妊娠期糖尿病改变子代胰腺DNA甲基化模式及糖脂代谢

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目的:妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)在育龄妇女中高发,对亲代及子代均存在短期及远期的不利影响。已有研究表明妊娠期糖尿病导致的DNA甲基化异常对母体和子代远期健康均有影响。然而,这些甲基化研究的样本主要来源于胎盘、脐带血以及母体外周血。目前,关于宫内高糖暴露对子代胰腺基因组DNA甲基化模式的研究尚未见报道。本研究旨在通过RRBS(Reduced Representation Bisulfite Sequencing,简化表观亚硫酸氢盐测序)发现胚胎发育过程中宫内高血糖暴露对子代胰腺基因组DNA甲基化模式的改变以及子代糖脂代谢表型的改变,研究两者间潜在的关系,筛查与子代糖脂代谢异常相关的候选基因,为胰腺胚胎期表观遗传学改变与子代成年后代谢重编程的研究提供新思路,进而为阻断代谢异常的代系传递提供可能的治疗途径。方法:1.利用KS.Cg-Dock7m+/+Leprdb/J转基因小鼠复制传统妊娠期自发糖尿病模型;利用相同遗传背景来源的C57BLKS/J小鼠一次性腹腔注射STZ(streptozotocin,链脲佐菌素)诱导妊娠期糖尿病模型。以空腹血糖水平、随机血糖水平和或葡萄糖糖耐量试验验证GDM模型是否成功。2.通过子代血脂水平、体脂比、胰岛素、瘦素、脂联素水平检测比较STZ诱导的GDM子代与同周龄正常对照组子代脂代谢表型的差异;通过空腹血糖、糖耐量、胰岛素耐量的动态监测,比较不同周龄宫内高血糖子代糖代谢表型的改变。明确宫内高血糖暴露导致子代糖脂代谢表型发生改变。3.通过RRBS测序检测比较子代胰腺基因组DNA甲基化状态。利用BSP(bisulfite sequencing PCR,亚硫酸氢盐处理后测序)验证RRBS初筛获得的与糖脂代谢相关的甲基化差异明显上调的两个基因Agap2和Hnf1b;继而通过real-time PCR确定差异甲基化基因的表达及胰腺β细胞发育相关标志物的表达水平。结果:1.KS.Cg-Dock7m+/+Leprdb/J转基因小鼠(db+组)两次妊娠期间血糖与野生型对照组(WT组)相比未见明显升高,未达到小鼠妊娠期糖尿病的诊断标准,且两次妊娠期间均未出现糖耐量受损的表型。妊娠期自发性糖尿病基因模型失败,KS.Cg-Dock7m+/+Leprdb/J转基因小鼠可能已经不能作为研究妊娠期糖尿病的理想模型。而受孕后150mg/Kg剂量的STZ一次性腹腔注射能够成功诱导C57BLKS/J孕鼠孕期出现空腹及随机血糖异常升高,达到妊娠期糖尿病诊断标准,且模型组(GDM组)与正常对照组(CON组)相比血糖差异显著,可用于研究宫内高血糖对子代糖脂代谢的影响及胰腺基因组DNA的甲基化调控模式的改变。2.宫内高血糖暴露能够导致其成年子代早期出现脂代谢表型改变,而糖代谢受损表型较迟出现,于中老年期才出现,提示表观遗传学对子代糖代谢的调控还可能受其他代谢应激(如衰老、高脂饮食等)的影响。3.RRBS结果显示GDM子代胰腺基因组出现广泛的DNA甲基化改变。GO(Gene ontology,基因本体论)基因功能注释显示DMR(differentially methylated regions,差异甲基化区域)相关基因大部分与生物学调节、发育过程、代谢过程等有关。而且,许多DMR相关的基因与细胞代谢相关,如Agap2,Kcnq1,Plcb4,Gnas,Stx1a以及Hnf1b参与多种可能与糖尿病肥胖相关的信号通路,包括胰岛素分泌、胰腺分泌、胰腺发育和胰高血糖素信号通路等等。这些发现表明DMR相关基因并非单一作用,而是形成网络交互作用。宫内高糖对胰腺基因组DNA的甲基化改变可能是子代成年后容易罹患糖尿病、肥胖和心血管疾病的原因之一。BSP证实GDM子代胰腺样本中RRBS初筛获得的甲基化显著上调的Agap2基因(又名Pike-A)的总甲基化率明显升高,可能通过与之有关联的FOXO通路间接调控子代胰腺DNA中其他与糖脂代谢有关联的基因。而经典的二型糖尿病相关基因Hnf1b的总甲基化率在两组胰腺DNA样本间未见明显差异,考虑宫内高血糖导致子代成年后代谢病不涉及Hnf1b的DNA甲基化修饰,不排除该基因可能通过其他的表观遗传学机制影响子代成年后慢性代谢性疾病的易感性。结论:妊娠期糖尿病改变子代糖脂代谢表型可能与子代胰腺基因组DNA甲基化模式改变有关。糖脂代谢相关基因甲基化模式改变可能是妊娠期糖尿病影响子代成年后糖脂代谢异常的主要机制。这些基因可作为将来研究如何阻断妊娠期糖尿病糖代谢异常传递给子代的候选基因,有助于未来妊娠期糖尿病不良宫内环境暴露的诊断、治疗及预后判断。
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