警惕！病毒感染可引起糖尿病

 

 

众所周知，糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。

      而最近有项研究发现：病毒感染与糖尿病之间存在关联！

     该项研究由西班牙国家癌症研究中心（CNIO）纳比尔·朱德（Nabil Djouder）领导，并于10月20日发表在《Cell Reports Medicine》上，题为“Coxsackievirus B Type 4 Infection in β Cells Downregulates the Chaperone Prefoldin URI to Induce a MODY4-like Diabetes via Pdx1 Silencing”。

图  文章发表   来源：《Cell Reports Medicine》

      尽管尚不知道病毒在“体内”直接以及在分子水平上的作用机制，但某些肠病毒感染可能会诱发糖尿病。现在，由西班牙国家癌症研究中心（CNIO）的纳比尔·朱德（Nabil Djouder）领导研究小组在细胞报告中首次展示了柯萨奇B4病毒（CVB4）如何诱发糖尿病。这项发现为糖尿病寻找新的治疗策略开辟了道路。

图形概要

      研究人员还指出，这一发现可能与COVID-19的流行有关，因为之前有研究表明SARS-CoV-2病毒感染可能导致糖尿病的发生。Djouder和他的团队建议，由于SARS-CoV-2受体在内分泌腺中分泌，因此它可以像CVB4一样起作用并导致糖尿病，而与免疫反应无关。

 

图1    CVB4感染导致URI丢失并影响β细胞功能

 

（A）来自人胰岛异种移植物在CVB4或模拟感染小鼠中的胰岛素和胰高血糖素的免疫荧光（IF）

（B和C）量化胰岛素（B）和胰高血糖素（C）阳性细胞的比例。每个视野至少计数100个胰腺移植物中的细胞，每个样本最多计数5个视野（n = 10和7）

（D）来自小鼠的CVB4感染的人胰岛异种移植物的PDX1的免疫组织化学（IHC）。虚线轮廓表示肾脏和人体移植物之间的界限

（E）PDX1 +细胞的定量（n = 10和7）

（F）来自小鼠的CVB4或模拟感染的人类胰岛异种移植的URI的IHC

（G）URI染色强度的定量（n = 10和7）

（H）CVB4或模拟感染的原代人胰岛中URI，PDX1和纽蛋白的Western印迹（WB）（来自2个供体的代表性印迹）

（I）感染CVB4（或灭活的CVB4）的INS-1E细胞中病毒蛋白1（VP1）和PDX1的IF。星号表示感染了CVB4的细胞

（J）定量感染CVB4或灭活的CVB4的PDX1 + INS-1E细胞。每场至少100个细胞，每个样本至少3个场（N = 3）

（K）从VP1 PDX1核阳性细胞的定量+细胞（VP1）和VP1 -在CVB4感染INS-1E细胞中的细胞（NO VP1）。每个视野至少计数100个细胞，每个样本至少计数3个视野（N = 3）

（L）感染CVB4（MOI 5、0.5、0.05和0.005）或灭活的CVB的INS-1细胞中URI，PDX1，caspase-3和纽蛋白的WB

数据是平均值±SEM。使用学生t检验进行统计分析。* p <0.05；∗∗ p <0.01；∗∗∗ p <0.001。比例尺，在（D）和（F）中为50μm; （A）和（I）中25μm

 

      肠病毒除了柯萨奇病毒，还包括脊髓灰质炎病毒和孤儿病毒。它可诱发轻度流感甚至更严重的疾病，例如心肌炎、心包炎、脑膜炎或胰腺炎。研究人员怀疑这些病毒可诱发人类糖尿病，但分子机制尚不清楚。

      为了找到并解释相关原理，CNIO研究人员将感染了CVB4的人胰腺细胞移植到小鼠身上。

      他们观察到：人类胰岛移植小鼠和大鼠胰岛素瘤细胞中的柯萨奇B4病毒（CVB4）感染显示非常规的prefoldin RPB5相互作用子（URI）和PDX1的丢失，影响β细胞的功能和特性。小鼠胰腺的遗传URI消融导致β细胞中PDX1耗竭。

      在PD细胞中过表达URI的糖尿病PDX1杂合小鼠对葡萄糖的耐受性更高。从机制上讲，URI丢失会触发雌激素受体的核易位，从而导致DNA甲基转移酶1（DNMT1）表达，从而诱导Pdx1启动子甲基化和沉默。因此，去甲基化剂普鲁卡因酰胺介导的DNMT1抑制作用恢复了胰腺URI耗竭小鼠的PDX1表达，并预防糖尿病。最后，人类糖尿病患者的β细胞显示出病毒蛋白1与URI，PDX1和DNMT1水平之间的相关性。URI和DNMT1表达以及PDX1沉默提供了肠病毒感染与糖尿病之间的因果关系。

 

图2   小鼠胰腺的遗传URI消融导致葡萄糖耐受不良和过早死亡

 

（A）Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的存活曲线；Pdx1-cre男性（n = 10和7）

（B）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的有机体指数；Pdx1-cre胰腺（n = 9和6）

（C）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的空腹血糖水平；Pdx1-cre男性（n = 10和7）

（D）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的空腹血浆胰岛素水平；Pdx1-cre小鼠（n = 8和5）

（E和F）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的葡萄糖耐量和胰岛素分泌测试；Pdx1-cre小鼠（n = 10和7）

（G）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的胰腺胰岛素水平；Pdx1-cre小鼠（n = 12和4）

（H）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的苏木精和曙红染色（H＆E）；Pdx1-cre小鼠

（IK）β细胞密度（I），β细胞质量（J）和Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的平均胰岛大小（K）；Pdx1-cre胰岛（n = 8和5）

（L）人和Uri1 flox / flox糖尿病比较和特征；Pdx1-cre

数据是平均值±SEM。使用Mantel-Cox检验，Student's t检验和2通方差分析进行统计分析。* p <0.05；∗∗ p <0.01；∗∗∗ p <0.001。比例尺，100μmin（H）

 

图3   URI控制小鼠的PDX1表达和β细胞身份

 

（A）7周龄的Pdx1-cre和Uri1 flx / flox的WB ; Pdx1-cre胰腺，标准化为GLUT2表达

（B）来自7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的指定mRNA的qRT-PCR ; Pdx1 cre胰腺，标准化为β-actinmRNA表达（n = 6和5）

（C）2天大的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中的胰岛素和PXD1的IF ; Pdx1-cre胰腺（产后）

（D–F）2天大的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中PDX1核表达（D），PDX1 +细胞百分比（E）和胰岛素表达（F）的定量；Pdx1-cre胰腺（n = 6和7）

（G）胰腺至2日龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的体重；Pdx1-cre小鼠（n = 5）

（H）2天大的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中每个区域的胰岛面积；Pdx1-cre胰腺（n = 6和7）

（I）2天大的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的空腹血糖水平；Pdx1-cre小鼠（n = 7和8）

（J）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的空腹胰高血糖素水平；Pdx1-cre小鼠（n = 12和11）

（K）在7周龄的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中胰岛素（红色）和胰高血糖素（绿色）的共聚焦IF ；Pdx1-cre胰腺

（L）在7周龄的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中每个视野的多激素细胞的定量；Pdx1-cre胰腺。每个样品最多检查1个切口中的5个场（n = 5和6）

（M）来自小鼠的CVB4感染的人胰腺异种移植物的胰岛素和胰高血糖素的共聚焦IF。星号代表双激素细胞

（N）定量双激素（胰岛素和胰高血糖素）阳性细胞。每个样品最多检查1个切口中的5个场（n = 10和7）

数据是平均值±SEM。使用学生t检验进行统计分析。* p <0.05；∗ p ＜0.01。比例尺，（C）为25μm，（K）和（M）为50μm

 

图4   通过调节PDX1表达来维持葡萄糖稳态需要URI

 

（A）7周大的hURI1 （+ / KI）中的PDX1和胰岛素的IF ; Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）升高

（B和C）量化7周龄hURI1 （+ / KI）中PDX1核表达（B）和PDX1 +细胞百分比（C ）；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）升高（n = 8和7）

（D和E）7周大的hURI1 （+ / KI）中的葡萄糖耐量（D）和胰岛素分泌测试（E ）；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）雌性（n = 7和6）

（F）7周龄hURI1 （+ / KI）中胰岛素和胰高血糖素的中频和透射电镜；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）升高

（G）7周龄hURI1 （+ / KI）中胰岛素的定量；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）胰腺（n = 5）

（H）7周龄hURI1 （+ / KI）中胰岛素颗粒的定量；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / +）; Pdx1 （tTA / +）胰腺（n = 4）

（I）7周大的hURI1 （+ / +）的胰岛中的胰岛素分泌；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / KI）; 用2.6 nM葡萄糖，18 nM葡萄糖，20 mM KCl，100μM甲苯磺丁酰胺或1μM毛喉素刺激30分钟的Pdx1 （tTA / +）胰腺（n = 12和11）

（J）在7周龄的Pdx1-cre，hURI1 （+ / +）中进行葡萄糖耐量试验; Pdx1 （tTA / +），Uri1 flox / flox ; Pdx1-cre和hURI1 （+ / KI）; Pdx1 （tTA / +）; Uri1亚麻/亚麻; Pdx1-cre雌性（n = 5、5、8、10）。hURI1 （+ / +）之间进行统计分析；Pdx1 （tTA / +）和hURI1 （+ / KI）; Pdx1 （tTA / +）; Uri1亚麻/亚麻; Pdx1-cre

（K）hURI1出生率的统计差异（+ / +）；Pdx1 （tTA / +）; Uri1亚麻/亚麻; Pdx1-cre和hURI1 （+ / KI）; Pdx1 （tTA / +）; Uri1亚麻/亚麻; Pdx1-cre小鼠

数据是平均值±SEM。使用学生t检验和2通方差分析进行统计分析。* p <0.05；∗ p ＜0.01。比例尺，（F）为2μm，（A）和（F）为25μm

 

图5   URI通过激活ERα的DNMT1控制Pdx1甲基化

 

图6   普鲁卡因酰胺介导的DNMT1抑制通过减少小鼠中Pdx1启动子的超甲基化而恢复PDX1表达和葡萄糖耐量。

 

（A）在Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中进行葡萄糖耐量试验；用普鲁卡因胺治疗或未治疗的Pdx1-cre男性（n = 6和5）

（B）7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox的IF ; 用普鲁卡因酰胺处理或未处理的Pdx1-cre胰腺，胰岛素和PXD1染色

（C和D）量化7周龄Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中核PDX1表达（C）和阳性细胞百分比（D）；用普鲁卡因酰胺处理或未处理的Pdx1-cre胰腺（n = 5、6、6和7）

（E）7周龄的Pdx1-cre和Uri1 flox / flox中的URI，PDX1和纽扣蛋白的WB ；用普鲁卡因酰胺处理或未处理的Pdx1-cre胰腺

的（F）的qRT-PCR的Pdx1在URI1 FLOX / FLOX ; 用普鲁卡因酰胺治疗或未治疗的Pdx1-cre男性（n = 6）

（G）在Uri1 flox / flox中Pdx1启动子的两个不同位点的甲基化百分比；用普鲁卡因胺治疗或未治疗的Pdx1-cre男性（n = 5和4）

（H）在小鼠中CVB4感染的人胰腺异种移植物中DNMT1的IHC。虚线表示内分泌隔室

（I）DNMT1 +细胞的定量（n = 5和6）

数据是平均值±SEM。使用学生t检验和2通方差分析进行统计分析。* p <0.05。比例尺，（B）和（H）中为50μm

 

     研究人员表示研究这种病毒是否改变URI功能并影响PDX1的表达以及影响β细胞功能，从而诱发糖尿病有助于进一步了解引起当前大流行的病毒作用。

     根据研究成果，与抗病毒疗法结合使用针对DNA甲基化酶转移酶的抑制剂可以作为糖尿病的预防和治疗。实际上，Djouder的团队证明了这类抑制剂可恢复糖尿病小鼠中PDX1的表达和葡萄糖耐量。这几种抑制剂已经被许可用于临床治疗癌症。

 

图7   柯萨奇病毒与URI，DNMT1和PDX1在人类糖尿病患者中的表达相关

 

（A）非糖尿病（ND），1型糖尿病（T1D）和2型糖尿病（T2D）的人胰腺中URI和胰岛素的IF。显示了来自各个捐赠者的代表性图像

（B）ND，T1D和T2D样本的人胰腺中的胰岛素评分（分别为n，52、19和6）。0 =不存在，1 =最小，2 =轻微，3 =明显，4 =强烈

（C）在人胰腺中ND，T1D和T2D样本中的URI得分（n = 54、19和6）。0 =不存在，1 =最小，2 =轻微，3 =明显，4 =强烈

（D）ND，T1D和T2D样本的人胰岛中胰岛素评分与URI评分之间的Pearson相关性（n = 74）

（E）ND，T1D和T2D样本的人胰腺中PDX1，DNMT1和VP1的IHC。病理学家证实VP1 +细胞位于内分泌细胞中。黑色虚线代表胰岛。显示了来自各个捐赠者的代表性图像

（F）ND，T1D和T2D样本的人胰腺中PDX1 +细胞的定量（n = 54、19和6）

（G）ND，T1D和T2D样本的人胰腺中DNMT1 +细胞的定量。（n = 54、19和5）

（H）人胰腺ND，T1D和T2D样本中的PDX1 +细胞与URI得分之间的Pearson相关性（n = 68）

（I）在人的ND，T1D和T2D样品中分别不含VP1（NO VP1）或VP1的样品的百分比（分别为n = 60、23和6）

（J）PDX1的百分比+细胞的人样品中VP1 +（VP1）或VP1 -非糖尿病和糖尿病样品（n = 63和12）的内分泌胰腺（NO VP1）

（K）URI得分在人样品VP1 +（VP1）或VP1 -（NO VP1）在内分泌胰腺（N = 67和10）

DNMT1的（L）的百分比+人类样品是VP1在细胞+（VP1）或VP1 -（NO VP1）在内分泌胰腺（N = 47和11）

数据是平均值±SEM。使用学生t检验，Mann-Whitney检验，卡方检验和Pearson相关进行统计分析。* p <0.05；∗∗ p <0.01；∗∗∗ p <0.001。比例尺，（A）为50μm，（E）为100μm

 

参考资料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-10-team-virus-diabetes.html

【2】https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(20)30167-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2666379120301671%3Fshowall%3Dtrue