HNF1A与A1CF协同调控β细胞转录-剪接轴紊乱在2型糖尿病中的作用机制

本研究揭示了HNF1A通过直接调控RNA结合蛋白A1CF，在胰腺β细胞中建立了一个独特的转录-剪接调控轴。研究人员通过多组学分析和基因编辑技术，发现该通路的破坏会导致胰岛素分泌缺陷，并与2型糖尿病（T2D）的分子病理机制密切相关。这项发表于《Cell Metabolism》的研究为糖尿病治疗提供了新的靶点。

　　

糖尿病是全球面临的重大健康挑战，其中2型糖尿病（T2D）和青少年发病的成人型糖尿病3型（MODY3）与胰腺β细胞功能紊乱密切相关。虽然已知肝细胞核因子1α（HNF1A）基因突变会导致MODY3，但其在β细胞中的具体作用机制仍不明确。更令人困惑的是，HNF1A在肝脏、肠道等多种组织中均有表达，这些组织都可能通过不同途径影响血糖稳态，使得研究者难以判断HNF1A缺陷导致的糖尿病究竟源于β细胞自身缺陷还是其他组织的间接影响。此外，HNF1A调控β细胞功能的分子机制也尚未完全阐明，这严重制约了相关治疗策略的开发。

巴塞罗那科学与技术研究院基因组调控中心（Centre for Genomic Regulation, the Barcelona Institute of Science and Technology）的研究团队在《Cell Metabolism》发表了重要研究成果。研究人员首先通过组织特异性基因敲除小鼠模型，证明HNF1A缺陷导致的糖尿病主要是β细胞自主性功能障碍所致，而非肝脏或肠道等其他组织的间接影响。随后利用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和RNA测序（RNA-seq）技术，在人和小鼠β细胞中鉴定出HNF1A直接调控的靶基因网络，其中RNA结合蛋白A1CF（APOBEC1 complementation factor）是最显著的靶点之一。

研究采用了多种关键技术：组织特异性Cre-loxP基因敲除系统用于确定HNF1A的细胞自主性功能；CRISPR-Cas9基因编辑构建HNF1A和A1CF缺陷的β细胞模型；单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析人类糖尿病供体胰岛细胞的转录组特征；以及灌注实验评估胰岛素分泌功能。

研究结果首先在"β细胞自主性功能障碍"部分得到验证。通过比较肝脏特异性（Hnf1a^LKO）、肠道特异性（Hnf1a^GIKO）和胰腺特异性（Hnf1a^PKO）敲除小鼠，发现仅胰腺特异性敲除会重现Hnf1a全身敲除小鼠的糖尿病表型，表现为葡萄糖耐量受损和胰岛素分泌缺陷。电生理记录显示Hnf1a缺陷β细胞的膜电位振荡频率显著降低，证实其电兴奋性受损。

在"转录-剪接调控轴"部分，研究人员通过ChIP-seq鉴定出HNF1A在β细胞中的结合位点，发现其直接调控包括A1CF在内的多个RNA结合蛋白。RNA-seq分析显示，HNF1A缺陷导致β细胞中A1CF表达显著下调。引人注目的是，rMATS分析揭示HNF1A和A1CF缺陷均会引起广泛的剪接异常，且两种缺陷导致的剪接变化高度相关（r=0.64），涉及1，300多个基因。这些基因富集于胰岛素分泌通路关键组分，如氨基酸转运体SLC7A2和COPII囊泡组分SEC31A等。

"功能验证"部分证实，A1CF缺陷会特异性降低SLC7A2转录本中高转运能力亚型（CAT-2A）的比例，导致精氨酸刺激的胰岛素分泌受损。在干细胞来源的胰岛（SC-islets）模型中，A1CF敲除同样重现了这一剪接异常和功能缺陷。单细胞转录组分析进一步发现，T2D患者胰岛中HNF1A^high的β细胞亚群减少，而HNF1A^low的β细胞增多，且这种病理转变伴随着A1CF依赖的剪接程序紊乱。

人类遗传学分析为临床相关性提供了有力证据。A1CF基因区域的变异与随机血糖水平（p=7.3×10^-12）和T2D风险（p=2.8×10^-9）显著相关。转录组关联分析（TWAS）显示，胰岛中A1CF表达量与血糖调控密切相关，支持A1CF作为效应基因的临床意义。

这项研究首次阐明了HNF1A-A1CF轴在协调β细胞特异性转录和剪接程序中的核心作用，揭示了转录因子如何通过调控RNA结合蛋白来建立细胞特异性的基因表达模式。该发现不仅为理解MODY3的分子机制提供了新视角，也为T2D治疗提供了潜在新靶点——通过调节A1CF依赖的剪接程序或可改善β细胞功能。研究还提出了精氨酸补充治疗可能改善HNF1A缺陷患者胰岛素分泌功能的假说，为个性化治疗提供了新思路。