生物标志物预测早期妊娠期糖尿病的研究进展

韦依伶，何安东，李瑞满

(暨南大学附属第一医院，广州 510630)

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是指妊娠期间首次发生或发现的糖耐量异常[1]，国内GDM发生率为13.0%～20.9%[2]，且呈逐年升高的趋势。GDM主要的病理机制是β细胞功能障碍和胰岛素抵抗，其不仅导致妊娠期高血压、羊水过多、急诊剖宫产等不良妊娠结局，也与胎儿畸形、巨大儿、新生儿低血糖等有关，并且可在一定程度上增加后代发生肥胖、心血管疾病及2型糖尿病的风险[3]。妊娠早期是胎儿生长发育的关键时期，暴露在宫内不良环境的胎儿具有较高的死亡率，提前给予干预治疗，以期改善母婴结局，是GDM治疗管理中一项重要原则。

临床上在孕24～28周行75g口服葡萄糖耐量试验(oralglucose tolerance test，OGTT)是确诊GDM的金标准，但检测方法复杂，需要禁食和多次抽血，可能导致孕妇胃肠道不适和依从性下降。目前仍缺乏筛查早期GDM的特异生物标志物，传统预测指标敏感性和特异性较低，如空腹血糖(fasting plasma glucose，FPG)检测易出现假阳性[4]，不仅增加医疗负担，还给患者造成心理压力。糖化血红蛋白(HbA1c)水平与不良妊娠结局有关[5]，但HbA1c易受到母体内铁和血红蛋白水平的干扰，在妊娠中的特定参考范围尚未建立，目前未有任何指南推荐将其用于GDM诊断。本文就近年来新型生物标志物在预测早期GDM的研究进展做一综述。

1 GDM与DNA甲基化

表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，基因表达发生可遗传改变。DNA甲基化是最常研究的表观遗传修饰，可使鸟苷酸(CpG)二核苷酸胞嘧啶第5个碳原子发生共价修饰,从而抑制基因转录。在GDM患者的胎盘以及其后代的脐带血和外周血中可发现DNA高度甲基化[6]，胎儿暴露于宫内高糖环境可诱导“胎儿程序化”引起表观遗传改变，增加其发生肥胖和2型糖尿病的风险[7]。2018年首次采用全基因组分析了早期GDM外周血样本DNA表观基因组，与对照组相比，发现5个基因(COPS8、PIK3R5、HAAO、CCDC124和C5orf34)出现DNA甲基化差异[8]，有助于研发新的GDM预测方式。Dias等[9]研究发现，GDM患者的SLC93A甲基化与空腹和餐后1h葡萄糖水平呈正相关，而CAMTA、MEA1、KLHDC3和RASA3甲基化与空腹葡萄糖水平呈负相关。这些生物标志物有助于深入了解GDM发病机制中表观遗传学改变，并有望成为GDM的预测指标。

2 GDM与代谢组学

代谢组学是采用高通量检测方法对代谢物进行定性和定量分析，更全面反映机体代谢变化与生理病理变化间的相对关系。既往糖尿病代谢组学研究发现，亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸可预测2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus，T2DM)的发生[10]，而GDM与T2DM的病理生理机制相似，GDM患者产后罹患T2DM的发生风险更高。Jiang等[11]在孕12～16周时测量母体血液中的氨基酸水平，发现最终发展为GDM的女性与仍保持葡萄糖耐量正常的女性相比，妊娠早期的丙氨酸、异亮氨酸和酪氨酸水平呈明显的差异性表达，在传统模型(年龄、BMI、TG、GGT、FPG和FINS)中添加异亮氨酸和酪氨酸可将曲线下面积(AUC)从0.692增至0.737。Zhao等[12]对GDM组和对照组妊娠早期和妊娠晚期的母体血清样本分别进行了非靶向纵向代谢组学研究，随着妊娠进展，GDM组血清中丝氨酸、丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、酪氨酸、鸟氨酸、溶血卵磷脂的下降含量大于对照组，而尿酸含量与对照组相比增加，这些代谢物主要参与嘌呤代谢、脂肪酸β-氧化、尿素循环、三羧酸循环途径，表明早期代谢物的特异性变化可能是GDM的发生原因。因此，代谢组学通过利用这些差异代谢物可识别GDM高危人群，在筛选预测GDM发生的生物标志物方面具有巨大优势。

3 GDM与蛋白组学

蛋白质组学是以蛋白质组学技术检测为基础，反映生理和病理状态下蛋白质的成分和数量的变化，揭示疾病发生相关蛋白的表达、信号通路、代谢途径[13]。使用蛋白质组学鉴定早期GDM变化有助于了解疾病的发病机理以及发现临床生物标志物。Ravnsborg等[14]采用靶向蛋白质组学评估标记蛋白预测潜力，提前收集孕8～14周血样，发现无论BMI≥27kg/m2或BMI<27kg/m2，脂联素都是GDM早期最佳独立预测因子(AUC=0.712，95%CI为0.642～0.783；AUC=0.671，95%CI为0.563～0.778)。一项前瞻性研究通过iTRAQ技术分析GDM组与对照组孕12～16周时的母血差异蛋白[15]，随后酶联免疫吸附剂测定法(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)验证了APOE、F9、FGA和IGFBP5 4种差异蛋白，发现这些蛋白涉及不同的生物学过程和信号转导途径，主要包括凝血、炎症反应、免疫反应、补体激活、氧化应激等，这4种蛋白质组合的ROC曲线、灵敏度和特异性分别为0.985、80%和95%。Shen等[16]研究结果也强调了补体系统和凝血级联在GDM发病机制中的作用，提示其可作为妊娠早期预测GDM的生物标志物。

4 GDM与外泌体

外泌体是由各种类型细胞产生的双层脂质囊泡，充当细胞间信息载体。它富含着多种信号分子(如蛋白质、脂质、DNA、RNA和其他生物活性物质)，可释放到血浆、血清、羊水、尿液和母乳等体液中，在实现细胞间通讯、维持器官体内稳态、疾病的发生中发挥着重要作用[17]。胎盘来源的外泌体在孕6周左右释放到外循环中[18]，参与胎盘和母体之间的细胞间的通讯。Salomon等[19]发现，GDM组在孕11～14周时检测血浆外泌体总数是对照组的2.2倍，认为对于筛查无症状人群可能具有诊断作用。另一项研究[20]同样评估了妊娠早期(11～14周)的外泌体浓度，预测随后发展为GDM的可行性，ROC曲线的AUC为0.7982，敏感性为83%，特异性为74%。Jayabalan等[21]通过生物信息学分析表明，与对照组相比，GDM组的差异外泌体蛋白主要与能量产生、炎症和代谢通路有关。随着外泌体在GDM的病理生理学中的深入研究，外泌体在预测GDM潜在生物标志物的研究中也成为了一大热点。

5 GDM与miRNA

microRNA(miRNA)是一种小型非编码RNA，通过干扰mRNA的翻译来抑制蛋白质合成，调节增殖、迁移、入侵和凋亡等细胞过程。妊娠期间，胎盘产生的miRNA释放到母体循环中，参与胎盘发育、胰岛素信号传导，一定程度上反映胎盘功能状态。Yoffe等[22]研究表明，早期GDM患者外周血清中miR-223和miR-23a上调，两者在logistic模型中的AUC为0.91，提示其可作为一种重要的早期诊断GDM的检查手段。microRNA在外泌体中富集且稳定，外泌体双层膜结构可保护miRNA在体液循环中的稳定性和寿命[23]。Gillet等[24]通过分析胎盘形成早期阶段(妊娠6～15周)外泌体表达，发现10个miRNA(miR-122-5p，miR-132-3p，miR-1323，miR-136-5p，miR-182-3p，miR-210-3p，miR-29a-3p，miR-29b-3p，miR-342-3p和miR-520H)在GDM组显著高于对照组(P≤0.05)，这些miRNA都与孕妇的滋养层细胞增殖、分化以及胰岛素分泌调节和葡萄糖转运有关。以上研究均表明血清micro RNA有望作为早期GDM的可靠的生物标志物。

6 GDM预测相关蛋白

6.1 铁蛋白 铁蛋白(SF)是人体内主要的储SF,间接反映体内铁的储备情况。随着妊娠进展，胎儿生长发育过程中对营养需要量逐渐增多，孕妇对铁的需求量亦随之增加，铁作为一种过渡性金属和强促氧化剂可能影响妊娠期女性机体的糖代谢。妊娠期机体储存铁升高引起的氧化应激反应可通过加重胰岛素抵抗和损伤胰岛β细胞的功能影响糖代谢[25],促进GDM的发生与发展。Rawal等[26]选取321例孕妇，测量其孕10～14、15～26周的血清SF水平，以最终发生GDM的107例孕妇和非GDM的214例孕妇作为研究组，两组在孕10～14、15～26周时的血清SF水平比较，差异均有统计学意义(P<0.05、P<0.01)；与SF浓度最低四分位数的女性相比，最高四分位数的女性在孕10～14周和孕15～26周患GDM的风险是2.43倍(95%CI为1.12～5.28)、3.95倍(95%CI为1.38～11.30)，SF水平与GDM风险呈显著正相关。另一项研究表明[27]，GDM组在妊娠12周时测量血清SF和铁含量高于正常妊娠组(P<0.05)，血清SF和铁的临界值分别为67.8μg/L和52.9mmol/L。妊娠早期血清SF与GDM发生有一定的相关性，早期检测血清SF水平可提高妊娠中期GDM的检出率。

6.2 脂肪酸结合蛋白4 脂肪酸结合蛋白4(FABP4)是一种分布于脂肪细胞和巨噬细胞中的细胞内脂质伴侣，在妊娠期间参与胎盘发育过程中脂肪酸和富含甘油三酯的脂蛋白的运输和积累，FABP4可通过诱导SOCS3和STAT3磷酸化和抑制PPARγ活性导致胰岛素抵抗[28-29]。先前研究表明，妊娠中期至晚期GDM妇女的血清FABP4水平显著高于正常妊娠妇女[30-31]，分娩后GDM患者体内循环FABP4浓度升高持续存在，并可能导致T2DM和代谢综合征的风险增加。一项前瞻性多中心队列研究[32]收集了1150例孕妇妊娠前3个月FABP4浓度的数据，并按随后的OGTT结果分成GDM组和对照组，似然比检验证实了FABP4与GDM的独立相关性(P<0.001)。根据受试者工作特性曲线ROC的结果，FABP4诊断GDM的最佳临界值为18.5ng/ml，灵敏度为81.8%，特异性为71.2%，表明妊娠初期中增加的FABP4浓度与GDM风险增加有关。血清FABP4可能是识别早期GDM风险的新型生物标志物。

6.3 视黄醇结合蛋白4 视黄醇结合蛋白4(RBP4)是肝脏和内脏脂肪组织中合成的一种转运蛋白，将视黄醇从肝脏转运至周围组织，RBP4能通过多种途径诱导胰岛素抵抗，可诱导肝脏PEPCK表达来削弱肌肉中胰岛素的信号传导，可抑制骨骼肌中IRS1的PI3K的激活来降低胰岛素敏感性，可激活巨噬细胞中的促炎细胞因子来促进脂肪组织中炎症状态的发展[33-34]。动物研究表明，在正常小鼠中注射RBP4可导致全身性胰岛素抵抗，相反的是，敲除RBP4基因的小鼠胰岛素敏感性增强。Du等[35]收集了827例产妇第一次产检(4～10周)的血浆RBP4样本，其中101例妇女发展为GDM，对第四分位数与第一四分位数进行比较，患GDM风险增加了5.4倍。一项针对中国女性的前瞻性研究中[36]，对比第一次产前检查(小于14孕周)和孕中期的OGTT试验(24～28周)中所有参与者的血液样本发现，血浆RBP4水平与GDM风险之间存在剂量依赖性，RBP4水平每升高1-logμg/L，GDM风险增加3.12倍，表明RBP4可能是识别在此期间高GDM风险女性的生物标志物。

6.4 胎球蛋白A 胎球蛋白A(fetuin-A,FA)是一种主要由肝脏和脂肪组织合成并分泌到血液循环的糖蛋白。FA通过与胰岛素受体的β亚基结合，抑制胰岛素受体酪氨酸激酶磷酸化，阻碍下游信号的激活，进而降低外周葡萄糖摄取，且FA作为TLR-4内源性配体，能刺激脂肪组织炎症，导致胰岛素抵抗[37-38]。FA浓度随胰岛素敏感性和β-细胞功能的变化而发生变化，FA水平降低与胰岛素敏感性增加具有相关性，为预测GDM风险提供了病理生理基础。一项巢式病例对照研究表明[39]，于孕24～28周OGTT确诊的GDM，其在孕7～13周时抽取的血浆FA显著高于对照组(403.0pg/ml vs 273.4pg/ml，P<0.05)，妊娠早期至中期FA浓度增加的最高四分位数与最低四分位数相比，发生GDM的风险是2.14倍。检测FA可能成为预测GDM发生、发展的生物指标。

6.5 血管生成素样蛋白8 血管生成素样蛋白8(ANGPTL8)是ANGPTL家族的成员之一，主要由肝脏和脂肪组织产生，与胰岛素抵抗有关。研究发现,正常孕妇的ANGPTL8浓度大约是非孕妇的10倍[40],正常妊娠过程中血清ANGPTL8水平随着孕周逐渐下降。一项前瞻性研究显示[41]，24～28周确诊GDM组妇女在早期妊娠(孕12～16周)中的ANGPTL8水平明显高于维持正常葡萄糖耐量妇女[(2822±938)pg/ml vs (2120±1118)pg/ml,P<0.0001)，与最低四分位数的女性相比，ANGPTL8浓度最高四分位数的女性患GDM的风险高8.75倍(95%CI为2.43～31.58)，可见ANGPTL8水平与GDM风险显著相关；将ANGPTL8纳入常规预测模型可显着提高用于预测GDM的AUC(0.772 vs 0.725)，孕早期测量ANGPTL8的水平将有助于区别有发展为GDM风险的母亲。

7 小 结

综上所述，随着基因组学、蛋白质组学及代谢组等各种生命研究技术的兴起，已发现许多生物标志物在预测GDM方面具有巨大潜力，这些标志物在母体外周血中稳定存在并易获取，不仅可有助于了解GDM发病机理，而且为开发新的GDM预测指标提供思路和方向。因此，寻找检测简单、易于重复、高敏感性和高特异性的生物标志物，能及早干预病情发展和改善患者妊娠结局及胎儿的预后。然而，目前这些生物标志物尚未广泛应用于临床实践，未达成统一的预测标准，需在更大规模、不同人群中进行更多的前瞻性研究，以进一步探讨它们的应用价值。