Nature：黄荷凤/徐国良团队证实糖尿病的卵母细胞起源，首次揭示卵子源性疾病的表观遗传机制

来源：生物世界 2022-05-20 14:43

糖尿病曾被认为是一种“富贵病”，但随着生活水平的提高、肥胖率的增加，糖尿病的发病率越来越高，且呈现年轻化的趋势。

糖尿病曾被认为是一种“富贵病”，但随着生活水平的提高、肥胖率的增加，糖尿病的发病率越来越高，且呈现年轻化的趋势。据国际糖尿病联盟（IDF）发布的最新数据，全世界成年人中糖尿病发病率超过10%。

糖尿病患者体内长期的高血糖水平会增加多系统并发症风险。全世界范围内，糖尿病在育龄期女性中普遍存在，且其中许多并未得到确诊和治疗。怀孕期间母体糖尿病的高血糖环境，会对后代健康产生深远而持久的影响。孕前期的高血糖环境是否会通过卵母细胞影响子代健康呢？又是通过何种机制影响的呢？

浙江大学医学院附属妇产科医院黄荷凤院士团队和中科院分子细胞科学卓越创新中心徐国良院士团队合作，在国际顶尖学术期刊 Nature 发表了题为Maternal inheritance of glucose intolerance via oocyte TET3 insufficiency 的研究论文。

该研究发现并证实了高血糖会使卵母细胞中的去甲基化酶 TET3 表达降低，从而抑制它在受精时对精子来源 DNA 的去甲基化修饰，进而导致后代成年后的代谢缺陷。

该研究证实了糖尿病的卵母细胞起源，首次揭示了卵子源性糖尿病代际传递中表观遗传甲基化的精确调控机制，为认识和防控糖尿病等成人慢病提供了崭新的科学视角。

教育部生殖遗传重点实验室（浙江大学）陈宾博士、中科院分子细胞科学卓越中心杜雅蕊副研究员、复旦大学附属妇产科医院朱虹博士、中科院分子细胞卓越中心孙美玲博士和博士研究生王超为共同第一作者。

研究团队通过雌性小鼠来探索高血糖对其后代的影响。他们首先使用链脲佐菌素来破坏小鼠胰腺中产生胰岛素的 β 细胞，从而构建高血糖小鼠模型，获取这些高血糖小鼠的卵母细胞，并与来自健康雄性小鼠的精子进行体外受精，然后将它们植入健康的代孕小鼠体内。这种操作方式能够让研究人员聚焦于高血糖对卵子本身的影响，排除怀孕期间高血糖带来的影响。

由高血糖小鼠的卵子产生的小鼠成年后体重正常，但代谢葡萄糖的能力却低于对照组卵子产生的后代。这种葡萄糖不耐受（糖尿病前期和糖尿病的标志）在雄性后代中比在雌性后代中更为明显，而且随着年龄的增长而增加，如果喂食高脂肪饮食，情况会变得更糟。这表明葡萄糖不耐受是由于胰腺 β 细胞减少了葡萄糖刺激的胰岛素分泌。

为了进一步探索这些现象背后的机制，研究团队对高血糖小鼠和对照组的卵母细胞进行了转录组测序，测序结果显示，二者在 mRNA 水平上有数百基因表达存在差异。值得注意的是，高血糖卵子中的 TET3 基因的转录水平只有对照组的一半。同时，从其他高血糖和肥胖小鼠模型中获得的卵子，以及人类糖尿病患者的卵子的检测结果显示，TET3 的表达同样异常偏低。

在 DNA 中，负责驱动基因表达的启动子序列上的甲基通常与基因抑制有关。TET3 是一种 DNA 去甲基化酶，通过启动 DNA 上的去甲基化，促进基因转录。

在受精卵中，TET3 介导的去甲基化主要作用于父本 DNA，阻止精子携带的 DNA 甲基化在整个发育过程中的持续，从而使得基因在后续生命过程中表达。

在这项最新研究中，研究团队发现，来自高血糖小鼠的受精卵的父本基因组中去甲基化水平显著低于对照组。他们进一步发现，参与胰岛素分泌的几个基因的启动子发生了变化，其中包括驱动胰腺 Gck 基因表达的启动子，Gck 基因编码葡萄糖激酶，这是葡萄糖刺激胰岛素分泌的关键限速酶。

而在卵母细胞时期敲除 TET3 基因，小鼠会出现 Gck 基因启动子高甲基化、表达水平下降和子代葡萄糖不耐受，而将 TET3 的 mRNA 注射到胚胎中则能够显著恢复 Gck 基因启动子高甲基化水平和子代葡萄糖不耐受表型。

这些研究表明，父本来源的 Gck 基因的启动子是母本 TET3 的重要靶标，高血糖的卵母细胞的 TET3 表达水平低，从而不能有效对父本来源的 Gck 基因启动子进行去甲基化，进而导致葡萄糖激酶表达不足，出现葡萄糖不耐受表型，在成年后更容易出现2型糖尿病和肥胖等代谢疾病。

研究团队还对临床收集的糖尿病女性患者的弃用的早期胚胎进行了检测，发现糖尿病患者的弃用的早期胚胎中的 Gck 基因的启动子甲基化水平是未患糖尿病女性同样胚胎的2-3倍，这表明这种机制同样在人类中发挥作用。

总的来说，这些研究表明，精子中携带的 DNA 甲基化会促进后代的代谢障碍，而卵子中的 TET3 作为去甲基化酶则能够抵消这种风险。然而，当卵子曾暴露于高血糖环境中时，会导致 TET3 表达下调，在受精时抑制了对精子中 DNA 的去甲基化，从而导致 Gck 基因表达下降，最终导致子代在成年后出现低胰岛素分泌、葡萄糖不耐受、糖尿病风险高等代谢问题。这也提示了我们，对女性进行孕前干预有助于保护后代健康。

此外，Gck 基因的突变会导致青少年发病的成年型糖尿病2型（MODY2），临床数据表明，只要 Gck 基因的一个拷贝出现突变就会导致发病，这种现象被称为单倍体不足。结合这项 Nature 论文中的最新发现，父本基因组中的 Gck 基因的启动子的高甲基化可能具有与 Gck 基因突变同样的效果，即导致后代出现 Gck 基因单倍体不足和青少年发病的成年型糖尿病2型（MODY2）。当然，这还需要在临床中进行进一步调查。