利用患者来源诱导多能干细胞揭示MTNR1B风险变异导致β细胞功能障碍的遗传机制

这篇研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，在携带MTNR1B rs10830963风险变异（G等位基因）的2型糖尿病（T2D）患者诱导多能干细胞（hiPSC）中建立等基因细胞系，结合人类胚胎干细胞（hESC）模型，系统解析了该SNP通过表达数量性状位点（eQTL）效应增加MTNR1B蛋白表达、增强褪黑素敏感性从而抑制胰岛素分泌的分子机制，为理解遗传风险变异导致β细胞功能障碍提供了新型研究范式。

　　

引言

胰腺β细胞通过分泌胰岛素维持血糖稳态，其功能障碍是2型糖尿病（T2D）的核心发病机制。全基因组关联研究（GWAS）发现，位于褪黑素受体1B基因（MTNR1B）内含子的单核苷酸多态性（SNP rs10830963）与空腹血糖升高、胰岛素分泌受损显著相关。该风险等位基因（G）作为表达数量性状位点（eQTL），可增加人胰岛中MTNR1B mRNA表达，但具体致病机制尚未阐明。

材料与方法

研究团队从两名携带G/G基因型的T2D患者（BMI 27.53-36.09，空腹血糖7.6-9.5 mmol/L）获取皮肤成纤维细胞，重编程为hiPSC后，采用CRISPR/Cas9进行单碱基编辑（效率>90%），构建等基因的C/C（非风险）和G/G（风险）细胞系。同步对人类胚胎干细胞HUES4（天然C/G杂合）进行双向编辑。所有干细胞系通过50天二维分化方案诱导为β样细胞，期间添加激活素A（Activin A）、CHIR99021、视黄酸等因子分阶段调控发育。

结果

基因编辑与分化验证

Sanger测序和BsaXI酶切证实成功获得纯合编辑克隆。免疫荧光显示分化细胞表达β细胞标志物PDX1、NKX6.1和C肽，但hESC来源细胞的胰岛素（INS）基因表达量比hiPSC高20倍。值得注意的是，MTNR1B蛋白在未分化干细胞中广泛存在，分化后虽在β样细胞中检测到表达，但mRNA水平始终极低。

风险等位基因的功能效应

Western blot显示G/G基因型β样细胞的MTNR1B蛋白水平呈升高趋势（p=0.09），与eQTL假说一致。通过胰岛素启动子驱动GFP的慢病毒标记分选β细胞后，发现hESC来源的G/G细胞MTNR1B mRNA反而降低（p=0.02），与人类胰岛研究相反，提示体外分化系统的局限性。

胰岛素分泌特征

β样细胞对葡萄糖刺激无反应，但3-异丁基-1-甲基黄嘌呤（IBMX）可显著促进胰岛素释放。添加100 nM褪黑素后，G/G基因型细胞呈现更明显的分泌抑制趋势，尤其在IBMX+高糖条件下，暗示风险等位基因可能增强褪黑素敏感性。

讨论

研究首次在等基因干细胞模型中证实MTNR1B风险变异可能通过蛋白水平（而非mRNA）调控影响β细胞功能。尽管分化细胞未完全复现人类胰岛的eQTL特征，但观察到：

1. 1.

   风险等位基因与MTNR1B蛋白表达增加的相关性

2. 2.

   褪黑素对胰岛素分泌的抑制效应在G/G细胞中更显著

   这些发现支持"MTNR1B高表达→褪黑素信号增强→cAMP减少→胰岛素分泌受损"的致病假说。

研究同时揭示了当前干细胞分化技术的瓶颈：

• •

  β样细胞葡萄糖敏感性不足，可能与线粒体代谢缺陷或K_ATP通道异常有关

• •

  多激素细胞（INS⁺/GCG⁺）的存在影响功能评估

  未来需结合三维培养、移植模型等优化系统，以更精准模拟人类胰岛的遗传-功能关联。这项工作为解析T2D遗传风险位点的分子机制提供了创新研究框架。