2型糖尿病作為 全球主要的代謝性疾病 ，其復(fù)雜的遺傳 背景和機(jī)制解析是 長期以來 的重大 科學(xué) 問題 。在過去的二十年 中 ， 盡管 大規(guī)模人類遺傳學(xué)數(shù)據(jù) 和 全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS） 鑒定 了 大量 與2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的基因變異位點(diǎn)，但從遺傳信號(hào)到致病機(jī)制 和干預(yù)靶點(diǎn) 的跨越 仍 面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的單基因功能 研究 依賴于在小鼠模型 或細(xì)胞系 中逐一敲除基因， 存在通量低、 周期長、成本高的瓶頸 和 物種差異的 痛點(diǎn) 。因此，亟需建立高通量 、 高分辨率 且 基于人類正常細(xì)胞的功能基因組學(xué) 研究 平臺(tái) ， 系統(tǒng)性揭示 復(fù)雜疾病 致病 機(jī)制， 為 治療 靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn) 和研究 提供新范式。

2025年 1月2日 ，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院曹亞南團(tuán)隊(duì)在 Nature Metabolism 雜志發(fā)表題為Single-cell perturbations decipher ribosomal stress-surveillance regulators in type 2 diabetes的研究 論文，利用單細(xì)胞擾動(dòng)測序技術(shù)，在人胰島β細(xì)胞中系統(tǒng)性解碼了2型糖尿病和胰島素生產(chǎn)相關(guān)基因的功能。研究團(tuán)隊(duì)從2型糖尿病易感基因中鎖定 了未知功能的基因ZZEF1， 通過構(gòu)建多重小鼠模型、胰島類器官及人類胰島功能 和 機(jī)制研究，揭示ZZEF1在 胰島素生產(chǎn)的 核糖體質(zhì)量控制 （RQC）和 β細(xì)胞 應(yīng)激 中的 調(diào)控作用，解析了 核糖體應(yīng)激監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基因在 β細(xì)胞 中的功能 。研究還通過小分子藥物（ 如 Azoramide）的干預(yù)實(shí)驗(yàn)，為2型糖尿病 的 治療提供了極具轉(zhuǎn)化潛力的 策 略。

傳統(tǒng)的混合CRISPR篩選雖然可 進(jìn)行 高通量基因篩選，但其輸出通常 是 單一維度的 結(jié)果；而 Perturb-seq 的優(yōu)勢是結(jié)合 單細(xì)胞RNA測序 數(shù)據(jù)，以 高通量擾動(dòng) + 高內(nèi)涵讀出的模式獲得 基因擾動(dòng)后的 精細(xì)功能圖譜 。 為系統(tǒng)解析2型糖尿病相關(guān)基因功能，研究使用了人胰島β細(xì)胞 實(shí)驗(yàn)體系和 CRISPRi干擾系統(tǒng) ，鑒定出 21個(gè)對(duì)β細(xì)胞有顯著影響的功能基因 ，包括 已知功能喪失會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌障礙 的 ABCC8 、 負(fù)責(zé)將胰島素原 轉(zhuǎn)變 為成熟胰島素 的激素 原轉(zhuǎn)化酶PCSK1 、 Wolfram綜合征致病基因WFS1 等。 結(jié)果中 也 涌現(xiàn)出 多個(gè) 未被研究的基因，其中最引人注目的是 缺乏生物學(xué)功能信息的Z ZEF1 基因。 ZZEF1的擾動(dòng) 影響 富集在β細(xì)胞相關(guān)通路 、 MAPK/JNK應(yīng)激通路 、 蛋白質(zhì)分泌通路及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激響應(yīng)通路等 ，顯示了其 在β細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中作為 關(guān)鍵 調(diào)節(jié)因子的潛力 。而且， ZZEF1 的變異 位點(diǎn) （rs781831）與人群中的糖化血紅蛋白（HbA1c）和體重指數(shù)（BMI）相關(guān)， 提示 其功能缺失可能導(dǎo)致代謝紊亂。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了 細(xì)胞特異性基因敲除 小鼠模型 ， 同時(shí)利用人胰島和小鼠胰島類器官進(jìn)行ZZEF1的功能驗(yàn)證。在高脂飲食誘導(dǎo)下，ZZEF1 的 β細(xì)胞 特異性 敲除小鼠表現(xiàn)出葡萄糖耐量受損，胰島素分泌減少 等 糖尿病特征。ZZEF1 缺失導(dǎo)致 胰島素蛋白水平 下 降，但轉(zhuǎn)錄水平并沒有顯著減少 ， 并不影響β細(xì)胞 的 葡萄糖 感應(yīng)，提示問題主要是 出在 胰島素 翻譯或翻譯后修飾環(huán)節(jié)。為了 闡明 ZZEF1缺失導(dǎo)致2型糖尿病 的機(jī)制 ，研究團(tuán)隊(duì) 通過 對(duì)小鼠胰島進(jìn)行單細(xì)胞測序，繪制了β細(xì)胞狀態(tài)圖譜。根據(jù)工作狀態(tài)與應(yīng)激水平，研究首次將胰島β細(xì)胞劃分為四個(gè)功能亞群： 休養(yǎng)生息 的“預(yù)備役”（低分泌/低應(yīng)激）、高效工作的“ 勞動(dòng)模范 ”（高胰島素/低應(yīng)激）、超負(fù)荷的“ 打工人 ”（高分泌/高應(yīng)激） 和 不堪重負(fù)的“ 逃避 者”（低分泌/高應(yīng)激）。ZZEF1缺失 可 導(dǎo)致胰島β細(xì)胞各亞群向高應(yīng)激狀態(tài)轉(zhuǎn)化。ZZEF1調(diào)控核糖體碰撞的關(guān)鍵感應(yīng)器EDF1 表達(dá)，而 EDF1表達(dá)下降 可導(dǎo)致 核糖體在mRNA上發(fā)生停滯和碰撞時(shí) 不能有效 啟動(dòng)核糖體質(zhì)量控制 ， 錯(cuò)誤折疊胰島素原 累積， 進(jìn)而激活整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR） ，最終 導(dǎo)致胰島素 和 翻譯抑制 、分泌減少和 β細(xì)胞屬性喪失。 在此基礎(chǔ)上， 研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用Perturb-seq對(duì)40個(gè)RQC相關(guān)基因進(jìn)行功能解析， 揭示了 25個(gè)顯著影響胰島β細(xì)胞應(yīng)激與胰島素分泌 的重要 基因。這 些 發(fā)現(xiàn)將核糖體質(zhì)量控制和應(yīng)激監(jiān)控通路確立為2型糖尿病病理機(jī)制中的一個(gè)新的核心模塊。

上述 功能基因組學(xué)和分子機(jī) 制 研究的 最終目的是解決臨床問題。研究團(tuán)隊(duì)測試了多種干預(yù)策略，取得了令人 鼓舞 的結(jié)果。既然EDF1是關(guān)鍵感應(yīng)器 ， 研究利用AAV通過胰導(dǎo)管注射直接 回補(bǔ) EDF1 表達(dá)， 顯著恢復(fù)了ZZEF1敲除小鼠的胰島素分泌能力，降低了去分化標(biāo)志物的表達(dá)，并抑制了過度激活的ISR 。 小分子藥物的應(yīng)用 進(jìn)一步證實(shí)了未來 臨床轉(zhuǎn)化 研究的 前景 ， Azoramide 可 增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 錯(cuò) 誤折疊 蛋白的降解，研究發(fā)現(xiàn) Azoramide 治療 顯著改善了ZZEF1敲除鼠的葡萄糖耐量異常，部分恢復(fù)了 胰島素分泌 功能 ， 恢復(fù)調(diào)控胰島素分泌和蛋白翻譯相關(guān)通路的基因表達(dá)，下調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激下的凋亡信號(hào)通路等 。 這些結(jié)果表明，靶向核糖體應(yīng)激、蛋白穩(wěn)態(tài)和消除錯(cuò)誤折疊蛋白累積，可成為保護(hù)β細(xì)胞和治療2型糖尿病的新策略。

綜上所述，這項(xiàng)研究通過單細(xì)胞擾動(dòng)和分析技術(shù)在代謝疾病中的應(yīng)用，再次證明了單細(xì)胞功能基因組學(xué)在復(fù)雜疾病遺傳解析中的優(yōu)勢，是系統(tǒng)性解析復(fù)雜疾病的分子機(jī)制和靶點(diǎn)新范式。研究首次將核糖體質(zhì)量控制與2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展緊密聯(lián)系起來，完善了2型糖尿病的遺傳圖譜功能解析。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院南晶敏捷、何象龍、劉小平為該研究共同第一作者，曹亞南研究員為通訊作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s42255-025-01407-6

制版人： 十一

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