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母體孕前(qian)糖尿病（PGDM）會导致子代胰腺发育受损，增加后代在儿童期(qi)和(he)成年后患代谢性疾病的風险。盡管已有研究表明宮内高血糖會影響胎(tai)儿的胰岛細胞数量和功(gong)能，但其具體的分子機製和細胞層面的變化尚不清楚。
2025年5月，北大第一医(yi)院杨慧霞教授團(tuan)隊在Advanced Science（IF=14.1）在線发表了題(ti)為“Integrating Spatial and Single-Nucleus Transcriptomic Data to Assess the Effects of Intrauterine Hyperglycemia on Fetal Pancreatic Development”的研究论(lun)文(wen)。该研究利用多(duo)組(zu)學技術（單核RNA測序、空間轉(zhuan)錄組學、定量蛋白組學、代谢組學）全面評估宮内(nei)高血糖對胎儿胰(yi)腺发育的影響，揭示其潜在的分子機製(zhi)和(he)細胞互作機製，為预防和治(zhi)疗相關代谢性疾病提供新的理论依(yi)據和干预靶點。
其中，北(bei)京青莲百奥生物科技有限公司為该研究提供定量蛋白組學技(ji)術服務。
研究策略
利用(yong)空間轉錄組(zu)學技術绘製了胰腺組織中基因表達的空間分布圖谱，單核轉錄組(zu)學技術分析了不同細胞類型在宮内高血糖環境下的基因(yin)表達變化。定量蛋白組學驗證胰岛素表達(da)下降及轉錄因子的(de)代偿性上調，非把代谢組(zu)學发現了PGDM母體血浆中代谢物與(yu)胎儿胰腺蛋白表達之間的潜在聯(lian)系。
圖1：實驗設計以及(ji)工作(zuo)流程圖
樣本類型
構(gou)建PGDM小(xiao)鼠模型，交配后(hou)分別於不同胚胎发育阶段（包括(kuo)E12.5、E14.5、E16.5、E18.5）收集胎鼠胰腺組織以及(ji)E18.5血浆樣(yang)本
重要結论
一、PGDM對胎儿胰腺(xian)細胞异質性的影響
研究團(tuan)隊(dui)對E16.5和E18.5的胎鼠(shu)胰腺進行了單核(he)RNA測序（snRNA-seq）。結果顯示，E18.5中共鉴定出17種主要細胞類型（圖2B-C），E16.5中共鉴定了16種主要細胞類型，並(bing)发現不同時間點（E16.5和E18.5）的主要細胞類(lei)型是一致的。聚類分析顯示PGDM（E18.5）組與(yu)對照組（E18.5）之(zhi)間，腺(xian)泡細胞和(he)β細胞的顯著异質性（圖2D)。这些細胞類型在代谢(xie)途径上表現出顯著差异，特別是在糖脂代谢相關通路中，PGDM組腺泡細胞和β細胞中(zhong)富集程度顯著提高。
圖2： PGDM對胎儿胰腺(xian)細胞异質性的影響
二、PGDM导致胎(tai)儿胰腺出現顯著的(de)代谢應激反應
研(yan)究人員進一步研究了胎儿胰腺對代谢應激的細(xi)胞反應（圖3A)，鉴定了(le)PGDM組(E18.5)和對(dui)照(zhao)組(E18.5)之間上調的差异表達基因(DEGs)，这些DEGs主要與核糖體复合物相(xiang)關（圖3D）。GO和KEGG分析結果(guo)表明，腺(xian)泡細胞和(he)β細胞中上(shang)調的信號通路與細胞對代谢(xie)應激的反應有關（圖3F）。透射(she)電子(zi)顯微镜（TEM）結果進一(yi)步(bu)證實了PGDM組中腺泡細(xi)胞的内質網擴张、線粒體肿胀、嵴减少（圖3G），表(biao)明細胞對(dui)代谢應激的響應。
圖3：PGDM导致胎(tai)儿胰腺出現顯著的(de)代谢應激反應
三、E16.5和E18.5時母體PGDM對胎儿(er)胰腺β細(xi)胞的损害
PGDM組β_1和β_2細胞亚群中關键发育(yu)轉錄因(yin)子（如Pdx1、Nkx6.2、Mafa等）活性顯著增強，免疫荧光染色證實(shi)了PDX1蛋白表達增加，表明存在代偿性反應(ying)以促進胰岛素合成。對E16.5和E18.5的胎鼠胰腺組織進行了(le)定(ding)量蛋白質組學分析（由青莲百奥提供(gong)技術服(fu)務），與(yu)對照(zhao)組相比，PGDM組胎鼠(shu)的(de)胰腺中胰岛素1(ins1)蛋白表達(da)量E16.5下(xia)調(diao)，E18.5也有下降趨(qu)勢。KEGG通路分析揭(jie)示(shi)了PGDM組中與代谢和信號傳导相關的多個通(tong)路的顯著變化，包括叶酸一碳代谢、剪接(jie)體、類固醇(chun)激素(su)生物合成和PI3K-Akt信(xin)號通路等（圖4）。
圖4：顯著(zhu)差异表達蛋白的KEGG通路分析
此(ci)外，CellChat分析證實了(le)PGDM組(zu)胰岛素信號網絡减弱。这些結果表明(ming)盡管轉錄因(yin)子代偿性激活試圖弥补胰岛素合成缺陷，但(dan)母體高血糖引起的内質網-線粒體結構损伤最終导致胰(yi)岛素分泌(mi)功能受损。
四、PGDM（E16.5和E18.5）改變了腺泡細胞與多細胞簇間的相互作用(yong)
E18.5時孕鼠的血浆非靶向代谢組學分析顯示與葡萄糖和脂(zhi)質代谢相關的(de)差异代谢物在PGDM孕鼠中顯著上(shang)調(diao)，相關(guan)性(xing)分析揭示了母體代谢物與胎鼠胰腺中調節(jie)糖脂代谢的關(guan)键蛋白（如Erythrose和OSTC、D-Allose和HMCS2）之間有強相關(guan)性(xing)。研(yan)究(jiu)人員進一步探討了母體妊娠期間腺泡細胞與内分泌細胞間的互作機製（圖5A）。CellChat分析表明，在PGDM条件(jian)下，腺(xian)泡細胞與β細胞、δ細胞、导管細胞(bao)、成纖維細胞、淋巴内皮細胞及間充質細胞間的相互作用顯著增強（圖4D）。空間轉錄組的(de)数據進一步證(zheng)實了腺泡細胞與这些細胞之間的空間鄰近性（圖4E-F）。
圖5：PGDM改變了腺泡細胞與多細胞簇間的相互作用(yong)
五、PGDM增強了(le)β細胞與内皮細胞（EC）之間的相(xiang)互作(zuo)用
研究人(ren)員進(jin)一步利用snRNA-seq数據(ju)研究了(le)β細胞與内皮細胞（ECs）之間的潜(qian)在相互作(zuo)用（圖6A）。結果顯示，在PGDM組中，β細胞(尤其是β_2細胞)與其他細胞類(lei)型的相互作用主要集中在内皮細(xi)胞上，而對照組(zu)則没(mei)有这種現象（圖6B)。空間轉(zhuan)錄組學数據表明β_2細胞與各種内皮細胞的空間(jian)鄰近性(xing)（圖6C-D）。對配體-受體分析表明與對(dui)照小鼠相比(bi)，PGDM条件(jian)下，多個信號對的表(biao)達水平(ping)升高，如vegfa-vegfr2[kdr]、dlk1-notch等（圖6E）。这(zhe)些結果VEGF和NOTCH通路可能是PGDM組中β細胞與(yu)内(nei)皮細胞之間相互作用增強的關键因素。
圖6：PGDM增強了(le)β細胞與内皮細胞（EC）之間的相(xiang)互作(zuo)用
研究結论
綜(zong)上所述，本研究(jiu)通過多組學(xue)技術，全面解析了PGDM對胎儿胰腺发育的分子機製，包括細胞(bao)异質性增加(jia)、代(dai)谢應(ying)激反應增強、胰岛(dao)素分泌受损以及細胞間通訊和空間微(wei)環境的顯著改變，為深入理解妊娠期(qi)糖尿病對后代长期代谢健康的影響機製以及(ji)尋找潜在干预靶點提供了重要依據。
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青莲百奥合作文章
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