妊娠糖尿病與子代肥胖的相關(guān)性及其表觀遺傳學(xué)機(jī)制研究進(jìn)展

白文琳，王慧，劉天晟，強(qiáng)梅，李穎君，王莉

(1山西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，太原030001；2長(zhǎng)治市婦幼保健院)

肥胖是一種體內(nèi)脂肪過(guò)多和(或)分布異常，并以體質(zhì)量增加為主要表現(xiàn)的慢性代謝性疾病。肥胖及其引發(fā)的慢性疾病對(duì)人類健康和生存構(gòu)成重大威脅[1]?！敖】蹬c疾病發(fā)育起源”假說(shuō)認(rèn)為，生命早期1 000 d對(duì)個(gè)體一生的健康影響至關(guān)重要，從妊娠到出生后2歲是預(yù)防成年慢性病的窗口期。研究發(fā)現(xiàn)，宮內(nèi)環(huán)境改變可影響胎兒的新陳代謝并增加子代兒童青少年期及成年后肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[2]。妊娠糖尿病(GDM)患者宮內(nèi)高血糖環(huán)境被認(rèn)為是增加子代肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的重要因素之一[3]。表觀遺傳學(xué)在機(jī)體早期發(fā)育及疾病的傳代效應(yīng)中至關(guān)重要。研究認(rèn)為，宮內(nèi)不良環(huán)境可通過(guò)表觀遺傳學(xué)修飾影響相關(guān)基因表達(dá)，從而影響個(gè)體出生后對(duì)肥胖的易感性[4]。肥胖也被認(rèn)為是一種表觀遺傳疾病，其發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可能源于宮內(nèi)不良環(huán)境造成的表觀遺傳學(xué)改變，而表觀遺傳學(xué)改變通常是可逆的。因此，從生命開始早期探討肥胖發(fā)生的表觀遺傳學(xué)機(jī)制具有重要意義?，F(xiàn)就GDM與子代肥胖的相關(guān)性及其表觀遺傳學(xué)機(jī)制相關(guān)進(jìn)展綜述如下。

1 GDM與子代肥胖的相關(guān)性

GDM是指妊娠過(guò)程中發(fā)生或首次發(fā)現(xiàn)的不同程度的葡萄糖耐量受損，是妊娠中、晚期常見(jiàn)的并發(fā)癥之一[5]。2013年，國(guó)際糖尿病聯(lián)合會(huì)公布的數(shù)據(jù)顯示，全球20～49歲妊娠婦女GDM發(fā)病率為14.2%[6]。我國(guó)2012～2016年GDM發(fā)病率(17.0%)明顯高于2005～2012年(11.0%)，且預(yù)計(jì)其發(fā)病率將持續(xù)上升[7]。GDM被證實(shí)與子代肥胖、代謝綜合征、胰島素抵抗等代謝紊亂密切相關(guān)。GDM孕婦血糖水平輕度升高(6.5～9.8 mmol/L)，其胎兒即可表現(xiàn)出高胰島素血癥及巨大兒[8];未控制血糖的GDM孕婦，胎兒過(guò)度生長(zhǎng)的發(fā)生率高達(dá)50.0%[9]，提示孕期血糖水平升高是導(dǎo)致巨大兒的敏感因素之一。有關(guān)GDM孕婦子代出生后生長(zhǎng)發(fā)育模式的研究發(fā)現(xiàn)，子代在出生后早期的發(fā)育呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，特別是在出生后第一年內(nèi)最初的3個(gè)月增長(zhǎng)速度最快[10]，提示GDM孕婦宮內(nèi)高糖環(huán)境對(duì)胎兒的影響可能延續(xù)到出生后早期。由此可見(jiàn)，GDM對(duì)子代肥胖發(fā)生的影響可起于胎兒期并延續(xù)到嬰兒早期(0～3個(gè)月)，而嬰兒早期體質(zhì)量增長(zhǎng)過(guò)快將增加成年期肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[11]，證實(shí)個(gè)體生命早期健康狀況在成年疾病預(yù)防中的重要意義。

然而，目前針對(duì)GDM與子代肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的流行病學(xué)研究結(jié)論并不一致，可能與孕婦孕前體質(zhì)量這一混雜因素有關(guān)。美國(guó)早期的一項(xiàng)隊(duì)列研究顯示，調(diào)整孕前BMI前，GDM孕婦后代9～14歲時(shí)超重的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高(OR=1.4，95%CI1.1～2.0)；但調(diào)整孕前BMI后，超重的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)下降(OR=1.2，95%CI0.8～1.7)[12]。新近研究也發(fā)現(xiàn)，孕婦妊娠期間血糖水平升高，即使不足以診斷GDM，其子代在5～7歲患肥胖癥的風(fēng)險(xiǎn)仍比血糖正常孕婦子代增加了13%；孕婦確診患GDM，則子代患肥胖癥的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加52%。但若孕婦的BMI正常，則孕期血糖水平升高不再與子代肥胖的發(fā)展有關(guān)[13]。然而前瞻性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整孕前BMI、孕期體質(zhì)量增加等混雜因素后，GDM子代出生體質(zhì)量增加(β=0.05，95%CI0.01～0.09)，雖然在3歲時(shí)超重發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)沒(méi)有增加(OR=1.39，95%CI0.79～2.43)，但4歲時(shí)(OR=2.09，95%CI1.35～3.21)和7歲時(shí)(OR=1.68，95%CI1.31～2.16)超重的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)均增加[14]。我國(guó)學(xué)者的一項(xiàng)研究得出類似結(jié)論，GDM組孕婦子代1～2歲和2～5歲時(shí)肥胖發(fā)生率與非GDM組孕婦相比均較低，5～10歲超重率和肥胖率高于非GDM組；調(diào)整孕前BMI等混雜因素后，發(fā)現(xiàn)GDM可增加子代5～10歲時(shí)超重和肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)(OR=1.85，95%CI1.29～2.67)[15]。另外，還有多項(xiàng)研究證實(shí)，無(wú)論是否對(duì)孕前BMI進(jìn)行調(diào)整，GDM均可增加子代兒童青少年期超重或肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[16,17]。根據(jù)以上不同種族、年齡、地區(qū)的研究結(jié)果，我們有理由認(rèn)為GDM宮內(nèi)高糖環(huán)境是子代兒童青少年時(shí)期肥胖的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。

GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境可能增加子代終身肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。研究顯示，GDM患者男性子代童年后期、青少年期和成年早期的肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)均高于非GDM者子代[18]。1980年～2013年全球BMI>25 kg/m2成年人比例從28.8%增加到36.9%[19]，近年GDM發(fā)病率也在持續(xù)增加。我們推測(cè)成人超重和肥胖發(fā)生率增加可能與GDM宮內(nèi)高糖環(huán)境導(dǎo)致子代嬰兒早期體質(zhì)量增長(zhǎng)過(guò)快或兒童青少年時(shí)期肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，但GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境引起子代肥胖的機(jī)制尚未完全闡明。

2 GDM致子代肥胖可能的表觀遺傳學(xué)機(jī)制

表觀遺傳學(xué)是指在DNA序列不發(fā)生改變的情況下基因表達(dá)發(fā)生的可遺傳改變，以及這種改變通過(guò)有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程遺傳給子代的生物現(xiàn)象。表觀遺傳學(xué)調(diào)控基因表達(dá)的方式主要包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、X染色體失活、基因組印記、非編碼RNA調(diào)控等。表觀遺傳比較容易受到各種環(huán)境因素的影響，特別是早期發(fā)育時(shí)DNA甲基化對(duì)宮內(nèi)環(huán)境變化十分敏感[20]。GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境暴露可能通過(guò)啟動(dòng)“胎兒程序化”來(lái)改變編程，引起胎兒表觀遺傳改變，從而影響子代肥胖的發(fā)生[21,22]。通常，遺傳基因的改變是不可逆的，但表觀遺傳修飾的改變是可逆的。目前發(fā)現(xiàn)的GDM致子代肥胖可能的表觀遺傳調(diào)控方式包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA，其中大量研究集中在DNA甲基化。

2.1 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的催化作用下，使S-腺苷甲硫氨酸上的甲基轉(zhuǎn)移到基因組鳥苷酸(CpG)二核苷酸胞嘧啶第5個(gè)碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)。GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境可能通過(guò)改變與肥胖相關(guān)的基因甲基化水平影響子代健康[21,22]。在GDM孕婦與非GDM孕婦胎盤組織三個(gè)候選基因的研究中發(fā)現(xiàn)，母親血糖水平升高與胎盤組織瘦素基因啟動(dòng)子區(qū)的高甲基化(母體側(cè))或低甲基化(胎兒側(cè))、脂聯(lián)素基因啟動(dòng)子區(qū)的低甲基化及脂蛋白脂肪酶基因啟動(dòng)子區(qū)的低甲基化相關(guān)[23]。隨后也有一些研究發(fā)現(xiàn)，GDM可引起臍帶血、胎盤絨毛膜組織中諸多基因如H19、MEST、PEG3、SNRPN、LEP等出現(xiàn)甲基化修飾異常[24]，這些代謝相關(guān)基因的甲基化修飾異常會(huì)引起基因表達(dá)變化，從而導(dǎo)致子代相關(guān)代謝功能異常。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了許多在GDM組與非GDM組胎盤和臍帶血甲基化差異改變的基因，如RBP4、GLUT3、PPARα等[25]，以上結(jié)果為孕期高糖環(huán)境、“胎兒程序化”和子代代謝異常間的潛在關(guān)聯(lián)提供了依據(jù)，但并未直接發(fā)現(xiàn)這些基因甲基化改變與GDM子代肥胖的關(guān)系。

印記基因是指源自某一親本的等位基因或它所在染色體發(fā)生了表觀遺傳修飾，導(dǎo)致不同親本來(lái)源的兩個(gè)等位基因在子代細(xì)胞中表達(dá)不同。差異甲基化是基因組印記形成的重要機(jī)制。印記基因甲基化水平的微觀變化會(huì)導(dǎo)致基因組印記完全丟失，不僅影響胚胎發(fā)育且可誘發(fā)出生后的發(fā)育異常。有學(xué)者對(duì)GDM組和非GDM組臍帶血、胎盤組織樣品中與“代謝程序化”有關(guān)的7個(gè)印記基因的甲基化水平進(jìn)行了檢測(cè)，包括父源性的H19、MEG3和母源性的LIT1、MEST、NESPAS、PEG3和SNRPN，它們?cè)谡{(diào)節(jié)人類胎兒和胎盤生長(zhǎng)、體細(xì)胞分化及神經(jīng)、行為功能方面有著十分重要的作用[24,26]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GDM組臍帶血和胎盤組織中母源性印記基因MEST甲基化水平均明顯低于非GDM組；而與正常體質(zhì)量的成年人相比，病態(tài)肥胖的成年人血中MEST甲基化水平也明顯降低[24]，據(jù)此認(rèn)為GDM患者宮內(nèi)高糖引起子代肥胖可能與印記基因MEST甲基化修飾異常有關(guān)。印記基因IGF2和H19可以參與胎兒生長(zhǎng)和發(fā)育的調(diào)節(jié)，宮內(nèi)高糖環(huán)境的暴露可改變臍帶血中IGF2和H19甲基化水平來(lái)影響新生兒體質(zhì)量，這可能是巨大兒的發(fā)生機(jī)制之一[24]。該研究結(jié)果為GDM與子代肥胖的表觀遺傳學(xué)機(jī)制提供了直接的證據(jù)。然而，胚胎早期誘導(dǎo)的印記基因甲基化異常可以跨代遺傳，因此GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境對(duì)胎兒基因甲基化水平的影響及增加子代肥胖的風(fēng)險(xiǎn)尚需進(jìn)一步追蹤研究證實(shí)。

2.2 組蛋白修飾 組蛋白修飾主要包括乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化等翻譯后修飾，通常發(fā)生在H2A、H2B、H3和H4組蛋白的游離氨基端。組蛋白乙?；饕山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)和組蛋白去乙?；?HDAC)協(xié)調(diào)催化完成，是最常見(jiàn)的組蛋白修飾形式之一。組蛋白甲基化修飾主要由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMT)催化完成。目前關(guān)于GDM對(duì)組蛋白修飾的影響及其與子代肥胖關(guān)系的研究甚少。已有動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期高血糖環(huán)境可能降低大鼠子代肝臟組織中IGF-1的H3K36三甲基化(H3Me3K36)水平，使子代出現(xiàn)胰島素抵抗[27]。人群研究報(bào)道，GDM患者組蛋白H3K27和H3K4甲基化水平降低與患者產(chǎn)后發(fā)展為2型糖尿病有關(guān)[28]，但尚無(wú)研究報(bào)道宮內(nèi)高糖引起組蛋白修飾異常對(duì)GDM子代健康的影響。

2.3 非編碼RNA 非編碼RNA是一類基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中不編碼蛋白質(zhì)的RNA的總稱，包括miRNA、lncRNA、snRNA、siRNA、snoRNA等。研究發(fā)現(xiàn)miRNA和lncRNA在細(xì)胞增殖、器官形成和個(gè)體發(fā)育等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，也參與諸多疾病發(fā)生發(fā)展的調(diào)控。miRNA是一類長(zhǎng)度為21～25個(gè)堿基的非編碼單鏈小分子RNA，它在轉(zhuǎn)錄后水平通過(guò)與靶mRNAs分子的3′端非編碼區(qū)互補(bǔ)匹配，直接降解靶序列或抑制其翻譯發(fā)揮調(diào)控作用。據(jù)報(bào)道，GDM組和對(duì)照組胎盤組織中miR-508-3p表達(dá)上調(diào)，miR-27a、miR-9、miR-137、miR-92a、miR-33a、miR-30d、miR-362-5p和miR-502-5p表達(dá)下調(diào)，這些miRNA的表達(dá)改變可能通過(guò)EGFR/PI3K/Akt通路增加巨大兒的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[29]。大量國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)GDM患者胎盤組織或血樣中miR-19a、miR-19b、miR-16、miR-20a和miR-17等的表達(dá)水平發(fā)生變化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些miRNA可以通過(guò)不同機(jī)制參與GDM的發(fā)生發(fā)展[30]，但并未報(bào)道GDM患者miRNA表達(dá)變化與子代肥胖是否存在關(guān)聯(lián)。

綜上所述，GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境增加子代肥胖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)已得到流行病學(xué)支持。表觀遺傳，特別是DNA甲基化對(duì)胚胎發(fā)育早期宮內(nèi)環(huán)境變化十分敏感，宮內(nèi)高糖環(huán)境引起DNA甲基化的改變已得到諸多研究的一致認(rèn)可。表觀遺傳在GDM引起子代肥胖中的作用機(jī)制尚需進(jìn)一步追蹤研究。印記基因在早期胚胎發(fā)育中發(fā)揮重要的作用，GDM患者宮內(nèi)高糖環(huán)境對(duì)印記基因的甲基化有深刻而持久的影響，GDM引起子代肥胖的風(fēng)險(xiǎn)增加是否會(huì)隨印記基因甲基化異常傳代導(dǎo)致人群肥胖發(fā)生率持續(xù)上升值得深入研究。研究GDM引起子代肥胖的機(jī)制，對(duì)從生命早期尋找肥胖發(fā)生根源進(jìn)而提出有效防治措施具有十分重要的意義。