2型糖尿病（T2D）最典型的特征是胰岛素分泌受损。虽然胰岛功能失调是T2D的标志，但是根本的治病因素是分泌胰岛素的β细胞内在的缺陷，还是β细胞数量的减少，或者其他系统性的因素造成的还不是非常清楚。美国多家研究机构在Nature发表的一项题为“Genetic risk converges on regulatory networks mediating early type 2 diabetes”的研究结果表明可以从治病基因和组织微环境两个方面联合探究T2D的发病机制（图1）。

图1 研究设计

研究者首先开展了T2D患者和非糖尿病参与者的胰岛、分选的α、β细胞的转录组学分析，发现了T2D中β细胞特异的表达谱变化，以及β细胞和α细胞、整个胰岛共有的表达谱改变，这些共有的基因主要与激素分泌、脂质代谢和纤毛结构有关。研究者利用转录组数据进行了WGCNA分析，鉴定了一个关键的与T2D表型、胰岛功能失调和GWAS变异位点相关的基因：RFX6 （图2）。后续通过单细胞核测序揭示了RFX6在β细胞中的调控机制，发现了RFX6通过调控胞吐和离子通道相关基因的表达影响β细胞的功能。最后群体遗传学和孟德尔随机化分析发现了很多非编码区变异与RFX6在T2D患者中表达下调有关。

图2 RFX6基因表达下调是T2D发病的关键驱动因素

胰腺的PCF空间单细胞蛋白组结果显示了α、β细胞的数量在T2D患者和非糖尿病参与者之间并没有显著差异（图5A），说明了β细胞并没有在T2D患者中减少。研究者发现了虽然胰岛处的毛细血管密度没有改变，但是毛细血管的尺寸在T2D患者中显著减小，α、β细胞离血管的距离在T2D患者中显著增加（图5B）。免疫细胞方面，数量最多的巨噬细胞在T2D患者和非糖尿病参与者之间并没有显著差异，但是CD3+ T细胞却在T2D胰岛处显著增多（图5C-D）。空间上血管和T细胞的变化也可以与转录组数据中差异表达基因显著富集血管和T细胞相关信号相一致。整体的胰岛细胞组成在T2D患者和非糖尿病参与者之间并没有太大差异性（图5E），因此PCF空间单细胞蛋白组可以捕捉稀有的细胞变化和空间位置关系。

随后，研究者对组织上的胰岛进行了细胞邻域（CN）分析，总共构建了5个细胞邻域（图6A）。细胞邻域的数量在T2D患者和非糖尿病参与者之间并没有显著差异性（图6B），和上述的结果一致，即胰岛的细胞组成在T2D患者并没有太大变化。但是分析不同细胞邻域中细胞类型的相关性，结果发现了血管细胞在T2D患者中在更多的细胞邻域之间具有显著相关性，说明了血管的空间分布的显著差异性（图6C）。然而T细胞在T2D患者中显示出非常特异性的细胞邻域相关性：主要是在内皮细胞和α细胞为主的细胞邻域之间，以及β细胞和巨噬细胞为主的细胞邻域之间（图6C）。这些结果说明了在T2D患者的胰岛中血管细胞和T细胞与其他特定细胞类型的空间关系发生了显著的改变。

图6 细胞邻域分析

早期T2D主要由β细胞内在缺陷引起，这些缺陷可归结为一个由RFX6调控且富含 GWAS 信号的转录调控网络造成的。RFX6 的表达降低通过影响囊泡运输、胞吐和离子运输等途径，导致胰岛素分泌减少。重要的是，本研究综合运用了空间单细胞蛋白组技术诠释了T2D组织中胰岛的细胞组成以及细胞类型的空间关系网络。PCF空间单细胞蛋白组分析发现了T2D胰岛中以血管细胞和T细胞为主要的空间互作关系的改变。该研究为复杂疾病的研究提供了一个综合的、多模态的研究框架，有助于深入了解疾病的发病机制和遗传调控网络。

| 空间多组学整合方案

| PCF空间单细胞蛋白组学优势