劉穎，于寧

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院 (天津 300052)

胎兒生長受限(fetal growth restriction，F(xiàn)GR)是指胎兒在子宮內(nèi)無法達(dá)到遺傳學(xué)定義的生長潛能，體重低于同孕齡平均體重兩個標(biāo)準(zhǔn)差，或低于同孕齡正常體重的第10百分位數(shù)，發(fā)病率為5%～10%[1]。該病是一種由于營養(yǎng)和生長因子供應(yīng)不足而導(dǎo)致胎兒不能充分發(fā)育的疾病，是增加圍生期發(fā)病率和病死率的主要風(fēng)險(xiǎn)[1]，并且生長受限的個體在成年后出現(xiàn)糖尿病、高血壓、肥胖、骨質(zhì)疏松和心血管疾病等嚴(yán)重并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較高[2]。FGR發(fā)病受多種因素影響，其可能的致病因素包括環(huán)境、遺傳、染色體、藥物及感染等。目前許多研究表明胎盤功能不全，特別是與其相關(guān)基因的異常調(diào)控與FGR的發(fā)病有關(guān)。

1 胎盤與FGR發(fā)病的相關(guān)性

胎盤是妊娠過程中形成的第一個器官，在胎兒生長中起著至關(guān)重要的作用，參與了胎兒發(fā)育過程中的營養(yǎng)、廢物、氣體交換，預(yù)防母體免疫排斥，以及各種代謝和內(nèi)分泌功能。胎盤是連接母兒之間重要的物質(zhì)交換器官，滋養(yǎng)細(xì)胞是胎盤功能的基礎(chǔ)，其可以改變母體血管系統(tǒng)以允許有效的血流通過胎盤，并促進(jìn)營養(yǎng)攝取。許多不良妊娠結(jié)局，如子癇前期(preeclampsia，PE)、FGR、早產(chǎn)等，都與異常的滋養(yǎng)細(xì)胞(胎源性胎盤前體)遷移和侵襲有關(guān)，這是胚胎植入和胎盤形成的關(guān)鍵步驟[3]。在組織病理學(xué)水平上，F(xiàn)GR胎盤表現(xiàn)出胎盤發(fā)育中斷的跡象，其特征是由于母胎免疫相互作用不當(dāng)，導(dǎo)致梗死面積增加、炎癥反應(yīng)和滋養(yǎng)細(xì)胞侵入子宮螺旋動脈等[4-5]。研究顯示，在胎盤和胚胎發(fā)生過程中存在表觀遺傳因子的調(diào)控和基因組印記，任何胎盤印記基因的增減都被證明與嚴(yán)重的胎盤缺陷有關(guān)，而胎盤缺陷又會影響母體和正在發(fā)育的胎兒，并在成年期產(chǎn)生長期影響[6]。一些針對FGR胎盤的研究報(bào)道了基因組中許多區(qū)域的基因轉(zhuǎn)錄差異，F(xiàn)GR中與胎盤基因表達(dá)改變相關(guān)的通路包括血管生成、免疫調(diào)節(jié)、能量產(chǎn)生和生長信號[7]。而胎盤表現(xiàn)出的這些限制胎兒生長發(fā)育的反應(yīng)，被認(rèn)為是由表觀遺傳調(diào)控的變化引起的[8]。

2 FGR相關(guān)的胎盤表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

表觀遺傳學(xué)(epigenetics)主要研究在基因核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，DNA及有關(guān)蛋白分子發(fā)生的可遺傳修飾，這些修飾可被細(xì)胞“記憶”并在隨后的細(xì)胞分裂過程中保留下來。從操作的角度來看，表觀遺傳學(xué)通過一系列細(xì)胞機(jī)制的作用調(diào)節(jié)基因組功能，包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA，并可通過調(diào)控基因表達(dá)影響胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分化、侵襲、激素分泌等，在胎盤形成和胎兒發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用[9]。

2.1 DNA甲基化

DNA甲基化是細(xì)胞在不改變遺傳序列的情況下用來控制基因表達(dá)的一種有絲分裂的可遺傳的表觀遺傳標(biāo)記，動物模型已顯示DNA甲基化在胎盤發(fā)育中的重要性，抑制妊娠大鼠的甲基化可導(dǎo)致解剖異常的小胎盤及滋養(yǎng)層數(shù)量發(fā)生改變[10]。人滋養(yǎng)細(xì)胞的分化與大量的基因表達(dá)變化有關(guān)。然而，對于DNA甲基化是如何影響這些轉(zhuǎn)錄途徑的研究較少，以往研究通常只關(guān)注少數(shù)基因。Senapati等[11]對促排卵后子宮內(nèi)膜進(jìn)行全基因組測序及甲基化測序，研究相關(guān)基因的DNA甲基化和表達(dá)的變化，發(fā)現(xiàn)促性腺激素刺激可改變著床早期子宮內(nèi)膜重塑關(guān)鍵基因的表達(dá)，如一些與血管生成和細(xì)胞侵襲有關(guān)的酶的基因表達(dá)，這些變化可能導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞遷移改變和血管內(nèi)皮受損，從而引起不良妊娠結(jié)局。最近，人類胎盤的DNA甲基化圖譜已被繪制出來，目前有多項(xiàng)研究報(bào)道PE患者非印跡基因的DNA甲基化狀態(tài)發(fā)生改變，尤其是涉及血管形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞黏附、增殖侵襲、血管生成、滋養(yǎng)細(xì)胞脂質(zhì)代謝等的基因[6]。Liu等[12]研究了PE與妊娠糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)胎盤的全基因組DNA甲基化水平，觀察到相似的甲基化模式，提示兩種疾病有明顯的重疊。Zhu等[13]證實(shí)了CD39/核外核苷三磷酸二磷酸氫酶-1 (ENTPD1)和鋅指型dhhc-14 (ZDHHC14)的低DNA甲基化的下調(diào)在晚發(fā)型PE發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GR胎盤也存在表觀遺傳學(xué)改變，母源性印記基因如Peg3、Peg1或Igf2的缺失可導(dǎo)致胎盤重量減少和小于胎齡兒，而父源性印記基因如CDKN1C、GRB10、H19或PHLDA2的缺失則導(dǎo)致胎盤過度生長，并且CDKN1C受組蛋白標(biāo)記h3k27ac和H3K4me1調(diào)控[14]。在FGR病例中，除印跡基因外，非印跡基因也存在表觀遺傳學(xué)改變，從FGR新生兒臍血中提取的造血干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，與糖尿病相關(guān)的基因hnf4a在表觀遺傳學(xué)上存在失調(diào)[15]。Schrey等[16]證明了瘦素在單絨毛膜雙胎胎盤中的甲基化存在差異。

這些甲基化事件可能有助于我們深入了解細(xì)胞持續(xù)承受的環(huán)境暴露，并作為早期細(xì)胞轉(zhuǎn)化的潛在生物學(xué)標(biāo)志物[17]。事實(shí)上，有許多研究，特別是在癌癥領(lǐng)域，已經(jīng)在開發(fā)DNA甲基化在疾病診斷、預(yù)后、藥物反應(yīng)預(yù)測中的作用，以及可能的藥物治療靶點(diǎn)。但它可能不是參與這一過程的唯一調(diào)控機(jī)制[10]。調(diào)控胎盤基因表達(dá)的其他表觀遺傳系統(tǒng)(如組蛋白修飾和其他翻譯后染色質(zhì)修飾)的破壞也可能與其有關(guān)。

2.2 組蛋白修飾

除了DNA甲基化，組蛋白修飾在控制基因表達(dá)方面也發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在真核細(xì)胞中，DNA與組蛋白是染色質(zhì)的主要成分，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因活性密切相關(guān)，通過對組蛋白的氨基末端進(jìn)行甲基化或乙?；瘉硇揎椚旧w的結(jié)構(gòu)，在DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞周期的控制等方面有重要作用。Fung等[18]觀察到從FGR幼鼠肝臟中獲得的IGF1啟動子甲基化和組蛋白H3K4ac標(biāo)記升高，而激活標(biāo)記H3K4me3則顯著降低。Paauw等[19]繪制了與胎盤發(fā)育中斷相關(guān)的DNA調(diào)控區(qū)域中組蛋白H3K27ac乙酰化的差異圖譜，證實(shí)了FGR胎盤中H3K27ac全基因組改變與胎盤功能相關(guān)區(qū)域轉(zhuǎn)錄譜改變相一致。

2.3 miRNA

miRNA是一類大小為21～23 nt的非編碼小RNA分子，通過沉默或降解其靶點(diǎn)mRNA分子調(diào)控基因表達(dá)。有研究顯示，miRNA在PE及FGR胎盤中的表達(dá)存在差異，它們的靶基因參與抗凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、細(xì)胞周期、器官/系統(tǒng)發(fā)育、細(xì)胞黏附、血管生成和免疫功能障礙。Hromadnikova等[20]比較了健康和PE/FGR孕婦血液和胎盤中的microRNA水平，結(jié)果顯示，在妊娠早期(12 ～16周)microRNA水平即顯著升高，并與PE/FGR有關(guān)，表明microRNA可作為特異性生物標(biāo)志物篩選晚發(fā)型PE/FGR。Guo等[21]研究發(fā)現(xiàn)miR-194在PE和FGR兩種情況下均顯著降低，其靶點(diǎn)參與細(xì)胞凋亡、信號通路等多個生物學(xué)過程。Zhou等[22]發(fā)現(xiàn)miR-29a在骨骼肌中顯著升高，而Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)在FGR幼鼠胰腺中存在大量差異調(diào)控的miRNA信號亞群。miRNA可能是最有前途的生物標(biāo)志物，對其行為模式的良好了解，其在血漿中的高穩(wěn)定性及在女性血漿中易于檢測都是其優(yōu)勢[9]。

基于上述證據(jù)，DNA甲基化、組蛋白修飾和小分子核糖核酸這些表觀遺傳機(jī)制可能在FGR的病理生理學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，其不僅影響產(chǎn)婦健康，還會影響后代成年時的健康。通過評估FGR胎盤中與病理基因表達(dá)相關(guān)的表觀遺傳學(xué)變化，能夠使我們更好地理解疾病的發(fā)病機(jī)制，并為今后開發(fā)各種FGR診斷和治療的靶點(diǎn)提供依據(jù)，最終達(dá)到對疾病的早期防治，改善圍生兒結(jié)局的目的。