肥胖和糖尿病影响雌性生育力的表观遗传跨代传递机制

By using mouse models of obesity induced by high-fat-diet, pre-diabetes induced by HFD and low-dose STZ administration, diabetes induced by STZ administration, combined with embryo transfer between obetic/diabetic and control mice, we will investigate the effects of obesity and diabetes on global DNA methylation and mtDNA mutations of oocytes, metabolic and DNA methylation changes in germ cells and tissues of offspring, as well as the effects of uterus environments on germ cell DNA methylation and metabolic changes of offspring. Further, we will clarify the stability of these environmental epigenetic changes. DNA methylation analysis will be conducted by using MeDIP sequencing, reduced representation bisulfite sequencing, COBRA, bisulfite sequencing etc. Clinically, we will study the effects of obesity and insulin-resistence on germ cell quality, global DNA methylation, mtDNA mutations and embryonic development, as well as the effects of pregnant diabetes on offspring development, metabolism and DNA methyaltion of related tissues and cells, which will provide new insight for clinical diagnosis and therapy.

本研究拟利用高脂饲料肥胖小鼠模型、高脂饲料联合低剂量STZ注射诱导的前期糖尿病小鼠模型和STZ注射诱导的糖尿病小鼠模型，结合肥胖和糖尿病小鼠与正常小鼠之间的胚胎移植，采用MeDIP测序和（或）RRBS技术、COBRA和重亚硫酸盐测序技术等，研究母体肥胖和(前期)糖尿病对生殖内分泌、卵母细胞全基因组甲基化、线粒体基因组突变及后代的代谢变化的影响；揭示子宫环境变化引起的后代生殖细胞基因组DNA甲基化修饰的影响，并探讨这些变化通过生殖细胞向后代传递及其遗传的稳定性。利用临床材料，研究人类肥胖和胰岛素抵抗对生殖细胞质量、DNA甲基化和发育潜力的影响，体外高糖环境下卵母细胞和早期胚胎核基因组DNA甲基化的变化、线粒体基因组突变，以及妊娠糖尿病对后代发育、代谢和组织细胞的全基因组甲基化和基因表达的影响,为改进临床诊疗技术提供依据。

代谢异常及相关疾病严重影响雌性生育力，并可以导致后代健康问题，这不仅与遗传因素相关，也可能与代谢环境异常造成的生殖细胞表观遗传变化有关。本项目建立了高脂饲料肥胖小鼠，联合低剂量STZ注射诱导的前期糖尿病小鼠模型、STZ注射诱导的糖尿病小鼠模型，结合糖尿病小鼠与正常小鼠之间的胚胎移植，研究了母体孕前、孕期高血糖对生殖内分泌、卵泡发育、卵母细胞质量和全基因组甲基化、线粒体基因组突变及后代代谢变化的影响。研究揭示，肥胖和高糖环境影响卵泡发育、卵子质量和雌性生育力下降，也造成后代代谢的异常，跨代影响后代健康。高糖环境下，尽管卵母细胞全基因组甲基化水平没有改变，但一系列与发育、代谢及卵子透明带形成相关的通路基因甲基化发生改变，线粒体DNA突变增加。胚胎交互移植实验表明，糖尿病的子宫环境对后代的生长发育和代谢造成严重影响。子宫高糖环境对后代生殖细胞总体甲基化影响不明显，相较于卵子的表观遗产因素，糖尿病的子宫环境对于糖尿病的代际传递可能发挥了更重要的作用，因为通过胚胎移植改变不利的子宫环境，可以有效防止糖尿病向后代的传递。研究还显示，子宫营养不良可通过影响卵母细胞甲基化改变跨代引起后代代谢紊乱。人类肥胖和糖尿病导致卵子质量下降，但与小鼠的结果一致，卵母细胞整体基因组甲基化水平没有改变。高糖环境造成的卵母细胞DNA甲基化的改变、线粒体基因组突变在后代生殖系中恢复正常，验证了体内环境造成的生殖细胞基因组DNA甲基化异常在脱离原有环境后可逐步矫正的假说。相关研究内容发表论文10篇，获得省部级一等、二等科技奖3项。研究结果解释了代谢异常影响生殖和后代健康的机制，也提示控制孕期糖尿病是有效阻止后代糖尿病发生一个重要途径。