50%，其中339名纳入研究，随机分为干预组和观察组干预组给予每日两次长效胰岛素皮下注射（0.25U/kg体重），每年4天持续静脉胰岛素输注每6个月进行口服葡萄糖耐量试验，中位随访时间3.7年主要终点事件：1型糖尿病第42页/共88页胰岛素未能阻止和延缓1型糖尿病的发生第43页/共88页胰岛素未能阻止和延缓1型糖尿病的发生第44页/共88页胰岛素治疗未能改善胰岛β细胞功能第45页/共88页胃肠外胰岛素为何无预防效果？干预时间过晚（5年糖尿病风险>50%）将干预时间提前（5年糖尿病风险25-50%）低剂量的胰岛素不能使β细胞充分休息采用不同剂量方案胃肠外胰岛素不如口服胰岛素免疫调节作用强第46页/共88页DPT-1研究-口服胰岛素治疗研究388名5年内发生1型糖尿病的风险26-50%，其中372名纳入研究，随机分为干预组和安慰剂组干预组给予口服胰岛素（7.5mg/日）每6个月进行口服葡萄糖耐量试验，中位随访时间4.3年主要终点事件：1型糖尿病DiabetesCare28,1068–1076(2005)第47页/共88页口服胰岛素未能阻止1型糖尿病发生第48页/共88页口服胰岛素为何无预防效果？口服胰岛素本身没有作用纳入的受试者IAA滴度过低，掩盖了治疗效果使用的胰岛素剂量不足以刺激免疫系统，诱导免疫耐受第49页/共88页胰岛素抗体（IAA）滴度高者发生1型糖尿病风险更高第50页/共88页亚组分析：口服胰岛素可以减少高滴度IAA个体的糖尿病风险第51页/共88页DPT-1随访研究对DPT-1口服胰岛素研究的受试者在研究结束后进行随访，以明确口服胰岛素的有益效应的持续性DiabetesCare34:1585–1590,2011第52页/共88页全部受试者随访未发现口服胰岛素的保护作用第53页/共88页IAA>80nU/ml受试者随访显示口服胰岛素的保护作用第54页/共88页IAA>80nU/ml者口服胰岛素使用和停用影响糖尿病发病率第55页/共88页IAA>80nU/ml者安慰剂使用与停用不影响糖尿病发病率第56页/共88页IAA<80nU/ml者口服胰岛素使用与停用不影响糖尿病发病率第57页/共88页IAA<80nU/ml者安慰剂使用与停用不影响糖尿病发病率第58页/共88页DPT-1随访研究的提示意义IAA滴度与口服胰岛素的反应性相关在IAA>80nU/ml组，口服胰岛素的有益效应持续整个随访时期；然而口服胰岛素一旦停用，口服胰岛素组的糖尿病发病率与安慰剂组相似口服胰岛素诱导oraltolerance第59页/共88页Oraltolerance定义：通过口服途径给予抗原，特异性地抑制针对该抗原的细胞免疫和（或）体液免疫反应免疫学机制：发生于肠道生理环境，外源性抗原驱动的持续性自然免疫反应抗原进入肠道后，与肠道共生菌一起持续接触肠道粘膜（外源性抗原与自身成分的屏障）诱导调节性T细胞，后者分泌IL-4，IL-10，TGF-β等免疫抑制细胞因子外源性抗原逐渐变成“自身成分”，而逃避机体的免疫攻击第60页/共88页鼻内胰岛素治疗的预防研究DIPP研究（DiabetesPredictionandPreventionTrial）224名携带易感基因，胰岛细胞抗体和IAA均阳性的高危儿童胰岛素或安慰剂经鼻给药，每日一次，未发现保护作用INITII研究（IntranasalInsulinTrialII）正在进行的随机，双盲，安慰剂对照临床试验第61页/共88页三级预防（干预研究）对象：新诊断1型糖尿病患者（有残存胰岛β细胞功能的患者）目的：阻止或延缓新诊断1型糖尿病患者残存胰岛β细胞的进一步凋亡第62页/共88页强化胰岛素治疗新诊断1型糖尿病的基础治疗（一日4次皮下胰岛素注射或者胰岛素泵治疗）旨在保护新诊断1型糖尿病患者残存的β细胞功能，并增强其功能多达60%的新诊断1型糖尿病患者在接受胰岛素治疗后出现临床缓解期（蜜月期）。此期患者胰岛素剂量大大减少，甚至停用第63页/共88页蜜月期定义：每日胰岛素剂量<0.5u/Kg体重且HbA1c<7%每日胰岛素剂量较初始剂量减少50%且血糖控制良好胰岛素校正的HbA1c<9%（实际HbA1c+(4*胰岛素剂量(U/Kg/d))）蜜月期的缓解可以是部分的，也可以是完全的缓解第64页/共88页蜜月期的提示意义新诊断患者体内还有相当数量的残存胰岛β细胞病程早期采取干预措施可以保留残存胰岛β细胞甚至逆转胰岛β细胞功能蜜月期的出现仅仅是给予外源性胰岛素后胰岛β细胞得到休息的结果吗？第65页/共88页蜜月期的发生机制代谢机制胰岛素治疗后胰岛β细胞得到“休息”胰岛素治疗使得高糖毒性消退免疫机制持续给予抗原刺激，使得T细胞经历几轮增殖和应答后进入低功能期，从而产生外周适应性的免疫耐受第66页/共88页非抗原特异的三级预防研究抗CD3单克隆抗体teplizumab(hOKT3γ1,Ala-Ala)otelixizumab(ChAglyCD3,TRX518,TRX4)抗CD20单克隆抗体：rituximabIL-1

β受体拮抗剂：anakinra卡介苗抗胸腺细胞球蛋白CTLA4-Ig（细胞毒性T淋巴细胞蛋白4与免疫球蛋白的融合蛋白）DiaPep277（与热休克蛋白60相关的合成多肽）第67页/共88页抗CD3抗体的临床试验第68页/共88页抗CD3抗体的临床试验第69页/共88页抗CD3+抗体的临床效果ClinicalImmunology(2013)149,268–278第70页/共88页抗CD3抗体的临床试验不同研究的结果差异较大研究人群的人口学特征，代谢和免疫学特点与治疗的效果有关第71页/共88页抗原特异的三级预防研究重组人GAD65疫苗（GAD为基础的明矾混悬药物）对保护残存胰岛β细胞功能可能有一定作用，但是研究结果不一致NBI-6024（胰岛素B链9-23氨基酸的疫苗）不能维持或改善残存胰岛β功能胰岛素原DNA疫苗BHT-3021（表达胰岛素原的质粒）第72页/共88页胰岛素原DNA疫苗BHT-3021研究假设：胰岛素原是1型糖尿病的主要自身抗原之一。表达胰岛素原的质粒可减少胰岛素原特异的T细胞，诱导针对胰岛素原的免疫耐受，减轻胰岛自身免疫反应，保存胰岛功能。80名T1DM>18y病程<5ySciTranslMed5,191ra82(2013)第73页/共88页胰岛素原DNA疫苗BHT-3021提高C肽水平SciTranslMed5,191ra82(2013)第74页/共88页联合治疗新诊断1型糖尿病多年前已经发生针对多种胰岛自身抗原的免疫反应。单一治疗效果欠佳，联合治疗可能使得免疫抑制的效果更为显著和持久重组人IL-2联合雷帕霉素：无效，且临床指标恶化麦考酚酯联合IL-2受体单克隆抗体：无效，且激活EB病毒值得研究的联合治疗：BCG联合重组人GAD65疫苗或胰岛素原DNA疫苗第75页/共88页抗原特异和非特异的预防手段的临床获益、免疫学改变以及安全性比较抗原特异性治疗的有效率更高抗原特异性治疗的安全性更高ClinicalandExperimentalImmunology,172:186–202第76页/共88页什么是理想的治疗？诱导外周免疫耐受，调节整体免疫系统平衡，进而达到治疗或逆转1型糖尿病的目的第77页/共88页脐血多能干细胞免疫教育（stemcelleducator）治疗1型糖尿病脐血多能干细胞（cordblood-derivedmultipotentstemcells），是脐血中的干细胞，不同于传统的造血干细胞和间充质干细胞。其生物学特征为：分子表型特征：CD45是其关键分子标志分子免疫学特征：免疫原性很低：表达非常低水平的HLA-I，而HLA-II阴性。治疗时无需进行HLA配型，没有排斥反应。表达程序化死亡配体1（PD-L1）