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【Cell子刊】警惕!病毒感染可引起糖尿病

首页 » 《转》译 2020-10-21 转化医学网 赞(2)
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导读
最近有研究发现,某些肠病毒感染可能会诱发糖尿病。西班牙国家癌症研究中心的研究人员首次在《细胞报告医学》中展示了B4型肠病毒柯萨奇病毒(CVB4)如何诱发糖尿病。

      

      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

(转化医学网360zhyx.com)

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