《Cell》：维生素D或可延缓糖尿病--通过和受体结合促进抗炎基因表达
编者按：
糖尿病是一种由于胰岛素分泌缺陷或胰岛素作用障碍所致的以高血糖为特征的代谢性疾病，2型糖尿病（T2D）是最常见的糖尿病类型，占总病例数的90%。在炎症与胰岛素耐受的作用下，患者的胰岛β细胞会出现胰岛素分泌缺陷与内质网应激等问题，最终导致细胞死亡。目前的大部分糖尿病疗法依然只着力于降血糖，鲜有直击β细胞病变的疗法。近年大型流行病学的数据表明，血液里的维生素D水平越高，糖尿病风险就越低。提示其和糖尿病间等某种联，
近期，顶尖学术期刊《CELL》上刊登了Salk Institute的一项研究成果， Ronald Evans教授及其团队的论文发现了一种通过保护β细胞治疗糖尿病的潜在新方法，维生素D在核内和其受体（VDR）结合后，阻止VDR和BRD9（识别赖氨酸乙酰化）蛋白的结合，促进抗炎基因转录而保护β细胞，起到延缓疾病进程的作用。同样通过BRD9抑制剂也能起到类似的作用。该研究表明了蛋白质翻译后修饰（PTM）在糖尿病中的调控作用，为药物研发提供新思路。
1. 基因组CRISPR敲除筛选与GO分析，验证VDR可维持体外β细胞
为验证维生素D受体（VDR）对于体外β细胞的维持之间的关系，研究者选择人类诱导多能干细胞(iPS)细胞来源的β样细胞进行基因组CRISPR敲除筛选并进行GO分析。RNA干扰实验发现在VDR耗尽型β样细胞中细胞因子诱导的细胞死亡增加。VDR敲除的小鼠胰岛素原/血清中的胰岛素显著增加，进一步的RNA-seq鉴定了在含有和不含VDR合成配体Cal存在的情况下β细胞的基因表达差异，表明VDR是最富集的基因靶标之一，VDR对于体外β细胞的维持是必须的。
图1. 基因组CRISPR敲除筛选及RNA干扰
2. VDR相互作用组表征，分析VDR功能的分子基础
为了分析VDR功能的分子基础，研究者对人β样细胞的VDR相互作用组进行了表征。免疫沉淀和蛋白质组分析发现BRD9及其同源蛋白BRD7是VDR的相互作用蛋白。通过蛋白质组和WB分析，在VDR配体Cal的存在下，这种相互作用的强度显著降低。并发现BRD9布罗莫结构域的选择性抑制剂iBRD9可以减少VDR和BRD9之间的相互作用，表明BRD9通过布罗莫结构域直接与VDR结合。
图2 VDR与BRD9和BRD7交替结合
3. 增强的VDR激活促进了β细胞的应激反应
转录组分析发现IL1β诱导细胞因子胁迫β细胞的基因表达差异，而Cal+iBRD9处理组部分逆转了细胞因子诱导的炎症反应。GO分析显示这些差异基因分别富集在β细胞功能，以及细胞因子应答和核因子kB (NF-kB)信号上，表明Cal+iBRD9组合通过减少促炎反应和防止表明细胞功能丧失，显著保护细胞因子诱导的转录改变。IL1β诱导的应激使INS1细胞的染色质可及性全面降低，而Cal和iBRD9可以部分逆转该影响。在Cal+ iBRD9处理的维生素D反应元素(VDREs)中，染色质可及性显著增加。
图3. RNA-seq和GO分析及染色质可及性评估
4. VDR的激活逆转了细胞因子诱导的增强子变化
短期接触IL1β显著改变了增强子状态，H3K27乙酰化广泛减少和增加，而Cal和iBRD9作为单个代理都能够部分地逆转IL1β的影响。对Cal+iBRD9治疗增加H3K27乙酰化的部位进行检查，发现VDRE是最丰富的motif，说明VDR在逆转IL1β诱导的增强子的变化中起着直接作用。和Cal处理相比，加Cal+iBRD9处理后H3K27Ac升高，与VDRE+峰相关的基因主要与β细胞功能和抗炎反应有关。Cal+iBRD9处理使H3K27Ac降低，VDRE+基因集主要与炎症反应有关。
图4. IL1β诱导对H3K27乙酰化的影响
5. VDR-PBAF复合物逆转β细胞功能障碍，减少高血糖
Vehicle治疗的小鼠出现明显的高血糖，而Cal+iBRD9联合治疗的小鼠在治疗血糖明显降低，其有益效果随治疗时间的延长而逐渐增加。这些葡萄糖稳态的改善是在体重、肝脏或附睾白色脂肪组织(eWAT)体重、代谢率或血清钙水平没有显著变化的情况下实现的。Cal+iBRD9治疗的小鼠血清胰岛素水平显著升高，这些发现表明，在炎症驱动糖尿病模型中，VDR的激活和BAF复合物的消除可以改善β细胞功能，从而改善葡萄糖稳态。结合VDR配体和iBRD9在体内的应用，使三种小鼠模型的β细胞功能增强，胰岛素分泌增强，有力支持了这种协同策略的潜在治疗价值。
图5. 小鼠VDR靶向治疗结果
研究者通过使用实验室研发的筛选系统，找出了帮助VDR实现更强活化的途径，明确了维生素D受体（VDR）是炎症和β细胞存活的关键调节剂。机制上，配体通过促进VDR与PBAF的结合，从而影响染色质可及性和增强全基因组变化，导致抗炎反应的发生。通过质谱分析及蛋白质组学表明BRD9/BRD7竞争性结合VDR，T-box乙酰化分别根据VDR配体的缺失或存在，划分了BRD9或BRD7之间的配位。本研究中的治疗手段针对VDR来进行，而VDR在机体的很多方面发挥着重要作用，所以这项研究对于与VDR相关的疾病研究都有所帮助。另外，本次研究中的治疗手段对于小鼠无任何副作用，在进一步确认安全性后，未来有望进行临床试验来检验这一治疗手段的有效性。
参考文献
[1]. Zong Wei, et al. (2018). Vitamin D switches BAF complexes to protect β cells. Cell.
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