中国之声 | 宁光院士及顾燕云研究员团队揭示NPC1通过维持线粒体稳态调控出生后胰岛β细胞分化成熟
2024-03-05 17:27:31来源：上海交通大学医学院附属瑞金医院阅读：249次
瑞金医院内分泌研究所顾燕云研究员、宁光院士为论文的共同通讯作者；刘备博士研究生、华端仪硕士研究生、沈琳嫣博士为论文的共同第一作者。
doi: 10.7150/thno.90946.
NPC1是一种定位于溶酶体膜上的蛋白，主要功能是调节细胞内胆固醇运输，维持溶酶体的正常功能。Npc1基因近年来发现与肥胖和2型糖尿病的发生具有显著相关性。近年来研究发现β细胞溶酶体功能障碍是2型糖尿病的发病机制之一，而Npc1基因纯合缺失会引起溶酶体功能障碍和自噬阻断。而报道表明NPC1转运溶酶体内的胆固醇可以调控mTORC1的活性以及溶酶体的营养感应, 而mTOR介导的细胞营养感应正是推动β细胞分化发育的关键机制，且mTOR的激活主要位于溶酶体膜上。因此，作为调节溶酶体功能的重要蛋白，NPC1在胰岛β细胞分化发育和功能中的作用亟待研究。
该研究首次证明了NPC1在胰岛β细胞分化发育与功能中的作用。NPC1通过维持正常的溶酶体功能，参与β细胞内调控线粒体自噬的维护，以允许线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）介导的β细胞成熟过程中的代谢重编程，这对新生儿β细胞成熟和存活至关重要。
该研究的意义在于发现了对胰岛β细胞的发育过程的重要的新基因靶点NPC1和相关的溶酶体通路在调节β细胞功能和分化中的作用，为线粒体动力学在胰岛发育中的研究开辟了一个新的角度，这将促进治疗2型糖尿病新药物的发现。同时也为单基因糖尿病和尼曼匹克病的胰岛方面的研究和临床诊治提供了参考。
【Abstract】
Rationale: NPC1 is a protein localized on the lysosome membrane regulating intracellular cholesterol transportation and maintaining normal lysosome function. GWAS studies have found that NPC1 variants in T2D was a pancreatic islet expression quantitative trait locus, suggesting a potential role of NPC1 in T2D islet pathophysiology.
Methods: Two-week-old Npc1-/-mice and wild type littermates were employed to examine pancreatic β cell morphology and functional changes induced by loss of Npc1. Single cell RNA sequencing was conducted on primary islets. Npc1-/- Min6 cell line was generated using CRISPR/Cas9 gene editing. Seahorse XF24 was used to analyze primary islet and Min6 cell mitochondria respiration. Ultra-high-resolution cell imaging with Lattice SIM2 and electron microscope imaging were used to observe mitochondria and lysosome in primary islet β and Min6 cells. Mitophagy Dye and mt-Keima were used to measure β cell mitophagy.
Results: In Npc1-/- mice，we found that β cell survival and pancreatic β cell mass expansion as well as islet glucose induced insulin secretion in 2-week-old mice were reduced. Npc1 loss retarded postnatal β cell differentiation and growth as well as impaired mitochondria oxidative phosphorylation (OXPHOS) function to increase mitochondrial superoxide production, which might be attributed to impaired autophagy flux particularly mitochondria autophagy (mitophagy) induced by dysfunctional lysosome in Npc1 null β cells.
Conclusion: Our study revealed that NPC1 played an important role in maintaining normal lysosome function and mitochondria turnover, which ensured establishment of sufficient mitochondria OXPHOS for islet β cells differentiation and maturation.
【中文摘要】
目的：NPC1是一种定位在溶酶体膜上的蛋白质，调节细胞内胆固醇运输并维持溶酶体的正常功能。来自人群胰岛组织DNA的GWAS研究发现，Npc1基因突变可能促进2型糖尿病的发生，这表明NPC1在T2D胰岛病理生理学中的潜在作用。
方法：采用2周龄Npc1-/-小鼠和同窝野生型小鼠，检测Npc1缺失引起的胰腺β细胞形态和功能变化。对原代胰岛进行单细胞RNA测序。使用CRISPR/Cas9基因编辑方法构建Npc1-/-Min6细胞系。Seahorse XF24用于分析原代胰岛和Min6细胞线粒体呼吸功能。采用Lattice SIM2晶格结构光超高分辨显微活细胞成像和电子显微镜成像观察原代胰岛β和Min6细胞的线粒体和溶酶体。利用线粒体自噬染料和mt-Keima测定β细胞的线粒体自噬活性。
结果：在Npc1-/-小鼠中，研究者发现β细胞存活率、胰腺β细胞mass以及胰岛素分泌的降低。Npc1缺失使得出生后β细胞的分化成熟障碍，并损害了线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）功能，同时增加了线粒体超氧化物的产生，这可能归因于自噬流的受损，特别是Npc1-/- β细胞中不健康的溶酶体诱导的线粒体自噬功能的受损。
结论：研究者的研究表明，NPC1在维持正常溶酶体功能和线粒体稳态方面发挥着重要作用，这确保了胰岛β细胞分化和成熟所需的足够的线粒体氧化磷酸化功能（OXPHOS）的建立。
作者简介
宁光 中国工程院院士，上海交通大学医学院附属瑞金医院院长，上海市内分泌代谢病研究所所长；研究方向：内分泌代谢性疾病的临床与基础研究。
顾燕云 研究员，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市内分泌代谢病研究所；研究方向：2型糖尿病肠道和胰岛β细胞相关发病机制。
刘备 博士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市内分泌代谢病研究所；研究方向：溶酶体自噬与胰岛β细胞功能性成熟研究。
华端仪 硕士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市内分泌代谢病研究所；研究方向：胰岛β细胞功能研究。
沈琳嫣 博士，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市内分泌代谢病研究所；研究方向：胰岛β细胞功能研究。