妊娠糖尿病与子代肥胖的相关性及其表观遗传学机制研究进展

白文琳，王慧，刘天晟，强梅，李颖君，王莉

(1山西医科大学公共卫生学院，太原030001；2长治市妇幼保健院)

肥胖是一种体内脂肪过多和(或)分布异常，并以体质量增加为主要表现的慢性代谢性疾病。肥胖及其引发的慢性疾病对人类健康和生存构成重大威胁[1]。“健康与疾病发育起源”假说认为，生命早期1 000 d对个体一生的健康影响至关重要，从妊娠到出生后2岁是预防成年慢性病的窗口期。研究发现，宫内环境改变可影响胎儿的新陈代谢并增加子代儿童青少年期及成年后肥胖的发生风险[2]。妊娠糖尿病(GDM)患者宫内高血糖环境被认为是增加子代肥胖发生风险的重要因素之一[3]。表观遗传学在机体早期发育及疾病的传代效应中至关重要。研究认为，宫内不良环境可通过表观遗传学修饰影响相关基因表达，从而影响个体出生后对肥胖的易感性[4]。肥胖也被认为是一种表观遗传疾病，其发生风险可能源于宫内不良环境造成的表观遗传学改变，而表观遗传学改变通常是可逆的。因此，从生命开始早期探讨肥胖发生的表观遗传学机制具有重要意义。现就GDM与子代肥胖的相关性及其表观遗传学机制相关进展综述如下。

1 GDM与子代肥胖的相关性

GDM是指妊娠过程中发生或首次发现的不同程度的葡萄糖耐量受损，是妊娠中、晚期常见的并发症之一[5]。2013年，国际糖尿病联合会公布的数据显示，全球20～49岁妊娠妇女GDM发病率为14.2%[6]。我国2012～2016年GDM发病率(17.0%)明显高于2005～2012年(11.0%)，且预计其发病率将持续上升[7]。GDM被证实与子代肥胖、代谢综合征、胰岛素抵抗等代谢紊乱密切相关。GDM孕妇血糖水平轻度升高(6.5～9.8 mmol/L)，其胎儿即可表现出高胰岛素血症及巨大儿[8];未控制血糖的GDM孕妇，胎儿过度生长的发生率高达50.0%[9]，提示孕期血糖水平升高是导致巨大儿的敏感因素之一。有关GDM孕妇子代出生后生长发育模式的研究发现，子代在出生后早期的发育呈现快速增长趋势，特别是在出生后第一年内最初的3个月增长速度最快[10]，提示GDM孕妇宫内高糖环境对胎儿的影响可能延续到出生后早期。由此可见，GDM对子代肥胖发生的影响可起于胎儿期并延续到婴儿早期(0～3个月)，而婴儿早期体质量增长过快将增加成年期肥胖的发生风险[11]，证实个体生命早期健康状况在成年疾病预防中的重要意义。

然而，目前针对GDM与子代肥胖发生风险的流行病学研究结论并不一致，可能与孕妇孕前体质量这一混杂因素有关。美国早期的一项队列研究显示，调整孕前BMI前，GDM孕妇后代9～14岁时超重的发生风险升高(OR=1.4，95%CI1.1～2.0)；但调整孕前BMI后，超重的发生风险下降(OR=1.2，95%CI0.8～1.7)[12]。新近研究也发现，孕妇妊娠期间血糖水平升高，即使不足以诊断GDM，其子代在5～7岁患肥胖症的风险仍比血糖正常孕妇子代增加了13%；孕妇确诊患GDM，则子代患肥胖症的风险会增加52%。但若孕妇的BMI正常，则孕期血糖水平升高不再与子代肥胖的发展有关[13]。然而前瞻性队列研究发现，调整孕前BMI、孕期体质量增加等混杂因素后，GDM子代出生体质量增加(β=0.05，95%CI0.01～0.09)，虽然在3岁时超重发生风险没有增加(OR=1.39，95%CI0.79～2.43)，但4岁时(OR=2.09，95%CI1.35～3.21)和7岁时(OR=1.68，95%CI1.31～2.16)超重的发生风险均增加[14]。我国学者的一项研究得出类似结论，GDM组孕妇子代1～2岁和2～5岁时肥胖发生率与非GDM组孕妇相比均较低，5～10岁超重率和肥胖率高于非GDM组；调整孕前BMI等混杂因素后，发现GDM可增加子代5～10岁时超重和肥胖的发生风险(OR=1.85，95%CI1.29～2.67)[15]。另外，还有多项研究证实，无论是否对孕前BMI进行调整，GDM均可增加子代儿童青少年期超重或肥胖的发生风险[16,17]。根据以上不同种族、年龄、地区的研究结果，我们有理由认为GDM宫内高糖环境是子代儿童青少年时期肥胖的独立危险因素。

GDM患者宫内高糖环境可能增加子代终身肥胖的发生风险。研究显示，GDM患者男性子代童年后期、青少年期和成年早期的肥胖发生风险均高于非GDM者子代[18]。1980年～2013年全球BMI>25 kg/m2成年人比例从28.8%增加到36.9%[19]，近年GDM发病率也在持续增加。我们推测成人超重和肥胖发生率增加可能与GDM宫内高糖环境导致子代婴儿早期体质量增长过快或儿童青少年时期肥胖发生风险增加有关，但GDM患者宫内高糖环境引起子代肥胖的机制尚未完全阐明。

2 GDM致子代肥胖可能的表观遗传学机制

表观遗传学是指在DNA序列不发生改变的情况下基因表达发生的可遗传改变，以及这种改变通过有丝分裂和减数分裂过程遗传给子代的生物现象。表观遗传学调控基因表达的方式主要包括：DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、X染色体失活、基因组印记、非编码RNA调控等。表观遗传比较容易受到各种环境因素的影响，特别是早期发育时DNA甲基化对宫内环境变化十分敏感[20]。GDM患者宫内高糖环境暴露可能通过启动“胎儿程序化”来改变编程，引起胎儿表观遗传改变，从而影响子代肥胖的发生[21,22]。通常，遗传基因的改变是不可逆的，但表观遗传修饰的改变是可逆的。目前发现的GDM致子代肥胖可能的表观遗传调控方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码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甲基化转移酶(DNMTs)的催化作用下，使S-腺苷甲硫氨酸上的甲基转移到基因组鸟苷酸(CpG)二核苷酸胞嘧啶第5个碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)。GDM患者宫内高糖环境可能通过改变与肥胖相关的基因甲基化水平影响子代健康[21,22]。在GDM孕妇与非GDM孕妇胎盘组织三个候选基因的研究中发现，母亲血糖水平升高与胎盘组织瘦素基因启动子区的高甲基化(母体侧)或低甲基化(胎儿侧)、脂联素基因启动子区的低甲基化及脂蛋白脂肪酶基因启动子区的低甲基化相关[23]。随后也有一些研究发现，GDM可引起脐带血、胎盘绒毛膜组织中诸多基因如H19、MEST、PEG3、SNRPN、LEP等出现甲基化修饰异常[24]，这些代谢相关基因的甲基化修饰异常会引起基因表达变化，从而导致子代相关代谢功能异常。多项研究发现了许多在GDM组与非GDM组胎盘和脐带血甲基化差异改变的基因，如RBP4、GLUT3、PPARα等[25]，以上结果为孕期高糖环境、“胎儿程序化”和子代代谢异常间的潜在关联提供了依据，但并未直接发现这些基因甲基化改变与GDM子代肥胖的关系。

印记基因是指源自某一亲本的等位基因或它所在染色体发生了表观遗传修饰，导致不同亲本来源的两个等位基因在子代细胞中表达不同。差异甲基化是基因组印记形成的重要机制。印记基因甲基化水平的微观变化会导致基因组印记完全丢失，不仅影响胚胎发育且可诱发出生后的发育异常。有学者对GDM组和非GDM组脐带血、胎盘组织样品中与“代谢程序化”有关的7个印记基因的甲基化水平进行了检测，包括父源性的H19、MEG3和母源性的LIT1、MEST、NESPAS、PEG3和SNRPN，它们在调节人类胎儿和胎盘生长、体细胞分化及神经、行为功能方面有着十分重要的作用[24,26]。结果发现，GDM组脐带血和胎盘组织中母源性印记基因MEST甲基化水平均明显低于非GDM组；而与正常体质量的成年人相比，病态肥胖的成年人血中MEST甲基化水平也明显降低[24]，据此认为GDM患者宫内高糖引起子代肥胖可能与印记基因MEST甲基化修饰异常有关。印记基因IGF2和H19可以参与胎儿生长和发育的调节，宫内高糖环境的暴露可改变脐带血中IGF2和H19甲基化水平来影响新生儿体质量，这可能是巨大儿的发生机制之一[24]。该研究结果为GDM与子代肥胖的表观遗传学机制提供了直接的证据。然而，胚胎早期诱导的印记基因甲基化异常可以跨代遗传，因此GDM患者宫内高糖环境对胎儿基因甲基化水平的影响及增加子代肥胖的风险尚需进一步追踪研究证实。

2.2 组蛋白修饰 组蛋白修饰主要包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等翻译后修饰，通常发生在H2A、H2B、H3和H4组蛋白的游离氨基端。组蛋白乙酰化主要由组蛋白乙酰转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)协调催化完成，是最常见的组蛋白修饰形式之一。组蛋白甲基化修饰主要由组蛋白甲基转移酶(HMT)催化完成。目前关于GDM对组蛋白修饰的影响及其与子代肥胖关系的研究甚少。已有动物研究发现，妊娠期高血糖环境可能降低大鼠子代肝脏组织中IGF-1的H3K36三甲基化(H3Me3K36)水平，使子代出现胰岛素抵抗[27]。人群研究报道，GDM患者组蛋白H3K27和H3K4甲基化水平降低与患者产后发展为2型糖尿病有关[28]，但尚无研究报道宫内高糖引起组蛋白修饰异常对GDM子代健康的影响。

2.3 非编码RNA 非编码RNA是一类基因转录过程中不编码蛋白质的RNA的总称，包括miRNA、lncRNA、snRNA、siRNA、snoRNA等。研究发现miRNA和lncRNA在细胞增殖、器官形成和个体发育等生物学过程中发挥重要作用，也参与诸多疾病发生发展的调控。miRNA是一类长度为21～25个碱基的非编码单链小分子RNA，它在转录后水平通过与靶mRNAs分子的3′端非编码区互补匹配，直接降解靶序列或抑制其翻译发挥调控作用。据报道，GDM组和对照组胎盘组织中miR-508-3p表达上调，miR-27a、miR-9、miR-137、miR-92a、miR-33a、miR-30d、miR-362-5p和miR-502-5p表达下调，这些miRNA的表达改变可能通过EGFR/PI3K/Akt通路增加巨大儿的发生风险[29]。大量国外研究发现GDM患者胎盘组织或血样中miR-19a、miR-19b、miR-16、miR-20a和miR-17等的表达水平发生变化，同时发现这些miRNA可以通过不同机制参与GDM的发生发展[30]，但并未报道GDM患者miRNA表达变化与子代肥胖是否存在关联。

综上所述，GDM患者宫内高糖环境增加子代肥胖的发生风险已得到流行病学支持。表观遗传，特别是DNA甲基化对胚胎发育早期宫内环境变化十分敏感，宫内高糖环境引起DNA甲基化的改变已得到诸多研究的一致认可。表观遗传在GDM引起子代肥胖中的作用机制尚需进一步追踪研究。印记基因在早期胚胎发育中发挥重要的作用，GDM患者宫内高糖环境对印记基因的甲基化有深刻而持久的影响，GDM引起子代肥胖的风险增加是否会随印记基因甲基化异常传代导致人群肥胖发生率持续上升值得深入研究。研究GDM引起子代肥胖的机制，对从生命早期寻找肥胖发生根源进而提出有效防治措施具有十分重要的意义。