早期发育环境与糖代谢异常关系的表观遗传学研究

糖尿病的发生是遗传和环境因素共同作用的结果。近年来，人们开始越来越关注生命早期发育状况对其成年期疾病的影响。越来越多证据显示，宫内发育环境导致成年期糖代谢异常不仅与基因（序列）差异（如SNP）有关，更可能是通过基因序列变化之外的表观遗传机制发挥作用的，如通过基因的甲基化修饰影响基因的表达，此遗传倾向最终导致后代临床表型变化。前期，本课题组利用全基因组甲基化芯片初步探讨了不同出生体重人群的全基因组甲基化差异状况及其与糖代谢的关系。本研究拟在此基础上建立跨代高脂饮食模型观察早期发育环境对生命不同阶段的糖代谢状态的长期影响，进一步探讨表观遗传修饰在糖代谢异常及糖尿病并发症发生发展过程中的作用，为糖尿病及其并发症的早期防治奠定分子基础。

大量证据表明，生命早期不良的发育环境能显著增加成年期代谢性疾病的风险，而表观遗传修饰可能是其中的重要机制。因此，本研究拟探索生命早期不良饮食对子代的影响以及其作用机制。通过建立跨代小鼠模型，观察母鼠高脂或低蛋白饮食对子鼠生命不同阶段（幼年，中年和老年）糖脂代谢的影响。采用微小RNA（microRNA）和基因表达谱芯片，并将二者整合分析，结合利用病理学及分子生物学等技术，从整体-组织-基因三个层面，观察母鼠不良饮食对子鼠糖脂代谢的长期影响，探索其中潜在的表观遗传修饰机制，挖掘关键基因和通路。结果显示，母鼠高脂饮食能导致子代在生命早期（3周龄）出现糖耐量异常、胰岛素抵抗、血脂紊乱和脂肪肝，而母鼠低蛋白饮食也能导致子代在生命早期出现糖耐量异常。通过3周龄子鼠肝脏组织全基因组表达谱芯片研究发现，高脂饮食组与正常组相比，一共有104个基因表达上调，而276个基因表达下调，通过通路分析和实时定量PCR验证得出，差异表达的基因富集在PPAR等8条与糖脂代谢相关的通路上。另外，通过子鼠肝脏组织miRNA芯片和荧光定量PCR验证发现5个差异表达的miRNA。通过靶基因预测和生物信息学分析，靶基因富集在Toll样受体信号通路等一些炎症通路上。母鼠和断乳后高脂饮食能导致子代老年期（子鼠32周龄时）出现糖耐量异常、胰岛素抵抗、血脂紊乱和脂肪肝。通过亚硫酸盐测序显示，母鼠孕期和断乳后高脂饮食能够导致子代在32周龄时，下丘脑阿片-促黑素细胞皮质素原（POMC）基因出现低甲基化，提示下丘脑POMC基因甲基化与子代生命后期糖代谢相关。本课题将早期发育环境和表观遗传学相结合，有望为今后在生命早期预防和控制糖尿病提供新靶点。