GRK4基因启动子去甲基化在孕期糖尿病致子代大鼠高血压发生中的作用及机制研究

Epidemiological studies suggest that exposure to maternal diabetes results in higher blood pressure in adult rat offspring, but the mechanism remains to be identified. Our study showed that exposure to maternal diabetes decreased natriuresis, and increased GRK4 expression in offspring rats. Previous studies have showed that the impaired renal dopamine D1 receptor-mediated diuresis and natriuresis function is associated with phosphorylation of D1 recepror, and GRK4 plays a central role in this phenomenon. Therefore, suggesting that exposure to maternal diabetes causes increased GRK4 expression, leads to renal dopamine D1 receptor dysfunction and increases the blood pressure in adult rat offspring. Maternal diabetes causes alterations of DNA methylation in offspring and soft ware has found that there are methylating site in GRK4 promoter. We further presumed that exposure to maternal diabetes may change the DNA methylation of GRK4 promoter, increased GRK4 expression and then results in D1 receptors dysfunction, affect the sodium excretion, and increase the blood pressure in adult offspring rat. We want to identify this presume by using animal model of maternal diabetes, GRK4 gene knock out and overexpression GRK4 gene mice, and confirm the role of GRK4 and the mechanism of GRK4 demethylation. This research may identify the important mechanism that exposure to maternal diabetes causes hypertension in adult rat offspring and provide a new idea that adverse environment in early life results in cardiovascular disease in offspring.

流行病学研究表明孕期糖尿病可致子代血压升高，但机制不明。我们发现孕期糖尿病暴露可引起子代大鼠肾脏尿钠排泄降低，并伴有GRK4表达增加。既往研究显示肾脏尿钠排泄的降低与多巴胺D1受体磷酸化有关，而GRK4是导致其磷酸化的重要因子之一。提示孕期糖尿病可通过增强子代大鼠GRK4表达，引起D1受体介导的尿钠排泄降低及血压的升高。生物信息分析发现GRK4存在甲基化位点，既往研究也发现孕期糖尿病可下调子代靶基因的甲基化。因此，我们推测：孕期糖尿病通过降低子代GRK4启动子甲基化程度，从而增强GKR4表达，影响子代D1受体介导的尿钠排泄，促进高血压的发生。本课题拟通过孕期糖尿病动物模型、GRK4基因敲除及GRK4转基因小鼠证实该假设，并探讨GRK4在其中的作用和发生GRK4去甲基化改变的机制。该问题的解决将有助于明确孕期糖尿病致子代高血压发生的机制，为宫内不良因素刺激导致子代高血压的发生提供新的依据。

高血压导致的心血管疾病已成为全球最常见的死亡原因，高血压的发生与先天遗传易感性和后天环境因素相互作用有关以外，大量研究显示，孕期不良因素刺激导致的胚胎程序化是高血压发生的另一重要因素。本项目利用孕期链脲佐菌素（STZ）诱导孕鼠糖尿病模型，观察子代高血压的发生及探讨其可能机制。研究发现孕期糖尿病子代大鼠血压从12周开始逐渐高于对照子代大鼠，直至观察期24周，且孕期糖尿病子代与对照子代间的血压差随着年龄的增加不断加大。24周龄孕期糖尿病子代大鼠出现胰岛素抵抗、24小时尿钠排泄减少；其尿钠排泄减少与肾脏多巴胺D1受体介导的尿钠排泄障碍导致Na+-K+-ATP酶活性增加有关；多巴胺D1受体的功能障碍与D1受体磷酸化水平增加引起D1受体与Gαs蛋白失偶联；多巴胺D1受体磷酸化水平增加与蛋白激酶C（PKC）/G蛋白偶联受体激酶2（GRK2）通路激活及GRK4表达增加有关；其中孕期糖尿病子代大鼠氧化应激水平的增加是PKC/GRK2通路激活及GRK4表达增加的重要原因。通过给予孕期糖尿病子代大鼠（20周龄）抗氧化（Tempol）处理4周，孕期糖尿病子代大鼠PKC活性及表达、GRK2及GRK4表达均显著降低，同时伴有肾脏D1受体磷酸化水平降低及D1受体介导的尿钠排泄功能的恢复，进而降低其血压。我们进一步研究发现，孕期糖尿病子代大鼠肾脏甲基化转移酶1（DNMT1）的表达水平明显降低，同时伴GRK4启动子区甲基化水平降低，其可能与肾脏GRK4表达增加有关。除此之外，我们进一步探讨了孕期糖尿病子代大鼠高血压发生的中枢机制，中枢氧化应激/下丘脑室旁核肾素-血管紧张素（RAS）激活，是引起子代血压升高的又一重要因素。本项目从一个新的角度阐明环境因素引起高血压发生的机制，为生命早期环境因素引起子代心血管疾病的研究及防治提供新的思路。在该课题资助下，进行了较广泛的学术交流，发表高血压领域权威杂志SCI（Hypertension） 1篇，CSCD核心论著2篇；全国学术大会分会报告1次；获2017年度重庆市科学技术进步奖，一等奖；获2016年第七届武夷高血压高峰论坛，三等奖。