Nat Metab（IF=20.8）： 曹亚南团队解码2型糖尿病核糖体应激监控新机制和靶点

2型糖尿病作为全球主要的代谢性疾病之一，其遗传背景与致病机制的复杂性一直是科学界关注的重要问题。近二十年来，大规模人类遗传学研究和全基因组关联分析（GWAS）已鉴定出大量与2型糖尿病风险相关的遗传变异位点，然而从遗传信号到明确致病机制及干预靶点的转化仍面临诸多挑战。传统基于小鼠模型或细胞系的单基因功能研究，通常依赖逐一基因敲除的策略，存在通量有限、周期较长、成本较高以及物种间差异显著等局限。因此，建立基于人类正常细胞的高通量、高分辨率功能基因组学研究平台，系统性解析复杂疾病的致病机制，已成为推动治疗靶点发现与研究范式转型的迫切需求。

 

2025年1月2日，上海交通大学医学院附属瑞金医院曹亚南团队在Nature Metabolism杂志发表题为Single-cell perturbations decipher ribosomal stress-surveillance regulators in type 2 diabetes的研究论文。该研究运用单细胞扰动测序技术，在人胰岛β细胞中系统揭示了与2型糖尿病及胰岛素生成相关基因的功能网络。

 

 

研究材料与方法

研究团队从2型糖尿病易感基因中锁定了未知功能的基因ZZEF1，通过构建全身敲除和胰岛β细胞特异性基因敲除小鼠模型（其中ZZEF1全身敲除小鼠和条件性敲除小鼠模型均由赛业生物提供）、胰岛类器官及人类胰岛功能和机制研究，揭示ZZEF1在胰岛素生产的核糖体质量控制（RQC）和β细胞应激中的调控作用，解析了核糖体应激监控网络相关基因在β细胞中的功能。研究还通过小分子药物（如Azoramide）的干预实验，为2型糖尿病的治疗提供了极具转化潜力的策略。

 

ZZEF1全身敲除小鼠模型均由赛业生物提供

 

ZZEF1全身敲除小鼠模型均由赛业生物提供

 

技术路线

• 搭建基于人源细胞系的高通量扰动筛选新体系，系统性筛选鉴定功能基因
• 揭示ZZEF1通过核糖体质控通路影响胰岛素合成与分泌的新机制
• 挖掘核糖体质控通路调节胰岛β细胞功能的治疗潜力

 

技术路线图

 

 研究成果

一、Perturb-seq技术筛选并鉴定出ZZEF1为β细胞的关键功能基因

研究团队利用CRISPRi结合单细胞测序技术（Perturb-seq）对人胰岛β细胞系中的61个T2D相关基因进行功能筛选。结果成功鉴定出21个功能基因，并首次揭示了ZZEF1在调控β细胞蛋白质分泌、内质网应激和细胞衰老等关键通路中发挥重要作用。

 

Perturb-seq技术筛选并鉴定出ZZEF1为β细胞的关键功能基因

 

二、ZZEF1基因敲除显著损害胰岛素合成与分泌

通过构建全身性和β细胞特异性ZZEF1敲除小鼠模型（其中ZZEF1全身敲除和条件性敲除小鼠模型均由赛业生物提供），研究发现ZZEF1缺失会导致小鼠在高脂饮食下出现糖耐量受损和胰岛素分泌缺陷。这一结论在人胰岛组织中得到验证，表明ZZEF1对维持成熟胰岛素的合成至关重要。

 

ZZEF1基因敲除显著损害胰岛素合成与分泌

 

三、ZZEF1缺失导致β细胞亚型应激与去分化

通过对小鼠胰岛进行单细胞测序，研究人员将β细胞划分为四种反映工作与应激状态的亚型。ZZEF1敲除小鼠的β细胞表现出显著的应激水平升高和去分化标志物表达增加，证明ZZEF1是维持β细胞身份和功能的关键调控因子。

 

ZZEF1缺失导致β细胞亚型应激与去分化

 

四、ZZEF1通过核糖体质量控制（RQC）通路调控β细胞应激

机制研究发现，ZZEF1缺失导致RQC通路的传感器EDF1水平下降，进而激活整合应激反应（ISR），表现为eIF2α磷酸化水平和应激颗粒标志物的增加。Polysome profiling多聚核糖体分析证实ZZEF1抑制会阻碍全局翻译，揭示了RQC缺陷与细胞应激之间的因果联系。

 

 

 

ZZEF1通过核糖体质量控制（RQC）通路调控β细胞应激

 

五、RQC传感器EDF1能有效恢复ZZEF1缺失β细胞的功能

研究证明EDF1是ZZEF1的关键下游效应分子，其在ZZEF1缺失的β细胞中过表达能够显著恢复胰岛素分泌、降低细胞应激水平并改善细胞功能。该结果证实了ZZEF1-EDF1轴在调控胰岛素生产质量控制中的核心作用。

 

RQC传感器EDF1能有效恢复ZZEF1缺失β细胞的功能

 

六、靶向ISR通路的药物可改善ZZEF1缺失β细胞的功能障碍

研究人员测试了ISR抑制剂ISRIB和UPR抑制剂azoramide的治疗潜力。这两种小分子药物均能有效恢复ZZEF1敲除小鼠离体胰岛的葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能，且azoramide在活体实验中也能改善小鼠的糖耐量，提示靶向该通路是T2D的潜在治疗策略。

 

靶向ISR通路的药物可改善ZZEF1缺失β细胞的功能障碍

 

七、Perturb-seq揭示RQC通路在β细胞功能中的普遍重要性

为了进一步探究RQC通路在β细胞中的作用，研究对40个RQC相关基因进行了Perturb-seq筛选。结果发现多个RQC通路成员在调控胰岛素分泌和应激反应中发挥关键作用，证实了核糖体应激监视系统对于维持β细胞稳态的普遍重要性。

 

Perturb-seq揭示RQC通路在β细胞功能中的普遍重要性

 

研究结论

这项研究通过单细胞扰动和分析技术在代谢疾病中的应用，再次证明了单细胞功能基因组学在复杂疾病遗传解析中的优势，是系统性解析复杂疾病的分子机制和靶点新范式。研究首次将核糖体质量控制与2型糖尿病的发生发展紧密联系起来，完善了2型糖尿病的遗传图谱功能解析。

 

原文阅读

Nan J, He X, Liu X, et al. Single-cell perturbations decipher ribosomal stress-surveillance regulators in type 2 diabetes. Nat Metab. Published online January 2, 2026. doi:10.1038/s42255-025-01407-6