Diabetes | 胰腺与糖尿病：全基因组研究揭露53%基因表达下调真相！

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导语：为何2型糖尿病患者的胰腺癌风险居高不下？这一难题一直困扰着医学界。最近，一项研究从分子层面突破瓶颈，揭示了2型糖尿病通过表观遗传途径悄然改变胰腺功能的新机制，为预防和治疗提供了新的思路。

糖尿病与胰腺疾病的关联探索，胆固醇代谢新视角

胰腺，这个消化系统中的关键器官，不仅在调节血糖中扮演着重要角色，更与多种疾病的发生发展密切相关。其中，2型糖尿病（T2D）与胰腺疾病的关联尤为引人注目。流行病学研究表明，T2D患者发展为胰腺癌的风险显著增加，但这一联系背后的分子机制尚未完全阐明。此外，T2D与慢性胰腺炎之间的联系也日益受到关注，这不仅限制了我们对疾病全貌的理解，也阻碍了有效预防和治疗策略的开发。

近年来，外分泌胰腺的功能异常与T2D的关系成为了研究的焦点。外分泌胰腺占据了胰腺的绝大部分，主要负责分泌消化酶。而T2D主要影响的是内分泌胰腺，即胰岛细胞的功能。尽管如此，T2D患者的外分泌胰腺功能异常，如胰腺炎或胰腺癌，其分子机制仍然知之甚少。特别是，T2D患者中胰腺腺泡-导管化生（ADM）的增加，被认为是胰腺癌的前驱病变，这一现象进一步强调了研究T2D与外分泌胰腺相互作用的重要性。

2024年11月，美国糖尿病协会（ADA）官方期刊Diabetes发表了一篇题为“PNLIPRP1超甲基化在内分泌胰腺中关联2型糖尿病和胆固醇代谢”的研究，深入探讨了T2D如何通过表观遗传机制影响外分泌胰腺，为理解T2D与胰腺疾病之间的复杂关系提供了新的视角。研究团队通过分析外分泌胰腺的甲基化模式，揭示了T2D与胰腺疾病易感性之间的潜在联系，为未来开发新的预防和治疗策略提供了重要的分子靶点。

全基因组关联研究揭示PNLIPRP1基因超甲基化

本研究是一项全基因组关联研究，旨在探索T2D如何通过表观遗传机制影响外分泌胰腺。研究纳入了141名器官捐献者的外分泌胰腺样本，通过MethylationEPIC阵列评估T2D的影响。研究的主要评价指标是PNLIPRP1基因的甲基化水平，次要指标包括PNLIPRP1表达水平、胆固醇水平以及细胞功能变化。研究设计巧妙地结合了流行病学数据、遗传学分析和功能性实验，为理解T2D与胰腺疾病之间的复杂关系提供了多角度的证据（图1）。

图1 研究设计概览

PNLIPRP1基因超甲基化与T2D及胆固醇水平的因果关系

  PNLIPRP1超甲基化与2型糖尿病的关联

通过对所有器官捐献者的外分泌胰腺样本进行甲基化分析，研究人员发现了一个与T2D显著相关的CpG位点：cg15549216（图2）。这一位点位于PNLIPRP1基因体内，T2D患者中该位点的甲基化水平比对照组高出了11.4%，平均甲基化水平差异为0.6（标准误差0.1），并且与血糖水平呈正相关（P=1.34×10^-4）。这一发现揭示了T2D与PNLIPRP1基因超甲基化之间的直接联系，为理解T2D在分子层面对胰腺功能的影响提供了新的视角。

注：A. 与2型糖尿病相关的差异化甲基化CpG位点，突出显示了唯一的显著CpG位点；B. 各个体中2型糖尿病患者（橙色）和无糖尿病对照组（紫色）的cg15549216甲基化水平密度；C-D. 2型糖尿病患者和无糖尿病对照组中cg06606475和cg08580014甲基化水平的密度；E. PNLIPRP1基因的表达，橙色为甲基化差异区域；紫色为增强子区域；F. 器官捐献者个体中cg15549216甲基化与年龄之间的相互作用。

图2 2型糖尿病全胰腺的全基因组关联研究

  PNLIPRP1基因表达下调及其与胆固醇代谢的联系

研究进一步发现，PNLIPRP1基因的表达在T2D患者中下调了53%（P=0.011），且cg15549216位点的甲基化水平与PNLIPRP1基因表达显著负相关（P=0.042；R² = 0.35）。此外，通过UK Biobank的数据，研究者们发现PNLIPRP1基因的罕见变异与多种代谢性状相关，包括血糖、LDL胆固醇、HDL胆固醇、腰臀比、腰围、BMI、舒张压和收缩压。具体数值显示，PNLIPRP1 null variants与血糖水平升高相关（P_π=1.1×10^-3；效应大小0.13；标准误差0.040），与LDL-C升高相关（P_π=0.034；效应大小0.10；标准误差0.049）。这些结果表明，PNLIPRP1基因的变异可能在代谢疾病的中间途径或疾病进展阶段中起作用。

  孟德尔随机化分析揭示因果关系

通过孟德尔随机化（MR）分析，研究者们发现T2D是PNLIPRP1超甲基化的因果因素，而PNLIPRP1超甲基化又是LDL胆固醇的因果因素。具体来说，T2D风险增加与cg15549216位点的超甲基化相关（估计值0.23，95%CI: 0.029～0.43；P=0.025），而PNLIPRP1超甲基化与LDL胆固醇水平增加相关（估计值0.064，95%CI: 0.024～0.105；P=0.0019，图3）。这些发现为T2D和胆固醇代谢紊乱之间的因果关系提供了遗传学证据，并且指出了PNLIPRP1超甲基化在其中可能扮演的关键角色。

注：使用IVW、简单中位数、加权中位数和MR-Egger方法确定T2D与PNLIPRP1甲基化（A）以及LDL-C与PNLIPRP1甲基化（B）之间的双向因果关系。

图3 MR分析确定因果关系

  PNLIPRP1基因敲减对细胞功能的影响

在功能性实验中，研究者们通过敲减AR42J大鼠外分泌细胞系中的PNLIPRP1基因，观察到了一系列细胞功能的变化。PNLIPRP1基因敲减导致细胞增殖减少了22%（P=0.0027），总胆固醇含量增加了29%（P=0.0017），这些变化通过他汀类药物处理得到了逆转。此外，PNLIPRP1基因敲减还诱导了腺泡-导管化生（ADM），表现为腺泡标记物表达下调和导管标记物表达上调。其中，四个腺泡标记物Prss1、Amy2、Cpa2和Ctrl的表达水平下调，而两个导管标记物Krt19和Hnf1b的表达水平上调（图4）。这些结果表明，PNLIPRP1基因的失活在体外模拟了T2D患者中观察到的表型，包括胆固醇代谢紊乱和ADM，为理解T2D对胰腺功能影响的分子机制提供了重要线索。

注：A. PNLIPRP1敲减重复确认；B. PNLIPRP1（黑色）和下调的细胞周期基因（蓝色），上调的胆固醇合成和SREBP控制脂质生物合成基因（红色和深红色）和ADM基因（绿色）被标记；C. siRNA处理72小时后，AR42J中PNLIPRP1敲减的MTS增殖实验；D. PNLIPRP1敲减后48小时测量的总胆固醇E. 与未处理的DMSO对照组相比，PNLIPRP1敲减后他汀类药物治疗；F. siRNA处理72小时，AR42J中PNLIPRP1敲减的泡和导管标记物基因表达。

图4 AR42J大鼠细胞系中PNLIPRP1的敲减

总结

本文通过全基因组关联研究和功能性实验，揭示了T2D与PNLIPRP1基因超甲基化之间的因果关系，并指出这一表观遗传变化与胆固醇代谢紊乱相关。研究不仅为T2D和胰腺疾病的关联提供了新的分子机制，还为开发预防和治疗策略提供了潜在的靶点。相较于现有文献，本研究的独特价值在于它将表观遗传学与代谢性疾病的病理生理学相结合，为理解T2D的复杂性提供了新的视角。

参考文献

MAURIN L, MARSELLI L, BOISSEL M, et al. PNLIPRP1 Hypermethylation in Exocrine Pancreas Links Type 2 Diabetes and Cholesterol MetabolismA[J]. Diabetes. 2024, 73(11): 1908-1918. DOI: 10.2337/db24-0215.