(一)發病原因
1型糖尿病確切的病因及發病機製尚不十分清楚其病因乃遺傳和環境因素的共同參與主要由於免疫介導的胰島B細胞的選擇性破壞所致。
1.遺傳因素
(1)家族史：1型糖尿病有一定的家族聚集性有研究報告雙親有糖尿病史其子女1型糖尿病發病率為4%～11%;兄弟姐妹間1型糖尿病的家族聚集的發病率為6%～11%;同卵雙生子1型糖尿病發生的一致性不到50%。
(2)HLA與1型糖尿病：人類白細胞抗原(HLA)基因位於第6對染色體短臂上為一組密切連鎖的基因群HLA由ⅠⅡⅢ3類基因編碼Ⅰ類基因區域包括HLA-AHLA-BHLA-C和其他一些功能未明的基因及假基因其編碼的抗原分子存在於全部有核細胞的表麵負責遞呈外來抗原給CD8 的T淋巴細胞;Ⅱ類基因區域主要包括HLA-DRHLA-DQ和HLA-DP3個亞區分別編碼DRDQ和DP抗原存在於成熟B淋巴細胞及抗原遞呈細胞表麵負責遞呈抗原給CD4 細胞;Ⅲ類基因區域編碼包括某些補體成分在內的一些可溶性蛋白如C2C4AC4B腫瘤壞死因子(TNF)和熱休克蛋白(HSP)等HLA通過主要組織相溶性複合體(MHC)限製參與T淋巴細胞識別抗原和其他免疫細胞的相互作用以及自身耐受的形成和維持在識別自身和異己誘導和調節免疫反應等多個方麵均具有重要作用可見HLA在許多自身免疫性疾病包括1型糖尿病的發生和發展中占有非常重要的地位。
現已證實某些HIA與1型糖尿病的發生有強烈的相關性在一個有1型糖尿病的家族中相同HLA抗原的兄弟姐妹發生糖尿病的機會為5%～10%而非HLA相同的兄弟姐妹發生糖尿病的機會不到1%在高加索人口中95%1型糖尿病患者擁有HLA-DR3或HLA-DR4而非糖尿病者為45%～50%;HLA-DR2對避免1型糖尿病的發生有保護作用HLA-DQ基因是1型糖尿病易感性更具特異性的標誌決定B細胞對自身免疫破壞的易感性和抵抗性有報告在伴有1型糖尿病HLA-DR3的病人中幾乎70%發現有HLA-DQw3.2而保護基因HLA-DQw3.1則出現在DR4對照者研究發現如果兩個等位DQβ鏈的第57位被天門冬氨酸占位一般將不易發生自身免疫性糖尿病若兩個等位點均為非天門冬氨酸則對1型糖尿病強烈易感HLA-DQA1鏈第52位精氨酸也是1型糖尿病的易感基因HLA-DQβ1鏈57位為非天門冬氨酸純合子和HLA-DQA1鏈52位精氨酸純合子的個體患1型糖尿病的相對危險性最高DQβ鏈的45位氨基酸對抗原決定簇的免疫識別為DQw3.2而不是DQw3.1上述發現可能解釋HIA-DQ和HLA-DR位點的聯合出現較單獨出現表現對1型糖尿病有更高的危險性。
HLA與1型糖尿病亞型：按照HLA表現型對1型糖尿病亞型化對臨床和病因的區別是有意義的一般認為若HLA表現為HLA-DR3/DR3將導致原發性自身免疫疾病而HLA-DR4/DR4代表原發性環境因素為主要誘因結果為繼發性自身免疫反應伴有HLA-DR3的1型糖尿病常合並存在其他自身免疫性疾病(如腎上腺皮質功能不足橋本甲狀腺炎等)並以女性多見起病年齡較大而伴有HLA-DR4的1型糖尿病患者與其他免疫內分泌疾病幾乎無關以男性多見起病年齡較輕有報告745例1～19歲起病的1型糖尿病患者根據HLA分型顯示：HLA-DR3患者較HLA-DR4患者起病時病情較輕酮尿輕隨後部分緩解的傾向大。
2.環境因素 1型糖尿病發生常與某些感染有關或感染後隨之發生常見的感染原有腮腺炎病毒風疹病毒巨細胞病毒麻疹病毒流感病毒腦炎病毒脊髓灰質炎病毒柯薩奇病毒及Epstein-Barr病毒等但病毒感染後糖尿病發生的易感性或抵抗性可能由先天決定若兩個人(如同胞兄弟或姐妹)暴露於同樣的病毒感染可能表現為病毒抗體的相同升高然而糖尿病可能僅在一個人身上發生這可能是由於內在的遺傳易感因素的差異易感性可能意味B細胞對某一病毒特定劑量的敏感性;或對某一表達在B細胞病毒抗原或輕微B細胞損害過程中釋放的自身抗原發生自身免疫反應的傾向性。
最近有一些研究報告出生後3個月內用牛奶或牛奶製品配方喂養的兒童發生1型糖尿病的危險性較高引起不少關注研究認為牛奶中某些蛋白質成分可能是導致糖尿病的因素之一如牛血清白蛋白已在大多數1型糖尿病患者體內檢測到針對牛血清蛋白的抗體該抗體能與胰島B細胞溶解物中的分子量69000蛋白質發生沉澱抗體的產生被認為是由於嬰幼兒腸道通透性允許蛋白質進入循環循環中的牛血清白蛋白引起淋巴細胞致敏發生與胰島B細胞69000蛋白質交叉的體液和細胞免疫反應最終導致B細胞破壞另2種蛋白為β乳球蛋白和酪蛋白亦被認為是1型糖尿病的獨立危險因素也有推測應用較高熱量配方的牛奶喂養嬰兒可在幼年期引起胰島素分泌升高和胰島B細胞抗原遞呈作用增強但也有認為牛奶與1型糖尿病的關係不明確有關牛奶蛋白作為1型糖尿病的始發因素仍有較大的爭論有待更進一步研究。
3.遺傳-環境因素相互作用 遺傳和環境因素對某個體1型糖尿病發病的影響程度不一有關環境因素如何啟動胰島B細胞的自身免疫反應過程仍不完全清楚一般情況下人類l型糖尿病需要易感性的遺傳背景即一些環境物質誘發具有遺傳易感性個體B細胞發生自身免疫假說：一旦環境因素對B細胞的損害超過個體遺傳決定的B細胞損害的耐受程度此時便發生1型糖尿病。
環境因素通過釋放細胞因子如白介素-1(IL-1)或腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等特異或非特異性損害B細胞遺傳因素起到允許作用和決定B細胞最初損害自身免疫啟動的易感性罕見的情況是：特異性B細胞毒物質跨過自身免疫導致B細胞大量受損比較常見的情況是：反複的B細胞損傷在遺傳易感的個體中誘發繼發性抗B細胞自身免疫;如此自身免疫亦可能在無環境因素的參與下而自發發生B細胞死亡的最終共同途徑可能來自產生的過多氧自由基或NO對B細胞的破壞 2型糖尿病的病因不是十分明確現一般認為是具有強烈的遺傳或為多基因遺傳異質性疾病環境因素有肥胖活動量不足和老齡化等其發病主要是由於胰島素抵抗為主伴胰島素分泌不足胰島素抵抗一般先於胰島素分泌障礙;或胰島素分泌不足為主伴或不伴有胰島素抵抗雖2型糖尿病具有遺傳異質性但大多數伴2型糖尿病和空腹高血糖的患者特征性表現為胰島素抵抗胰島素分泌障礙和肝髒葡萄糖產生增加。
(二)發病機製
現一般認為1型糖尿病的發病主要是由細胞免疫介導有作者提出其發病模式：任何來自外部或內部環境因素(營養病毒化學物質IL-1等)將導致B細胞抗原的釋放或病毒抗原表達於B細胞或與B細胞抗原具有相似性上述抗原可能被位於胰島內的抗原提呈細胞(巨噬細胞)攝取加工為致敏抗原肽進一步活化抗原提呈細胞結果產生和分泌大量細胞因子(IL-1和TNF等)此外擁有受體的特異性識別致敏抗原肽的T輔助細胞(CD8 淋巴細胞)出現在胰島並誘導一係列淋巴因子基因的表達其中之一如TNF將反饋刺激抗原提呈細胞增加主要組織相容性複合物(MHC)亞類分子IL-l和TNF的表達另外巨噬細胞譜係(在胰島內)外的其他細胞亦導致細胞因子釋放由TNF和幹擾素(IFN)強化的IL-1通過誘導胰島內自由基的產生而對B細胞呈現細胞毒作用隨著B細胞的損害(變性)加重更多的致敏性抗原被提呈到免疫係統出現惡性循環呈現自我誘導和自限性的形式胰島產生的IL-1可誘導自由基的產生明顯增加(超氧陰離子過氧化氫羥自由基等)另外IL-1幹擾素-γ(INF-γ)及TNF-α等還誘導B細胞誘生型一氧化氮(NO)合成酶合成致NO大量產生(NO衍生的過氧亞硝酸對B細胞亦具有明顯毒性作用)加之人體胰島B細胞有最低的氧自由基的清除能力因而B細胞選擇性地對氧自由基的破壞作用特別敏感氧自由基損傷B細胞DNA活化多聚核糖體合成酶以修複損傷的DNA此過程加速NAD的耗盡最後B細胞死亡另外自由基對細胞膜脂質細胞內碳水化合物及蛋白質亦具有很大的損傷作用此外在上述過程中淋巴因子和自由基亦招致CIM4 T淋巴細胞趨向損害部位並活化之同時巨噬細胞亦提呈病毒抗原或受損B細胞的自身抗原予CD4 淋巴細胞活化的CD4 細胞進一步活化B淋巴細胞產生抗病毒抗體和抗B細胞的自身抗體亦促進B細胞的破壞。
現已基本明確l型糖尿病是由免疫介導的胰島B細胞選擇性破壞所致已證實在1型糖尿病發病前及其病程中體內可檢測多種針對B細胞的自身抗體如胰島細胞抗體(ICA)胰島素抗體(IAA)穀氨酸脫羧酶抗體(GAD抗體)和胰島素瘤相關蛋白抗體等。
1.胰島細胞抗體 Bottazzo等於1974年首先描寫了1型糖尿病患者中存在抗胰島細胞抗原的抗體並可用免疫熒光進行檢測此法除微小的修改外一直沿用至今近來亦可通過放射免疫和酶聯免疫對此類抗體進行檢查臨床研究報告：一般普通非糖尿病人群ICA陽性率小於3%而新診斷的1型糖尿病患者ICA陽性率為60%～90%ICA分為胰島細胞質抗體和胰島細胞表麵抗體但胰島細胞表麵抗體的檢查很少應用在臨床因臨床很難獲得新鮮的胰島或胰島素瘤細胞標本而胰島細胞質抗體檢查比較簡單並已標準化因而在臨床廣泛使用胰島細胞抗體的陽性率隨糖尿病病程的延長而降低80%～90%的1型糖尿病患者體內胰島細胞質抗體在起病2年後消失;10%～15%的患者持續存在超過3年在相似病程情況下抗體陽性者常伴：①甲狀腺和胃的自身抗體;②其他自身免疫內分泌病;③有強烈的其他自身免疫病的家族史;④女性多見;⑤與HLA-DR3/B8強烈相關但也有報告1型糖尿病起病後3年62%患者體內ICA陽性者未發現上述的差異。
ICA在臨床1型糖尿病一級親屬中的檢出率明顯高於一般人群且ICA的檢出與隨後臨床1型糖尿病的發生危險性增加相關高滴度(如>80JDF單位)的預報價值明顯高於低滴度(如<20JDF單位)ICA持續陽性者發生1型糖尿病的危險性明顯高於一過性陽性者前瞻性研究報告：ICAs滴度在4～9JDF單位和大於20JDF單位的1型糖尿病一級親屬中5年內分別約5%和35%需使用胰島素治療而10年內依賴胰島素者達60%～79%ICA持續高滴度陽性在1型糖尿病一級親屬中有較好的預報價值但臨床研究亦發現少數高滴度ICAs者胰島B細胞功能可持續數年保持穩定確切的機製尚不清楚現已有小範圍臨床報告應用免疫抑製劑和煙酰胺可明顯預防或延緩高滴度ICA陽性的非糖尿病一級親屬進展為臨床顯性1型糖尿病大範圍臨床研究正在進行中另外臨床亦可見在相當比例(10%～20%)的非胰島素依賴型糖尿病患者檢出ICA此類患者最終有80%～85%在若幹年後需要胰島素治療而ICA陰性的患者僅有15%現認為伴ICA陽性的臨床非胰島素依賴型糖尿病實際上可能為“成人隱匿自身免疫糖尿病”(LADA屬於1型糖尿病的範疇)先前曾被描述為“1.5型糖尿病”或“緩慢進展胰島素依賴型糖尿病”(SPIDDM)另外此類患者抗GAD亦常呈陽性其特點：①起病年齡常>15歲;②以非肥胖非胰島素依賴型糖尿病起病;③病初可用飲食或口服降糖藥物控製治療;④常在1～4年內發生口服降糖藥物失效或對糖尿病酮症易感而需依賴胰島素;⑤ICA陽性抗GAD-Ab陽性C肽水平低及HLA-DR3/4等對於“LADA”患者目前比較一致的意見是早期使用胰島素治療以延緩其體內殘存胰島B細胞的破壞。
2.抗-GAD抗體 穀氨酸脫羧酶(glutamic acid decarboxylaseGAD)是抑製性神經遞質γ-氨基丁酸的生物合成酶存在於人類和動物的腦與胰島組織內近年來發現其有兩種異構體形式相對分子量分別為65000(GAD65)和67000(GAD67)並顯示GAD與1型糖尿病患者胰島64000蛋白抗原有許多共同的理化特征一些研究聯合鑒定表明1型糖尿病患者體內與疾病有關的自身抗原之一64000蛋白就是GADGAD被認為是1型糖尿病自身免疫反應的主要自身抗原GAD抗體(GAAs)的測定方法遠比抗-64000蛋白測定簡單實用因而漸被臨床廣泛應用其臨床價值與ICA相似但其陽性率和特異性均較ICA高在1型糖尿病一級親屬1型糖尿病臨床前期的個體中GAAs陽性而ICA和IAA有時陰性;在新診斷的1型糖尿病患者中GAAs陽性率為75%～90%在病程長(3～10年)的1型糖尿病患者中陽性率仍可達60%～80%GAA的檢測對1型糖尿病的診斷尤其是對LADA早期識別有重要價值並可在1型糖尿病的親屬中預測發生糖尿病的危險性目前臨床用於GAA檢測的方法有免疫沉澱法放射免疫法酶聯免疫吸附法和免疫熒光法等多種方法。
3.胰島素自身抗體(IAAs) IAA即可與胰島素相結合的自身抗體可出現於未用外源性胰島素的1型糖尿病患者以及臨床前期患者中新診斷的1型糖尿病患者IAA陽性率為40%～50%現有的方法尚不能將IAA從胰島素治療所致的胰島素抗體中區別出來同時1型糖尿病診斷後IAAs的自然史尚未被調查IAA的產生可能是原發性的來自於B淋巴細胞的異常克隆或者為胰島B細胞破壞後所致胰島B細胞的損傷可能導致結構改變了的胰島素釋放並被體內免疫係統當做異物;或者胰島素原或更早生物合成的前體在B細胞破壞時被釋放出來而作為抗原;有報道胰島素免疫反應活性(可能為胰島素原前體)存在於B細胞質膜上另外與胰島素無關的外來抗原分子的相似性亦可導致體內產生IAAs像ICAs和GAAs一樣IAAs在預報1型糖尿病中也是重要的IAA滴度為預報1型糖尿病發病時間公式中的一部分該公式考慮到高危人群的第一時相胰島素分泌將發生1型糖尿病的時間(年)=1.5 0.03×靜脈葡萄糖耐量(1min時胰島素和3min時胰島素之和)-0.008×(IAA滴度)但尚需進行大係列前瞻性研究對此公式予以評價年齡與IAAs呈負相關。
IAAs常見於兒童中且常呈高滴度有認為IAAs出現在比較年輕非糖尿病個體中比出現在成人中更能反映胰島B細胞破壞較快和較快地進展至1型糖尿病與1型糖尿病有關的IAA主要是IgG偶見為IgMIAAs一般可應用放射免疫和酶聯免疫吸附法測定一些研究報告由放射免疫測定的IAAs可提高ICAs在1型糖尿病一級親屬及普通人群中預報隨後發生1型糖尿病的價值而用酶聯免疫測定的IAAs似乎對1型糖尿病無預報價值故國際糖尿病研討會認為隻有液相放射免疫法評價與糖尿病相關的自身抗體較為實用。
4.IA-2和IA-2β及其抗體 IA-2(insulinoma associated protein 2)及其類似物IA-2β是繼GAD之後被確認的另兩個胰島細胞的自身抗原兩者均具有蛋白酪氨酸磷酸酶催化功能域高度同源的保守區域是受體型蛋白酪氨酸磷酸酶超家族中的新成員但其去磷酸的催化活性至今未被證實生理功能也不明確IA-2和IA-2β均為Ⅰ型跨膜糖蛋白各含979和986個氨基酸殘基分子量分別為106000和108000編碼基因分別位於人第2號(2q35)和第7號(7q35)染色體上兩者都由一胞外結構域單一跨膜結構域和一胞內結構域組成全長有42%的一致性在胞內結構域有74%的同源性IA-2和IA-2β主要存在於胰島αβδ細胞胰腺αβ細胞瘤垂體腦組織和腎上腺髓質等神經內分泌組織中目前認為IA-2IA-2βGAD和胰島素均是1型糖尿病的自身抗原IA-2和IA-2β抗原均位於胞內結構域的羧基端其抗體主要識別構象性抗原表位IA-2和IA-2β有共同的抗原表位和各自特異的抗原決定簇文獻報告IA-2Ah存在於60%～80%的新診斷的1型糖尿病患者中在糖尿病前期的陽性率為40%～60%而在健康人群中的陽性率約為1%IA-2βAb在新診斷的1型糖尿病患者的陽性率為45%～60%稍低於IA-2Ab的陽性率兩者的陽性率均隨著病程的延長和1型糖尿病起病年齡的增大而逐漸下降IA-2Ab和IA-2βAb的特異性較GAD-Ab高在不伴1型糖尿病的自身免疫疾病的患者中較少發現對一級親屬陽性預測價值達75%新近研究發現98%新診斷的1型糖尿病患者至少存在一種胰島自身抗體陽性80%存在兩種以上而健康人無一人同時存在兩種以上抗體3種抗體(IA-2AbGAD-Ab和IAA)均陰性的一級親屬5年內發生糖尿病的危險度小於0.5%僅一種抗體陽性的發病危險度為15%兩種抗體陽性為44%三種抗體均陽性的危險度為100%現認為聯合檢測IA-2AbGAD-Ab和IAA是預測1型糖尿病的最可靠的免疫學標誌由於IA-2Ab與IA-2βAb顯著相關所以在聯合IA-2βAb並不進一步增加檢測的敏感性和陽性預測值IA-2Ab和IA-2βAb的檢測主要采用酶聯免疫吸附分析法(ELISA)和放射配體分析法(RLA)其中RLA所需標本少可進行半自動化操作省時省力適於在高危人群和少年兒童中進行普查。
1型糖尿病的自然發病過程如下：
第一期(遺傳易感性：與HLA某些位點有關)
環境因素如病毒感染→↓
第二期(啟動自身免疫反應胰島B細胞損傷)
第三期(免疫學異常：循環中可出現多種針對B細胞的自身抗體胰島素分泌功能尚維持正常)↓
第四期(胰島B細胞數量進行性減少功能漸降低血糖升高以致出現糖尿病)↓ 第五期(臨床糖尿病：胰島B細胞殘存量小於10%顯著高血糖伴臨床症狀) ↓
第六期(臨床糖尿病曆經數年或多年後B細胞完全破壞胰島素水平極低失去對刺激的反應許多患者出現各種不同程度的慢性並發症)
5.1型糖尿病胰島病理
(1)早期病理改變：早在1910年即記載了1型糖尿病患者有淋巴細胞和巨噬細胞浸潤的急性胰島炎隨後報告1型糖尿病患者發病6個月後死亡的個體屍檢顯示胰島的2/3有上述損害存活的B細胞不到總量的10%但病程長的患者無淋巴細胞浸潤1型糖尿病病程較短的患者可見胰島B細胞的局部再生但隨著疾病的進展B細胞的局部再生越加少見且再生的B細胞隨之亦被破壞。
(2)晚期病理：1型糖尿病患者診斷1.5～34年後的屍檢顯示：由於占正常胰腺98%的外分泌組織的萎縮胰腺重量下降外分泌腺的萎縮可能由於缺乏高濃度的胰島素通過血管床對本身胰腺的灌注胰腺內高胰島素濃度對其自身有營養作用而該作用是皮下給予外源性胰島素治療所達不到的1型糖尿病患者的胰島少且小重量不到正常人或2型糖尿病患者的1/3B細胞幾乎完全缺乏胰島幾乎僅包含α細胞和σ細胞及位於胰腺頭部遠端的PP細胞每個胰島內α細胞和σ細胞的數量正常或增加胰腺內總的α和σ細胞的量在正常範圍。
