胎儿生长受限胎盘的表观遗传学研究进展

刘颖，于宁

天津市中心妇产科医院 (天津 300052)

胎儿生长受限(fetal growth restriction，FGR)是指胎儿在子宫内无法达到遗传学定义的生长潜能，体重低于同孕龄平均体重两个标准差，或低于同孕龄正常体重的第10百分位数，发病率为5%～10%[1]。该病是一种由于营养和生长因子供应不足而导致胎儿不能充分发育的疾病，是增加围生期发病率和病死率的主要风险[1]，并且生长受限的个体在成年后出现糖尿病、高血压、肥胖、骨质疏松和心血管疾病等严重并发症的风险较高[2]。FGR发病受多种因素影响，其可能的致病因素包括环境、遗传、染色体、药物及感染等。目前许多研究表明胎盘功能不全，特别是与其相关基因的异常调控与FGR的发病有关。

1 胎盘与FGR发病的相关性

胎盘是妊娠过程中形成的第一个器官，在胎儿生长中起着至关重要的作用，参与了胎儿发育过程中的营养、废物、气体交换，预防母体免疫排斥，以及各种代谢和内分泌功能。胎盘是连接母儿之间重要的物质交换器官，滋养细胞是胎盘功能的基础，其可以改变母体血管系统以允许有效的血流通过胎盘，并促进营养摄取。许多不良妊娠结局，如子痫前期(preeclampsia，PE)、FGR、早产等，都与异常的滋养细胞(胎源性胎盘前体)迁移和侵袭有关，这是胚胎植入和胎盘形成的关键步骤[3]。在组织病理学水平上，FGR胎盘表现出胎盘发育中断的迹象，其特征是由于母胎免疫相互作用不当，导致梗死面积增加、炎症反应和滋养细胞侵入子宫螺旋动脉等[4-5]。研究显示，在胎盘和胚胎发生过程中存在表观遗传因子的调控和基因组印记，任何胎盘印记基因的增减都被证明与严重的胎盘缺陷有关，而胎盘缺陷又会影响母体和正在发育的胎儿，并在成年期产生长期影响[6]。一些针对FGR胎盘的研究报道了基因组中许多区域的基因转录差异，FGR中与胎盘基因表达改变相关的通路包括血管生成、免疫调节、能量产生和生长信号[7]。而胎盘表现出的这些限制胎儿生长发育的反应，被认为是由表观遗传调控的变化引起的[8]。

2 FGR相关的胎盘表观遗传学研究进展

表观遗传学(epigenetics)主要研究在基因核苷酸序列不发生改变的情况下，DNA及有关蛋白分子发生的可遗传修饰，这些修饰可被细胞“记忆”并在随后的细胞分裂过程中保留下来。从操作的角度来看，表观遗传学通过一系列细胞机制的作用调节基因组功能，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA，并可通过调控基因表达影响胎盘滋养层细胞分化、侵袭、激素分泌等，在胎盘形成和胎儿发育中起着至关重要的作用[9]。

2.1 DNA甲基化

DNA甲基化是细胞在不改变遗传序列的情况下用来控制基因表达的一种有丝分裂的可遗传的表观遗传标记，动物模型已显示DNA甲基化在胎盘发育中的重要性，抑制妊娠大鼠的甲基化可导致解剖异常的小胎盘及滋养层数量发生改变[10]。人滋养细胞的分化与大量的基因表达变化有关。然而，对于DNA甲基化是如何影响这些转录途径的研究较少，以往研究通常只关注少数基因。Senapati等[11]对促排卵后子宫内膜进行全基因组测序及甲基化测序，研究相关基因的DNA甲基化和表达的变化，发现促性腺激素刺激可改变着床早期子宫内膜重塑关键基因的表达，如一些与血管生成和细胞侵袭有关的酶的基因表达，这些变化可能导致滋养细胞迁移改变和血管内皮受损，从而引起不良妊娠结局。最近，人类胎盘的DNA甲基化图谱已被绘制出来，目前有多项研究报道PE患者非印迹基因的DNA甲基化状态发生改变，尤其是涉及血管形态发生、细胞黏附、增殖侵袭、血管生成、滋养细胞脂质代谢等的基因[6]。Liu等[12]研究了PE与妊娠糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)胎盘的全基因组DNA甲基化水平，观察到相似的甲基化模式，提示两种疾病有明显的重叠。Zhu等[13]证实了CD39/核外核苷三磷酸二磷酸氢酶-1 (ENTPD1)和锌指型dhhc-14 (ZDHHC14)的低DNA甲基化的下调在晚发型PE发病机制中起着至关重要的作用。近年研究发现，FGR胎盘也存在表观遗传学改变，母源性印记基因如Peg3、Peg1或Igf2的缺失可导致胎盘重量减少和小于胎龄儿，而父源性印记基因如CDKN1C、GRB10、H19或PHLDA2的缺失则导致胎盘过度生长，并且CDKN1C受组蛋白标记h3k27ac和H3K4me1调控[14]。在FGR病例中，除印迹基因外，非印迹基因也存在表观遗传学改变，从FGR新生儿脐血中提取的造血干细胞中发现，与糖尿病相关的基因hnf4a在表观遗传学上存在失调[15]。Schrey等[16]证明了瘦素在单绒毛膜双胎胎盘中的甲基化存在差异。

这些甲基化事件可能有助于我们深入了解细胞持续承受的环境暴露，并作为早期细胞转化的潜在生物学标志物[17]。事实上，有许多研究，特别是在癌症领域，已经在开发DNA甲基化在疾病诊断、预后、药物反应预测中的作用，以及可能的药物治疗靶点。但它可能不是参与这一过程的唯一调控机制[10]。调控胎盘基因表达的其他表观遗传系统(如组蛋白修饰和其他翻译后染色质修饰)的破坏也可能与其有关。

2.2 组蛋白修饰

除了DNA甲基化，组蛋白修饰在控制基因表达方面也发挥至关重要的作用。在真核细胞中，DNA与组蛋白是染色质的主要成分，染色质的结构与基因活性密切相关，通过对组蛋白的氨基末端进行甲基化或乙酰化来修饰染色体的结构，在DNA复制、基因转录及细胞周期的控制等方面有重要作用。Fung等[18]观察到从FGR幼鼠肝脏中获得的IGF1启动子甲基化和组蛋白H3K4ac标记升高，而激活标记H3K4me3则显著降低。Paauw等[19]绘制了与胎盘发育中断相关的DNA调控区域中组蛋白H3K27ac乙酰化的差异图谱，证实了FGR胎盘中H3K27ac全基因组改变与胎盘功能相关区域转录谱改变相一致。

2.3 miRNA

miRNA是一类大小为21～23 nt的非编码小RNA分子，通过沉默或降解其靶点mRNA分子调控基因表达。有研究显示，miRNA在PE及FGR胎盘中的表达存在差异，它们的靶基因参与抗凋亡、转录调节、细胞周期、器官/系统发育、细胞黏附、血管生成和免疫功能障碍。Hromadnikova等[20]比较了健康和PE/FGR孕妇血液和胎盘中的microRNA水平，结果显示，在妊娠早期(12 ～16周)microRNA水平即显著升高，并与PE/FGR有关，表明microRNA可作为特异性生物标志物筛选晚发型PE/FGR。Guo等[21]研究发现miR-194在PE和FGR两种情况下均显著降低，其靶点参与细胞凋亡、信号通路等多个生物学过程。Zhou等[22]发现miR-29a在骨骼肌中显著升高，而Zhang等[23]发现在FGR幼鼠胰腺中存在大量差异调控的miRNA信号亚群。miRNA可能是最有前途的生物标志物，对其行为模式的良好了解，其在血浆中的高稳定性及在女性血浆中易于检测都是其优势[9]。

基于上述证据，DNA甲基化、组蛋白修饰和小分子核糖核酸这些表观遗传机制可能在FGR的病理生理学中起着至关重要的作用，其不仅影响产妇健康，还会影响后代成年时的健康。通过评估FGR胎盘中与病理基因表达相关的表观遗传学变化，能够使我们更好地理解疾病的发病机制，并为今后开发各种FGR诊断和治疗的靶点提供依据，最终达到对疾病的早期防治，改善围生儿结局的目的。