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为探究调节因子 X3（RFX3）在人类胰岛发育中的作用，研究人员构建 RFX3 基因敲除（RFX3 KO）的诱导多能干细胞（iPSC）模型开展研究。结果发现 RFX3 对胰岛细胞分化至关重要，其缺失影响胰岛功能。这为糖尿病治疗提供新思路。
在糖尿病研究领域，胰腺胰岛如同身体里的 “血糖调节小卫士”，负责维持血糖的稳定。一旦胰岛发育或功能出现问题，就可能引发糖尿病，给人们的健康带来诸多困扰。过往的动物研究虽然为我们了解胰岛发育和糖尿病提供了一些线索，但由于人类和动物在胰岛结构、内分泌细胞生理等方面存在显著差异，想要精准模拟人类糖尿病的发病机制并找到有效的治疗方法，难度不小。
这时，人类诱导多能干细胞（iPSC）技术就像一颗希望的种子，为糖尿病研究带来了新的曙光。利用 iPSC，科学家们有望构建出更接近人类真实情况的疾病模型，深入探究疾病的发生发展过程。而调节因子 X3（RFX3），在小鼠胰岛发育中已被证实具有重要作用，但它在人类胰岛发育中的角色却一直是个未解之谜。为了揭开这个谜底，来自卡塔尔生物医学研究所（Qatar Biomedical Research Institute, QBRI）、哈马德?本?哈利法大学（Hamad Bin Khalifa University, HBKU）等机构的研究人员，开展了一项意义重大的研究。他们的研究成果发表在《Diabetologia》杂志上，为我们理解胰岛生物学和糖尿病的发病机制提供了关键线索。
研究人员开展这项研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：一是基因编辑技术，利用 CRISPR/Cas9 构建 RFX3 基因敲除（RFX3 KO）的 iPSC 细胞系；二是细胞分化技术，将 iPSC 诱导分化为胰腺胰岛类器官；三是分子生物学技术，通过实时定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）、蛋白质免疫印迹（western blotting）等方法检测基因和蛋白的表达；四是测序技术，进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和批量 RNA 测序（bulk RNA-seq）分析基因表达谱的变化。
下面来看具体的研究结果：
- RFX3 在干细胞衍生的胰腺内分泌谱系中高表达：研究人员将野生型（WT）iPSC 诱导分化为胰岛，检测不同阶段 RFX3 的表达情况。免疫荧光分析和 RT-qPCR 结果显示，RFX3 在胰腺祖细胞（PPs）、内分泌祖细胞（EPs）和成熟胰岛阶段高表达，且在不表达胰腺和十二指肠同源盒 1（PDX1）或 NK6 同源盒 1（NKX6.1）的 PPs 中表达较高。单细胞 RNA 测序进一步证实，RFX3 在不同内分泌细胞簇中均有表达，且在表达关键内分泌基因的细胞簇中表达较高。这表明 RFX3 在祖细胞分化、内分泌细胞特化以及成熟胰岛细胞中均发挥作用。
- RFX3 缺失特异性损害 iPSC 衍生的 PPs 中的内分泌基因调控网络：研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术构建 RFX3 KO 的 iPSC 细胞系，并诱导其分化为 PPs。结果发现，RFX3 缺失的 PPs 中，关键祖细胞标记物如 PDX1、SRY-box 转录因子 9（SOX9）和叉头盒 A2（FOXA2）的蛋白和 mRNA 水平无显著变化，但 NKX6.1 的表达显著降低。批量 RNA 测序分析显示，RFX3 KO 的 PPs 中，内分泌特化过程相关基因显著失调，多个与胰岛发育和胰岛素分泌相关的关键转录调节因子表达下调。这说明 RFX3 对维持 PPs 中内分泌基因调控网络的稳定至关重要。
- RFX3 缺乏减少 iPSC 衍生的 EPs 中的胰腺内分泌基因并增加 EC 基因：对 RFX3 KO 的 iPSC 衍生的 EPs 进行研究，免疫荧光和 RT-qPCR 分析发现，虽然嗜铬粒蛋白 A（CHGA）、NEUROG3、NKX2.2 和 NKX6.1 的蛋白水平无差异，但 NEUROG3 的 mRNA 水平显著升高，同时多个与胰岛发育相关的关键基因表达下调，而与肠嗜铬细胞（EC）发育相关的基因表达上调。免疫染色和蛋白质免疫印迹分析证实了 EC 标记物的上调。这表明 RFX3 缺乏会破坏 EPs 中内分泌基因和 EC 基因的平衡，影响胰岛细胞的正常发育。
- RFX3 缺失破坏 iPSC 衍生的胰腺胰岛的发育：研究人员评估 RFX3 缺失对胰岛分化和功能的影响，发现 RFX3 KO 的胰岛中，多种胰岛激素表达减少，而 EC 标记物 FEV 和 SLC18A1 表达上调，胰岛素分泌功能受损，总胰岛素含量降低。RNA 测序分析显示，关键内分泌基因失调，与胰岛发育和功能相关的通路受到影响，同时 EC 标记物显著上调。这说明 RFX3 对胰腺胰岛的形成和功能维持至关重要，其缺失会抑制胰岛发育并促进 EC 细胞的形成。
- RFX3 缺乏降低 iPSC 衍生的胰岛类器官的活力：在胰岛类器官分化过程中，研究人员观察到 RFX3 KO 的类器官结构恶化，细胞凋亡增加，增殖无明显变化。进一步研究发现，RFX3 缺失导致硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）水平升高，而 TXNIP 已知可诱导胰腺 β 细胞凋亡。这表明 RFX3 缺失通过增加 TXNIP 水平损害胰岛类器官的活力。
- RFX3 过表达逆转缺乏 RFX3 的 PPs 和 EPs 中失调基因的表达：为挽救 RFX3 缺失的影响，研究人员在 PPs 阶段诱导 RFX3 过表达（RFX3 OE）。结果发现，RFX3 OE 显著增加了在 RFX3 KO 的 PPs 中下调的内分泌标记物的 mRNA 表达，在 EPs 阶段也上调了多个关键内分泌基因的表达，并下调了 EC 标记物的表达。这表明 RFX3 过表达可以部分恢复因 RFX3 缺失导致的基因表达失调。
综合研究结果和讨论部分，研究人员得出结论：RFX3 在人类胰腺胰岛发育中起着不可或缺的作用。它在整个胰岛发育过程中于内分泌细胞中高表达，其缺失会损害所有胰腺激素分泌细胞的形成，主要原因是关键内分泌基因表达减少和细胞凋亡增加，这与 TXNIP 水平升高有关。值得注意的是，RFX3 缺失会导致 EC 细胞形成增加，这突出了它在 β 细胞成熟中的关键作用。该研究成果与以往啮齿动物研究结果存在差异，进一步强调了人类胰岛研究的独特性和重要性。这项研究为我们深入理解胰岛发育机制提供了新的视角，也为糖尿病的治疗和干预提供了潜在的新靶点和理论依据，有望推动基于干细胞的胰岛治疗策略的发展，为糖尿病患者带来新的希望。
