单绒毛膜性双胎选择性宫内生长受限的表观遗传学研究进展

李春晓 贺 光 王彦林

上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院(200030)

选择性宫内生长受限(sIUGR)影响10%～15%的单绒毛膜双羊膜囊(MCDA)双胎，是严重并发症之一。目前临床上最常采用的标准为MCDA双胎中一胎儿估测体重(EFW)小于同孕龄胎儿体重第10百分位数且两胎儿间的EFW差异≥25%[1]。sIUGR造成围产期胎儿死亡率及发病率上升，并增加了新生儿成年后罹患内分泌代谢疾病及心血管疾病的发病率[2]。胎盘是孕期胎儿与母体沟通的重要媒介，其分配不均、灌注异常及胎盘间血管吻合支的存在等胎盘大体结构改变已被证实与sIUGR相关；在分子机制方面，研究发现大量活性氧导致过度氧化应激、胎盘滋养细胞侵袭障碍及滋养细胞凋亡，血管内皮细胞损伤导致炎症反应通路的激活等分子通路参与了sIUGR的发生[3]，但其分子机制至今尚未被完全阐明。

表观观遗传学是指不改变DNA序列，通过某种方式使基因表达或细胞表现型出现可遗传的变化，主要涉及DNA甲基化，非编码RNA调控及组蛋白修饰等调控机制，在孕期胎儿生长发育及胎盘生理功能中发挥重要作用，除此之外，研究发现大量胎盘缺血性疾病的病理改变过程，如血管内皮细胞损伤，胎盘滋养细胞侵袭障碍及凋亡中也存在大量表观遗传学的改变，这表明表观遗传学在胎盘疾病的演变中起重要作用[4]。

1 DNA甲基化

DNA甲基化是一种稳定的表观遗传修饰，是目前研究得最广泛、也最深入的表观遗传调控机制[5]。启动子是基因组中基因转录的一个基本调控元件，其甲基化状态与多种疾病相关，实验发现MCDA双胎中，sIUGR的胎盘组织基因组启动子区域有明显的DNA低甲基化模式，且甲基化变异优先发生在CpG岛或不含CGI的启动子中，这表明sIUGR胎儿所属胎盘部分具有明显的启动子甲基化特征，可能可以作为监测胎儿宫内生长发育情况的新的生物标志物[6]。和H19串联的IGF2是研究最深入的印记基因，IGF2/H19是位于染色体11p15.5上的一个印迹结构域，与之相关的疾病为BWS综合征，表现为巨大儿、巨舌及腹壁缺损等新生儿特征，在宫内亦可表现为巨胎盘或胎盘肿瘤[7]。St-Pierre等[8]首次提出IGF2/H19甲基化水平与胎儿生长发育有关，并通过实验证实IGF2的差异甲基化区域存在新生儿出生体重相关的CpG位点，其甲基化水平与新生儿出生体重及胸围呈正相关，IGF2甲基化水平的升高会增加胎儿出生后肥胖及内分泌代谢疾病的风险。除IGF2外，Xiao等[9]通过病例对照研究测定单胎妊娠中低出生体重儿与正常胎儿胎盘DNA甲基化水平，发现IGF2、AHRR、HSD11B2和WNT2的DNA甲基化水平与胎儿出生体重及相关指标相关，其中HSD11B2和WNT2的DNA甲基化水平与胎儿生长指标呈负相关，并且主要参与糖代谢，细胞的增殖、迁移及死亡过程。MCDA双胎两胎儿共用一个胎盘，被认为携带相同的基因组DNA，并在相似的子宫内环境中生长，是评价胎儿发育和胎盘功能障碍中表观遗传修饰机制的良好模型。最近一项关于sIUGR双胎胎盘甲基化谱的研究提示, sIUGR双胎较正常对照双胎处于全基因组低甲基化状态[10]。sIUGR双胎中小胎儿区域胎盘中以SLC19A1、LRAT这两个与叶酸转运及维生素A代谢相关的基因启动子区甲基化修饰变化最为明显, 提示甲基化修饰在sIUGR双胎发育中起功能性调节的作用。此外，有研究分析了MCDA双胎合并sIUGR胎儿胎盘的羟甲基化模式，阐述血管生成素样4(ANGTPL 4)异常羟甲基化的机制，发现ANGTPL 4敲除会抑制滋养层细胞侵袭和迁移，并通过缺氧诱导因子1α和缺氧诱导因子1α信号通路在较小的胎盘份额中导致胎盘损伤[11]。

2 非编码RNA调控

非编码RNA包括干扰小RNA(siRNA) 、核内小分子RNA(snRNA) 、核仁小分子RNA(snoRNA) 、微小RNA(microRNA) 、长链非编码RNA (lncRNA) 等，既往被认为是垃圾基因，并不参与调控基因表达过程。近年来随着检测技术提高，非编码RNA被证明参与了各种生理过程，包括细胞发育、增殖、代谢、凋亡、激素信号传导、干细胞维持和分化等[12]。在妊娠相关疾病中，如先兆子痫、异位妊娠、流产及胎儿生长受限等疾病，也发现非编码RNA的改变[13]。微小 RNA(miRNAs)是一种大小为19～22个核苷酸的短链非编码RNA，可通过与靶mRNAs中的3'UTR结合，降解靶mRNAs或阻遏靶mRNAs的翻译，从而调节基因表达，但不改变DNA序列。miRNA在胎盘组织中表达丰富，并通过调节靶mRNA参与胎盘生长调控，其调节机制失衡可导致胎盘功能障碍，如miR-34a-5p在胎盘组织中表达受到SnAD4家族成员4(SMAD4)的调控，其过表达可显著减少滋养层HTR-8/SVneo细胞的迁移和侵袭从而导致胎盘损伤[14]，microRNA‐210‐3p在缺氧诱导因子1α(HIF1α)诱导下靶向成纤维细胞因子(FGF1)抑制滋养细胞侵袭及增殖[15]，miR-218-5p通过靶向转化生长因子-β2(TGF-β2)抑制滋养细胞侵袭及螺旋动脉重塑[16]。胎盘功能障碍最终导致sIUGR的发生，Hong等[17]通过微阵列分析研究了MCDA双胎中sIUGR胎儿胎盘miRNA表达谱及调控网络，发现在sIUGR胎盘中，共有14个miRNA特异性差异表达(7个上调，7个下调)，如miR-373-3p、miR-623、miR-4287、miR-664b-3p、miR-3653、miR-5189-5p、miR-370-3p、miR-5581-5p等，其靶基因主要参与细胞分化、细胞增殖迁移及血管生成等过程。此外，通过miRNA网络分析，发现关键miRNA和途径(转化生长因子-β、丝裂原活化蛋白激酶和Wnt)被确定与sIUGR的发病机制相关。这与Diana等[18]研究结果一致，Diana等[18]利用全基因组微阵列分析比较了子痫前期、胎儿生长受限与正常胎盘非编码RNA基因表达谱，发现在胎盘缺血性疾病中miRNA明显差异表达，并通过细胞因子-细胞因子受体相互作用、T细胞受体信号通路等免疫过程及炎症因子活化过程参与胎盘氧化应激及滋养细胞侵袭过程。

lncRNA作为一种非编码RNA，主要在转录及转录后水平发挥调控基因表达、X染色体失活等功能，其在双胎生长发育差异中的作用研究知之甚少，但其在胎盘功能中发挥的作用同样适用于双胎生长差异的病理机制。H19是第一批被发现的lncRNA之一，其位于11号染色体上一个印记结构域内，IGF2下游约100 kb处。H19来自母系遗传染色体，IGF 2来自父系遗传染色体，H19和IGF2相互影响参与了胚胎的生长发育。有研究发现H19在FGR胎盘中显著减少，并通过转录组图谱发现H19靶向TβR3通过Par6/Smurf1/ RhoA途径介导滋养细胞侵袭及增殖受损，胎盘功能不良从而影响胎儿生长发育[19]。此外，已经发现许多lncRNA在胎盘组织中表达，如lncRNA H19、HOTAIR、MEG3、NEAT1、MALAT1、RPAIN和TUG 1[20-23]。除此之外，lncRNA可作为竞争性内源性RNA(ceRNA),与特定的miRNA相互作用，调控基因转录，如H19作为miRNA-18a-5p前体分子，与miRNA-18a-5p相互作用共同调节下游靶点，引起胎盘损伤及功能不足[24]，引起从而导致子痫前期及FGR发生。通过分析这些lncRNA在胚胎发育及胎盘病理中的表达可以推断其在sIUGR发病机制中也可能发挥重要作用，但目前尚缺乏双胎妊娠中相关lncRNA研究。

3 组蛋白修饰

组蛋白修饰是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程，通常发生在组蛋白H3和H4的N末端的赖氨酸(K) 或精氨酸(R)残基上，参与异染色质形成、基因印记、X染色体失活和基因转录调控[25]。在已发现的组蛋白修饰中，甲基化及乙酰化是组蛋白两个特征良好的表观遗传修饰，有研究发现，子痫前期与组蛋白乙酰化的失衡密切相关，syncytin-1是一种定位于细胞膜上的逆转录病毒产物,特异性表达于胎盘组织,尤其是合体滋养层细胞，可通过编码合体滋养细胞膜蛋白促进滋养细胞的融合[25]。有人利用染色质免疫沉淀技术对胎盘发育中相关DNA调控区差异H3K27ac谱进行定位，发现H3K27ac谱主要位于启动子及增强子活化区域，其乙酰化通过诱导病理基因的表达而参与胎盘疾病的病理过程[26]。目前在胎盘疾病中组蛋白修饰的相关研究主要集中在妊娠期高血压疾病，在sIUGR发病机制的研究尚少，但子痫前期与胎儿生长受限病理机制相似，sIUGR发病过程中可能也存在组蛋白修饰，但其作用机制及通路未来尚需要进一步研究。