Bolehkah 'kualiti' sel β menentukan sama ada anda menghidap diabetes?

Jika nampaknya semakin ramai orang yang anda kenali menghidap diabetes, anda betul. Wabak diabetes tidak dipanggil wabak secara percuma: Menurut Persatuan Diabetes Amerika, lebih daripada 10% penduduk AS — kira-kira 38.4 juta orang — menghidap diabetes pada tahun 2021, dengan 1.2 juta orang lagi didiagnosis setiap tahun.

Diabetes jenis 2 berkembang apabila badan menjadi tahan terhadap insulin, hormon yang membantu mengawal tahap glukosa darah. Insulin dihasilkan oleh sel β pankreas, dan dalam diabetes jenis 2, mereka meningkatkan pengeluaran insulin dalam usaha untuk menormalkan paras gula, tetapi ini tidak mencukupi, dan sel-sel β akhirnya menjadi letih. Kerana peranan utamanya, jisim fungsi sel β—iaitu jumlah bilangan dan keupayaannya untuk berfungsi—menentukan risiko menghidap diabetes.

Walau bagaimanapun, sel-β tidak seragam walaupun pada orang yang sama - ia dibahagikan kepada subtipe, setiap satunya berbeza dalam aktiviti penyembunyian, kelangsungan hidup, dan keupayaan untuk membahagi. Dalam erti kata lain, setiap subjenis sel β mempunyai "tahap kecergasan" yang berbeza - dan lebih tinggi ia, lebih baik. Apabila diabetes berkembang, perkadaran beberapa subtipe sel β berubah. Tetapi persoalan utama kekal: adakah diabetes mengubah komposisi dan keadaan sel β, atau adakah perubahan ini yang membawa kepada penyakit ini?

Di situlah saintis Guoqiang Gu, Emily Hodges dan Ken Lau dari Universiti Vanderbilt datang. Kerja terbaru mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, adalah satu langkah ke arah memahami sama ada jisim berfungsi sel β boleh ditingkatkan untuk mengurangkan risiko diabetes jenis 2. Gu dan Lau ialah profesor biologi sel dan perkembangan, dan Hodges ialah penolong profesor biokimia.

Mempelajari subtipe sel β bukanlah tugas yang mudah. Kaedah yang paling biasa digunakan ialah "analisis terminal sampel pada tahap sel tunggal," bermakna saintis boleh mengkaji sel β tertentu hanya sekali — dan hanya apabila ia telah dibangunkan sepenuhnya. Ini tidak membenarkan kami menjejaki perkembangan subjenis sel yang sama pada peringkat yang berbeza: pembezaan, kematangan, pembahagian, penuaan, kematian, dll. Keupayaan untuk memerhatikannya pada semua peringkat akan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana keadaan sel berubah dari semasa ke semasa atau di bawah keadaan fisiologi yang berbeza.

Untuk mengatasi batasan ini, Gu, Hodges, dan Lau membangunkan kaedah untuk menandai sel progenitor secara kekal yang menimbulkan sel β dengan kombinasi ekspresi gen yang berbeza. Teg ini membenarkan penyelidik menjejak subtipe sel β yang sama pada peringkat pembangunan yang berbeza, dan menjawab soalan asas dengan lebih yakin.

Penyelidikan mereka menghasilkan tiga penemuan utama:

1. Sel progenitor yang membentuk sel β dengan penanda genetik yang berbeza dalam embrio tikus menimbulkan subtipe sel β dengan darjah "kecergasan" yang berbeza dalam tikus dewasa. Ini membantu untuk memahami bagaimana subjenis terbentuk dan bagaimana proses ini boleh dimanipulasi pada masa hadapan untuk meningkatkan perkadaran sel β "sihat" dan mengurangkan risiko diabetes.
2. Pemakanan tikus betina semasa hamil secara langsung mempengaruhi nisbah sel β yang berfungsi tinggi kepada yang berfungsi rendah dalam anak. Contohnya, jika ibu diberi diet tinggi lemak dan obes, anak-anaknya mempunyai kurang sel β penderia glukosa. Model ini mengesahkan bahawa obesiti ibu meningkatkan risiko diabetes pada anak. Ini memberi doktor dan penyelidik pemahaman yang lebih baik tentang peranan keturunan dan kesihatan ibu.
3. Subtipe sel β yang dikenal pasti pada tikus mempunyai analog dalam pankreas manusia. Selain itu, subjenis yang mempunyai kecergasan terbesar pada manusia dikurangkan pada pesakit diabetes jenis 2. Walaupun tidak semua penemuan haiwan boleh digunakan secara langsung kepada manusia, keputusan menunjukkan bahawa model tetikus mungkin berguna untuk memahami biologi manusia dan diabetes.

Para penyelidik kini merancang untuk mengkaji bagaimana sebenarnya corak epigenetik (penanda ekspresi gen yang disebutkan di atas) dibentuk dan dikekalkan dalam subtipe sel β yang berbeza dan bagaimana gangguannya mempengaruhi fungsi selular.

"Dengan penyelidikan ini dan lain-lain, mungkin pada masa akan datang untuk membangunkan makanan tambahan untuk wanita hamil yang mengurangkan risiko diabetes pada kanak-kanak," kata Gu.

Soalan penting lain masih kekal: adakah mungkin, sebagai contoh, untuk meningkatkan kualiti fungsi sel seperti β yang diperoleh daripada sel stem embrio manusia dengan memodulasi metilasi DNA (salah satu penanda epigenetik)? Jika ya, bolehkah sel-β tersebut digunakan dalam terapi pemindahan, di mana pesakit diabetes jenis 2 dipindahkan dengan sel-β dengan tahap kecergasan yang tinggi?

Jawapan kepada soalan-soalan ini masih belum ditemui.