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2型糖尿病（T2D）是復雜、慢性、漸進且無法自愈的疾病。治療2型糖尿病，是頗有挑戰(zhàn)性的難題。

除胰島素抵抗外，胰島功能衰竭是2型糖尿病的關(guān)鍵特征之一。為了探討2型糖尿病發(fā)病過程中胰島的病理，中國科學院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院李雷課題組開發(fā)了一種計算方法，對T2D的動物模型Goto-Kakizaki（GK）和對照模型Wistar（WST）大鼠胰島的時間序列全基因表達譜以及來自捐獻者的人類胰島的全基因表達譜進行整合分析。全部數(shù)據(jù)來自公共數(shù)據(jù)庫（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）。其中，大鼠數(shù)據(jù)來自中國科學院（GSE81811），人的胰島來自北歐胰島移植計劃（GEOGSE38642）。

基于表達譜的雙重特征結(jié)構(gòu)，整合分析識別出，在兩個物種中保守的一個主要基因特征向量。它的特征是上調(diào)的血管生成和下調(diào)的氧化磷酸化。對于GK和WST大鼠胰島的表達譜，通過在每一個時間點實施兩樣本對照統(tǒng)計檢驗，可直接驗證基因表達的上述改變。在胰島中，β細胞和α細胞分別分泌降血糖的和升血糖的胰島素和胰高血糖素。整合分析發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄組層面的血管生成的改變與α/β-細胞分布的改變同步發(fā)生。它們早于氧化磷酸化的下調(diào)，而后者與胰島素分泌逐步惡化同步。此外，在GK大鼠中，在胰島素分泌惡化之前可以觀察到顯著的高胰島素血癥。 

缺氧誘導因子（HIF）信號傳導通路是激活血管生成基因轉(zhuǎn)錄的上游調(diào)控路徑。根據(jù)整合的表達特征，HIF通路中的大部分基因明顯上調(diào)。該研究中的多項證據(jù)表明，在2型糖尿病發(fā)展過程中，HIF信號通路是在缺氧應激下發(fā)揮作用。此外，抗血管生成基因THBS1和PEDF在基因特征向量中表達排名靠前，表明存在一種對抗機制。這一轉(zhuǎn)錄組層面的對抗機制，與在T2D的胰島中觀察到的毛細血管增厚與斷裂是一致的。 

α/β-細胞分布的改變和高胰島素血癥早于胰島素分泌惡化的觀察結(jié)果，支持了科研人員此前提出的觀點，即對糖尿病前期的篩查除測量血糖水平以外，應包括空腹和餐后血胰島素水平；為了防止胰島形態(tài)的改變進入不可逆的階段，或者防止2型糖尿病的病理進展變得不可逆，在高胰島素血癥階段，甚至在血糖水平尚未出現(xiàn)明顯異常的情況下，應采取積極的干預措施。 

相關(guān)研究成果發(fā)表在《公共科學圖書館-綜合》（PLOS ONE）上。除公開的原始數(shù)據(jù)外，計算代碼和中間計算數(shù)據(jù)存放在開放云平臺（https://codeocean.com、https://zenodo.org）。所有報道的結(jié)果均可復制再現(xiàn)。

數(shù)學院在大鼠和人類胰島轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)2型糖尿病前期的重要標志