妊娠糖尿病與子代肥胖的相關性及其表觀遺傳學機制研究進展

白文琳，王慧，劉天晟，強梅，李穎君，王莉

(1山西醫科大學公共衛生學院，太原030001；2長治市婦幼保健院)

肥胖是一種體內脂肪過多和(或)分布異常，并以體質量增加為主要表現的慢性代謝性疾病。肥胖及其引發的慢性疾病對人類健康和生存構成重大威脅[1]。“健康與疾病發育起源”假說認為，生命早期1 000 d對個體一生的健康影響至關重要，從妊娠到出生后2歲是預防成年慢性病的窗口期。研究發現，宮內環境改變可影響胎兒的新陳代謝并增加子代兒童青少年期及成年后肥胖的發生風險[2]。妊娠糖尿病(GDM)患者宮內高血糖環境被認為是增加子代肥胖發生風險的重要因素之一[3]。表觀遺傳學在機體早期發育及疾病的傳代效應中至關重要。研究認為，宮內不良環境可通過表觀遺傳學修飾影響相關基因表達，從而影響個體出生后對肥胖的易感性[4]。肥胖也被認為是一種表觀遺傳疾病，其發生風險可能源于宮內不良環境造成的表觀遺傳學改變，而表觀遺傳學改變通常是可逆的。因此，從生命開始早期探討肥胖發生的表觀遺傳學機制具有重要意義。現就GDM與子代肥胖的相關性及其表觀遺傳學機制相關進展綜述如下。

1 GDM與子代肥胖的相關性

GDM是指妊娠過程中發生或首次發現的不同程度的葡萄糖耐量受損，是妊娠中、晚期常見的并發癥之一[5]。2013年，國際糖尿病聯合會公布的數據顯示，全球20～49歲妊娠婦女GDM發病率為14.2%[6]。我國2012～2016年GDM發病率(17.0%)明顯高于2005～2012年(11.0%)，且預計其發病率將持續上升[7]。GDM被證實與子代肥胖、代謝綜合征、胰島素抵抗等代謝紊亂密切相關。GDM孕婦血糖水平輕度升高(6.5～9.8 mmol/L)，其胎兒即可表現出高胰島素血癥及巨大兒[8];未控制血糖的GDM孕婦，胎兒過度生長的發生率高達50.0%[9]，提示孕期血糖水平升高是導致巨大兒的敏感因素之一。有關GDM孕婦子代出生后生長發育模式的研究發現，子代在出生后早期的發育呈現快速增長趨勢，特別是在出生后第一年內最初的3個月增長速度最快[10]，提示GDM孕婦宮內高糖環境對胎兒的影響可能延續到出生后早期。由此可見，GDM對子代肥胖發生的影響可起于胎兒期并延續到嬰兒早期(0～3個月)，而嬰兒早期體質量增長過快將增加成年期肥胖的發生風險[11]，證實個體生命早期健康狀況在成年疾病預防中的重要意義。

然而，目前針對GDM與子代肥胖發生風險的流行病學研究結論并不一致，可能與孕婦孕前體質量這一混雜因素有關。美國早期的一項隊列研究顯示，調整孕前BMI前，GDM孕婦后代9～14歲時超重的發生風險升高(OR=1.4，95%CI1.1～2.0)；但調整孕前BMI后，超重的發生風險下降(OR=1.2，95%CI0.8～1.7)[12]。新近研究也發現，孕婦妊娠期間血糖水平升高，即使不足以診斷GDM，其子代在5～7歲患肥胖癥的風險仍比血糖正常孕婦子代增加了13%；孕婦確診患GDM，則子代患肥胖癥的風險會增加52%。但若孕婦的BMI正常，則孕期血糖水平升高不再與子代肥胖的發展有關[13]。然而前瞻性隊列研究發現，調整孕前BMI、孕期體質量增加等混雜因素后，GDM子代出生體質量增加(β=0.05，95%CI0.01～0.09)，雖然在3歲時超重發生風險沒有增加(OR=1.39，95%CI0.79～2.43)，但4歲時(OR=2.09，95%CI1.35～3.21)和7歲時(OR=1.68，95%CI1.31～2.16)超重的發生風險均增加[14]。我國學者的一項研究得出類似結論，GDM組孕婦子代1～2歲和2～5歲時肥胖發生率與非GDM組孕婦相比均較低，5～10歲超重率和肥胖率高于非GDM組；調整孕前BMI等混雜因素后，發現GDM可增加子代5～10歲時超重和肥胖的發生風險(OR=1.85，95%CI1.29～2.67)[15]。另外，還有多項研究證實，無論是否對孕前BMI進行調整，GDM均可增加子代兒童青少年期超重或肥胖的發生風險[16,17]。根據以上不同種族、年齡、地區的研究結果，我們有理由認為GDM宮內高糖環境是子代兒童青少年時期肥胖的獨立危險因素。

GDM患者宮內高糖環境可能增加子代終身肥胖的發生風險。研究顯示，GDM患者男性子代童年后期、青少年期和成年早期的肥胖發生風險均高于非GDM者子代[18]。1980年～2013年全球BMI>25 kg/m2成年人比例從28.8%增加到36.9%[19]，近年GDM發病率也在持續增加。我們推測成人超重和肥胖發生率增加可能與GDM宮內高糖環境導致子代嬰兒早期體質量增長過快或兒童青少年時期肥胖發生風險增加有關，但GDM患者宮內高糖環境引起子代肥胖的機制尚未完全闡明。

2 GDM致子代肥胖可能的表觀遺傳學機制

表觀遺傳學是指在DNA序列不發生改變的情況下基因表達發生的可遺傳改變，以及這種改變通過有絲分裂和減數分裂過程遺傳給子代的生物現象。表觀遺傳學調控基因表達的方式主要包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑、X染色體失活、基因組印記、非編碼RNA調控等。表觀遺傳比較容易受到各種環境因素的影響，特別是早期發育時DNA甲基化對宮內環境變化十分敏感[20]。GDM患者宮內高糖環境暴露可能通過啟動“胎兒程序化”來改變編程，引起胎兒表觀遺傳改變，從而影響子代肥胖的發生[21,22]。通常，遺傳基因的改變是不可逆的，但表觀遺傳修飾的改變是可逆的。目前發現的GDM致子代肥胖可能的表觀遺傳調控方式包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA，其中大量研究集中在DNA甲基化。

2.1 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA甲基化轉移酶(DNMTs)的催化作用下，使S-腺苷甲硫氨酸上的甲基轉移到基因組鳥苷酸(CpG)二核苷酸胞嘧啶第5個碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)。GDM患者宮內高糖環境可能通過改變與肥胖相關的基因甲基化水平影響子代健康[21,22]。在GDM孕婦與非GDM孕婦胎盤組織三個候選基因的研究中發現，母親血糖水平升高與胎盤組織瘦素基因啟動子區的高甲基化(母體側)或低甲基化(胎兒側)、脂聯素基因啟動子區的低甲基化及脂蛋白脂肪酶基因啟動子區的低甲基化相關[23]。隨后也有一些研究發現，GDM可引起臍帶血、胎盤絨毛膜組織中諸多基因如H19、MEST、PEG3、SNRPN、LEP等出現甲基化修飾異常[24]，這些代謝相關基因的甲基化修飾異常會引起基因表達變化，從而導致子代相關代謝功能異常。多項研究發現了許多在GDM組與非GDM組胎盤和臍帶血甲基化差異改變的基因，如RBP4、GLUT3、PPARα等[25]，以上結果為孕期高糖環境、“胎兒程序化”和子代代謝異常間的潛在關聯提供了依據，但并未直接發現這些基因甲基化改變與GDM子代肥胖的關系。

印記基因是指源自某一親本的等位基因或它所在染色體發生了表觀遺傳修飾，導致不同親本來源的兩個等位基因在子代細胞中表達不同。差異甲基化是基因組印記形成的重要機制。印記基因甲基化水平的微觀變化會導致基因組印記完全丟失，不僅影響胚胎發育且可誘發出生后的發育異常。有學者對GDM組和非GDM組臍帶血、胎盤組織樣品中與“代謝程序化”有關的7個印記基因的甲基化水平進行了檢測，包括父源性的H19、MEG3和母源性的LIT1、MEST、NESPAS、PEG3和SNRPN，它們在調節人類胎兒和胎盤生長、體細胞分化及神經、行為功能方面有著十分重要的作用[24,26]。結果發現，GDM組臍帶血和胎盤組織中母源性印記基因MEST甲基化水平均明顯低于非GDM組；而與正常體質量的成年人相比，病態肥胖的成年人血中MEST甲基化水平也明顯降低[24]，據此認為GDM患者宮內高糖引起子代肥胖可能與印記基因MEST甲基化修飾異常有關。印記基因IGF2和H19可以參與胎兒生長和發育的調節，宮內高糖環境的暴露可改變臍帶血中IGF2和H19甲基化水平來影響新生兒體質量，這可能是巨大兒的發生機制之一[24]。該研究結果為GDM與子代肥胖的表觀遺傳學機制提供了直接的證據。然而，胚胎早期誘導的印記基因甲基化異常可以跨代遺傳，因此GDM患者宮內高糖環境對胎兒基因甲基化水平的影響及增加子代肥胖的風險尚需進一步追蹤研究證實。

2.2 組蛋白修飾 組蛋白修飾主要包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等翻譯后修飾，通常發生在H2A、H2B、H3和H4組蛋白的游離氨基端。組蛋白乙酰化主要由組蛋白乙酰轉移酶(HAT)和組蛋白去乙酰化酶(HDAC)協調催化完成，是最常見的組蛋白修飾形式之一。組蛋白甲基化修飾主要由組蛋白甲基轉移酶(HMT)催化完成。目前關于GDM對組蛋白修飾的影響及其與子代肥胖關系的研究甚少。已有動物研究發現，妊娠期高血糖環境可能降低大鼠子代肝臟組織中IGF-1的H3K36三甲基化(H3Me3K36)水平，使子代出現胰島素抵抗[27]。人群研究報道，GDM患者組蛋白H3K27和H3K4甲基化水平降低與患者產后發展為2型糖尿病有關[28]，但尚無研究報道宮內高糖引起組蛋白修飾異常對GDM子代健康的影響。

2.3 非編碼RNA 非編碼RNA是一類基因轉錄過程中不編碼蛋白質的RNA的總稱，包括miRNA、lncRNA、snRNA、siRNA、snoRNA等。研究發現miRNA和lncRNA在細胞增殖、器官形成和個體發育等生物學過程中發揮重要作用，也參與諸多疾病發生發展的調控。miRNA是一類長度為21～25個堿基的非編碼單鏈小分子RNA，它在轉錄后水平通過與靶mRNAs分子的3′端非編碼區互補匹配，直接降解靶序列或抑制其翻譯發揮調控作用。據報道，GDM組和對照組胎盤組織中miR-508-3p表達上調，miR-27a、miR-9、miR-137、miR-92a、miR-33a、miR-30d、miR-362-5p和miR-502-5p表達下調，這些miRNA的表達改變可能通過EGFR/PI3K/Akt通路增加巨大兒的發生風險[29]。大量國外研究發現GDM患者胎盤組織或血樣中miR-19a、miR-19b、miR-16、miR-20a和miR-17等的表達水平發生變化，同時發現這些miRNA可以通過不同機制參與GDM的發生發展[30]，但并未報道GDM患者miRNA表達變化與子代肥胖是否存在關聯。

綜上所述，GDM患者宮內高糖環境增加子代肥胖的發生風險已得到流行病學支持。表觀遺傳，特別是DNA甲基化對胚胎發育早期宮內環境變化十分敏感，宮內高糖環境引起DNA甲基化的改變已得到諸多研究的一致認可。表觀遺傳在GDM引起子代肥胖中的作用機制尚需進一步追蹤研究。印記基因在早期胚胎發育中發揮重要的作用，GDM患者宮內高糖環境對印記基因的甲基化有深刻而持久的影響，GDM引起子代肥胖的風險增加是否會隨印記基因甲基化異常傳代導致人群肥胖發生率持續上升值得深入研究。研究GDM引起子代肥胖的機制，對從生命早期尋找肥胖發生根源進而提出有效防治措施具有十分重要的意義。