《Nature Communications》：TBL1X/TBL1XR1 govern β-cell identity through a PAX6-containing gene regulatory network
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为阐明β细胞功能失调和身份丧失的机制，研究团队聚焦于转录共因子TBL1X/TBL1XR1。研究发现，β细胞特异性敲除TBL/R1会破坏胰岛形态、降低胰岛素生成，并诱导细胞去分化。TBL/R1通过与PAX6-HDAC3复合物互作，直接调控胰岛素启动子活性。该基因网络在人类中同样存在，且TBL1X/TBL1XR1的遗传变异与HbA1c水平相关，提示其在人类糖尿病发生中具有重要作用，揭示了维持β细胞身份的关键调控新层。
糖尿病已成为全球性的健康威胁，其核心病理环节之一是胰腺中负责分泌胰岛素的β细胞功能进行性减退。β细胞之所以是β细胞，而非其他类型的胰岛细胞，依赖于一套精密的“身份识别”系统，这套系统由一系列转录因子主导，它们像指挥官一样，协调着β细胞“该表达什么基因”和“不该表达什么基因”，从而确保其能专业地合成和分泌胰岛素，维持血糖稳定。在2型糖尿病中，β细胞常常会“迷失自我”，其身份特征逐渐模糊，开始表达一些本不该表达的基因，同时自身的关键功能基因（如胰岛素本身）表达下降，这种现象被称为β细胞“去分化”或“身份丧失”。然而，一个悬而未决的关键科学问题是：同一个β细胞内的转录因子，是如何做到同时“激活”某些基因又“抑制”另一些基因的？这背后是否存在一个更高级的“调控开关”或“协调员”？
为了回答这个问题，研究人员将目光投向了一对名为TBL1X和TBL1XR1（合称TBL/R1）的转录共因子。这对蛋白以其功能的“两面性”著称，既能帮助激活转录，也能参与抑制转录，是已知的NCOR/SMRT转录抑制复合物的核心组分。研究团队推测，TBL/R1可能在β细胞中扮演着“分子适配器”或“协调员”的角色，通过精细调节关键转录因子的活性，来维持β细胞的身份和功能。于是，他们开展了一系列研究，最终在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了这项揭示TBL/R1通过PAX6基因调控网络掌控β细胞身份的重要成果。
研究人员综合运用了多种关键技术来验证他们的假说。核心实验体系包括两种基因工程小鼠模型：一是利用Ins1启动子驱动的Cre重组酶，在β细胞中特异性、终身性敲除TBL1X和TBL1XR1（TBL/RβKO）；二是利用Rip2启动子驱动的他莫昔芬诱导型Cre系统，在成年小鼠β细胞中诱导敲除TBL/R1（iTBL/RβKO），以研究其在β细胞维持而非发育中的作用。通过系统的代谢表型分析（血糖、胰岛素、糖耐量等）、组织学分析（免疫荧光染色评估胰岛形态和细胞组成）以及分子生物学技术，全面评估了TBL/R1缺失对β细胞功能和身份的影响。在机制探索层面，他们使用了批量RNA测序和单细胞RNA测序来描绘TBL/R1缺失后胰岛和β细胞的转录组全景变化。通过免疫共沉淀联合质谱分析，在β细胞系中筛选了TBL1X和TBL1XR1的互作蛋白组。利用染色质免疫共沉淀、荧光素酶报告基因实验、基因敲低/过表达等技术，在啮齿类（INS1E, MIN6）和人类（EndoC-βH1）β细胞系中验证了TBL/R1与PAX6的相互作用及其对胰岛素基因启动子的调控机制。此外，研究还纳入了人类队列数据，分析了来自器官捐献者的胰岛样本中TBL1X基因表达与糖化血红蛋白（HbA1c）的相关性，并利用公共数据库进行了TBL1X和TBL1XR1基因位点单核苷酸多态性与血糖指标的遗传关联分析。
研究结果
Mice deficient in β-cell TBL/R1 display a diabetic phenotype
研究人员构建了β细胞特异性TBL1X/TBL1XR1双敲除小鼠（TBL/RβKO）。这些小鼠从约6-7周龄开始出现进行性高血糖，胰岛素水平显著降低，胰腺总胰岛素含量下降。尽管在5周龄时血糖仍正常且糖耐量未受损，但其胰岛的α/β细胞比例已升高，β细胞质量减少，且胰岛结构紊乱，α细胞不再规整地分布于胰岛外周，而是散在分布。到13-20周龄时，TBL/RβKO小鼠表现出明显的糖耐量受损和胰岛素分泌缺陷。这些表型在雌性小鼠中同样存在，且β细胞的增殖与凋亡未受影响。结果表明，TBL/R1缺失导致β细胞功能丧失和进行性糖尿病，且这种功能丧失先于高血糖发生。
TBL/R1 knockout in β-cells changes identity gene expression
对5周龄（仍血糖正常）的TBL/RβKO小鼠胰岛进行批量RNA测序发现，大量基因表达失调。通路分析显示，细胞外基质受体相互作用等与糖尿病相关的通路被上调，而胰岛素分泌、2型糖尿病等通路相关基因下调。具体而言，β细胞身份基因（如Ins1/Ins2, Mafa, Nkx6.1, Slc2a2）表达降低，而非β细胞基因、祖细胞标志物和其他胰岛激素基因（如Gcg, Ppy）表达升高。单细胞RNA测序进一步揭示，TBL/RβKO小鼠胰岛中β细胞比例减少，而α、δ、PP细胞比例增加，并出现了更多共表达多种胰岛激素的多激素细胞。对β细胞亚群的深入分析发现，TBL/RβKO的β细胞中，成熟度和免疫攻击易感性相关基因模块评分降低，而不成熟特征增强，形成了一个几乎只存在于敲除小鼠中的独特β细胞亚群（Cluster 4），该亚群的特征是低表达Mafa、Slc2a2和胰岛素基因。这些数据表明，TBL/R1缺失导致β细胞身份丧失，向不成熟或去分化状态转变。
TBL/R1 loss in adult β-cells produces progressive diabetes
为了排除TBL/R1在胚胎期β细胞发育中的可能作用，研究构建了可诱导的成年β细胞特异性敲除小鼠（iTBL/RβKO）。在高脂饮食喂养下，诱导敲除后的小鼠同样出现了进行性高血糖、胰腺胰岛素含量进行性下降、糖耐量受损和胰岛素分泌缺陷。其胰岛也表现出β细胞身份基因下调、非β细胞基因上调，以及α/β细胞比例升高、结构紊乱的表型。这证明TBL/R1在成年β细胞中对于维持其身份和功能同样至关重要。
TBL1X and TBL1XR1 form a gene regulatory network with PAX6
为了探究机制，研究在MIN6细胞中进行了TBL1X和TBL1XR1的内源性免疫共沉淀-质谱联用分析。互作组分析不仅找到了已知的NCOR/SMRT复合物组分（如HDAC3、NCOR1/2、GPS2），还发现了转录激活复合物FACT的组分（如SPT16），以及关键的β细胞转录因子PAX6。在INS1E和EndoC-βH1细胞中验证了PAX6与TBL1X/TBL1XR1、HDAC3及SPT16的相互作用。
TBL/R1 are required for PAX6 mediated insulin gene expression
功能实验表明，在INS1E细胞中敲低TBL/R1会降低小鼠Ins2（mIns2）启动子活性。过表达PAX6可增强mIns2启动子活性，但这种增强效应在TBL/R1敲低后被完全消除。染色质免疫共沉淀证实TBL/R1和PAX6均能结合到mIns2启动子区域。机制上，TBL/R1的敲低增加了PAX6与转录抑制因子HDAC3的结合，同时减少了其与转录激活因子SPT16的结合。使用HDAC3特异性抑制剂处理，可降低对照组和PAX6过表达细胞的mIns2启动子活性，但在TBL/R1敲低的细胞中无效，表明HDAC3介导了TBL/R1依赖的、PAX6驱动的胰岛素基因转录激活。功能上，敲低TBL/R1降低了INS1E细胞的Ins2 mRNA水平，而过表达TBL1XR1则能增强β细胞系和原代小鼠胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌。
TBL/R1 regulate human insulin gene transcription via PAX6
在人类EndoC-βH1 β细胞中，研究证实TBL1X、TBL1XR1和PAX6都能结合到人胰岛素（INS）基因启动子。PAX6同样与TBL1XR1、HDAC3和SPT16存在相互作用。敲低TBL/R1降低了人INS启动子活性，并削弱了EndoC-βH1细胞的胰岛素分泌。这表明TBL/R1-PAX6调控网络在人类β细胞中是保守的。
Human TBL1X variants and gene expression associate with HbA1c
临床相关性分析显示，在人类供体胰岛中，TBL1X的mRNA表达水平与HbA1c呈负相关。在公共遗传数据库中，TBL1X和TBL1XR1基因区域的单核苷酸多态性与升高的HbA1c水平及随机血糖水平显著相关。这提示TBL/R1的功能或表达改变可能参与了人类糖尿病的发生发展。
研究结论与意义
本研究系统阐明了转录共因子TBL1X和TBL1XR1在维持胰腺β细胞身份和功能中的关键作用。研究人员通过构建两种β细胞特异性敲除小鼠模型，证实TBL/R1缺失会导致进行性高血糖和低胰岛素血症，其根本原因是β细胞身份丧失，表现为关键身份基因（如胰岛素）表达下调、非β细胞基因异常表达、胰岛细胞组成改变（β细胞减少、其他内分泌细胞增多）以及出现多激素细胞。机制上，TBL/R1与核心β细胞转录因子PAX6形成基因调控网络，通过动态招募HDAC3（作为共激活因子）和SPT16等复合物，直接、特异性地调控胰岛素基因的转录。这一调控机制在人类β细胞中同样保守。更重要的是，人类遗传学和表达数据分析将TBL1X/TBL1XR1与血糖控制和糖尿病风险联系起来。
这项研究的重大意义在于，它首次揭示了TBL/R1作为β细胞身份维持的“分子协调员”，回答了“β细胞转录因子如何同时发挥激活和抑制功能”这一领域内的重要问题。研究指出，对PAX6等经典转录因子的精准调控，依赖于TBL/R1这类共因子所构建的上层调控网络。这为理解糖尿病进程中β细胞功能衰竭提供了全新的分子视角。鉴于β细胞身份丧失是一个可逆的过程，靶向TBL/R1及其相关调控网络，或在其指导下优化干细胞向功能性β细胞的分化，可能为未来糖尿病的新型治疗策略（如细胞治疗或小分子药物干预）开辟有希望的途径。
