CYP19表观遗传修饰在孕期LPS暴露致雄性子代糖代谢紊乱中的作用

Previous studies have found that maternal lipopolysaccharide (LPS) exposure induces only glucose metabolic disorders in adult male offspring, but its mechanism remains unknown. We hypothesize that maternal LPS exposure may decrease the level of placental 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11β-HSD2) and increase the level of glucocorticoid (GC) in fetus and cause epigenetic modification of CYP19 in fetal extragonadal tissue, which leads to glucose metabolic disorders in adult male offspring. To clarify the effects of DNA demethylation of CYP19 promoter PI.4 on glucose metabolism in maternal LPS-induced male offspring, this project put focus on the extragonadal tissue of male offspring at different life stages and investigates the sequential relationship among DNA demethylation of CYP19 promoter PI.4, the level of aromatase in the extragonadal tissue , estrogen/androgen ratio and glucose metabolism. In addition, we design in vivo and in vitro experiments to further explore the effects of fetal GC exposure on DNA demethylation of CYP19 promoter PI.4 in extragonadal tissue of maternal LPS-induced male fetal offspring, and clarify the roles of glucocorticoid responsive element (GRE) and DNA-methyl transferase 1 (DNMT1) on GC-induced epigenetic modification of CYP19 promoter PI.4. This project will help provide new clues for research on the underlying mechanisms of the link between infection during pregnancy and diabetes mellitus in male offspring.

前期研究发现孕期LPS暴露仅引起雄性子代糖代谢紊乱，其机制不明。我们推测孕期LPS暴露可能通过下调胎盘11β-HSD2导致胎儿GC过暴露，引起胎儿CYP19表观遗传修饰，从而诱发雄性子代成年后糖代谢紊乱。本课题将系统研究孕期LPS暴露的雄性子代在不同生命阶段的性腺外组织CYP19启动子PI.4 DNA去甲基化、芳香化酶水平、雌/雄激素比值和糖代谢的先后变化关联，明确CYP19表观遗传修饰在孕期LPS暴露致雄性子代小鼠糖代谢紊乱中的作用。同时通过研究LPS所致胎鼠GC过暴露与CYP19启动子PI.4 表观遗传修饰的关联，并用人胚胎肝细胞和转染技术，进一步探讨GC是否通过GRE和DNMT1调控CYP19启动子PI.4 表观遗传修饰，阐明胎儿GC过暴露在孕期LPS暴露致雄性胎仔CYP19启动子PI.4 表观遗传修饰中的作用。本课题为揭示孕期感染与雄性子代成年后发生糖尿病的内在机制提供新的线索。

糖尿病防控备受关注，健康和疾病发育起源理论促进了生命早期一级预防策略。在课题组前期动物研究发现孕期细菌脂多糖（LPS）暴露致宫内生长受限以及雄性子代成年糖代谢紊乱的基础上，本项目系统研究了孕期LPS暴露对雄性子代小鼠出生后不同生命阶段性腺外组织芳香化酶活性、雄/雌激素比值和糖代谢紊乱的先后变化关联。结果发现：孕期LPS暴露可通过上调雄性子代肝脏芳香化酶水平，引起成年后雄/雌激素比值下降及性激素受体的改变，使其成年后发生糖代谢紊乱的风险增加。针对人群RCT研究的Meta分析表明睾酮治疗可以降低男性胰岛素抵抗，改善血糖控制；雌激素替代治疗可在一定程度上改善绝经后女性糖代谢和脂代谢情况。进一步分析了孕鼠LPS暴露对雄性子代胎盘11βHSD2及胎肝CYP19表观遗传修饰包括DNA甲基化和组蛋白修饰的影响，结果发现：孕期暴露LPS可明显抑制胎盘11β-HSD2表达，引起糖皮质激素过暴露；主要上调雄性胎鼠肝脏组蛋白H4-ace和组蛋白H3K4me3修饰，该组蛋白修饰上调趋势至出生后雄鼠中年期PD120仍存在，增加芳香化酶表达。为全面探讨孕期LPS暴露致雄性子代成年后糖代谢紊乱的机制和防治策略，本项目还通过动物实验和人群研究开展了相关研究，分析了孕期LPS暴露对雄性子代糖代谢紊乱的宫内代谢组学特征，结果发现，胎儿期甘油磷脂代谢紊乱以及饱和脂肪酸及酰基肉碱上调，DHA及EPA下调等可能是成年后糖代谢风险增加的早期代谢印记。同时发现，孕鼠LPS暴露影响母体自身正常糖代谢，所致母体甘油磷脂及脂肪酸代谢异常可能与LPS致孕鼠糖耐量受损有关。人群队列研究发现，孕中期慢性低度炎症对于母体自身糖代谢和胎儿出生体重均有影响，可增加GDM风险（OR：1.96），增加低出生体重儿风险（OR：3.81），膳食促炎或抗炎倾向可调整机体炎症水平，影响GDM和低出生体重儿风险。此外，还发现孕期增补叶酸时长和量与GDM风险的倒U型关系。总之，本项目工作对明确孕期炎症与母体GDM、雄性子代成年后糖尿病易感性关联的内在机制和防治策略提供了新的线索和科学依据。