在代謝性疾病中的作用與機(jī)制研究

　　2型糖尿病（T2DM）、非酒精性脂肪肝?。∟AFLD）等代謝性疾病，已成為我國重大公共衛(wèi)生問題之一。然而，其病理生理機(jī)制，仍有待進(jìn)一步明確。過往的研究表明，遺傳易感性、營養(yǎng)攝入不均衡、缺乏鍛煉可能在這類疾病的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。然而，近年來的人群和動(dòng)物研究則證實(shí)：隔代（Transgeneration）或跨代（Intergeneration）遺傳在代謝性疾病中亦扮演著重要作用。即：父親或母親面臨的環(huán)境因素（營養(yǎng)攝入、吸煙、藥物史等），通過生殖細(xì)胞介導(dǎo)的表觀遺傳機(jī)制（DNA甲基化、小RNA等），遺傳至子代的代謝性器官（肝臟、胰島等），調(diào)控糖脂代謝途徑重要基因的表達(dá)，從而影響器官的功能，導(dǎo)致糖脂代謝紊亂的發(fā)生。值得注意的是，由于父親的影響因素僅限于生殖細(xì)胞（精子），機(jī)制上更為單一、明了，近年來受到國際上的廣泛關(guān)注。CellMetabolism雜志于2015年舉辦創(chuàng)刊10周年紀(jì)念時(shí)，更是將該話題列為未來的十大挑戰(zhàn)之一（Top10Challenges）。例如，模式動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：給予父親高脂、低蛋白、高糖等飲食處理后，其子代發(fā)生糖脂代謝紊亂的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加【1-4】；此外，與正常男性、減肥手術(shù)后男性相比，肥胖男性的精子中，與下丘腦功能尤其是食欲調(diào)節(jié)密切相關(guān)的基因，其啟動(dòng)子區(qū)域DNA甲基化、組蛋白修飾等存在顯著異常【5】，從而在人群層面也佐證了跨代遺傳對代謝性疾病的貢獻(xiàn)。

　　2016年4月，李小英教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在CellMetabolism雜志上發(fā)文，進(jìn)一步闡述了該理論在代謝性疾病中的作用及相關(guān)機(jī)制【6】。當(dāng)今社會(huì)，隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，生活方式的轉(zhuǎn)型，焦慮、緊張、抑郁等心理壓力與應(yīng)激日益頻繁，已嚴(yán)重危害人類健康。大量人群流行病學(xué)研究表明，心理應(yīng)激（Psychologicalstress）與多個(gè)疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，如神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、腫瘤、2型糖尿病等。此外，近年來的研究表明，母親的心理應(yīng)激，尤其是妊娠期間的應(yīng)激，可促進(jìn)子代肥胖和2型糖尿病的發(fā)生。但父親應(yīng)激，能否影響或調(diào)控子代的糖代謝情況，目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道。鑒于此，李小英教授課題組以C57BL/6小鼠為動(dòng)物模型，系統(tǒng)的探討了這一跨代遺傳現(xiàn)象及背后的分子機(jī)制。研究人員將8周齡雄性小鼠置于50毫升離心管中（Restraintstress），每天2小時(shí)，持續(xù)2周（Stress組）。對照組小鼠（Control組）在此期間，自由進(jìn)食與活動(dòng)。2周后，將兩組小鼠分別與正常雌鼠交配，進(jìn)而獲得子代小鼠（F1）。進(jìn)而，課題組詳細(xì)觀察了兩組小鼠（Control-F1、Stress-F1）的糖代謝表型，并發(fā)現(xiàn)：Stress-F1小鼠表現(xiàn)為血糖升高，丙酮酸耐量實(shí)驗(yàn)表明肝臟糖異生和肝糖輸出能力增強(qiáng)，而葡萄糖和胰島素耐量實(shí)驗(yàn)表明胰島素敏感性并未改變。在基因表達(dá)層面，Stress-F1小鼠肝臟PEPCK的蛋白水平顯著增加，但mRNA無明顯改變，提示PEPCK的表達(dá)可能受到轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)。由此，課題組通過MicroRNA表達(dá)譜芯片，篩選出調(diào)節(jié)PEPCK表達(dá)的一個(gè)MicroRNA:miRNA-466b-3p的表達(dá)在Stress-F1小鼠肝臟中顯著下調(diào)。在此基礎(chǔ)上，課題組發(fā)現(xiàn)父親應(yīng)激后，血清糖皮質(zhì)激素水平顯著升高，引起精子miRNA-466b-3p啟動(dòng)子區(qū)域甲基化程度的增加，并遺傳至子代小鼠，導(dǎo)致其肝臟中miR-466b-3p的表達(dá)下調(diào)，引起PEPCK蛋白表達(dá)的增加，從而引發(fā)子代小鼠糖異生增加，血糖升高（見下示意圖）。

　　因此，該研究首次發(fā)現(xiàn)，父親的心理應(yīng)激，通過表觀遺傳等機(jī)制，調(diào)控子代的糖代謝狀況，從而進(jìn)一步證實(shí)了環(huán)境因素介導(dǎo)的跨代遺傳調(diào)控作用。而這些結(jié)果，不僅為日后人群層面相關(guān)疾病的研究提供有益的線索和理論基礎(chǔ)，還有望建立代謝性疾病發(fā)病機(jī)制的新理論，從而為相關(guān)疾病的干預(yù)提供新的思路。