糖尿病，這一發(fā)生率高且發(fā)病隱匿的慢性病，是影響人類(lèi)健康的問(wèn)題之一。

中國(guó)科學(xué)院院士、教育部生殖遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(浙江大學(xué))和復(fù)旦大學(xué)生殖與發(fā)育研究院教授黃荷鳳與中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員徐國(guó)良團(tuán)隊(duì)合作，研究證實(shí)了糖尿病的卵母細(xì)胞起源，首次揭示了卵子源性糖尿病代際傳遞中表觀遺傳甲基化的精確調(diào)控機(jī)制，解析了卵母細(xì)胞母源因子TET3調(diào)控父本表觀基因組的子代胰島素分泌不足，從而實(shí)現(xiàn)糖尿病易感性的代際遺傳。該研究為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和防控糖尿病等成人慢性病提供了嶄新的科學(xué)視角。相關(guān)研究5月18日在線發(fā)表于《自然》。

母親生殖細(xì)胞介導(dǎo)糖尿病傳代效應(yīng)

上世紀(jì)90年代，英國(guó)學(xué)者Barker提出宮內(nèi)時(shí)期(胎兒期)不良環(huán)境暴露，會(huì)導(dǎo)致成年后糖尿病、高血壓等慢性病的發(fā)生率增加，為認(rèn)識(shí)成人慢性病的發(fā)病機(jī)制提供了新思路。

Barker學(xué)說(shuō)的發(fā)展深化了人們對(duì)孕期環(huán)境暴露之于出生子代健康重要性的認(rèn)識(shí)。

“目前，臨床上普遍將這一類(lèi)起源于生命早期的代謝、心血管疾病等慢性疾病稱為發(fā)育源性疾病。”黃荷鳳告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“這是一種遲發(fā)性出生缺陷，影響深遠(yuǎn)而廣泛，給社會(huì)和家庭帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響我國(guó)人口健康。”

作為國(guó)際上最早開(kāi)展發(fā)育源性疾病研究的團(tuán)隊(duì)之一，黃荷鳳課題組長(zhǎng)期致力于母體孕期環(huán)境因素暴露致成人疾病的發(fā)生機(jī)制的研究，首次證實(shí)了孕期宮內(nèi)高糖等因素暴露能夠改變DNA甲基化，造成代間/跨代的遺傳，同時(shí)發(fā)現(xiàn)疾病起源可前移至孕前(配子發(fā)育期)，率先在國(guó)際上提出了“配子源性成人疾病”學(xué)說(shuō)。然而，配子或生殖細(xì)胞如何將不良環(huán)境因素傳遞給后代，相關(guān)作用機(jī)制尚未闡明。

基于這一問(wèn)題，黃荷鳳課題組與徐國(guó)良課題組合作，在既往研究基礎(chǔ)上，以孕前糖尿病為切入點(diǎn)，最終發(fā)現(xiàn)女性卵子可介導(dǎo)糖尿病的傳代效應(yīng)，找到了開(kāi)啟卵源性代際遺傳模式的關(guān)鍵鑰匙——DNA去甲基化酶TET3，并闡釋了TET3介導(dǎo)的代際遺傳的調(diào)控途徑和具體方式。

全世界約有五分之二的糖尿病婦女處于育齡期。研究團(tuán)隊(duì)以孕前糖尿病為例，建立鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型，獲取糖尿病小鼠卵母細(xì)胞，使其與正常雄鼠精子進(jìn)行體外受精，將體外形成的早期胚胎植入正常代孕母鼠子宮讓其繼續(xù)發(fā)育。在排除孕期和產(chǎn)后高糖環(huán)境干擾后發(fā)現(xiàn)，子一代小鼠糖耐量受損，主要表現(xiàn)為胰島素分泌不足，而子二代小鼠未出現(xiàn)明顯的糖耐量異常。這說(shuō)明卵母細(xì)胞在孕前已被打上代謝異常的烙印，傳遞到后代，引發(fā)了糖尿病代際遺傳。

找到卵子源性糖尿病代際遺傳密鑰

“表觀遺傳在環(huán)境因素與疾病易感性之間起到了橋梁作用。”徐國(guó)良告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“我們利用卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并逐一驗(yàn)證表觀遺傳調(diào)控工具酶后發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠卵細(xì)胞中DNA去甲基化酶同時(shí)也是母源效應(yīng)因子的TET3顯著下降。”

徐國(guó)良課題組曾揭示TET3在卵細(xì)胞重編程中的作用，即卵細(xì)胞來(lái)源的母源因子TET3負(fù)責(zé)父本基因組DNA胞嘧啶甲基的氧化修飾，從而啟動(dòng)DNA去甲基化。這一研究結(jié)論為卵源性代際遺傳提供了方向，也進(jìn)一步證實(shí)高血糖小鼠來(lái)源的卵母細(xì)胞體外受精后，受精卵的雄原核中TET3表達(dá)下降，基因組甲基化水平改變。

子代胎鼠的胰島全基因組甲基化測(cè)序顯示，與胰島素分泌相關(guān)的重要限速酶葡萄糖激酶(GCK)啟動(dòng)子區(qū)DNA高甲基化。利用TET3敲除小鼠驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，卵母細(xì)胞時(shí)期TET3基因敲除后，小鼠出現(xiàn)GCK啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化、表達(dá)量下降和糖耐量異常?；匮a(bǔ)TET3 mRNA可顯著恢復(fù)甲基化水平和子代糖耐量受損表型。

這表明TET3在高血糖卵源性糖尿病傳代效應(yīng)中起到了關(guān)鍵的表觀遺傳調(diào)控作用。

卵子代謝印記由父本基因傳遞

有意思的是，盡管卵子經(jīng)歷了高糖暴露，但TET3影響子代發(fā)病的靶基因并非母本基因，而是父本基因。

為驗(yàn)證子代甲基化譜式改變的來(lái)源和可繼承性，課題組以目標(biāo)基因GCK為例，發(fā)現(xiàn)GCK啟動(dòng)子的高甲基化最早來(lái)源于受精卵的雄原核，并隨著發(fā)育能延續(xù)到子代成年小鼠胰島中。

“在區(qū)分GCK基因高甲基化的父本和母本來(lái)源時(shí)發(fā)現(xiàn)，在囊胚和子代胰島中，胰島素分泌基因都呈現(xiàn)父本特異性高甲基化。”論文共同第一作者、教育部生殖遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(浙江大學(xué))博士陳賓解釋說(shuō)，“這一結(jié)果提示了卵母細(xì)胞經(jīng)受高血糖暴露后，子代胰島素分泌基因的高甲基化來(lái)源于受精卵中的雄原核，并且傳遞到子代。”

值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)在上海、浙江多家醫(yī)院生殖中心收取的臨床糖尿病患者的未成熟卵母細(xì)胞和棄用囊胚也分別顯示出TET3表達(dá)降低的趨勢(shì)和GCK啟動(dòng)子區(qū)高甲基化的狀態(tài)，這提示研究團(tuán)隊(duì)在小鼠模型中的發(fā)現(xiàn)具有臨床意義，為臨床指導(dǎo)和應(yīng)用帶來(lái)了可能。

這一發(fā)現(xiàn)加深了人們對(duì)發(fā)育源性疾病的理解，不但在排除孕期干擾后，直視了卵子作為傳遞載體起到的代際遺傳作用，還從分子角度勾勒出TET3作為解密鑰匙，開(kāi)啟了別有洞天的父本遺傳路線，實(shí)現(xiàn)了發(fā)育源性成人疾病研究的重大突破。

目前，高血壓、糖尿病等慢性疾病日益增加，患者的健康管理和治療費(fèi)用占用了大量公共衛(wèi)生資源，也給社會(huì)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)。

“目前成人期慢性病預(yù)防效果不理想，迫使我們另辟蹊徑，從新角度尋求突破。”黃荷鳳告訴記者，包括這項(xiàng)研究在內(nèi)的一系列發(fā)育源性疾病研究成果啟示我們，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)生命早期即開(kāi)始干預(yù)的可能性和重要性，給予年輕男女以及母嬰充分的關(guān)注，從根本上轉(zhuǎn)變疾病防控思路，這對(duì)于慢性病的預(yù)防才是務(wù)實(shí)和有效的。

“這也和中國(guó)自古以來(lái)‘上醫(yī)治未病’的醫(yī)療智慧不謀而合。”黃荷鳳說(shuō)，“這項(xiàng)研究為生命早期干預(yù)的理念提供了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，是接下來(lái)開(kāi)展臨床研究和實(shí)踐的重要前提。”該研究成果有望成為臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的經(jīng)典范例，為提前管理時(shí)間、發(fā)育源頭防控慢性病、降低出生缺陷、提高我國(guó)人口健康提供全新視角和策略。(張雙虎 黃辛)

關(guān)鍵詞： 糖尿病易感性 發(fā)生率高且發(fā)病隱匿的慢性病 卵子源性糖尿病代際傳遞 糖尿病的卵母細(xì)胞起源