评估出生缺陷风险的父源性表观遗传学标志物--相关印记基因筛选

Birth defects are the major social problems impacting on reproductive health in China. Due to exact mechanisms of birth defects remain unclear; it is a challenge to establish an effective preventive screening system for birth defects. Epigenetic study has provided new insight for exploring etiology and preventive strategies. Imprinting gene methylation is a special type of epigenetic regulations, which plays an important role on placenta function and fetal development. Recent studies indicated that paternally exposed to environmental pollutants induced the changes of imprinting gene methylation. In view of the methylation regions (DMRs) of imprinted genes is extremely sensitive to environmental teratogens, we hypothesizes that sperm imprinting gene methylation may become an epigenetic biomarker for birth defects in responding to environmental teratogens. To address this proposal aim, we will first screen the candidate imprinting gene sensitive to environmental teratogens in DMRs in the mice exposure model by using next generation sequencing; then we will verify the specificity of these candidate genes through human epidemiological studies of case-control and follow-up studies. The results from the proposed study will be of important in exploring the molecular mechanisms underlying the contribution of paternal factors to the control of fetal development. Also, this proposed study will provide the base in theory and actually data base for establishment of the sperm birth defects relevant imprinting gene screening system.

出生缺陷已成为影响我国人口生育健康的重大社会问题。其病因机制尚未阐明, 建立有效的筛查系统是预防出生缺陷的一个重要挑战。表观遗传学研究为疾病的病因探索和防治策略提供新的思路。印记基因甲基化是一个独特的表观遗传学调节方式，在胎盘功能和胎儿的发育中有特定的作用。新近研究指出，父源性暴露于环境污染物诱导印记基因甲基化异常。鉴于印记基因甲基化对环境致畸物极其敏感，我们的假设是：精子印记基因甲基化可能成为环境致畸因素致出生缺陷的表观遗传学标志物。本研究拟首先利用致畸物暴露的动物模型应用高通量基因甲基化测序分析技术初选出精子印记基因甲基化区敏感的候选基因；然后采用病例-对照和追踪观察的方法对上述候选印记基因进行人群的特异性验证。其结果对于探讨父源性因素通过印记基因调控胎儿发育的机制具有重要学术意义，亦为从精准医学的角度建立精子出生缺陷相关印记基因筛查系统提供理论依据和数据支持，以提升出生缺陷防控水平。

出生缺陷已成为影响我国人口生育健康的重大社会问题。其病因机制尚未阐明, 建立有效的筛查系统是预防出生缺陷的一个重要挑战。印记基因，作为一个独特的表观遗传学调节方式，对环境致畸物极其敏感，而父源性环境暴露与精子DNA 印记基因甲基化水平关系的人群研究尚无报道。因而，可能成为一个理想的生物学标志物。本研究首先通过建立小鼠父源性暴露于环境致畸因素的动物模型，即成年雄性小鼠慢性暴露于1.0和2.5mg／kg的BaP三周。取精子分离基因组DNA并对样本进行印记基因甲基化水平测定。发现精子印记基因H19、Meg3、IGF2 明显降低，而 Peg1 、Peg3 和 SNRPN 明显增加。同时对山西省妇幼保健院生殖中心和山西大医院男科门诊中进行婚前检查或孕前检查的男性作为调查对象。对调查对象进行问卷调查。包括年龄、受教育水平、个人或家族出生缺陷史和遗传病史、吸烟饮酒情况、饮食习惯（如水产品摄入状况）等。最终，纳入研究的共618 人。收集精液并检查精子基因组印记基因的甲基化水平作为研究表观遗传学机制的重要指标。收集尿液以检测尿汞和尿多环芳烃浓度。最后，分析尿汞和尿多环芳烃水平与精子印记基因的甲基化水平的相关性。.主要研究结果：.（1）调查对象环境暴露状况：尿汞水平中位数为9.14 μg/L。按照美国CDC 指南中非职业汞暴露人群的尿汞正常范围（˂10μg/l），共有263 名（42.7%）男性尿汞水平超过此范围。尿液中7种多环芳烃羟基代谢产物在本研究对象有一定的检出率。.（2）尿汞水平与精子DNA 印记基因H19 甲基化水平呈负相关。然而未观察到尿汞水平与精子DNA 印记基因Peg3 和Meg3 甲基化水平有关。并经多重线性逐步回归分析证实了尿汞水平仅对精子DNA 印记基因H19 甲基化有影响。而尿1-OHPH分别与H19，PEG3平均甲基化水平正相关。.本研究通过证实尿汞和尿多环芳烃暴露改变男性生殖细胞印记基因的甲基化水平。阐明环境污染物通过改变男性生殖细胞印记基因的甲基化而产生生殖毒性作用，为探讨生殖生育健康的父源性表观遗传学筛查/预警系统研究提供理论依据。