糖尿病相关的MYT1和ST18基因通过其他糖尿病风险基因调控人β细胞胰岛素分泌和存活

《Diabetologia》：Diabetes-associated MYT1 and ST18 genes regulate human beta cell insulin secretion and survival via other diabetes risk genes

　　

摘要：目的/假设：遗传和环境因素共同导致胰岛β细胞衰竭，进而引发2型糖尿病。这些因素如何整合以调控β细胞仍不清楚。基于研究人员先前发现髓鞘转录因子（MYT TFs）家族（包括MYT1、MYT1L和ST18）通过抑制应激反应的过度激活来预防小鼠β细胞衰竭，以及它们在人类β细胞中受肥胖相关营养信号调控并与2型糖尿病相关，研究人员假设这些因子在正常生理条件和肥胖相关应激下预防人类β细胞衰竭。方法：使用shRNA在原代人β细胞中敲低MYT1或ST18。在体外培养或异种移植到小鼠体内的正常条件或肥胖相关应激下，检测β细胞存活、分泌功能和基因表达。结果：在培养中，MYT1敲低（KD）导致β细胞死亡，而ST18-KD损害了葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）。在作为异种移植物的肥胖诱导应激下，ST18-KD也导致β细胞死亡。相应地，MYT1-KD失调了与细胞死亡和细胞应激反应相关的若干基因和基因集，而ST18-KD失调了调控应激反应、线粒体和离子通道的基因。与这些基因表达变化一致，ST18-KD减少了β细胞中葡萄糖刺激的Ca²⁺内流。此外，MYT1和ST18调控的基因富集了2型糖尿病相关位点，相对于β细胞表达基因的随机分布，富集倍数为2.05倍。结论/解释：MYT转录因子相互补充，整合遗传和环境因素以预防β细胞衰竭和2型糖尿病，其主要效应施加于β细胞活力和/或Ca²⁺内流。

**论文解读：**

**研究背景与问题**
2型糖尿病（T2D）的发生源于胰岛β细胞无法分泌足够胰岛素以维持全身葡萄糖稳态。尽管已发现数百个与T2D风险相关的遗传位点，且肥胖等环境因素通过过度工作负荷或应激分子累积加剧β细胞功能障碍，但β细胞如何整合这些遗传与环境因素以防止衰竭仍不明确。髓鞘转录因子（MYT TFs）家族（包括MYT1、MYT1L和ST18）在小鼠中通过抑制应激反应的过度激活防止β细胞衰竭。在人β细胞中，MYT1和ST18的蛋白水平与核定位受葡萄糖和游离脂肪酸（NEFA）调控，且其表达下降先于T2D发展中的β细胞功能障碍。基于此，研究人员提出假设：MYT TFs在正常生理与肥胖相关应激条件下保护人β细胞功能。

**研究内容与结论**
本研究旨在验证MYT1和ST18在原代人β细胞中的保护作用。通过慢病毒介导的shRNA靶向敲低（KD）MYT1或ST18，结合体外培养、异种移植（移植到小鼠眼前房[AEC]）和高脂饮食（HFD）诱导肥胖应激，系统评估β细胞存活、分泌功能及基因表达变化。主要结论包括：1）MYT1在正常生理条件下维持β细胞存活；2）ST18在正常条件下促进GSIS，并在肥胖应激下兼具促存活作用；3）MYT1和ST18通过调控重叠但不同的基因网络影响细胞死亡或分泌，其调控的基因显著富集T2D风险位点；4）ST18缺失损害葡萄糖诱导的Ca²⁺内流，导致GSIS缺陷。该研究发表于《Diabetologia》。

**主要关键技术方法**
研究人员使用人供体胰岛（来自IIDP或路易斯维尔大学A. N. Balamurugan实验室），经shRNA慢病毒敲低MYT1或ST18后，制备伪胰岛（PSI）进行体外培养或异种移植到NSG-DTR小鼠AEC中，部分小鼠接受12周HFD喂养以模拟肥胖应激。关键技术包括：双标记TUNEL与免疫荧光染色检测细胞死亡与激素表达；RNA-seq与单细胞RNA-seq（scRNA-seq）分析差异表达基因（DEGs）及通路；荧光钙成像（RCaMP）监测葡萄糖诱导的Ca²⁺内流；超分辨率显微镜评估线粒体体积与胰岛素颗粒数量；基因富集分析（GSEA、DAVID）及与T2D风险基因列表（GWAS Catalog、Suzuki等、Walker研究）的重叠检验。

**研究结果**
**High levels of ST18 are required for human beta cell GSIS**：通过shRNA敲低ST18（效率74.2%），在4批供体PSI中持续降低GSIS（分泌百分比下降52.0%，刺激指数下降26.7%），而MYT1-KD（效率79.9%）不影响胰岛素分泌；两种敲低均未改变胰高血糖素分泌或激素共表达。
**High levels of MYT1 are required for beta cell survival under normal physiology**：体外培养中，MYT1-KD的PSI中出现DAPI阳性细胞与TUNEL阳性β细胞；异种移植4周后，MYT1-KD移植物的β细胞死亡增加6.8倍，ST18-KD无此效应。
**ST18-KD renders beta cells vulnerable to obesity-induced death**：HFD喂养12周诱导胰岛素抵抗后，ST18-KD的β细胞死亡增加2.73倍（所有4批供体），而MYT1-KD细胞因前期死亡已极少。
**MYT1-KD or ST18-KD deregulates genes involved in cell death or secretion**：RNA-seq鉴定出MYT1-KD与ST18-KD分别导致495个和79个DEGs（与对照相比），其中包括调控细胞死亡、应激反应和分泌的基因（如BIRC5、RNF186、MCFD2、NSF等）。GSEA显示二者共享479个失调基因集（富集3.53倍），但各有独特通路（MYT1-KD上调葡萄糖代谢、下调应激凋亡通路；ST18-KD上调脂肪酸氧化、下调ER应激与蛋白分泌通路）。
**scRNA-seq revealed ST18-dependent genes in beta cells**：单细胞分析中，MYT1-KD组因死亡细胞丢失导致β细胞未分离，而ST18-KD β细胞与对照明显分离，包含3284个DEGs；上调通路涉及SNARE结合与线粒体膜，下调通路包括Ubl结合与多巴胺能突触（含电压门控Ca²⁺通道基因CACNA1A-D等）。
**ST18-KD compromises glucose-stimulated Ca²⁺ influx in beta cells**：ST18-KD β细胞线粒体体积增加18.1%但膜电位无变化；钙成像显示葡萄糖刺激最初10分钟内Ca²⁺内流降低12.1%，KCl刺激无差异，胰岛素分泌也无显著改变，提示Ca²⁺内流缺陷是GSIS下降的主要原因。
**Human MYT1- and ST18-regulated genes are statistically enriched for type 2 diabetes-associated genes**：MYT1-KD的PSI DEGs与GWAS、Suzuki、Walker T2D基因列表分别重叠1.52倍（p=0.011）、1.04倍（不显著）和1.72倍（p=0.023）；ST18-KD的β细胞DEGs与三个列表均显著富集（≥1.31倍，p≤0.004）。共享通路涉及染色质、锌指、Ubl结合及胰岛素结合等过程。

**讨论与结论**
研究结果表明，MYT TFs相互补充，共同整合遗传与环境因素以防止β细胞衰竭和T2D。MYT1主要调控β细胞存活，ST18在正常条件下促进GSIS并在代谢应激下维持生存。二者调控的基因显著富集T2D风险位点，提示它们可能通过调节这些风险基因发挥保护作用。值得注意的是，人β细胞与小鼠β细胞存在物种特异性差异（如MYT1缺失在小鼠中不影响存活），强调了直接研究人细胞的必要性。
**研究结论翻译**：MYT转录因子相互补充，整合遗传和环境因素以预防β细胞衰竭和2型糖尿病，其主要效应施加于β细胞活力和/或Ca²⁺内流。