Wolfram综合征（Wolfram Syndrome, WS）是一种罕见的常染色体隐性遗传病，许多患者过早死亡，其特征包括青少年糖尿病、视神经萎缩、尿崩症、听力丧失和神经退行性疾病等，糖尿病常为首发疾病。然而，由于缺乏合适的人类模型，Wolfram综合症的致病机制尚不明确，导致目前尚无治疗方法可延缓、停止或逆转Wolfram综合征的发展，因此迫切需要新的Wolfram综合症模型进行深度探索。

2024年2月6日，同济大学生命科学与技术学院、同济大学附属东方医院再生医学研究所、教育部“细胞干性与命运编辑”前沿科学中心李维达/张振宁和东方医院邵莉团队在Nature旗下期刊Cell Death & Differentiation上发表题为“ISR inhibition reverses pancreatic β-cell failure in Wolfram syndrome models”的研究成果。该研究对WFS1缺失的人类胚胎干细胞进行诱导分化并得到干细胞来源的胰岛，利用单细胞转录组测序技术研究了致病基因WFS1对胰岛β细胞的影响，并发现ISR抑制剂ISRIB能缓解WFS1缺失的胰岛β细胞的功能衰竭，且在WFS1条件性敲除小鼠中也能发挥作用。此研究为治疗WS糖尿病提供了新的药物选项。研究者在先前的工作中发现了一种药物Riluzole，它能够逆转与WS神经病变相关的神经元丧失和突触形成异常。未来，将Riluzole与ISRIB结合将有望实现WS协同治疗。

研究人员首先构建了干细胞来源的胰岛（stem cell islets, SC-islets）模型。应用CRISPR/Cas9技术生成WFS1敲除的人类胚胎干细胞,并对其进行诱导分化。研究人员通过qPCR验证了在整个分化过程中WFS1基因的表达水平，其与人原代胰腺β细胞中的表达水平一致，且可以诱导分化至成熟的干细胞β细胞（stem cell-β cells, SC-β cells）。进一步，研究人员对WT和WFS1缺失 SC-Islets进行了单细胞转录组测序，鉴定得到8种细胞类型，其中包括β细胞、α细胞、δ细胞、ε细胞、胰腺前体细胞、增殖细胞、EC细胞，以及多激素内分泌细胞。以上结果表明SC-Islets模型真实可靠。

研究人员首先构建了干细胞来源的胰岛（stem cell islets, SC-islets）模型。应用CRISPR/Cas9技术生成WFS1敲除的人类胚胎干细胞,并对其进行诱导分化。研究人员通过qPCR验证了在整个分化过程中WFS1基因的表达水平，其与人原代胰腺β细胞中的表达水平一致，且可以诱导分化至成熟的干细胞β细胞（stem cell-β cells, SC-β cells）。进一步，研究人员对WT和WFS1缺失 SC-Islets进行了单细胞转录组测序，鉴定得到8种细胞类型，其中包括β细胞、α细胞、δ细胞、ε细胞、胰腺前体细胞、增殖细胞、EC细胞，以及多激素内分泌细胞。以上结果表明SC-Islets模型真实可靠。

图2  WFS1缺失的SC-islets模型构建

A. SC-islet诱导过程中WFS1基因的表达变化（hESC：胚胎干细胞阶段； DE：Definitive endoderm，定型内胚层阶段；PF：Posterior foregut，前肠阶段；PP：Pancreatic progenitor，胰腺前体细胞阶段；EP：Endocrine progenitor，内分泌腺体细胞阶段）B. 野生型与WFS1缺失的SC-islet的荧光拍摄图；C. 对野生型与WFS1缺失的SC-islet进行单细胞测序及分析后的UMAP，细胞分群根据其指定类型着色。

为探究WFS1对SC-β细胞的影响，研究人员利用拟时序分析以模拟SC-β细胞命运，发现WFS1敲除使SC-β细胞走向压力应激命运，而未能走向成熟命运。研究人员对其进行差异表达分析，发现WFS1敲除的SC-β细胞中，与β细胞成熟和功能相关的基因表达下调，而与细胞应激相关的基因表达上调。为验证上述结果，研究人员进行了GSIS实验，并对胰岛素含量进行检测，发现WFS1敲除的SC-β细胞胰岛素分泌含量显著降低，且胰岛素含量也显著降低。

为了进一步研究WFS1缺失是如何影响SC-β细胞走向压力命运进而导致功能衰竭，研究人员分析差异表达基因及其对应通路，并通过实验验证发现，WFS1敲除会使eIF2α的磷酸化显著增加，PERK和ATF4的蛋白水平也显著增强，且会促进应激颗粒(Stress granules, SGs)的形成。以上结果表明WFS1缺失将会激活胞内的整合应激反应(Integrated stress response, ISR)。

针对上述致病机制，研究人员探究了ISR抑制剂ISRIB对于胰岛β细胞的治疗效果，发现ISRIB确实能缓解SC-β细胞中的功能衰竭。ISRIB的加入能够有效恢复总蛋白质合成水平，减少应激颗粒的形成。此外，在WFS1基因条件性敲除小鼠中加入ISRIB，小鼠的葡萄糖耐受能力得到显著提升。

图3 原理示意图

综上，研究人员利用Wolfram综合症体外和体内模型，揭示了ISRIB在缓解胰岛β细胞功能衰竭中所发挥的作用，为Wolfram综合症的治疗提供了新思路。

同济大学同济大学生命科学与技术学院、附属东方医院再生医学研究所、教育部“细胞干性与命运编辑”前沿科学中心李维达教授，东方医院邵莉教授，同济大学生命科学与技术学院张振宁副教授为本文共同通讯作者。同济大学博士后胡瑞，同济大学博士生陈相宜，苏强为本文共同第一作者。本工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、上海市科委重点项目等支持。