基因启动子甲基化对暴露于宫内高血糖环境子代大鼠的远期表型影响

The incidence of metabolic syndrome has been increasing and become a major public health issue in China. Adverse intrauterine environment has been observed to increase the risk of metabolic diseases in offspring of F1 generation (F1) and even influence the F2 generation (F2). Gestational diabetes mellitus (GDM) is the common complication in pregnancy and intrauterine hyperglycemia exposure can lead to adverse outcomes in fetus. However, the long term outcomes, consequences of F2 generation as well as the underlying mechanisms are still unknown. Epigenetic studies verified that environmental factors could modify the phenotype and further affect the individual disease susceptibility through epigenetic modifications. Based on established intrauterine hyperglycemia rat model from our laboratory, we are aiming to explore DNA methylation pattern of F1 and F2 of adipose tissue in different time points using MeDIP-Chip and Bisulfite Sequencing methods, and to find out how DNA promoter methylation affects expression of key genes and ultimately leads to the phenotype change in offspring. Furthermore, we will investigate if established DNA methylation pattern could be modified by high fat diet and if methylation markers can be reversed using different cell models. We mainly focus on epigenetic mechanism in regulating glucose and lipid metabolism using intrauterine hyperglycemia rat model and highlight the potential clinical interventions for long term complications of GDM offspring.

我国代谢综合征发病率逐年增加，已成为一项重大公共卫生问题。研究显示不良宫内环境使后代（F1）成年患病风险增加，甚至能危及隔代（F2）。妊娠期糖尿病（GDM）是产科常见的并发症，宫内高血糖环境对胎儿产生近期不良影响，但尚缺乏长期乃至隔代影响和相应机制的研究。表观遗传学研究显示：环境可通过表观修饰改变基因表达，影响个体的疾病易感性。利用课题组已建立的宫内高血糖大鼠模型，应用甲基化芯片筛选和亚硫酸氢盐甲基化测序法测定F1和F2代子鼠不同时间点脂肪组织基因启动子甲基化情况以及隔代效应，同时检测相应基因 mRNA的表达情况，研究基因启动子甲基化对相应基因表达调控以及对子代大鼠远期的不良影响；进而探讨生后不同喂养方式，能否改变基因启动子甲基化水平，影响成年疾病的发生；进一步借助细胞模型，探讨逆转DNA甲基化的可能，为暴露于宫内高血糖后代远期疾病的预防奠定一定基础。

本研究从2014年1月开始，基本按照计划进行。应用链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）一次性腹腔注射，先后诱导大鼠轻度和重度宫内高血糖环境模型，监测其子代（F1）及隔代子代（F2）生长发育不同阶段血糖、血脂、胰岛素的情况，了解宫内高糖环境对子代不同时期糖脂代谢的影响，并从表观遗传学和糖脂代谢相关通路等角度探讨其分子机制。.通过低剂量STZ注射建立了轻度宫内高血糖暴露动物模型，发现轻度宫内高糖暴露F1及F2代子鼠体重增加并出现糖脂代谢障碍。对轻度宫内高血糖暴露导致子代糖脂代谢异常机制探索发现，F1代TNF-α基因表达显著增高，Adiponectin基因表达显著降低，并在F1、F2代中均发生TNF-α启动子区远端-1952位点低甲基化改变，提示宫内高糖暴露可能通过改变子代TNF-α甲基化水平影响脂联素信号导致子代糖脂代谢异常。通过高脂饮食喂养F1代子鼠诱导宫内高糖环境子代不良饮食习惯模型，发现宫内高糖暴露子鼠生后高脂饮食喂养可恶化机体糖耐量结果，提示宫内高糖环境暴露子代在不良饮食习惯下可能诱发更严重的糖代谢异常。.通过高剂量STZ注射建立了重度宫内高血糖暴露动物模型，发现重度宫内高糖暴露F1代体重明显降低，F2代父母均为宫内高糖暴露子鼠组别雌鼠体重明显增加、肝脏脂肪样变，F1、F2代均发生糖脂代谢异常。对重度宫内高血糖暴露导致子代糖脂代谢异常机制探索发现，F2代肥胖雌鼠肝脏中ARHGEF11、ROCK1表达显著升高，胰岛素信号通路相关分子PI3K，AKT显著抑制，提示宫内高糖暴露可能通过影响子代肝脏中胰岛素信号通路导致隔代子代体重增加及糖脂代谢异常。体外培养F2代脂肪细胞证实，脂肪细胞在高胰岛素刺激下TNF-α、IL-1β表达升高，提示宫内高糖环境可能刺激子代炎症相关因子表达增多并诱发肥胖及糖脂代谢异常。.目前本课题培养博士后1名，博士研究生6名，硕士研究生1名，共发表4篇论文（SCI 3篇，核心期刊1篇），另有1篇SCI已投出。通过建立不同程度孕期宫内高血糖大鼠模型，探讨宫内高血糖环境对子代远期代谢的影响，为临床孕期宫内高血糖环境对子代的远期影响及机制探讨奠定基础。