选择性宫内生长受限的表观遗传学研究进展

摘要

选择性宫内生长受限（sIUGR）是单绒毛膜双胎的1种特殊类型的并发症，可严重影响母儿结局。既往关于sIUGR病因的研究主要是基于对分娩后胎盘大体解剖结构的观察，其发生、发展的具体分子机制仍未阐明。表观遗传学是指DNA序列不发生变化，但基因表达和功能发生了可遗传的改变，是目前国内、外研究的热点之一。近年来越来越多的研究发现，DNA甲基化、印迹基因及微小RNA等表观遗传学调控方式，可能在sIUGR的发生、发展中发挥重要作用。本文就表观遗传学在sIUGR中的研究现状和进展作一综述。

选择性宫内生长受限（selective intrauterine growth restriction，sIUGR）定义为单绒毛膜（monochorionic，MC）双胎中任一胎儿超声检查估计体重低于同孕龄第10百分位数，是MC双胎妊娠常见的并发症，发生率为10%～15%［1］。双胎sIUGR时，发生双胎之一胎死宫内及双胎神经系统不良结局的风险均较高［2］；sIUGR胎儿不仅具有较高的围产期发病率及死亡率，成年后出现脑卒中、2型糖尿病、代谢综合征、血脂异常及心血管疾病的风险也较高。已有研究表明，sIUGR的发生与双胎胎盘的份额不均、脐带插入位置及胎盘血管吻合类型等因素有关［3］，但具体的分子机制尚不明确。

表观遗传学是在研究许多不符合孟德尔遗传定律的生命现象中逐渐发展起来的，是环境与细胞内遗传物质相互作用的结果。表观遗传学是指DNA序列不发生改变，但基因表达和表型出现改变，且这种改变在细胞增殖和个体发育的过程中可以稳定遗传并具有可逆潜能。其主要的调控机制包括：DNA甲基化、组蛋白修饰、基因组印迹、染色质重塑及非编码RNA［如微小RNA（microRNA，miRNA）及长链非编码RNA］调控等。

胎盘及胎儿的发育依赖正常的表观遗传学修饰功能，对涉及细胞增殖、分化和形态发生等的基因在时间和空间上进行合理的表达和沉默［4］。其中，胎盘在胎儿发育过程中发挥着关键作用，为胎儿提供营养，并在整个妊娠期清除胎儿循环中的代谢产物，当胎盘受到不同环境因素的影响时，可能改变胎盘的表观基因组谱，导致其功能障碍及发生妊娠期并发症［5］。已有研究证实，胎盘的表观调控异常参与子痫前期、小于胎龄儿、早产等的发生、发展。文献提示，sIUGR的发生与小胎儿胎盘的发育不良有关［6⁃7］，MC双胎具有相同的遗传背景和母体环境，sIUGR的发生可能与涉及胎盘发育及功能的基因在转录和（或）转录后水平的差异调控有关。目前，涉及sIUGR的表观遗传学研究主要集中在DNA 甲基化、基因组印迹及miRNA 等，本文将从这3 个方面对sIUGR的表观遗传学研究进展进行综述。

一、DNA甲基化与sIUGR

DNA 甲基化是指在DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的作用下，以S⁃腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，使胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸（CpG）胞嘧啶的5′碳原子共价结合1个甲基基团而完成甲基化的过程。哺乳动物DNA甲基化修饰由多种DNMT完成，其中DNMT⁃1作为DNA复制后发挥主要作用的DNMT，负责“维持甲基化”；DNMT⁃3A 和3B 负责“从头甲基化（de novo methylation）”；DNMT⁃3L参与调控DNA甲基化过程［8］。CpG岛是基因组中富含CpG二核苷酸的一段区域，长度为300～3 000 bp，多位于基因的启动子区和第1外显子区，CpG岛的中胞嘧啶甲基化通过抑制转录因子结合或促使染色质重塑从而抑制基因表达［9］。研究普遍认为，高DNA甲基化水平抑制基因的表达，而低甲基化水平促进基因的表达。DNA甲基化图谱可通过有丝分裂和减数分裂遗传，但是这种遗传的保真度并不完美，在生物发育的某一阶段或细胞分化的某种状态下可以逆转，DNA甲基化的改变可能会引起遗传物质相同的个体出现某些基因表达水平甚至表型的改变［10］。

胎盘起源于胚泡滋养外胚层，其在母胎间营养物质及代谢产物交换的过程中，发挥了至关重要的作用［11］。动物模型证实，环境能够通过改变胎盘DNA甲基化状态影响其发育及功能［12］，导致胎盘功能不全、胎儿生长受限（fetal growth restriction，FGR）及胎死宫内等［13］。最近1项对胎盘全基因组DNA甲基化状态的研究证实，胎盘DNA甲基化与胎儿生长显著相关，且可作为宫内环境的标志［14］。对哺乳动物而言，从受精至桑葚胚阶段的胚胎是逐步去甲基化的，在随后的分化过程中又以组织特异性的形式重新建立DNA甲基化，内细胞团具有较高的甲基化水平，而滋养外胚层则出现低甲基化，两者DNA甲基化的差异可能在胎盘形态学和生理学改变的过程中发挥了重要作用［15］。He等［16］分别应用超高效液相色谱⁃串联质谱法和高通量测序技术对7例sIUGR双胎的胎盘进行检测，发现小胎儿胎盘的全基因组DNA甲基化水平和全基因组启动子甲基化水平均低于大胎儿胎盘，部分甲基化水平异常的基因参与胎儿生长发育的多条代谢通路，如维生素代谢及蛋白质的消化、吸收等。目前尚不清楚在sIUGR胎盘中甲基化水平较低，是在DNA“从头甲基化”过程中形成的，还是受环境因素的影响，但是这很可能通过影响胎盘的功能参与sIUGR的发生、发展。

Roifman等［17］使用DNA甲基化芯片对8例sIUGR双胎的胎盘进行全基因组DNA甲基化水平检测时发现，胎盘全基因组DNA甲基化模式与sIUGR无关，这与He等［16］的结论不同，考虑可能是检测技术不同所致，但发现双胎的胎盘在8个基因的启动子上存在甲基化差异区，其中差异最为显著的两个基因分别为DECR-1及ZNF300。这两个基因启动子的甲基化水平在小胎儿的胎盘组织中较高，提示小胎儿胎盘中基因表达的水平偏低。DECR⁃1作为不饱和脂肪酸β氧化过程中的1种限速酶，在个体生长及神经系统发育过程中发挥着重要的作用［18］；研究发现，DECR⁃1缺乏的个体生长发育迟缓、肌张力低且有严重的脑病［19］，提示小胎儿胎盘组织中DECR⁃1甲基化水平较高可能与sIUGR的发生有关。ZNF300 是1 种在体内广泛存在的转录抑制因子［20］，已被证实其甲基化水平升高会导致基因表达的水平降低，且参与肝癌的发生［21］，但目前没有关于该基因与胎儿发育的相关报道。

Gordon等［22］在对双胎的脐血单核细胞、脐静脉内皮细胞及胎盘组织的甲基化图谱进行研究时发现，MC双胎的脐静脉内皮细胞中，载脂蛋白L结构域1基因的甲基化水平与新生儿出生体重相关。该基因参与调节血管内皮屏障功能［23］，其甲基化及表达水平异常可能与低出生体重及成年后心血管疾病的发生风险增加有关，这也进一步证实了低出生体重可增加成年后某些代谢性疾病的易感性。

综合分析这些对sIUGR中DNA甲基化水平的研究可知，全基因组范围内的甲基化水平与sIUGR的发生具有相关性，多个基因的异常甲基化修饰参与了sIUGR的发生过程。现有的研究在全基因组范围内鉴定出部分与sIUGR相关的差异甲基化基因，还需要对这些基因在sIUGR发生过程中的作用和具体机制进行深入分析。 

二、基因组印迹与sIUGR

基因组印迹是指在组织和细胞中等位基因的表达具有亲本选择性，即只有双亲中一方的等位基因表达，而另一方的等位基因不表达或极少表达。印迹基因的形成原理为，来自父亲和母亲的等位基因通过精子和卵母细胞传递给子代时发生了修饰（DNA甲基化修饰、组蛋白乙酰化及甲基化等），使得带有亲本印迹的等位基因在子代中的表达有差异［24］。研究发现，约80%的印迹基因成簇存在且被位于同一条链上的顺式作用位点——印迹中心所调控。目前，已发现和克隆了近百个印迹基因，这些基因在细胞分裂、胎盘功能、胎儿发育等方面发挥着重要的作用，其功能紊乱会导致子痫前期、死胎、胚胎源性肿瘤等。印迹基因中父源沉默、母源表达的基因称为父源性印迹基因，母源沉默而父源表达的基因称为母源性印迹基因；根据双亲冲突理论，父源性印迹基因抑制胎儿的生长，而母源性印迹基因促进胎儿生长，两类印迹基因的表达平衡，才能促进胎盘及胎儿的正常发育［25］。

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制1C（Cyclin⁃dependent kinase inhibitor 1C，CDKN1C）是1种父源性印迹基因，其编码蛋白通过与细胞周期蛋白依赖性激酶相互作用使细胞周期停滞在G1期，抑制细胞增殖；电压门控钾通道Q亚家族成员1反义链及反义转导物（KCNQ1OT1）是1种母源性印迹基因，其转录产物是1种长链非编码RNA，可以与染色质相互作用沉默CDKN1C的转录。研究证实，胎盘中CDKN1C、KCNQ1OT1基因表达水平的异常影响胎盘功能，CDKN1C表达增加与单胎生长受限相关［15，26］。Gou 等［7］对17 例sIUGR 双胎及15 例正常MC 双胎胎盘组织中CDKN1C 和KCNQ1OT1 两个印迹基因的表达水平进行检测，发现sIUGR组中小胎儿胎盘组织中CDKN1C基因的表达水平增高，KCNQ1OT1 mRNA水平显著降低，而正常对照组的两胎儿胎盘组织中CDKN1C基因的表达水平无明显差异；进一步证实，CDKN1C蛋白的沉默能促进滋养细胞增殖，抑制其凋亡［27］，提示，小胎儿胎盘组织中CDKN1C表达增加可能通过影响滋养细胞功能和胎盘发育而参与sIUGR 的发生、发展。

血小板白细胞C 激酶底物同源性样域家族A 成员2（pleckstrin homology⁃like domain， family A， member2，PHLDA2）是1种母源表达的父源性印迹基因，定位于人染色体11p15.5的印迹簇中［28］。Shi等［29］对sIUGR双胎及正常MC双胎胎盘组织中PHLDA2基因的表达水平进行检测发现sIUGR小胎儿胎盘组织中PHLDA2基因表达水平均显著增高，而对照组两胎儿胎盘组织中PHLDA2基因的表达水平无显著差异，表明，小胎儿胎盘组织中PHLDA2基因表达上调可能与sIUGR的发病有关。在此之前，有学者在FGR胎儿的胎盘组织中也检测到PHLDA2基因表达上调［30］。

胰岛素样生长因子2（insulin⁃like growth factors 2，IGF⁃2）是1种母源性印迹基因，定位于人染色体11p15.5，妊娠期胎盘中IGF⁃2表达丰富，可调节胎盘形成、生长及对营养物质的转运和利用，与胎盘发育及胎儿生长有密切联系［31］。Sibley等［32］敲除小鼠IGF⁃2 基因后发现子代小鼠出现生长受限且胎盘重量显著降低。柴涵婧等［33］在sIUGR小胎儿胎盘组织中也发现IGF⁃2 mRNA表达水平降低，提示，胎盘组织中IGF⁃2表达下降可能通过抑制发育及营养物质转运功能，使小胎儿无法获取满足其生长发育所需的足够的营养物质，从而使双胎生长不一致。

多项研究均证实，印迹基因参与sIUGR的发生过程，且在sIUGR小胎儿胎盘及FGR胎儿胎盘组织中具有相似的表达趋势，提示，FGR和sIUGR可能具有相似的印迹基因调控机制，但印迹基因表达异常的原因及其具体的致病机制仍需进一步研究。 

三、miRNA与sIUGR

miRNA是真核生物中广泛存在的1种小分子内源性非编码RNA，长度约22（19～25）个核苷酸，在进化中高度保守，且表达具有时间和空间特异性［34］。基因组编码超过1 000个miRNA，其转录的初产物被核糖核酸酶Drosha加工成前体miRNA后由细胞核转运至细胞质中，经另1种核糖核酸酶Dicer剪切加工形成成熟的miRNA；虽然这些miRNA仅占基因组的1%～2%，但却能够调节30%的蛋白质编码基因。近年来的文献报道了miRNA在许多妊娠期疾病中的表达变化，如子痫前期、FGR及早产等，提示miRNA具有较强的潜能可作为兼具敏感度和特异度的生物学标志物，在疾病的预测及治疗方面发挥重要作用，但相关研究仍处于初级阶段。

Huang 等［35］应用实时荧光定量PCR 技术检测发现，FGR胎儿的胎盘组织中与缺氧相关的miR⁃424表达水平增高。Lee等［36］在FGR胎盘中检测到miR⁃210表达上调，且胎盘组织中该miRNA 的表达水平与新生儿出生体重相关。Wen等［37］应用芯片技术对2例sIUGR双胎及1例正常MC双胎胎盘的miRNA 表达谱进行检测，发现sIUGR 大胎儿与小胎儿的胎盘比较有14个差异表达的miRNA，其中7个上调（has⁃miR⁃1、has⁃miR⁃3622b⁃5p、has⁃miR⁃4535、has⁃miR⁃370⁃3p、has⁃miR⁃5189⁃5p、has⁃miR⁃4743⁃5p、has⁃miR⁃5581⁃5p），7个下调（has⁃miR⁃373⁃3p、has⁃miR⁃4287、has⁃miR⁃338⁃5p、has⁃miR⁃623、has⁃miR⁃3653、has⁃miR⁃590⁃5p、has⁃miR⁃664b⁃3p）；有文献报道，miR⁃338、miR⁃590⁃5p、miR⁃1与早产及子痫前期相关［38⁃39］。进一步的研究发现，上述差异表达的miRNA可能的靶基因主要参与细胞增殖、分化、迁移及器官形成，且参与调控转化生长因子β、丝裂原活化蛋白激酶及Wnt等信号通路，提示，这些miRNA可能通过调控其靶基因的表达从而影响滋养细胞的增殖、分化、迁移等相关功能及胎盘组织的发育，进而参与sIUGR的发生与发展。

miRNA在正常妊娠中发挥着重要作用，其表达失衡可能导致sIUGR的发生、发展。目前，虽有关于sIUGR胎盘组织中miRNA表达谱的研究，但样本量较少，未涉及miRNA异常表达对下游靶基因的调控作用，这在未来仍需进一步探究。

综上所述，sIUGR 是MC 双胎的1 种特殊类型的并发症，可显著增加MC双胎围产期的不良妊娠结局的发生率及死亡率。胎盘组织中DNA甲基化异常、印迹基因表达失衡及部分miRNA的表达异常均与sIUGR的发生相关。研究sIUGR中表观遗传学的改变，能为了解其发病原因、机制提供新的思路和方法，以期进行早期诊断和干预，改善sIUGR胎儿的围产结局；但目前该领域的研究仍处于初级阶段，具体的作用途径和分子机制仍不明确，需在今后进行更加深入全面的研究。

参考文献：略

选自：中华妇产科杂志2019 年2月第54 卷第2期