研究人員利用人工智能預測及識別2型糖尿病亞型
糖尿病長期以來被簡化為兩個類別——1型糖尿病通常在兒童時期出現，而2型糖尿病則與肥胖有關，通常在成年後發展。然而，科學家們發現，並非所有2型糖尿病患者都相同，患者的體重、發病年齡及其他特徵存在差異。
現在，來自史丹福醫學院的研究人員已開發出一種基於人工智能的算法，利用持續血糖監測儀的數據來解析四種最常見的2型糖尿病亞型中的三種。
“這是一個可以幫助人們採取預防措施的工具。例如，如果血糖水平觸發了前期糖尿病的警告，人們可以調整飲食或運動習慣，”共同主導研究的遺傳學教授邁克爾·斯奈德（Michael Snyder）表示。斯奈德是史丹福W·阿什曼醫學博士遺傳學教授。
在美國，約13%的人口，即約4000萬人被診斷為糖尿病，而9800萬人則屬於前期糖尿病，因此，如果有一種廣泛可及的技術能精確定位診斷細節，將對糖尿病護理產生重大影響，斯奈德說。
“大多數糖尿病患者都是2型糖尿病，他們只是被稱為‘2型’，”內分泌學教授特雷西·麥克勞克林（Tracey McLaughlin）表示。“但這比這更複雜，導致這種情況的潛在生理機制各不相同。”
近年來，對2型糖尿病進行亞分類的運動越來越受到重視，因為2型糖尿病佔所有糖尿病的95%，這有助於更好地理解與心血管、腎臟、肝臟或眼睛併發症等相關疾病的風險，以及識別個體糖尿病的潛在生理機制。“這很重要，因為根據你擁有的類型，有些藥物的效果會比其他藥物更好，”麥克勞克林說。“我們的目標是找到一種更可及的、按需的方式，讓人們了解並改善他們的健康。”
這項技術在斯奈德幾年前得知自己有前期糖尿病時就會非常有用。“當我發現自己即將成為糖尿病患者時，我增加了肌肉量，這是幫助降低血糖的常見方法之一，但卻沒有任何效果。這是因為我並非傳統意義上的胰島素抵抗，”他說。他的2型糖尿病類型源自一種稱為β細胞缺陷的情況，這意味著產生胰島素的細胞無法正常運作。
一篇詳細說明該研究的論文於12月23日發表在《自然生物醫學工程》期刊上。麥克勞克林和斯奈德是共同資深作者。前史丹福醫學院博士後研究員、現為谷歌研究科學家的艾哈邁德·梅特瓦利（Ahmed Metwally）是該研究的首席作者。
澄清糖尿病的細節
目前，糖尿病的診斷僅基於血糖水平，通常通過簡單的抽血檢查進行。“但這些測試對於高血糖背後的生物學了解甚少，”麥克勞克林說。“理解其生理機制需要在研究環境中進行的代謝測試，但這些測試繁瑣且昂貴，在診所中不實用。”
然而，市面上有售的持續血糖監測儀可以檢測高血糖並收集有關其代謝生物學的更詳細信息。
胰島素是由胰腺製造的一種激素，通過促使細胞吸收並利用葡萄糖作為能量來調節血液中的葡萄糖（糖）水平。如果胰腺產生的胰島素不足，稱為胰島素缺陷，血糖就會上升。胰島素抵抗是糖尿病的一個常見標誌，當細胞對胰島素的信號反應不佳時，這也會導致血糖積聚。
2型糖尿病還可能由腸道在進食後釋放的激素——腸促胰素的產生缺陷引起，該激素促進胰腺分泌胰島素，或由肝臟的胰島素抵抗引起。這四種生理亞型的糖尿病可能對不同的療法有不同的反應。
測試算法
麥克勞克林和斯奈德想知道，像持續血糖監測儀這樣的常見設備是否能產生與不同糖尿病亞型相關的隱藏信號數據。這種設備由用戶貼在上臂上，實時測量血糖水平的升降。喝下葡萄糖飲料的人通常會出現血糖激增，但這些激增的水平和模式因人而異。
在對54名參與者進行的研究中，其中21人患有前期糖尿病，33人健康，研究人員應用一種基於人工智能的算法來識別峰值和低谷中的模式，這些模式對應於不同的2型糖尿病亞型。
使用持續血糖監測儀的參與者還接受了在醫生辦公室進行的口服葡萄糖耐受測試。“人們已經研究了幾十年，發現某些參數指示胰島素抵抗或β細胞功能障礙，這些都是糖尿病的主要驅動因素，”麥克勞克林說。“但現在我們有了監測儀，你可以獲得更細緻的葡萄糖模式，這能更準確地預測這些亞型，並且可以在家中進行。”
與臨床數據和其他代謝狀況的生物標記相比，無論是對持續血糖監測儀數據還是對葡萄糖耐受測試後的抽血數據應用，該算法都能以更高的準確性預測代謝亞型，如胰島素抵抗和β細胞缺陷。該工具正確檢測和識別亞型的準確率約為90%。
擴大可及性
除了為糖尿病或前期糖尿病患者提供更高解析度的數據外，使用監測儀還有其他好處。“即使一個有胰島素抵抗的人不發展成糖尿病，了解這一點依然重要，”麥克勞克林說，“因為胰島素抵抗是多種其他健康狀況的風險因素，如心臟病和脂肪肝病。”
麥克勞克林和斯奈德計劃繼續用該算法對已被診斷為2型糖尿病的人進行測試，並希望這項技術的廣泛可用性能提高就醫的可及性，即使患者無法前往醫生的診所。
“我們還認為這項技術對於經濟困難或地理孤立、無法接觸醫療系統的人來說，是一種有價值的醫療工具，”麥克勞克林說。
該項目得到了史丹福遺傳學系和內科系的支持。
這項研究由美國國立衛生研究院資助（撥款號：R01 DK110186-01，U01-DK105535，U01-DK085545，UM1DK126185和2T32HL09804911），以及史丹福PHIND中心、史丹福糖尿病研究中心、威康信託、史丹福生活方式醫學和美國糖尿病協會。
這項研究的成果無疑為2型糖尿病的診斷和治療開辟了新的方向，尤其是在可及性和個性化醫療方面。隨著技術的進步，未來無論是在城市還是偏遠地區，患者都能更輕鬆地獲得必要的健康數據，這對於預防和控制糖尿病的發展至關重要。此研究不僅為患者提供了新的自我管理工具，還可能對整體公共健康產生深遠的影響。
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