鸟苷酸交换因子-11调控通路在高血糖暴露高出生体重子代生长发育及糖脂代谢调控中的作用及DNA甲基化调控机制

Gestational diabetes mellitus (GDM) is a common obstetric complication in pregnancy, whicih will produce serious adverse effects on infants. Especially the high incidence of macrosomia, which will increase the long-term effect on the occurrence of metabolic syndrome for infants. Epigenetic studies verified that environmental factors could modify the phenotype and further affect the individual disease susceptibility through epigenetic modifications. Based on established clinical cohort study and intrauterine hyperglycemia rat model from our laboratory, we are aiming to explore DNA methylation pattern of ARHGEF11 in placenta and metabolic tissue using Massarray Sequencing methods, and to find out how DNA promoter methylation affects expression of ARHGEF11 gene and ultimately leads to the phenotype change in offspring. Furthermore, we will investigate the epigenetic mechanism of the DNA methylation of ARHGEF11 using different cell models. We mainly focus on epigenetic mechanism in regulating development and glucose and lipid metabolism using clinical study and rat model and highlight the potential clinical interventions for long term complications of GDM offspring.

妊娠期糖尿病（GDM）是产科常见的并发症，其分娩的巨大儿远期发生代谢综合征的风险明显增加。表观遗传学研究显示，不良宫内环境可通过表观修饰改变关键代谢基因表达，影响个体的疾病易感性。研究发现鸟苷酸交换因子-11(ARHGEF11)调控通路在糖脂代谢中发挥重要作用，但机制不明。本研究拟利用课题组已建立的临床队列及高血糖暴露大鼠模型，分别检测胎盘、脐血及脐带组织及高出生体重子代大鼠内脏脂肪、肝脏及骨骼肌组织中ARHGEF11通路关键基因（ARHGEF11、PREX1、ROCK1）甲基化水平改变情况及下游胰岛素信号通路分子（PI3K、AKT、pAKT、GLUT4、S6K）激活情况，验证ARHGEF11等基因甲基化水平改变，参与了GDM子代生长发育及糖脂代谢的调控；通过构建体外细胞模型，明确ARHGEF11基因激活胰岛素信号通路的甲基化调控机制，为临床探讨GDM巨大儿及代谢综合征的发生提供实验依据。

本研究从2018年1月开始，基本按照计划进行。首先，利用课题组已有妊娠期糖尿病及正常血糖孕妇临床标本库，检测胎盘和脐血中ARHGEF11的基因表达情况及DNA甲基化情况，发现脐血中ARHGEF11基因明显低甲基化水平改变，GDM-M组脐血中ARHGEF11基因较NGT-N组明显降低，相关性分析发现ARHGEF11甲基化水平与胎儿出生体重、OGTT2h血糖水平及HDL明显负相关；进一步检测胎盘组织中ARHGEF11调控下游胰岛素信号通路的表达情况发现，ARHGEF11、ROCK1 、p-S307 和 S6K的蛋白相对表达量在 NGT-M 组中显著升高。NGT-M、 GDM-N和 GDM-M 组别中 p-Y612 显著下降，PI3K 在蛋白水平的相对表达结果和 AKT 的磷酸化水平（pAKT）在NGT-M、 GDM-N 和 GDM-M 三组中均发生显著减少，提示宫内高血糖环境可能通过改变ARHGEF11甲基化水平进而影响下游ROCK调控的胰岛素信号通路参与巨大儿的发生。.其次，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研究生2名，硕士研究生2名，共发表4篇论文（SCI3篇，核心期刊1篇），另有1篇SCI及1篇核心期刊已投出。通过临床队列样本及宫内高血糖大鼠模型，探讨宫内高血糖环境对高出生体重子代生长代谢的影响机制，为临床干预宫内高血糖环境，改善子代妊娠结局奠定实验基础。