青少年发病的成年型糖尿病（MODY）占糖尿病病例的1%-2%，而 MODY3是一种由转录因子HNF1A突变引起的单基因遗传性糖尿病，低剂量磺酰脲类药物（SUs）作为该病的一线疗法，在β细胞中的主要作用是抑制ATP敏感性钾通道（KATP）导致细胞膜去极化、Ca2+流入和随之而来的胰岛素分泌[1-3]。尽管如此，人们对于MODY3的发病机制了解仍然很少。
2022年12月22日，来自哥本哈根大学的Henrik Semb团队在Cell Stem Cell杂志上发表了一篇题为 An insulin hypersecretion phenotype precedes pancreatic b cell failure in MODY3 patient-specific cells 的文章，他们构建了能成功概括对SUs敏感性的MODY3患者特异性 hiPSC细胞系，在研究导致MODY3高血糖和糖尿病的潜在疾病机制过程中，发现HNF1A+/R272C β细胞过度分泌胰岛素，并提供证据支持高胰岛素血症是由β细胞中HNF4A介导的KATP通道失调引起的，确定了导致MODY3中β细胞衰竭的致病机制。
为了建立MODY3的人类疾病模型，作者通过重编程来自MODY3患者的真皮成纤维细胞来获得携带HNF1A+/R272C的患者特异性hiPSC系，并将其分化为CPEP+NKX6-1+ β细胞。由于MODY3患者与其他糖尿病患者相比对SUs反应明显[4]，作者想知道体外模型是否会重现患者对SUs的敏感性，于是对细胞施加SUs处理。与对照相比，HNF1A+/R272C β细胞在高葡萄糖存在下显示出对SUs化合物反应增加的INS分泌，且在低葡萄糖条件下也表现出过度分泌胰岛素的趋势。此外，HNF1A+/R272C β细胞可以响应KCl但不响应GLP1类似物，说明HNF1A+/R272C β细胞膜对去极化刺激敏感。
为了阐明HNF1A+/R272C β细胞中INS分泌过多的潜在机制，作者通过RNA-seq分析了分选的CPEP+NKX6-1+ β细胞的转录组和基因富集分析，确定了离子传输和膜电位调节剂的过度表达，其中涉及钾离子通道基因（如KCNA3）、钙通道（CACNA1B）、KATP通道调节剂（如ANK2）和MODY转录因子（NEUROD1）等的改变，它们可能通过扰动膜电位进而引起胰岛素的分泌增加。为此，作者通过shRNA和siRNA敲低实验进一步验证了影响膜电位的因素改变对胰岛素分泌的影响。胰岛素分泌是由Ca2+流入诱导的，而电压激活钙通道的活性取决于膜电位，于是他们在单细胞水平上评估了细胞内Ca2+动力学，发现HNF1A+/R272C β细胞在葡萄糖挑战期间表现出增加的钙信号以及KCl去极化振幅增加。
除了HNF1A+/R272C突变外，作者还在MODY3队列中发现HNF1A携带的另一突变G292FS，与未携带该突变的家庭成员相比，HNF1A+/G292FS新生儿有体重增加和轻度新生儿高胰岛素血症表型的趋势。最后，就HNF1A+/R272C患者的治疗而言，作者发现KATP通道激活剂二氮嗪和钙通道阻滞剂都能够挽救HNF1A+/R272C细胞中SUs和KCl处理期间胰岛素分泌过多的表型，进一步支持了增加的膜兴奋性是INS分泌过多的基础。
总之，这项工作利用MODY3患者特异性hiPSC模型证明该病的早期发病机制，强调了早期识别HNF1A突变类型的重要性，并需要进一步研究新生儿高胰岛素血症治疗与潜在糖尿病发病延迟之间的关系。
（来源：BioArt）
参考文献：
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