田 丹，王 欣，魏文文綜述，于紅松審校

0 引 言

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus, GDM)是指妊娠前無糖尿病病史的女性在妊娠期間出現(xiàn)葡萄糖糖耐量異常，是妊娠期間常見的并發(fā)癥之一[1]。全球女性GDM的發(fā)病率為13.9%[2]，亞洲女性GDM發(fā)病率為11.5%[3]，而我國西部地區(qū)女性GDM發(fā)病率為18.3%[4]。目前為止，GDM的發(fā)病機制尚不完全清楚。現(xiàn)普遍認為GDM的發(fā)病機制與遺傳學、表觀遺傳學和環(huán)境等因素有關(guān)。

表觀遺傳學是指在DNA序列不發(fā)生改變的情況下使基因表達發(fā)生可遺傳的改變。表觀遺傳學調(diào)控基因表達的方式主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA(non-coding RNAs, ncRNAs)等，這些調(diào)控基因表達的方式可影響基因在細胞和整個生物體中的表達和變異[5-6]。近年來研究表明，表觀遺傳學因素在GDM發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。因此，本文對DNA甲基化、組蛋白修飾和ncRNAs等表觀遺傳因素在GDM中的研究進展作一綜述。

1 DNA甲基化與GDM

DNA甲基化是最穩(wěn)定和目前研究最深入的表觀遺傳修飾形式。DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的催化下，S-腺苷甲硫氨酸上的甲基轉(zhuǎn)移到基因組鳥苷酸二核苷酸胞嘧啶(CpG)堿基的5位碳原子上，最終形成5-甲基胞嘧啶的過程[7]。研究表明，基因啟動子區(qū)域DNA低甲基化能激活基因的轉(zhuǎn)錄，而DNA高甲基化則抑制基因的轉(zhuǎn)錄[8-9]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，異常DNA甲基化與GDM的發(fā)病有關(guān)[10]。

Zahra等[11]研究發(fā)現(xiàn)，相對于對照組，GDM子代大鼠胰島基因CDKN2A和CDKN2B啟動子CpG位點的DNA甲基化顯著降低，CDKN2A和CDKN2B基因的mRNA表達顯著升高，且該兩個基因啟動子區(qū)的DNA低甲基化與母體高血糖顯著關(guān)聯(lián)，提示GDM大鼠可能通過調(diào)控胰島基因CDKN2A/B啟動子DNA甲基化水平對子代胰腺β細胞產(chǎn)生不良影響，進而參與胰腺β細胞功能障礙和糖尿病的發(fā)生。朱本麗等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)胰島素和二甲雙胍降糖藥治療后的GDM大鼠，其子代大鼠胰腺組織PPARGC1A基因DNA甲基化顯著降低和mRNA表達顯著升高，且與子代大鼠糖脂代謝功能呈正相關(guān)，提示胰島素和二甲雙胍治療GDM大鼠可通過調(diào)控DNA甲基化來改善子代大鼠糖脂代謝。同時有研究表明，在1型糖尿病大鼠中高血糖會導致基因組的低甲基化[9]。Dias等[13]對南非GDM組和健康對照組孕婦進行了全基因組DNA甲基化分析，研究發(fā)現(xiàn)GDM組有1046個DNA甲基化差異的CpG位點，其中148個CpG位點高甲基化，898個CpG位點低甲基化；SLC9A3基因的cg22985016位點DNA高甲基化與GDM孕婦空腹血糖濃度呈正相關(guān)，而KLHDC3基因的cg21910650、CAMTA基因的cg23643951和RASA3基因的cg07966372位點的DNA低甲基化與GDM孕婦空腹血糖濃度呈負相關(guān)；RASA3基因的cg07966372位點的DNA低甲基化與空腹胰島素濃度呈負相關(guān)。錢源等[14]對GDM組和正常對照組孕婦大網(wǎng)膜下脂肪組織進行全基因組DNA甲基化分析，發(fā)現(xiàn)GDM組孕婦大網(wǎng)膜下脂肪組織中有1298個基因低甲基化位點和1570個基因高甲基化位點，經(jīng)分析比較后發(fā)現(xiàn)共有42個甲基化差異基因可能與妊娠期的血糖、血脂、血壓、空腹胰島素水平等密切相關(guān)；GDM組孕婦大網(wǎng)膜下脂肪組織人類白細胞抗原G啟動子區(qū)域甲基化水平顯著升高；提示甲基化差異基因可能參與了胰島素抵抗，并可能是GDM潛在的致病基因。Zhang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組比較，GDM組孕婦大網(wǎng)膜組織中缺氧誘導因子3α(hypoxia-inducing factor 3α, HIF3α)啟動子區(qū)域的DNA甲基化顯著升高，且HIF3α表達顯著降低，提示HIF3α啟動子區(qū)域的DNA高甲基化與GDM顯著相關(guān)，并可能是治療GDM潛在的新靶點。

以上研究表明，異常DNA甲基化與GDM孕婦血糖、胰島素等的調(diào)控密切相關(guān)，妊娠期婦女可能通過調(diào)控 DNA甲基化水平對胰島細胞功能產(chǎn)生不良影響，參與GDM的發(fā)生發(fā)展，且甲基化差異基因可能是治療GDM潛在的分子靶標。因此，進一步研究DNA甲基化在GDM中的作用，可為GDM的治療提供新的思路。

2 組蛋白修飾與GDM

組蛋白是染色質(zhì)的重要組成部分之一，其N端氨基酸殘基可被共價修飾。組蛋白修飾主要包括乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化和ADP核糖基化等。組蛋白修飾在調(diào)控染色質(zhì)壓縮及核小體動力學中起重要作用，同時，還可直接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，影響有絲分裂、細胞凋亡、DNA損傷與修復、DNA復制和重組等過程[16]。研究表明，多種組蛋白修飾異常與GDM的發(fā)生相關(guān)聯(lián)。在人類單核細胞和淋巴細胞研究中，組蛋白H3賴氨酸的三個甲基化狀態(tài)(單甲基化，二甲基化和三甲基化)中，其中二甲基化與糖尿病顯著相關(guān)[17-18]。

Michalczyk等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與產(chǎn)后未發(fā)展為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的GDM孕婦比較，產(chǎn)后發(fā)展為T2DM的婦女在妊娠30周和產(chǎn)后8～10周血液中H3K27和H3K4的二甲基化水平顯著降低；與正常對照組比較，患T2DM的GDM孕婦在妊娠30周血液中H3K27和H3K4的二甲基化水平顯著升高，而在產(chǎn)后8-10周和產(chǎn)后20周血液中H3K27和H3K4的二甲基化水平降低；血液中H3K27和H3K4二甲基化水平可能是預測GDM進展為T2DM的表觀遺傳學標志物。張薇等[20]發(fā)現(xiàn)GDM組子代小鼠組蛋白乙?；揎椕竝300與過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ, PPAR-γ)啟動子結(jié)合水平和PPAR-γ啟動子區(qū)域組蛋白H3乙酰化水平均顯著降低，進而影響GDM子代小鼠心肌細胞糖脂代謝相關(guān)基因的表達。李松等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組比較，GDM孕婦Toll樣受體4(Toll-like receptors 4, TLR4)發(fā)生了乙?；揎棧瑫rTLR4乙?；c核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor-κB, NF-κB)蛋白的表達呈正相關(guān)；TLR4乙?；赏ㄟ^影響LPS-TLR4-NF-κB通路活化介導炎癥介質(zhì)的釋放，導致孕婦體內(nèi)抗炎-促炎因子失衡，從而參與GDM的發(fā)生。Hepp等[22]發(fā)現(xiàn)GDM孕婦胎盤滋養(yǎng)層細胞中組蛋白H3賴氨酸9乙酰化(Histone H3lysine 9 acetylation, H3K9ac)的表達顯著下調(diào)；細胞培養(yǎng)實驗表明，BeWo細胞和人絨毛膜滋養(yǎng)層細胞在高濃度的骨化三醇的刺激下，H3K9ac和mRNA表達降低，H3K9ac的表達降低可反應(yīng)轉(zhuǎn)錄活性的下調(diào)；可能與GDM孕婦糖代謝紊亂有關(guān)。

綜上，組蛋白修飾異?？梢鹪袐D體內(nèi)抗炎-促炎因子失衡、糖脂代謝紊亂和胰島素抵抗，參與GDM的發(fā)生。但組蛋白修飾異常在GDM中的具體作用尚不完全清楚，還有待進一步深入的研究證實。

3 ncRNAs與GDM

3.1 miRNAs與GDMmiRNAs是一類內(nèi)源性高度保守的非編碼小RNA分子，大小約為22個核苷酸[23]；成熟miRNAs通過識別靶基因的3′非翻譯區(qū)，導致mRNA降解或抑制其翻譯，進而抑制蛋白質(zhì)的合成[24]。miRNAs調(diào)控人類約三分之一的基因表達[23]。miRNAs分子在許多生物學過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，包括細胞的發(fā)育和分化、細胞周期調(diào)節(jié)以及維持免疫系統(tǒng)的動態(tài)平衡[25-26]。大量研究已表明，miRNAs分子在糖尿病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色[27-29]。

Zhao等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，GDM組孕婦血清中miRNAs(miR-132，miR-29a，miR-222)的表達顯著降低；進一步的研究表明，miRNAs(miR-132，miR-29a，miR-222)的異常表達出現(xiàn)在GDM孕婦血糖異常之前，提示三者可作為GDM早期診斷的分子靶標。明艷等[30]發(fā)現(xiàn)GDM孕婦游離血清中miR-301a表達顯著升高，且與血清中空腹血糖、空腹胰島素、IL-1、IL-6、TNF-α濃度呈正相關(guān)，而與血清中IL-10的濃度呈負相關(guān)。GDM孕婦miR-301a表達升高可能引起促炎因子水平增加，輔助T細胞的平衡受阻，促炎因子表達水平高，而抗炎因子表達水平低，引起GDM孕婦體內(nèi)抗炎-促炎因子失衡，可能通過體內(nèi)炎癥調(diào)節(jié)紊亂引起胰島素抵抗，進而參與GDM的發(fā)生發(fā)展。Zhu等[31]研究發(fā)現(xiàn)GDM患者中有5個miRNAs(miR-16-5p、miR-17-5p、miR-19a-3p、miR-19b-3p和miR-20a-5p)在血糖異常前異常表達，而這些miRNAs的靶點與絲裂原活化蛋白激酶、胰島素、轉(zhuǎn)化生長因子β和雷帕霉素靶蛋白信號通路有關(guān)，這一結(jié)果為進一步了解miRNAs在GDM中的具體作用機制提供了基礎(chǔ)。孫天虹等[32]發(fā)現(xiàn)GDM組外周血中空腹胰島素和miR-29表達顯著降低，而外周血中miR-375表達顯著升高，因此推測miR-375可能促進胰島β細胞凋亡，而miR-29的低表達能夠抑制胰島β細胞的分化與成熟，在兩者共同作用下，胰島β細胞數(shù)量受限，胰島功能抑制，進而促進GDM的發(fā)生發(fā)展。Cao等[33]發(fā)現(xiàn)GDM患者血漿中miR-16-5p、miR-17-5p和miR-20a-5p的表達明顯增高，且三者的表達與胰島素抵抗呈正相關(guān)，提示血漿中三種miRNAs的表達增加可能是GDM潛在的診斷標志物。Wang等[34]研究發(fā)現(xiàn)，GDM孕婦血清中游離的miRNA-19a和miRNA-19b表達增加；有酗酒史的GDM患者，miRNA-19a表達是對照組的4.31倍，而非酒精組的miRNA-19a表達是對照組的3.72倍，差異有統(tǒng)計學意義；同時有吸煙史的GDM患者miRNA-19b表達為對照組的5.04倍，無吸煙史的GDM患者miRNA-19b表達為對照組的4.41倍。

Wang等[35]研究發(fā)現(xiàn)GDM患者胎盤來源的單核巨噬細胞miR-657的表達顯著增加，而IL-37的mRNA表達水平降低；且miR-657表達與IL-37水平呈負相關(guān)，同時該研究發(fā)現(xiàn)miR-657可靶向調(diào)節(jié)IL-37和通過NF-κB信號通路增強脂多糖誘導的巨噬細胞炎癥反應(yīng)，進而參與了GDM的發(fā)病。Zhou等[36]研究發(fā)現(xiàn)GDM孕婦miR-132的表達顯著降低，且miR-132的表達與GDM孕婦的空腹血糖水平呈負相關(guān)，血清中miR-132的表達水平降低可能是診斷GDM潛在的生物標志物。

綜上所述，miRNAs的表達異常可能與妊娠期間孕婦體內(nèi)免疫促炎-抗炎因子失衡、胰島β細胞功能受損有關(guān)，且部分miRNAs的表達異常是發(fā)生在GDM孕婦血糖異常之前，因此，在孕早期檢測miRNAs分子的表達，將有助于GDM的早期診斷。但是，這些表達異常的miRNAs如何靶向調(diào)節(jié)GDM的發(fā)生發(fā)展尚不完全清楚，有待進一步的研究。

3.2lncRNAs與GDMlncRNAs是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA。lncRNAs缺乏編碼蛋白質(zhì)的功能，但在RNA聚合酶Ⅱ作用下，lncRNAs經(jīng)轉(zhuǎn)錄后可得到類似mRNA的特征，包括5′加帽、剪接和多聚腺苷酸化[37]。廣義lncRNAs可分為五類，包括正義lncRNAs、反義lncRNAs、雙向lncRNAs、內(nèi)含子lncRNAs和基因間lncRNAs[38]。lncRNAs可通過招募染色質(zhì)修飾蛋白復合體到基因的特定位點并發(fā)揮催化活性，進而調(diào)控基因的表達[39]；lncRNAs可充當內(nèi)源競爭RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)或RNA海綿與miRNAs結(jié)合，解除miRNAs與靶基因的結(jié)合，使靶基因表達水平上調(diào)[38]。此外，lncRNAs作為轉(zhuǎn)錄激活因子或抑制因子參與靶基因的調(diào)控[40]。研究表明，lncRNAs與GDM的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[41]。

Zhang等[42]研究發(fā)現(xiàn)，GDM孕婦外周血液和胎盤絨毛組織中l(wèi)ncRNA MEG3的表達顯著升高；通過熒光素酶實驗發(fā)現(xiàn)miR-345-3p是lncRNA MEG3的靶點，其在GDM孕婦中的表達顯著降低；進一步分析表明lncRNAMEG3過表達除誘導HTR-8/SVneo細胞凋亡外，還顯著抑制HTR-8/SVneo細胞的活力和細胞的遷移和侵襲；可能通過調(diào)節(jié)胎盤滋養(yǎng)層細胞的功能來參與GDM的發(fā)生發(fā)展。李麗等[43]發(fā)現(xiàn)GDM孕婦血清中l(wèi)ncRNAMALAT1的表達顯著降低，且與空腹血糖水平呈負相關(guān)，同時還發(fā)現(xiàn)lncRNAMALAT1的表達與GDM的嚴重程度和不良妊娠結(jié)局發(fā)生率有關(guān)。此外，Zhang等[44]研究發(fā)現(xiàn)GDM孕婦血清中l(wèi)ncRNAMALAT1表達顯著升高，提示孕婦血清中l(wèi)ncRNAMALAT1的表達水平與GDM有關(guān)，可作為GDM潛在的血清生物標志物。以上兩項研究均檢測了GDM孕婦血清中l(wèi)ncRNAMALAT1的表達情況，但研究結(jié)果存在分歧，其原因可能是由于孕周、樣本數(shù)量和GDM的嚴重程度等因素存在差異，因此，需要擴大樣本量和統(tǒng)一研究對象的標準來驗證lncRNAMALAT1在不同人群中的表達譜的變化，以證實lncRNAMALAT1與GDM的關(guān)系。

lncRNAs的異常表達可能是治療GDM的潛在的生物學標志物，目前l(fā)ncRNAs在許多疾病中的具體調(diào)控作用和功能還未完全解釋清楚，且GDM的發(fā)病機制復雜，還需進行大量深入的研究來進一步闡明lncRNA在GDM中的作用。

3.3circRNAs與GDMcircRNAs是首先在植物中發(fā)現(xiàn)的單鏈共價閉合RNA分子的類病毒，但大多被誤解為基因轉(zhuǎn)錄過程中剪接錯誤的產(chǎn)物。近年來研究發(fā)現(xiàn)，circRNAs是一類不含5′端帽子或3′端加Poly(A)尾，以共價鍵結(jié)合的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性非編碼RNA分子[45]。circRNAs的生物學特性包括進化保守性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及組織特異性等；細胞內(nèi)circRNAs比線性RNA的穩(wěn)定性高，且能抵抗RNA核酸外切酶的降解[45-46]。circRNAs可通過與RNA結(jié)合蛋白結(jié)合影響mRNA的表達；少部分circRNAs可充當miRNA海綿，通過與miRNA競爭結(jié)合來發(fā)揮靶基因的調(diào)控作用[47-48]。此外，circRNAs可與核小RNA或RNA聚合酶Ⅱ的相互作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄，也可與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合競爭性調(diào)節(jié)RNA的剪接[49]。有研究表明，circRNAs與糖尿病的發(fā)病有關(guān)；has-circRNA-0054633在糖尿病中的表達顯著上調(diào)[48-51]。

Yan等[52]研究發(fā)現(xiàn)GDM孕婦胎盤絨毛中有227種circRNAs顯著上調(diào)，255種circRNAs顯著下調(diào)，進一步分析表明這些存在差異表達的circRNAs上有一個或多個與GDM相關(guān)的miRNAs的結(jié)合位點，且與糖代謝和脂代謝等信號通路有關(guān)。Wu等[51]研究發(fā)現(xiàn)在妊娠中晚期的GDM孕婦血清和胎盤中has-circRNA-0054633表達升高，且與餐后血糖、糖化血紅蛋白A1(glycosylated hemoglobin A1，GHBA1)和GHBA1c的濃度呈正相關(guān)，提示has-circRNA-0054633可能是GDM敏感的血清標志物。Wang等[53]研究發(fā)現(xiàn)GDM孕婦血漿和胎盤組織中has-circRNA-0005243的表達顯著降低，同時該研究證實了has-circRNA-0005243的表達降低可抑制HTR-8/SVneo細胞的增殖和遷移，促進IL-6和TNF-α的產(chǎn)生，引起GDM孕婦體內(nèi)免疫平衡紊亂，從而參與GDM的發(fā)生發(fā)展。

以上研究表明circRNAs與糖脂代謝信號通路有關(guān)，表達譜的改變可能參與GDM的發(fā)病過程，但circRNAs在GDM中具體發(fā)揮的作用有待進一步的闡釋，其是否可作為GDM的生物學標志物還需進行大量深入的研究。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，GDM是妊娠期間常見的并發(fā)癥之一，可對孕婦、胎兒造成嚴重的不良影響。表觀遺傳學因素的改變可引起妊娠期間糖脂代謝異常、胰島β細胞功能障礙、體內(nèi)炎性因子的失衡，這與GDM的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。多項研究證實，GDM孕婦體內(nèi)存在許多異常表達的ncRNAs，可能是診斷和治療GDM潛在的生物標志物。然而，表觀遺傳學因素改變的原因及其參與GDM發(fā)生發(fā)展的具體機制尚未完全闡明，有待進一步的研究。因此，繼續(xù)深入研究表觀遺傳學因素在GDM發(fā)病機制中的作用，有助于加深對GDM病因?qū)W的理解，為GDM的預防、診斷、治療及預后提供新的思路和有效的分子靶標。