5月18日，《自然》在線發(fā)表中科院院士、教育部生殖遺傳重點實驗室（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科院院士、中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員徐國良團(tuán)隊合作研究的最新成果。

該研究證實了糖尿病的卵母細(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)胞母本（Tet3）調(diào)控父本親緣遺傳特性的子代胰島素分泌不足，而實現(xiàn)糖尿病易感性的代際遺傳，為人類認(rèn)識和防控糖尿病等成人慢病提供了嶄新的科學(xué)視角。

“子承母疾”：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，英國學(xué)者Barker提出宮內(nèi)時期（胎兒期）不良環(huán)境暴露，成年后糖尿病、高血壓等慢性病的發(fā)生率增加，為成人慢性病的發(fā)病機(jī)制提供了新思路。

Barker學(xué)說的發(fā)展促進(jìn)了孕期環(huán)境暴露對出生子代健康的重要性。

“目前，臨床普遍上將這一類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?！秉S荷鳳告訴《中國科學(xué)報》，“這是一種遲發(fā)性出生缺陷，影響深遠(yuǎn)而廣泛，給社會和家庭帶來沉重負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響我國人口健康?！?/p>

作為國際上最早開展發(fā)育源性疾病研究的團(tuán)隊之一，黃荷鳳課題組長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，首次證實了孕期宮內(nèi)高糖等因素暴露能夠改變DNA甲基化造成代際/跨代的遺傳，同時發(fā)現(xiàn)疾病起源可前移至孕前（配子發(fā)育期），率先在國際上提出了“配子源性成人疾病”學(xué)說。然而相較于孕期胎兒的直接暴露，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。

基于這一問題，黃荷鳳課題組與徐國良課題組合作，在既往研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷探索，他們以孕前糖尿病為切入點，最終發(fā)現(xiàn)了女性卵子可介導(dǎo)糖尿病的傳代效應(yīng)，找到了開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。

糖尿病是影響人類健康的慢病之一，其發(fā)生率高且發(fā)病隱匿，全世界范圍內(nèi)約有2/5的糖尿病婦女處于育齡期。研究團(tuán)隊以孕前糖尿病為例，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。說明卵母細(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。

實驗設(shè)計和子代主要表型圖? ? ? ?受訪者供圖

“水落石出”：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間起到了橋梁作用。研究人員利用卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，并逐一驗證表觀遺傳調(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，同時也是母源效應(yīng)因子的Tet3顯著下降。

徐國良課題組曾揭示Tet3在卵細(xì)胞重編程中的作用：卵細(xì)胞來源的母源因子Tet3負(fù)責(zé)將父本基因組DNA胞嘧啶甲基的氧化修飾，從而啟動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，本研究也進(jìn)一步證實高血糖小鼠來源的卵母細(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）啟動子區(qū)DNA高甲基化。利用Tet3敲除小鼠驗證發(fā)現(xiàn)，卵母細(xì)胞時期Tet3基因敲除后，小鼠出現(xiàn)Gck啟動子區(qū)域高甲基化、表達(dá)量下降和糖耐量異常?；匮a(bǔ)Tet3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。

卵子源性糖尿病代際遺傳示意? ? ? ?受訪者供圖

“別有洞天”：卵子代謝印記竟由父本基因傳遞

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。

為驗證子代甲基化譜式改變的來源和可繼承性，課題組以目標(biāo)基因Gck為例，發(fā)現(xiàn)Gck啟動子的高甲基化最早來源于受精卵的雄原核，并隨著發(fā)育能持續(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源時發(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?！痹撐牡耐谝蛔髡咧?、教育部生殖遺傳重點實驗室（浙江大學(xué)）博士陳賓解釋說，“這一結(jié)果揭示高血糖暴露后，胰島素分泌基因的高甲基化來源于父本基因組，并且傳遞到子代。”

更值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊同時在上海、浙江多家醫(yī)院生殖中心收取的臨床糖尿病患者的GV期卵母細(xì)胞和囊胚也分別顯示出Tet3表達(dá)降低的趨勢和Gck啟動子區(qū)高甲基化的狀態(tài)，這提示研究團(tuán)隊在小鼠模型中的發(fā)現(xiàn)具有臨床意義，為臨床指導(dǎo)和應(yīng)用帶來了可能。

這一發(fā)現(xiàn)加深了人們對發(fā)育源性疾病的理解，不但首次在排除孕期干擾后，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，開啟了別有洞天的父本遺傳路線，實現(xiàn)了發(fā)育源性成人疾病研究的重大突破。

目前，高血壓、糖尿病等慢性疾病流行趨勢日益增加，長期以來患者的健康管理和治療占用了大量公共衛(wèi)生資源，社會不得不應(yīng)對這類高發(fā)疾病帶來的沉重負(fù)擔(dān)。

黃荷鳳表示：目前成人期慢病預(yù)防效果不理想，迫使我們另辟蹊徑，從新角度尋求突破。包括這項研究在內(nèi)的一系列發(fā)育源性疾病研究成果帶給我們啟示，應(yīng)該充分認(rèn)識生命早期即開始干預(yù)的可能性和重要性，給予年輕男女以及母嬰時期的充分關(guān)注，從根本上轉(zhuǎn)變疾病防控思路，這也許對于慢病的預(yù)防才是務(wù)實和有效的。

“這也和中國自古以來‘上醫(yī)治未病’的醫(yī)療智慧不謀而合。”黃荷鳳說，“這項研究為生命早期干預(yù)的理念提供了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，是我們接下來開展臨床研究和實踐的重要前提，研究成果有望成為臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的經(jīng)典范例，這為提前管理時間，發(fā)育源頭防控慢病，降低出生缺陷、提高我國人口健康提供了全新視角和策略?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04756-4

來源：中國科學(xué)報