2016中国糖尿病研究亮点（二）

　　在代谢性疾病中的作用与机制研究

　　2型糖尿病（T2DM）、非酒精性脂肪肝病（NAFLD）等代谢性疾病，已成为我国重大公共卫生问题之一。然而，其病理生理机制，仍有待进一步明确。过往的研究表明，遗传易感性、营养摄入不均衡、缺乏锻炼可能在这类疾病的发生发展中起着关键作用。然而，近年来的人群和动物研究则证实：隔代（Transgeneration）或跨代（Intergeneration）遗传在代谢性疾病中亦扮演着重要作用。即：父亲或母亲面临的环境因素（营养摄入、吸烟、药物史等），通过生殖细胞介导的表观遗传机制（DNA甲基化、小RNA等），遗传至子代的代谢性器官（肝脏、胰岛等），调控糖脂代谢途径重要基因的表达，从而影响器官的功能，导致糖脂代谢紊乱的发生。值得注意的是，由于父亲的影响因素仅限于生殖细胞（精子），机制上更为单一、明了，近年来受到国际上的广泛关注。CellMetabolism杂志于2015年举办创刊10周年纪念时，更是将该话题列为未来的十大挑战之一（Top10Challenges）。例如，模式动物的实验结果表明：给予父亲高脂、低蛋白、高糖等饮食处理后，其子代发生糖脂代谢紊乱的风险明显增加【1-4】；此外，与正常男性、减肥手术后男性相比，肥胖男性的精子中，与下丘脑功能尤其是食欲调节密切相关的基因，其启动子区域DNA甲基化、组蛋白修饰等存在显著异常【5】，从而在人群层面也佐证了跨代遗传对代谢性疾病的贡献。

　　2016年4月，李小英教授带领团队，在CellMetabolism杂志上发文，进一步阐述了该理论在代谢性疾病中的作用及相关机制【6】。当今社会，随着经济水平的发展，生活方式的转型，焦虑、紧张、抑郁等心理压力与应激日益频繁，已严重危害人类健康。大量人群流行病学研究表明，心理应激（Psychologicalstress）与多个疾病的发生发展密切相关，如神经退行性疾病、心血管疾病、肿瘤、2型糖尿病等。此外，近年来的研究表明，母亲的心理应激，尤其是妊娠期间的应激，可促进子代肥胖和2型糖尿病的发生。但父亲应激，能否影响或调控子代的糖代谢情况，目前尚无文献报道。鉴于此，李小英教授课题组以C57BL/6小鼠为动物模型，系统的探讨了这一跨代遗传现象及背后的分子机制。研究人员将8周龄雄性小鼠置于50毫升离心管中（Restraintstress），每天2小时，持续2周（Stress组）。对照组小鼠（Control组）在此期间，自由进食与活动。2周后，将两组小鼠分别与正常雌鼠交配，进而获得子代小鼠（F1）。进而，课题组详细观察了两组小鼠（Control-F1、Stress-F1）的糖代谢表型，并发现：Stress-F1小鼠表现为血糖升高，丙酮酸耐量实验表明肝脏糖异生和肝糖输出能力增强，而葡萄糖和胰岛素耐量实验表明胰岛素敏感性并未改变。在基因表达层面，Stress-F1小鼠肝脏PEPCK的蛋白水平显著增加，但mRNA无明显改变，提示PEPCK的表达可能受到转录后水平的调节。由此，课题组通过MicroRNA表达谱芯片，筛选出调节PEPCK表达的一个MicroRNA:miRNA-466b-3p的表达在Stress-F1小鼠肝脏中显著下调。在此基础上，课题组发现父亲应激后，血清糖皮质激素水平显著升高，引起精子miRNA-466b-3p启动子区域甲基化程度的增加，并遗传至子代小鼠，导致其肝脏中miR-466b-3p的表达下调，引起PEPCK蛋白表达的增加，从而引发子代小鼠糖异生增加，血糖升高（见下示意图）。

　　因此，该研究首次发现，父亲的心理应激，通过表观遗传等机制，调控子代的糖代谢状况，从而进一步证实了环境因素介导的跨代遗传调控作用。而这些结果，不仅为日后人群层面相关疾病的研究提供有益的线索和理论基础，还有望建立代谢性疾病发病机制的新理论，从而为相关疾病的干预提供新的思路。