转录组动态变化揭示 2 型糖尿病进展与脂肪组织生物钟、产热及细胞应激的关联

为探究 2 型糖尿病（T2D）进展中米色脂肪细胞功能变化，研究人员分析皮下脂肪组织转录组，发现 T2D 进展中相关基因转录改变，影响脂肪细胞功能，该成果为治疗和预防 T2D 提供新思路。

　　在当今社会，糖尿病已成为一个严重威胁人类健康的全球性问题。2 型糖尿病（T2D）的发病率在过去三十年里显著上升，据估计，约 30 - 40% 的病例未被诊断出来。T2D 是一种复杂的疾病，涉及多种组织和器官，遗传、衰老以及环境因素，如社会经济地位、营养、久坐的生活方式、睡眠障碍和生物钟紊乱等都在其中发挥着重要作用。肥胖与 T2D 的发展密切相关，但并非所有超重或肥胖的人都会患上 T2D，这暗示着存在一些细胞和生理机制保护部分高体重指数（BMI >25kg/m²）的人免受 T2D 的侵害。

脂肪组织在人体的内分泌和代谢调节中起着关键作用，它能通过分泌脂肪因子和激活脂质，影响肌肉、肝脏、胰腺和大脑等靶器官的功能，进而维持全身葡萄糖稳态。人体有三种主要的脂肪组织：白色脂肪组织（WAT）、棕色脂肪组织（BAT）和米色脂肪组织（beige AT）。其中，BAT 和 beige AT 具有较高的线粒体含量和分解代谢能力，能够将化学能转化为热量，在调节葡萄糖和脂质代谢方面发挥着重要作用。然而，目前 T2D 进展对米色脂肪细胞功能能力的影响尚不清楚。

为了深入了解这一问题，来自墨西哥多个研究机构的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员通过对正常体重（NW）、超重 / 肥胖（OW）、肥胖前驱糖尿病（PD）和肥胖 T2D 患者的皮下脂肪组织（SAT）进行转录组分析，并测量了不同实验组中分离的脂肪干细胞（ASCs）分化的米色脂肪细胞培养物的细胞耗氧率（OCR） 。

研究结果如下：

• 皮下脂肪组织在 T2D 进展过程中经历渐进性转录改变：研究人员对样本进行分类后，通过比较不同组之间的基因表达，发现差异表达基因（DEGs）的数量随着疾病进展逐渐增加。进一步分析发现，上调的 DEGs 在免疫反应相关过程中高度富集，而下调的 DEGs 则与节律性过程、昼夜节律基因以及一些关键代谢通路相关。此外，研究还发现性别对观察到的基因表达模式影响不大。
• T2D 发展过程中分解代谢和产热基因的下调：分析不同阶段特有的 DEGs 发现，S1 阶段在肾上腺素能受体信号等通路有显著富集；S2 阶段胰岛素信号和 MAPK 信号通路显著；S3 阶段与细胞代谢相关的通路下调明显，包括脂肪酸代谢和产热相关基因。通过构建蛋白质 - 蛋白质相互作用网络和相关分析，进一步证实了在 T2D 进展后期，米色脂肪细胞的分解代谢能力受损。
• T2D 进展过程中米色脂肪细胞线粒体功能改变：研究发现，随着 T2D 的进展，参与脂质分解代谢、产热途径和米色化的基因转录发生改变，同时线粒体 DNA 含量逐渐减少，基础呼吸、质子泄漏和耦合效率降低，糖酵解能力也受到影响，这些都表明线粒体功能在 T2D 进展过程中受损。
• T2D 进展过程中昼夜节律时钟逐渐改变：研究人员发现大量与昼夜节律相关的基因在疾病进展过程中表达发生改变，核心时钟基因的表达比例也逐渐变化，且与临床参数显著相关。这表明昼夜节律时钟的破坏可能在 T2D 的发病机制中起重要作用。
• 参与产热的昼夜节律表达转录因子在 T2D 中失调：通过启动子分析，研究人员确定了 MAX 和 NFIL3 等转录因子在调节与产热和分解代谢相关基因中的重要作用。其中，MAX 的表达与葡萄糖代谢参数呈正相关，且其表达的变化可能影响核心时钟基因和关键代谢效应基因的表达。
• T2D 进展过程中炎症过程与产热程序的减少有关：分析发现 IRF1、IRF3 和 IRF8 等关键调节因子的表达随着疾病进展而增加，它们参与调节与产热相关的转录因子的表达。通过构建蛋白质 - 蛋白质相互作用网络和富集分析，证实了炎症与 T2D 进展以及产热功能抑制之间的联系。
• T2D 进展过程中细胞完整性受损：构建蛋白质 - 蛋白质相互作用网络发现，与细胞器稳态相关的基因在疾病进展过程中发生变化，细胞完整性相关的生物过程受到影响。同时，cGMP 信号通路与组织完整性和棕色脂肪细胞激活有关，研究观察到该通路相关指标在 OW 组中降低，表明细胞器损伤增加。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 T2D 进展过程中 SAT 转录组的渐进性变化，影响了与转录控制、信号通路和细胞功能相关的关键过程。其中，昼夜节律时钟的失调在疾病早期就可能发挥重要作用，导致细胞代谢和细胞器功能的关键过程减少，进而引发炎症、细胞凋亡和线粒体功能障碍等应激反应。此外，研究还发现了一些与 T2D 进展相关的关键转录因子和信号通路，为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。

研究人员在本研究中主要使用了以下关键技术方法：

• 转录组分析：对不同组别的 SAT 组织进行 RNA 提取，利用微阵列技术进行转录组分析，以确定差异表达基因。
• 细胞培养与分化：从 SAT 活检组织中分离 ASCs，并将其分化为米色脂肪细胞和白色脂肪细胞，用于后续实验。
• 蛋白质分析：通过 Western blot 检测蛋白质表达水平，以研究相关蛋白在疾病进展中的变化。
• 代谢功能检测：使用 Seahorse XFe96 分析仪测量米色脂肪细胞的 OCR，计算多种呼吸参数，评估细胞的代谢功能。

总之，这项研究为深入理解 T2D 的发病机制提供了新的视角，其发现的关键分子机制和潜在治疗靶点，有望为开发治疗和预防 T2D 的新策略提供重要依据，对改善 T2D 患者的健康状况具有重要意义。