生物標(biāo)志物預(yù)測(cè)早期妊娠期糖尿病的研究進(jìn)展

韋依伶，何安東，李瑞滿

(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院，廣州 510630)

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是指妊娠期間首次發(fā)生或發(fā)現(xiàn)的糖耐量異常[1]，國內(nèi)GDM發(fā)生率為13.0%～20.9%[2]，且呈逐年升高的趨勢(shì)。GDM主要的病理機(jī)制是β細(xì)胞功能障礙和胰島素抵抗，其不僅導(dǎo)致妊娠期高血壓、羊水過多、急診剖宮產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局，也與胎兒畸形、巨大兒、新生兒低血糖等有關(guān)，并且可在一定程度上增加后代發(fā)生肥胖、心血管疾病及2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[3]。妊娠早期是胎兒生長發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，暴露在宮內(nèi)不良環(huán)境的胎兒具有較高的死亡率，提前給予干預(yù)治療，以期改善母嬰結(jié)局，是GDM治療管理中一項(xiàng)重要原則。

臨床上在孕24～28周行75g口服葡萄糖耐量試驗(yàn)(oralglucose tolerance test，OGTT)是確診GDM的金標(biāo)準(zhǔn)，但檢測(cè)方法復(fù)雜，需要禁食和多次抽血，可能導(dǎo)致孕婦胃腸道不適和依從性下降。目前仍缺乏篩查早期GDM的特異生物標(biāo)志物，傳統(tǒng)預(yù)測(cè)指標(biāo)敏感性和特異性較低，如空腹血糖(fasting plasma glucose，F(xiàn)PG)檢測(cè)易出現(xiàn)假陽性[4]，不僅增加醫(yī)療負(fù)擔(dān)，還給患者造成心理壓力。糖化血紅蛋白(HbA1c)水平與不良妊娠結(jié)局有關(guān)[5]，但HbA1c易受到母體內(nèi)鐵和血紅蛋白水平的干擾，在妊娠中的特定參考范圍尚未建立，目前未有任何指南推薦將其用于GDM診斷。本文就近年來新型生物標(biāo)志物在預(yù)測(cè)早期GDM的研究進(jìn)展做一綜述。

1 GDM與DNA甲基化

表觀遺傳學(xué)是指在不改變DNA序列的情況下，基因表達(dá)發(fā)生可遺傳改變。DNA甲基化是最常研究的表觀遺傳修飾，可使鳥苷酸(CpG)二核苷酸胞嘧啶第5個(gè)碳原子發(fā)生共價(jià)修飾,從而抑制基因轉(zhuǎn)錄。在GDM患者的胎盤以及其后代的臍帶血和外周血中可發(fā)現(xiàn)DNA高度甲基化[6]，胎兒暴露于宮內(nèi)高糖環(huán)境可誘導(dǎo)“胎兒程序化”引起表觀遺傳改變，增加其發(fā)生肥胖和2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[7]。2018年首次采用全基因組分析了早期GDM外周血樣本DNA表觀基因組，與對(duì)照組相比，發(fā)現(xiàn)5個(gè)基因(COPS8、PIK3R5、HAAO、CCDC124和C5orf34)出現(xiàn)DNA甲基化差異[8]，有助于研發(fā)新的GDM預(yù)測(cè)方式。Dias等[9]研究發(fā)現(xiàn)，GDM患者的SLC93A甲基化與空腹和餐后1h葡萄糖水平呈正相關(guān)，而CAMTA、MEA1、KLHDC3和RASA3甲基化與空腹葡萄糖水平呈負(fù)相關(guān)。這些生物標(biāo)志物有助于深入了解GDM發(fā)病機(jī)制中表觀遺傳學(xué)改變，并有望成為GDM的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2 GDM與代謝組學(xué)

代謝組學(xué)是采用高通量檢測(cè)方法對(duì)代謝物進(jìn)行定性和定量分析，更全面反映機(jī)體代謝變化與生理病理變化間的相對(duì)關(guān)系。既往糖尿病代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸可預(yù)測(cè)2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus，T2DM)的發(fā)生[10]，而GDM與T2DM的病理生理機(jī)制相似，GDM患者產(chǎn)后罹患T2DM的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)更高。Jiang等[11]在孕12～16周時(shí)測(cè)量母體血液中的氨基酸水平，發(fā)現(xiàn)最終發(fā)展為GDM的女性與仍保持葡萄糖耐量正常的女性相比，妊娠早期的丙氨酸、異亮氨酸和酪氨酸水平呈明顯的差異性表達(dá)，在傳統(tǒng)模型(年齡、BMI、TG、GGT、FPG和FINS)中添加異亮氨酸和酪氨酸可將曲線下面積(AUC)從0.692增至0.737。Zhao等[12]對(duì)GDM組和對(duì)照組妊娠早期和妊娠晚期的母體血清樣本分別進(jìn)行了非靶向縱向代謝組學(xué)研究，隨著妊娠進(jìn)展，GDM組血清中絲氨酸、丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、酪氨酸、鳥氨酸、溶血卵磷脂的下降含量大于對(duì)照組，而尿酸含量與對(duì)照組相比增加，這些代謝物主要參與嘌呤代謝、脂肪酸β-氧化、尿素循環(huán)、三羧酸循環(huán)途徑，表明早期代謝物的特異性變化可能是GDM的發(fā)生原因。因此，代謝組學(xué)通過利用這些差異代謝物可識(shí)別GDM高危人群，在篩選預(yù)測(cè)GDM發(fā)生的生物標(biāo)志物方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。

3 GDM與蛋白組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)是以蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)檢測(cè)為基礎(chǔ)，反映生理和病理狀態(tài)下蛋白質(zhì)的成分和數(shù)量的變化，揭示疾病發(fā)生相關(guān)蛋白的表達(dá)、信號(hào)通路、代謝途徑[13]。使用蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定早期GDM變化有助于了解疾病的發(fā)病機(jī)理以及發(fā)現(xiàn)臨床生物標(biāo)志物。Ravnsborg等[14]采用靶向蛋白質(zhì)組學(xué)評(píng)估標(biāo)記蛋白預(yù)測(cè)潛力，提前收集孕8～14周血樣，發(fā)現(xiàn)無論BMI≥27kg/m2或BMI<27kg/m2，脂聯(lián)素都是GDM早期最佳獨(dú)立預(yù)測(cè)因子(AUC=0.712，95%CI為0.642～0.783；AUC=0.671，95%CI為0.563～0.778)。一項(xiàng)前瞻性研究通過iTRAQ技術(shù)分析GDM組與對(duì)照組孕12～16周時(shí)的母血差異蛋白[15]，隨后酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)驗(yàn)證了APOE、F9、FGA和IGFBP5 4種差異蛋白，發(fā)現(xiàn)這些蛋白涉及不同的生物學(xué)過程和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，主要包括凝血、炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、補(bǔ)體激活、氧化應(yīng)激等，這4種蛋白質(zhì)組合的ROC曲線、靈敏度和特異性分別為0.985、80%和95%。Shen等[16]研究結(jié)果也強(qiáng)調(diào)了補(bǔ)體系統(tǒng)和凝血級(jí)聯(lián)在GDM發(fā)病機(jī)制中的作用，提示其可作為妊娠早期預(yù)測(cè)GDM的生物標(biāo)志物。

4 GDM與外泌體

外泌體是由各種類型細(xì)胞產(chǎn)生的雙層脂質(zhì)囊泡，充當(dāng)細(xì)胞間信息載體。它富含著多種信號(hào)分子(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA、RNA和其他生物活性物質(zhì))，可釋放到血漿、血清、羊水、尿液和母乳等體液中，在實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間通訊、維持器官體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、疾病的發(fā)生中發(fā)揮著重要作用[17]。胎盤來源的外泌體在孕6周左右釋放到外循環(huán)中[18]，參與胎盤和母體之間的細(xì)胞間的通訊。Salomon等[19]發(fā)現(xiàn)，GDM組在孕11～14周時(shí)檢測(cè)血漿外泌體總數(shù)是對(duì)照組的2.2倍，認(rèn)為對(duì)于篩查無癥狀人群可能具有診斷作用。另一項(xiàng)研究[20]同樣評(píng)估了妊娠早期(11～14周)的外泌體濃度，預(yù)測(cè)隨后發(fā)展為GDM的可行性，ROC曲線的AUC為0.7982，敏感性為83%，特異性為74%。Jayabalan等[21]通過生物信息學(xué)分析表明，與對(duì)照組相比，GDM組的差異外泌體蛋白主要與能量產(chǎn)生、炎癥和代謝通路有關(guān)。隨著外泌體在GDM的病理生理學(xué)中的深入研究，外泌體在預(yù)測(cè)GDM潛在生物標(biāo)志物的研究中也成為了一大熱點(diǎn)。

5 GDM與miRNA

microRNA(miRNA)是一種小型非編碼RNA，通過干擾mRNA的翻譯來抑制蛋白質(zhì)合成，調(diào)節(jié)增殖、遷移、入侵和凋亡等細(xì)胞過程。妊娠期間，胎盤產(chǎn)生的miRNA釋放到母體循環(huán)中，參與胎盤發(fā)育、胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，一定程度上反映胎盤功能狀態(tài)。Yoffe等[22]研究表明，早期GDM患者外周血清中miR-223和miR-23a上調(diào)，兩者在logistic模型中的AUC為0.91，提示其可作為一種重要的早期診斷GDM的檢查手段。microRNA在外泌體中富集且穩(wěn)定，外泌體雙層膜結(jié)構(gòu)可保護(hù)miRNA在體液循環(huán)中的穩(wěn)定性和壽命[23]。Gillet等[24]通過分析胎盤形成早期階段(妊娠6～15周)外泌體表達(dá)，發(fā)現(xiàn)10個(gè)miRNA(miR-122-5p，miR-132-3p，miR-1323，miR-136-5p，miR-182-3p，miR-210-3p，miR-29a-3p，miR-29b-3p，miR-342-3p和miR-520H)在GDM組顯著高于對(duì)照組(P≤0.05)，這些miRNA都與孕婦的滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化以及胰島素分泌調(diào)節(jié)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。以上研究均表明血清micro RNA有望作為早期GDM的可靠的生物標(biāo)志物。

6 GDM預(yù)測(cè)相關(guān)蛋白

6.1 鐵蛋白 鐵蛋白(SF)是人體內(nèi)主要的儲(chǔ)SF,間接反映體內(nèi)鐵的儲(chǔ)備情況。隨著妊娠進(jìn)展，胎兒生長發(fā)育過程中對(duì)營養(yǎng)需要量逐漸增多，孕婦對(duì)鐵的需求量亦隨之增加，鐵作為一種過渡性金屬和強(qiáng)促氧化劑可能影響妊娠期女性機(jī)體的糖代謝。妊娠期機(jī)體儲(chǔ)存鐵升高引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)可通過加重胰島素抵抗和損傷胰島β細(xì)胞的功能影響糖代謝[25],促進(jìn)GDM的發(fā)生與發(fā)展。Rawal等[26]選取321例孕婦，測(cè)量其孕10～14、15～26周的血清SF水平，以最終發(fā)生GDM的107例孕婦和非GDM的214例孕婦作為研究組，兩組在孕10～14、15～26周時(shí)的血清SF水平比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05、P<0.01)；與SF濃度最低四分位數(shù)的女性相比，最高四分位數(shù)的女性在孕10～14周和孕15～26周患GDM的風(fēng)險(xiǎn)是2.43倍(95%CI為1.12～5.28)、3.95倍(95%CI為1.38～11.30)，SF水平與GDM風(fēng)險(xiǎn)呈顯著正相關(guān)。另一項(xiàng)研究表明[27]，GDM組在妊娠12周時(shí)測(cè)量血清SF和鐵含量高于正常妊娠組(P<0.05)，血清SF和鐵的臨界值分別為67.8μg/L和52.9mmol/L。妊娠早期血清SF與GDM發(fā)生有一定的相關(guān)性，早期檢測(cè)血清SF水平可提高妊娠中期GDM的檢出率。

6.2 脂肪酸結(jié)合蛋白4 脂肪酸結(jié)合蛋白4(FABP4)是一種分布于脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)伴侶，在妊娠期間參與胎盤發(fā)育過程中脂肪酸和富含甘油三酯的脂蛋白的運(yùn)輸和積累，F(xiàn)ABP4可通過誘導(dǎo)SOCS3和STAT3磷酸化和抑制PPARγ活性導(dǎo)致胰島素抵抗[28-29]。先前研究表明，妊娠中期至晚期GDM婦女的血清FABP4水平顯著高于正常妊娠婦女[30-31]，分娩后GDM患者體內(nèi)循環(huán)FABP4濃度升高持續(xù)存在，并可能導(dǎo)致T2DM和代謝綜合征的風(fēng)險(xiǎn)增加。一項(xiàng)前瞻性多中心隊(duì)列研究[32]收集了1150例孕婦妊娠前3個(gè)月FABP4濃度的數(shù)據(jù)，并按隨后的OGTT結(jié)果分成GDM組和對(duì)照組，似然比檢驗(yàn)證實(shí)了FABP4與GDM的獨(dú)立相關(guān)性(P<0.001)。根據(jù)受試者工作特性曲線ROC的結(jié)果，F(xiàn)ABP4診斷GDM的最佳臨界值為18.5ng/ml，靈敏度為81.8%，特異性為71.2%，表明妊娠初期中增加的FABP4濃度與GDM風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。血清FABP4可能是識(shí)別早期GDM風(fēng)險(xiǎn)的新型生物標(biāo)志物。

6.3 視黃醇結(jié)合蛋白4 視黃醇結(jié)合蛋白4(RBP4)是肝臟和內(nèi)臟脂肪組織中合成的一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，將視黃醇從肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)至周圍組織，RBP4能通過多種途徑誘導(dǎo)胰島素抵抗，可誘導(dǎo)肝臟PEPCK表達(dá)來削弱肌肉中胰島素的信號(hào)傳導(dǎo)，可抑制骨骼肌中IRS1的PI3K的激活來降低胰島素敏感性，可激活巨噬細(xì)胞中的促炎細(xì)胞因子來促進(jìn)脂肪組織中炎癥狀態(tài)的發(fā)展[33-34]。動(dòng)物研究表明，在正常小鼠中注射RBP4可導(dǎo)致全身性胰島素抵抗，相反的是，敲除RBP4基因的小鼠胰島素敏感性增強(qiáng)。Du等[35]收集了827例產(chǎn)婦第一次產(chǎn)檢(4～10周)的血漿RBP4樣本，其中101例婦女發(fā)展為GDM，對(duì)第四分位數(shù)與第一四分位數(shù)進(jìn)行比較，患GDM風(fēng)險(xiǎn)增加了5.4倍。一項(xiàng)針對(duì)中國女性的前瞻性研究中[36]，對(duì)比第一次產(chǎn)前檢查(小于14孕周)和孕中期的OGTT試驗(yàn)(24～28周)中所有參與者的血液樣本發(fā)現(xiàn)，血漿RBP4水平與GDM風(fēng)險(xiǎn)之間存在劑量依賴性，RBP4水平每升高1-logμg/L，GDM風(fēng)險(xiǎn)增加3.12倍，表明RBP4可能是識(shí)別在此期間高GDM風(fēng)險(xiǎn)女性的生物標(biāo)志物。

6.4 胎球蛋白A 胎球蛋白A(fetuin-A,FA)是一種主要由肝臟和脂肪組織合成并分泌到血液循環(huán)的糖蛋白。FA通過與胰島素受體的β亞基結(jié)合，抑制胰島素受體酪氨酸激酶磷酸化，阻礙下游信號(hào)的激活，進(jìn)而降低外周葡萄糖攝取，且FA作為TLR-4內(nèi)源性配體，能刺激脂肪組織炎癥，導(dǎo)致胰島素抵抗[37-38]。FA濃度隨胰島素敏感性和β-細(xì)胞功能的變化而發(fā)生變化，F(xiàn)A水平降低與胰島素敏感性增加具有相關(guān)性，為預(yù)測(cè)GDM風(fēng)險(xiǎn)提供了病理生理基礎(chǔ)。一項(xiàng)巢式病例對(duì)照研究表明[39]，于孕24～28周OGTT確診的GDM，其在孕7～13周時(shí)抽取的血漿FA顯著高于對(duì)照組(403.0pg/ml vs 273.4pg/ml，P<0.05)，妊娠早期至中期FA濃度增加的最高四分位數(shù)與最低四分位數(shù)相比，發(fā)生GDM的風(fēng)險(xiǎn)是2.14倍。檢測(cè)FA可能成為預(yù)測(cè)GDM發(fā)生、發(fā)展的生物指標(biāo)。

6.5 血管生成素樣蛋白8 血管生成素樣蛋白8(ANGPTL8)是ANGPTL家族的成員之一，主要由肝臟和脂肪組織產(chǎn)生，與胰島素抵抗有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),正常孕婦的ANGPTL8濃度大約是非孕婦的10倍[40],正常妊娠過程中血清ANGPTL8水平隨著孕周逐漸下降。一項(xiàng)前瞻性研究顯示[41]，24～28周確診GDM組婦女在早期妊娠(孕12～16周)中的ANGPTL8水平明顯高于維持正常葡萄糖耐量婦女[(2822±938)pg/ml vs (2120±1118)pg/ml,P<0.0001)，與最低四分位數(shù)的女性相比，ANGPTL8濃度最高四分位數(shù)的女性患GDM的風(fēng)險(xiǎn)高8.75倍(95%CI為2.43～31.58)，可見ANGPTL8水平與GDM風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)；將ANGPTL8納入常規(guī)預(yù)測(cè)模型可顯著提高用于預(yù)測(cè)GDM的AUC(0.772 vs 0.725)，孕早期測(cè)量ANGPTL8的水平將有助于區(qū)別有發(fā)展為GDM風(fēng)險(xiǎn)的母親。

7 小 結(jié)

綜上所述，隨著基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組等各種生命研究技術(shù)的興起，已發(fā)現(xiàn)許多生物標(biāo)志物在預(yù)測(cè)GDM方面具有巨大潛力，這些標(biāo)志物在母體外周血中穩(wěn)定存在并易獲取，不僅可有助于了解GDM發(fā)病機(jī)理，而且為開發(fā)新的GDM預(yù)測(cè)指標(biāo)提供思路和方向。因此，尋找檢測(cè)簡(jiǎn)單、易于重復(fù)、高敏感性和高特異性的生物標(biāo)志物，能及早干預(yù)病情發(fā)展和改善患者妊娠結(jié)局及胎兒的預(yù)后。然而，目前這些生物標(biāo)志物尚未廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐，未達(dá)成統(tǒng)一的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，需在更大規(guī)模、不同人群中進(jìn)行更多的前瞻性研究，以進(jìn)一步探討它們的應(yīng)用價(jià)值。