导语：糖尿病是一种全球性健康问题，影响着数以亿计的人口。其中，Wolfram综合征（WS）相关的胰岛素依赖型糖尿病因其发病机制复杂且难以治愈而备受关注。WS是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，这种疾病的发病机制与WFS1基因突变导致的内质网（ER）应激密切相关。然而，ER应激如何导致β细胞功能和数量的双重缺陷，其具体机制尚未完全明确。Kikuko Amo-Shiinoki及其研究团队发表在Science Translational Medicine上的一项研究[1]，旨在通过分析人类和小鼠模型的胰岛细胞，揭示Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并探讨其潜在的治疗靶点。
Wolfram综合征（WS）是一种由WFS1基因突变引起的罕见遗传性疾病，其特征为青少年发病的胰岛素依赖型糖尿病、视神经萎缩、尿崩症、耳聋和神经退行性病变。WFS1基因编码一种内质网膜蛋白，参与调节内质网钙稳态、未折叠蛋白反应（UPR）和囊泡运输。尽管已有研究表明WFS1基因的缺失会导致胰岛β细胞的ER应激和功能障碍，但β细胞功能和数量双重缺陷的具体机制尚不清楚。该项研究旨在通过分析人类和小鼠模型的胰岛细胞，揭示Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并探讨其潜在的治疗靶点。
研究团队首先从两名典型WS患者的遗体胰腺组织中获取样本，通过免疫组化分析，揭示了胰岛细胞的病理变化。随后，利用Wfs1基因敲除（Wfs1-KO）小鼠模型，进一步研究了β细胞的去分化过程。研究纳入了两名WS患者的胰腺组织样本，以及与之年龄和性别匹配的对照组样本。实验分组包括Wfs1-KO小鼠和野生型（WT）小鼠，分别进行遗传谱系追踪，追踪了β细胞的命运。作代谢组学分析，研究了Wfs1缺失对β细胞代谢和基因表达的影响，并探讨了敲除硫氧还蛋白相互作用蛋白（Txnip）对β细胞功能的保护作用。主要评价指标包括胰岛细胞的形态学变化、功能指标（如胰岛素分泌能力）以及代谢物的变化。次要评价指标包括基因表达水平和细胞标志物的表达。通过这些综合分析，研究团队旨在全面揭示WS中β细胞去分化的机制。
通过对两名WS患者的胰腺组织进行免疫组化分析，发现胰岛β细胞几乎完全丧失，胰岛细胞中胰岛素和胰高血糖素的表达显著减少，而胰岛素和胰高血糖素双阳性细胞的比例增加，表明β细胞可能向α细胞转化。此外，胰岛细胞中出现了淀粉酶阳性的外分泌细胞，进一步证实了胰岛细胞的去分化现象。
图1. WS中的胰岛细胞可塑性与β细胞丢失 A) 人类胰腺中四种胰岛激素（4H）的免疫荧光。B) 4H免疫反应性细胞团中内分泌细胞亚型的比例。N=10至20个个体。C) 3H和淀粉酶的免疫荧光。右图分别为胰腺、胰岛和胰岛细胞。D) 每个胰岛面积中的胰岛素（ins+）、胰高血糖素（Gcg+）、生长抑素（Sst+）细胞数量。N=10至15个个体。E) 胰腺中淀粉酶的免疫染色。胰岛用虚线标记。F) 20周龄Wfs1基因敲除（Wfs1 Ko）小鼠的TUNEL阳性β细胞定量（n=5）。G至I) 36周龄小鼠胰岛中4H鸡尾酒（绿色）和胆囊素A（ChgA，红色）的免疫荧光。G) 胰岛面积（n=6）。H) ChgA阳性胰岛细胞中4H阴性/ChgA阳性细胞的比例（n=3或4）。I) 数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过单因素方差分析（one-way ANOVA）后进行Bonferroni检验（B），**P<0.01通过双尾学生t检验（i）。**P<0.01，***P<0.001与对照组相比，†P<0.05，†††P<0.001与WS-1相比，通过Kruskal-Wallis检验与Dunn检验（d）。数据通过Mann-Whitney U检验（F）和双尾学生t检验（h）进行统计评估。
Wfs1-KO小鼠表现出β细胞的逐渐丧失和功能障碍，导致永久性高血糖。通过遗传谱系追踪实验，发现Wfs1-KO小鼠的β细胞逐渐失去胰岛素表达，而胰高血糖素表达增加，表明β细胞向α细胞转化。此外，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中出现了去分化的细胞，这些细胞保留了一般内分泌细胞的特征，但不再对胰岛素和胰高血糖素抗体产生反应。
图2. Wfs1基因敲除胰岛中β细胞的命运 A至G) Wfs1Ko:RIP-CreherR:YFPfl/+和WT:RIP-CreherR:YFPfl/+小鼠胰腺切片中YFP（绿色）和胰岛素或胰高血糖素（红色）的免疫荧光，分别在3（A）、20（B和C）和40（D和E）周龄时。左图为胰岛，右图为YFP标记的β细胞。比例尺，20微米。图表显示YFP和胰岛素（A、B和D）或胰高血糖素（C和E）的免疫反应面积相对于整个胰腺面积。F) 40周龄小鼠β细胞质量。G) 40周龄小鼠YFP标记细胞质量。数据为平均值±标准差。n=4（A、B和E），n=3（C），n=4至6（D、F和G）。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾学生t检验或Mann-Whitney U检验。H) 12周龄小鼠野生型（WT）β细胞和邻近α细胞（左图）以及Wfs1 Ko β细胞（右图）的电子显微镜图像。彩色边框插图显示胰高血糖素颗粒（品红色）以及成熟（亮蓝色）和未成熟（黄色）胰岛素颗粒。比例尺，2微米。I) 个体β细胞中胰岛素颗粒的密度。n=14（WT），45（Wfs1 Ko）。J) Wfs1 Ko β细胞中胰岛素样颗粒和胰高血糖素样颗粒密度之间的Spearman相关性。
图3. Wfs1基因敲除β细胞表现出成熟身份的丧失 A）通过RNA测序（RNA-seq）检测Wfs1 Ko小鼠和对照组（WT）小鼠12周龄胰岛中差异表达（调整P<0.01）和正常表达（灰色）基因的火山图。n=4每种基因型。B和C) GO富集分析识别了Wfs1 Ko胰岛中上调（B）和下调（C）基因的KEGG（基因组百科全书）途径和GO生物学过程中的重要途径和生物学过程（调整P<0.01）。条形图表示富集分数[−log10(P值)]。点表示富集因子。D) 表示Wfs1 Ko和WT胰岛中差异表达（调整P<0.05）的β细胞功能和分化相关基因的热图。E) 在指定年龄的Wfs1 Ko和WT胰岛中，胰岛素（绿色）和MafA、Neurog3、Aldh1a3或Cd81（红色）的免疫荧光染色。插图显示与胰岛素共染色的Neurog3或Cd81的代表性细胞。比例尺，20微米。
转录组学分析显示，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中与β细胞功能和成熟相关的基因表达显著下调，而与祖细胞相关的基因表达上调。代谢组学分析发现，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中三羧酸循环（TCA cycle）受阻，导致ATP含量降低，而氨基酸代谢途径上调，可能通过补充丙酮酸和乙酰辅酶A来维持能量代谢。
图4. Wfs1基因敲除胰岛中的代谢重塑 A）通过结合代谢组和RNA-seq分析的糖酵解途径和TCA循环代谢变化的总结。分析在10周龄小鼠分离的胰岛中进行（n=4每项分析）。红色或蓝色条形图反映相对于灰色条形图的百分比变化。红色或蓝色酶名称反映Wfs1Ko胰岛中上调或下调。B和C) 胰岛中腺苷酸（B）和总氨基酸（AA）含量（C）与每个指示的代谢物相关。D) 编码氨基酸转运蛋白的基因的热图。E) 氨基酸分解代谢途径的示意图，Wfs1Ko胰岛中减少的氨基酸为蓝色，上调的酶为红色。F和G) 用棕榈酸刺激的分离胰岛的OCR记录（F）。基础OCR计算并总结在图表中（G）。数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾学生t检验（A）至（E）和双因素方差分析（two-way ANOVA）后进行Fisher最小显著差异检验（F）和（G）。
通过将Wfs1-KO小鼠与Txnip基因敲除小鼠杂交，生成Wfs1:Txnip双敲除（DKO）小鼠。DKO小鼠表现出较低的血糖水平，并且在24周后未出现高血糖进展。此外，DKO小鼠的胰岛细胞中胰岛素分泌功能得到部分恢复，β细胞的去分化现象得到显著改善。这些结果表明，Txnip的敲除可以保护β细胞的功能，防止糖尿病的进展。
图5. Txnip缺失防止β细胞去分化和糖尿病进展 A) 随机喂食血糖变化（n=12）。B) 12周龄小鼠的胰岛素耐受性测试（n=5）。C和D) 胰岛素耐受性测试期间的血糖（C）和血浆胰岛素（D）（n=6）。E) 10周龄小鼠分离胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）（n=3或4）。F至H) 20周龄小鼠胰岛中胰岛素和胰高血糖素、MafA或Neurog3的免疫荧光。比例尺，20微米（F）。G) 表达胰岛素的MafA阳性细胞的比例（n=4）。H) 胰岛细胞中表达Neurog3的比例（n=4）。I) 12周龄小鼠分离胰岛中指示基因的表达（n=7）。J) 40周龄小鼠胰腺切片中胰岛素和胰高血糖素的免疫荧光。比例尺，200微米。K和L) 40周龄小鼠的β细胞和α细胞质量（n=3）。M和N) 40周龄小鼠胰腺切片中YFP和胰岛素（M）或胰高血糖素（N）的免疫荧光。比例尺，20微米。所有数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双因素方差分析（two-way ANOVA）后进行Bonferroni事后检验（A至D）。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过单因素方差分析（one-way ANOVA）后进行Bonferroni事后检验（E，G至I，K和L）或Kruskal-Wallis检验与Dunn多重比较检验（I）。
图6.Txnip缺失纠正了Wfs1缺失小鼠胰岛的代谢功能障碍(A) 10周龄小鼠分离胰岛中的ATP含量（n=3）。Wfs1缺失小鼠的胰岛ATP含量低于野生型（WT）胰岛，而Txnip缺失并未影响基础ATP水平，但纠正了Wfs1缺失小鼠在葡萄糖刺激下ATP生成的缺陷。(B) 10周龄小鼠分离胰岛的细胞外酸化率（ECAR）记录（n=8-10），显示葡萄糖刺激下的糖酵解功能。Wfs1缺失小鼠的ECAR响应显著降低，而Txnip缺失（DKO）恢复了这一响应。(C) 10周龄小鼠分离胰岛的氧耗率（OCR）记录（n=15），显示葡萄糖刺激下的氧化磷酸化功能。Wfs1缺失小鼠的OCR响应受损，而Txnip缺失纠正了这一缺陷。(D) 10周龄小鼠分离胰岛的OCR记录，使用氧化磷酸化的药理调节剂（n=5-7）。结果显示，Wfs1缺失小鼠的线粒体功能未受损，而Txnip缺失纠正了Wfs1缺失小鼠的氧化磷酸化缺陷。(E) 10周龄小鼠分离胰岛中PDH磷酸化水平的免疫印迹分析。Wfs1缺失小鼠中PDH的Ser293磷酸化水平显著增加，而Txnip缺失抑制了这种磷酸化，恢复了氧化糖酵解。(F) PDH磷酸化水平的定量分析（n=3）。Wfs1缺失小鼠中PDH磷酸化水平显著增加，而Txnip缺失抑制了这种磷酸化。(G) AMPKα磷酸化水平的定量分析（n=3）。Wfs1缺失小鼠中AMPKα的Thr172磷酸化水平显著降低，而Txnip缺失恢复了AMPKα的激活。(H) 10周龄小鼠胰岛中胰岛素（绿色）和pAMPKα（红色）的免疫荧光染色。Wfs1缺失小鼠中pAMPKα的表达降低，而Txnip缺失恢复了其表达。(I) 小鼠在进食或禁食4小时后分离胰岛中PGC-1α的表达（n=4-6）。Wfs1缺失小鼠中PGC-1α的表达降低，而Txnip缺失恢复了其表达。所有数据均以均值±标准差表示。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾Student's t检验（A），*P<0.05，***P<0.001 WT与Wfs1−/−比较，†P<0.05，††P<0.01 Wfs1−/−与DKO比较，通过双因素方差分析（ANOVA）后Bonferroni多重比较检验（B-D），*P<0.05，***P<0.001通过单因素方差分析后Bonferroni多重比较检验（F和G），*P<0.05，**P<0.01通过Kruskal-Wallis检验后Dunn多重比较检验（I）。
鉴于胰腺β细胞是Wolfram综合征（WS）中最易受影响的组织，糖尿病通常在儿童时期发病，因此成为干预的重要目标。尽管分子和细胞实验结果表明内质网（ER）应激会导致β细胞退化，但因WFS1基因缺失导致的β细胞丧失过程尚不清楚。该项研究揭示了Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并指出Txnip在这一过程中发挥了关键作用。研究结果表明，Wfs1基因的缺失导致β细胞失去成熟身份，进而发生去分化，最终导致β细胞功能和数量的双重缺陷。通过敲除Txnip，可以恢复β细胞的功能和代谢，防止糖尿病的进展。这一发现不仅为Wolfram综合征的治疗提供了新的靶点，也为理解糖尿病β细胞衰竭的机制提供了新的视角。
然而，研究也存在局限性，包括正确分析β细胞去分化程度的技术难度。获得已发展为高血糖的Wfs1基因缺失小鼠的胰岛的机会是不规律的，这阻碍了在分离的胰岛中进行体外分析。此外，研究观察到的去分化标志基因的转录并未因短期ER应激而增加。因此，未来的研究需要在更慢性ER应激条件下探索UPR在去分化中的作用。在人类胰腺中，WS中α细胞和β细胞都受到了很大影响。然而，胰岛中α细胞扩张和随后的表型丧失的细胞机制尚不清楚。鉴于在Wfs1基因缺失小鼠中的观察结果，去分化的β细胞可能转化为α细胞，尽管这一假设需要在未来的研究中进行测试。此外，研究者们对哪些由Txnip调节的途径促进β细胞去分化的理解是有限的。总之，该项研究结果表明，β细胞去分化是WS中糖尿病发病机制的核心，Txnip可能是预防或减轻该综合征糖尿病进展的潜在治疗靶点。未来的研究将进一步探索Txnip在β细胞去分化中的具体分子机制，并评估其作为治疗靶点的潜力。
参考文献：
[1] KIKUKO AMO-SHIINOKI,KATSUYA TANABE,WATARU NISHIMURA, et al. Sci Transl Med,2025 Feb 19;17(786):eadp2332.
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导语：糖尿病是一种全球性健康问题，影响着数以亿计的人口。其中，Wolfram综合征（WS）相关的胰岛素依赖型糖尿病因其发病机制复杂且难以治愈而备受关注。WS是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，这种疾病的发病机制与WFS1基因突变导致的内质网（ER）应激密切相关。然而，ER应激如何导致β细胞功能和数量的双重缺陷，其具体机制尚未完全明确。Kikuko Amo-Shiinoki及其研究团队发表在Science Translational Medicine上的一项研究[1]，旨在通过分析人类和小鼠模型的胰岛细胞，揭示Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并探讨其潜在的治疗靶点。
Wolfram综合征（WS）是一种由WFS1基因突变引起的罕见遗传性疾病，其特征为青少年发病的胰岛素依赖型糖尿病、视神经萎缩、尿崩症、耳聋和神经退行性病变。WFS1基因编码一种内质网膜蛋白，参与调节内质网钙稳态、未折叠蛋白反应（UPR）和囊泡运输。尽管已有研究表明WFS1基因的缺失会导致胰岛β细胞的ER应激和功能障碍，但β细胞功能和数量双重缺陷的具体机制尚不清楚。该项研究旨在通过分析人类和小鼠模型的胰岛细胞，揭示Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并探讨其潜在的治疗靶点。
研究团队首先从两名典型WS患者的遗体胰腺组织中获取样本，通过免疫组化分析，揭示了胰岛细胞的病理变化。随后，利用Wfs1基因敲除（Wfs1-KO）小鼠模型，进一步研究了β细胞的去分化过程。研究纳入了两名WS患者的胰腺组织样本，以及与之年龄和性别匹配的对照组样本。实验分组包括Wfs1-KO小鼠和野生型（WT）小鼠，分别进行遗传谱系追踪，追踪了β细胞的命运。作代谢组学分析，研究了Wfs1缺失对β细胞代谢和基因表达的影响，并探讨了敲除硫氧还蛋白相互作用蛋白（Txnip）对β细胞功能的保护作用。主要评价指标包括胰岛细胞的形态学变化、功能指标（如胰岛素分泌能力）以及代谢物的变化。次要评价指标包括基因表达水平和细胞标志物的表达。通过这些综合分析，研究团队旨在全面揭示WS中β细胞去分化的机制。
通过对两名WS患者的胰腺组织进行免疫组化分析，发现胰岛β细胞几乎完全丧失，胰岛细胞中胰岛素和胰高血糖素的表达显著减少，而胰岛素和胰高血糖素双阳性细胞的比例增加，表明β细胞可能向α细胞转化。此外，胰岛细胞中出现了淀粉酶阳性的外分泌细胞，进一步证实了胰岛细胞的去分化现象。
图1. WS中的胰岛细胞可塑性与β细胞丢失 A) 人类胰腺中四种胰岛激素（4H）的免疫荧光。B) 4H免疫反应性细胞团中内分泌细胞亚型的比例。N=10至20个个体。C) 3H和淀粉酶的免疫荧光。右图分别为胰腺、胰岛和胰岛细胞。D) 每个胰岛面积中的胰岛素（ins+）、胰高血糖素（Gcg+）、生长抑素（Sst+）细胞数量。N=10至15个个体。E) 胰腺中淀粉酶的免疫染色。胰岛用虚线标记。F) 20周龄Wfs1基因敲除（Wfs1 Ko）小鼠的TUNEL阳性β细胞定量（n=5）。G至I) 36周龄小鼠胰岛中4H鸡尾酒（绿色）和胆囊素A（ChgA，红色）的免疫荧光。G) 胰岛面积（n=6）。H) ChgA阳性胰岛细胞中4H阴性/ChgA阳性细胞的比例（n=3或4）。I) 数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过单因素方差分析（one-way ANOVA）后进行Bonferroni检验（B），**P<0.01通过双尾学生t检验（i）。**P<0.01，***P<0.001与对照组相比，†P<0.05，†††P<0.001与WS-1相比，通过Kruskal-Wallis检验与Dunn检验（d）。数据通过Mann-Whitney U检验（F）和双尾学生t检验（h）进行统计评估。
Wfs1-KO小鼠表现出β细胞的逐渐丧失和功能障碍，导致永久性高血糖。通过遗传谱系追踪实验，发现Wfs1-KO小鼠的β细胞逐渐失去胰岛素表达，而胰高血糖素表达增加，表明β细胞向α细胞转化。此外，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中出现了去分化的细胞，这些细胞保留了一般内分泌细胞的特征，但不再对胰岛素和胰高血糖素抗体产生反应。
图2. Wfs1基因敲除胰岛中β细胞的命运 A至G) Wfs1Ko:RIP-CreherR:YFPfl/+和WT:RIP-CreherR:YFPfl/+小鼠胰腺切片中YFP（绿色）和胰岛素或胰高血糖素（红色）的免疫荧光，分别在3（A）、20（B和C）和40（D和E）周龄时。左图为胰岛，右图为YFP标记的β细胞。比例尺，20微米。图表显示YFP和胰岛素（A、B和D）或胰高血糖素（C和E）的免疫反应面积相对于整个胰腺面积。F) 40周龄小鼠β细胞质量。G) 40周龄小鼠YFP标记细胞质量。数据为平均值±标准差。n=4（A、B和E），n=3（C），n=4至6（D、F和G）。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾学生t检验或Mann-Whitney U检验。H) 12周龄小鼠野生型（WT）β细胞和邻近α细胞（左图）以及Wfs1 Ko β细胞（右图）的电子显微镜图像。彩色边框插图显示胰高血糖素颗粒（品红色）以及成熟（亮蓝色）和未成熟（黄色）胰岛素颗粒。比例尺，2微米。I) 个体β细胞中胰岛素颗粒的密度。n=14（WT），45（Wfs1 Ko）。J) Wfs1 Ko β细胞中胰岛素样颗粒和胰高血糖素样颗粒密度之间的Spearman相关性。
图3. Wfs1基因敲除β细胞表现出成熟身份的丧失 A）通过RNA测序（RNA-seq）检测Wfs1 Ko小鼠和对照组（WT）小鼠12周龄胰岛中差异表达（调整P<0.01）和正常表达（灰色）基因的火山图。n=4每种基因型。B和C) GO富集分析识别了Wfs1 Ko胰岛中上调（B）和下调（C）基因的KEGG（基因组百科全书）途径和GO生物学过程中的重要途径和生物学过程（调整P<0.01）。条形图表示富集分数[−log10(P值)]。点表示富集因子。D) 表示Wfs1 Ko和WT胰岛中差异表达（调整P<0.05）的β细胞功能和分化相关基因的热图。E) 在指定年龄的Wfs1 Ko和WT胰岛中，胰岛素（绿色）和MafA、Neurog3、Aldh1a3或Cd81（红色）的免疫荧光染色。插图显示与胰岛素共染色的Neurog3或Cd81的代表性细胞。比例尺，20微米。
转录组学分析显示，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中与β细胞功能和成熟相关的基因表达显著下调，而与祖细胞相关的基因表达上调。代谢组学分析发现，Wfs1-KO小鼠的胰岛细胞中三羧酸循环（TCA cycle）受阻，导致ATP含量降低，而氨基酸代谢途径上调，可能通过补充丙酮酸和乙酰辅酶A来维持能量代谢。
图4. Wfs1基因敲除胰岛中的代谢重塑 A）通过结合代谢组和RNA-seq分析的糖酵解途径和TCA循环代谢变化的总结。分析在10周龄小鼠分离的胰岛中进行（n=4每项分析）。红色或蓝色条形图反映相对于灰色条形图的百分比变化。红色或蓝色酶名称反映Wfs1Ko胰岛中上调或下调。B和C) 胰岛中腺苷酸（B）和总氨基酸（AA）含量（C）与每个指示的代谢物相关。D) 编码氨基酸转运蛋白的基因的热图。E) 氨基酸分解代谢途径的示意图，Wfs1Ko胰岛中减少的氨基酸为蓝色，上调的酶为红色。F和G) 用棕榈酸刺激的分离胰岛的OCR记录（F）。基础OCR计算并总结在图表中（G）。数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾学生t检验（A）至（E）和双因素方差分析（two-way ANOVA）后进行Fisher最小显著差异检验（F）和（G）。
通过将Wfs1-KO小鼠与Txnip基因敲除小鼠杂交，生成Wfs1:Txnip双敲除（DKO）小鼠。DKO小鼠表现出较低的血糖水平，并且在24周后未出现高血糖进展。此外，DKO小鼠的胰岛细胞中胰岛素分泌功能得到部分恢复，β细胞的去分化现象得到显著改善。这些结果表明，Txnip的敲除可以保护β细胞的功能，防止糖尿病的进展。
图5. Txnip缺失防止β细胞去分化和糖尿病进展 A) 随机喂食血糖变化（n=12）。B) 12周龄小鼠的胰岛素耐受性测试（n=5）。C和D) 胰岛素耐受性测试期间的血糖（C）和血浆胰岛素（D）（n=6）。E) 10周龄小鼠分离胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）（n=3或4）。F至H) 20周龄小鼠胰岛中胰岛素和胰高血糖素、MafA或Neurog3的免疫荧光。比例尺，20微米（F）。G) 表达胰岛素的MafA阳性细胞的比例（n=4）。H) 胰岛细胞中表达Neurog3的比例（n=4）。I) 12周龄小鼠分离胰岛中指示基因的表达（n=7）。J) 40周龄小鼠胰腺切片中胰岛素和胰高血糖素的免疫荧光。比例尺，200微米。K和L) 40周龄小鼠的β细胞和α细胞质量（n=3）。M和N) 40周龄小鼠胰腺切片中YFP和胰岛素（M）或胰高血糖素（N）的免疫荧光。比例尺，20微米。所有数据为平均值±标准差。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双因素方差分析（two-way ANOVA）后进行Bonferroni事后检验（A至D）。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过单因素方差分析（one-way ANOVA）后进行Bonferroni事后检验（E，G至I，K和L）或Kruskal-Wallis检验与Dunn多重比较检验（I）。
图6.Txnip缺失纠正了Wfs1缺失小鼠胰岛的代谢功能障碍(A) 10周龄小鼠分离胰岛中的ATP含量（n=3）。Wfs1缺失小鼠的胰岛ATP含量低于野生型（WT）胰岛，而Txnip缺失并未影响基础ATP水平，但纠正了Wfs1缺失小鼠在葡萄糖刺激下ATP生成的缺陷。(B) 10周龄小鼠分离胰岛的细胞外酸化率（ECAR）记录（n=8-10），显示葡萄糖刺激下的糖酵解功能。Wfs1缺失小鼠的ECAR响应显著降低，而Txnip缺失（DKO）恢复了这一响应。(C) 10周龄小鼠分离胰岛的氧耗率（OCR）记录（n=15），显示葡萄糖刺激下的氧化磷酸化功能。Wfs1缺失小鼠的OCR响应受损，而Txnip缺失纠正了这一缺陷。(D) 10周龄小鼠分离胰岛的OCR记录，使用氧化磷酸化的药理调节剂（n=5-7）。结果显示，Wfs1缺失小鼠的线粒体功能未受损，而Txnip缺失纠正了Wfs1缺失小鼠的氧化磷酸化缺陷。(E) 10周龄小鼠分离胰岛中PDH磷酸化水平的免疫印迹分析。Wfs1缺失小鼠中PDH的Ser293磷酸化水平显著增加，而Txnip缺失抑制了这种磷酸化，恢复了氧化糖酵解。(F) PDH磷酸化水平的定量分析（n=3）。Wfs1缺失小鼠中PDH磷酸化水平显著增加，而Txnip缺失抑制了这种磷酸化。(G) AMPKα磷酸化水平的定量分析（n=3）。Wfs1缺失小鼠中AMPKα的Thr172磷酸化水平显著降低，而Txnip缺失恢复了AMPKα的激活。(H) 10周龄小鼠胰岛中胰岛素（绿色）和pAMPKα（红色）的免疫荧光染色。Wfs1缺失小鼠中pAMPKα的表达降低，而Txnip缺失恢复了其表达。(I) 小鼠在进食或禁食4小时后分离胰岛中PGC-1α的表达（n=4-6）。Wfs1缺失小鼠中PGC-1α的表达降低，而Txnip缺失恢复了其表达。所有数据均以均值±标准差表示。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，通过双尾Student's t检验（A），*P<0.05，***P<0.001 WT与Wfs1−/−比较，†P<0.05，††P<0.01 Wfs1−/−与DKO比较，通过双因素方差分析（ANOVA）后Bonferroni多重比较检验（B-D），*P<0.05，***P<0.001通过单因素方差分析后Bonferroni多重比较检验（F和G），*P<0.05，**P<0.01通过Kruskal-Wallis检验后Dunn多重比较检验（I）。
鉴于胰腺β细胞是Wolfram综合征（WS）中最易受影响的组织，糖尿病通常在儿童时期发病，因此成为干预的重要目标。尽管分子和细胞实验结果表明内质网（ER）应激会导致β细胞退化，但因WFS1基因缺失导致的β细胞丧失过程尚不清楚。该项研究揭示了Wolfram综合征中β细胞去分化的机制，并指出Txnip在这一过程中发挥了关键作用。研究结果表明，Wfs1基因的缺失导致β细胞失去成熟身份，进而发生去分化，最终导致β细胞功能和数量的双重缺陷。通过敲除Txnip，可以恢复β细胞的功能和代谢，防止糖尿病的进展。这一发现不仅为Wolfram综合征的治疗提供了新的靶点，也为理解糖尿病β细胞衰竭的机制提供了新的视角。
然而，研究也存在局限性，包括正确分析β细胞去分化程度的技术难度。获得已发展为高血糖的Wfs1基因缺失小鼠的胰岛的机会是不规律的，这阻碍了在分离的胰岛中进行体外分析。此外，研究观察到的去分化标志基因的转录并未因短期ER应激而增加。因此，未来的研究需要在更慢性ER应激条件下探索UPR在去分化中的作用。在人类胰腺中，WS中α细胞和β细胞都受到了很大影响。然而，胰岛中α细胞扩张和随后的表型丧失的细胞机制尚不清楚。鉴于在Wfs1基因缺失小鼠中的观察结果，去分化的β细胞可能转化为α细胞，尽管这一假设需要在未来的研究中进行测试。此外，研究者们对哪些由Txnip调节的途径促进β细胞去分化的理解是有限的。总之，该项研究结果表明，β细胞去分化是WS中糖尿病发病机制的核心，Txnip可能是预防或减轻该综合征糖尿病进展的潜在治疗靶点。未来的研究将进一步探索Txnip在β细胞去分化中的具体分子机制，并评估其作为治疗靶点的潜力。
参考文献：
[1] KIKUKO AMO-SHIINOKI,KATSUYA TANABE,WATARU NISHIMURA, et al. Sci Transl Med,2025 Feb 19;17(786):eadp2332.
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