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糖尿病是一种复杂的多基因遗传性疾病。母体内环境变化与子代代谢性疾病(如糖尿病)易感性密切相关,而表观遗传学修饰被认为是联系二者重要的分子基础,但具体机制目前并不十分清楚。目的:(1)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)糖脂代谢变化;(2)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)肝脏组织基因表达的改变;(3)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)肝脏组织基因组甲基化的改变;(4)探讨DNA甲基化在母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)糖脂代谢紊乱中发挥的作用。方法:(1)给予雌性SD大鼠随机分组,分别给予正常饮食及高脂饮食喂养,建立孕期及哺乳期高脂饮食模型,分别测量子代SD大鼠多个周龄(出生时、1周龄、2周龄、3周龄)体重。(2)于子代大鼠3周龄时(离乳)用灌胃法行口服糖耐量试验,处死子鼠,留取腹腔静脉血,检测空腹血清胰岛素含量并计算糖耐量曲线下面积及胰岛素抵抗指数,检测甘油三酯浓度、总胆固醇浓度,分别测量各组子鼠肝脏重量,收集各组子鼠肝脏及胰腺组织,HE染色,光镜下观察肝脏及胰腺组织病理学改变,收集各组胰岛组织用western blot法及免疫组织化学法检测各组胰岛组织胰岛素表达。(3)采用全基因组表达谱芯片和甲基化测序芯片寻找各组肝脏组织差异表达的基因和差异性甲基化基因,并通过生物信息学技术展开进一步的相关分析,随后开展分子生物学相关的实验进行验证及深入分析。结果:母代高脂饮食的子代SD大鼠组(High-fat diet group,HFD组)与母代正常饮食的子代SD大鼠组(Normal chow diet group,NCD组)相比,出生时及离乳时体重均较大,在离乳期出现明显的糖脂代谢异常:(1)与NCD组相比较,HFD组出生时体重较大,离乳时(3周龄)体重较大;(2)与NCD组相比较,HFD组空腹血糖增高,服糖后120分钟血糖增高,糖耐量曲线下面积增大,空腹胰岛素含量无明显差别,HOMA-IR指数增高;(3)与NCD组相比较,HFD组空腹甘油三酯含量明显增高,空腹总胆固醇含量增高。对肝脏和胰腺进行大体病理组织学观察,发现(1)与NCD组相比较,HFD组肝脏重量增大,肝脏HE染色可见肝细胞明显气球样变,可见大量大小不一的脂肪空泡形成;(2)与NCD组相比较,HFD组胰腺组织HE染色未见明显差异,胰岛素免疫组化染色未见明显差异。采用Me DIP-seq及RNA-seq对肝脏的基因组甲基化情况和转录组表达情况进行研究。Me DIP-seq发现:(1)有46628个差异甲基化位点(Differentially methylated sites,DMSs),分别在大鼠所有染色体上,大部分DMSs分布在X染色体中(8661,18.57%);DMSs主要分布在基因间区和内含子区,在转录启动位点、转录终止位点、外显子和内含子元件中的比例分别为9.4%、3.33%、8.24%和33.68%;(2)通过对DMSs数据的分析,与NCD组相比较,HFD组有501个低甲基化区域和46个高甲基化区域被鉴别,大部分差异性甲基化区域(Differentially methylated regions,DMRs)位于启动子171个(3个高甲基化区和168个低甲基化区)、内含子152个(11个高甲基化区和141个低甲基化区)和基因间区143个(30个高甲基化区和113个低甲基化区);(3)与HCD组比较,HFD组有262个差异甲基化基因(Differentially methylated genomes,DMGs),其中248个低甲基化基因和14个高甲基化甲基化基因;(4)对DMGs进行GO富集分析,在细胞成分部分中前三位的为蛋白乙酰转移酶复合物、组蛋白乙酰转移酶复合物和异染色质;在分子功能部分中前三位的为巯基泛素特异性蛋白酶活性、n-乙酰转移酶活性和巯基泛素性水解酶活性;在生物过程部分中前三位的为组蛋白H4乙酰化、组蛋白脱乙酰化和蛋白脱乙酰化;(5)对DMGs进行KEGG代谢通路分析,发现DMGs与steroid biosynthesis、nicotine addiction、citrate cycle(TCA cycle)、nucleotide excision repair和retrograde endocannabinoid signaling等通路密切相关;RNA-seq分析结果发现:与NCD组相比,HFD组中有876个差异表达基因(Differentially expression genomes,DEGs)385个基因表达上调,491个基因表达下调;对DMGs和DEGs进行整合分析,发现:9个基因同时发生基因表达和DNA甲基化的变化,分别占DMGs的3.44%(9/262)和DEGs的1.02%(9/876);与NCD组相比,HFD组TIMP1、STS、PLXNA3、GK、AP1S2启动子区均发生高甲基化,其中STS、PLXNA3、GK启动子区均有明显聚集的Cp G岛,STS、PLXNA3和GK的表达可能受到DNA甲基化的调控。采用BSSQ和q PCR对Me DIP-seq数据和RNA-seq数据进行验证:(1)BSSQ结果显示,与NCD组比较,HFD组PLXNA3和GK启动子区甲基化水平升高,与Me DIP-seq结果相符;(2)q PCR结果显示,与NCD组相比,HFD组TIMP1、SRPX和IL13RA1 m RNA表达水平升高,而STS、GK和PLXNA3 m RNA表达水平降低,与RNA-seq结果相符。结论:(1)母代SD大鼠孕期及哺乳期摄入高脂饮食可导致子代SD大鼠在3周龄离乳期体重出现明显增加、糖耐量异常、胰岛素抵抗、混合型高脂血症、肝脏脂肪样变性。(2)本研究通过对DNA甲基化组和转录组的综合分析,发现了妊娠期和哺乳期母体高脂饮食对子代大鼠糖脂代谢的影响,可能通过改变肝脏表观遗传修饰实现,关键基因的异常甲基化可能是其中因素之一。(3)虽然这些表观遗传状态改变的直接因果关系和随后的生理后果尚不清楚,但这些发现可能会促进生殖健康,并在未来预防慢性非传染性疾病的发展。