lncRNA编程介导的宫内不良营养环境导致子代糖脂代谢紊乱的跨代机制

Recent studies show maternal malnutrition induced insulin resistance, impaired glucose tolerance, increased body adiposity in offspring. But the extract mechanism is not clear. Our preliminary research shows insulin signaling pathway, MAPK pathway and adipocytokine signaling pathways are involved in the regulation of intrauterine growth environment on glucose metabolism in the level of DNA methylation. Exposure of the fetus to maternal malnutrition (high fat, low protein, low chromium) leads miRNA disturbance involved in inflammation pathway at weaning time in mice. In elder mice, intrauterine malnutrition causes miRNA and DNA methylation disturbance involved in insulin signaling pathway. Long non-coding RNA (lncRNA) is a new star in epigenetics study. Based on this available evidence, we hypothesize that intrauterine malnutrition environment disturbs the glucose and lipid metabolism in offspring through lncRNA early programming mechanism. We will use mouse intrauterine malnutrition environment model, apply RNAseq, lncRNA mimic and siRNA transfection into HepG2 hepatic cells, RIP and RNA pull-down to elucidate the key lncRNAs and involved mechanism. These findings will provide important insights into the lncRNA mechanism and targets of diabetes and the therapies.

宫内不良营养环境导致子代2型糖尿病、肥胖等代谢性疾病高发，但机制尚不明确。我们前期临床和动物实验发现，宫内不良营养环境（高脂肪、低蛋白、低铬饮食）导致子代胎盘、脐血、肝脏和脂肪多条糖脂代谢通路相关miRNA和基因甲基化紊乱，揭示表观遗传学在其中起着重要作用。作为表观遗传学的新型靶标，长链非编码RNA（lncRNA）能在表观遗传、转录和转录后调控miRNA、mRNA和蛋白质。因此，我们推测“lncRNA编程”是宫内不良营养环境跨代遗传，导致子代一生糖脂代谢紊乱的新机制。为证实这一假说，我们拟构建宫内不良营养环境小鼠模型，追踪子代各个时期糖脂代谢变化，采用全转录组测序、lncRNA类似物及siRNA转染、RIP和RNA pull-down等技术，从整体-组织-分子层面，探讨宫内不良营养环境导致子代糖脂代谢紊乱的关键lncRNA及其具体作用机制和关键通路，为糖尿病的早期防治提供新靶点。

糖尿病患病人数剧增，但其发病机制及病因仍然不明确。越来越多的研究关注宫内不良营养环境对成年期慢性代谢性疾病发病的影响。本课题组前期临床和基础研究发现，表观遗传学可能在宫内不良营养环境引发的跨代代谢编程中起着重要作用。作为表观遗传学的新型靶标，长链非编码RNA（lncRNA）在表观遗传、转录和转录后调控miRNA、mRNA和蛋白质。本项目旨在明确宫内不良营养环境导致子代糖脂代谢紊乱的关键lncRNA，阐明关键lncRNA调控的具体机制和关键通路。本项目以高脂饮食构建宫内不良营养环境模型，进而探索益生元早期干预改善子代代谢的可能性，取得以下重要结果：（1）母代高脂饮食导致子鼠成年期出现血糖升高和胰岛素抵抗。（2）母代高脂饮食导致子鼠肝脏胰岛素受体底物（Irs2）表达下降，丝裂原激活蛋白激酶（Map2k4）表达增加。（3）母代高脂饮食导致子鼠成年期棕色脂肪中脂滴形成、血脂紊乱。（4）母代高脂饮食抑制子鼠棕色脂肪的脂肪酸氧化通路和产热途径。（5）母代孕期益生元干预能改善高脂饮食带来的子鼠糖代谢紊乱。（6）母代孕期益生元干预抑制子鼠肝脏Wnt5a表达，激活磷脂酰肌醇3激酶（Pi3k）表达。（7）母代孕期益生元干预导致子代肝脏99个lncRNA及529个基因表达发生显著改变。（8）lncRNA Serpina4-ps1/let-7b-5p/过氧化物酶体增殖激活受体γ共激活因子（Ppargc1a）为跨代代谢编程的重要作用通路。（9）益生元干预能改善高糖诱导的肝脏细胞Serpina4-ps1、Ppargc1a高表达及let-7b-5p低表达。（10）肝细胞存在Serpina4-ps1与let-7b-5p、let-7b-5p与Ppargc1a的结合关系。（11）益生元改善高糖诱导肝细胞的Serpina4-ps1/let-7b-5p/Ppargc1a通路激活。本项目成果有助于阐明lncRNA在宫内不良营养环境引发的跨代代谢编程重点关键作用和机制，为早期防治糖尿病提供新窗口期、新思路和干预新靶点。项目执行过程中已发表论文28篇，均标注该基金资助。申请中国发明专利1项，并获得授权。多次受邀参加国际、国内会议，报告项目研究成果。受聘北京协和医学院硕士生导师（张茜）1名、受国家留学基金委选派赴美国公派留学（周丽媛、李戈）2名、培养博士生毕业8名、培养硕士生毕业1名。