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前面。中国。糖尿病Healthc。,21September 2022
秒。糖尿病和妊娠
卷3 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fcdhc.2022.982665

孕产妇DNA甲基化在怀孕复杂化妊娠(期)糖尿病

斯蒂芬妮·迪亚斯 ^{1 *},

Tarryn Willmer ^1、2,

Sumaiya亚当 ^3、4和

卡门Pheiffer ^1、2、3

¹生物医学研究和创新平台,南非医学研究理事会,南非开普敦
²Cardio-Metabolic研究中心在非洲,分工医学生理学、医学和健康科学学院,开普敦,南非Stellenbosch大学
³妇产科学系大学健康科学学院,比勒陀利亚,南非比勒陀利亚大学
⁴糖尿病研究中心、健康科学学院、比勒陀利亚,南非比勒陀利亚大学

妊娠期间糖尿病与不良妊娠结局和构成严重威胁母亲和儿童的健康。尽管背后诸多病理生理学机制中母亲的糖尿病和妊娠并发症之间的关系尚未阐明,有人建议妊娠并发症的频率和严重程度都与高血糖的程度。表观遗传机制反映基因-环境相互作用,已成为关键球员在代谢适应怀孕和并发症的发展。DNA甲基化,最好的是表观遗传机制,据报道期间提供各种妊娠并发症,包括子痫前症、高血压、糖尿病、早期流产和早产。改变了DNA甲基化模式的识别可能有助于阐明诸多病理生理学机制中,构成不同类型的糖尿病怀孕期间母体。本文旨在提供一个总结现有知识的DNA甲基化模式在怀孕复杂化孕前的1型糖尿病(T1DM)和2型糖尿病(T2DM)病人体内,和妊娠期糖尿病(GDM)。斯高帕斯,四个数据库,CINAHL PubMed和谷歌学术搜索,寻找研究DNA甲基化分析与糖尿病怀孕复杂。共1985篇文章,其中32满足入选标准,包括在本文中。所有研究异形DNA甲基化在GDM或糖耐量受损(IGT),而没有研究调查T1DM或2型糖尿病。我们强调增加两个基因的甲基化,缺氧诱导因子应承担事故3α(HIF3α)和过氧物酶体Proliferator-activated受体Gamma-coactivator-Alpha (PGC1-α)减少一个基因的甲基化,过氧物酶体扩散者激活受体α(PPARα)在女性与GDM孕妇相比normoglycemia一贯甲基化跨不同的人群提供不同的怀孕时间,和使用不同的诊断标准、方法和生物资源。这些发现支持这三个不同的甲基化基因的候选资格作为GDM的生物标志物。此外,这些基因可能提供洞察epigenetically影响的途径在母亲的糖尿病,应优先在纵向研究和复制,在较大的数量,以确保他们的临床适用性。最后,我们讨论的挑战和DNA甲基化分析的局限性,以及DNA甲基化分析的需要进行不同类型的孕产妇在妊娠糖尿病。

介绍

妊娠期间糖尿病风险增加有关的短期和长期不良的结果,从而造成严重的健康威胁母亲和子女(1- - - - - -3)。妊娠期间的糖尿病患病率迅速增长,归因于增加母亲的年龄,糖尿病和肥胖的利率上升4,5)。根据最近的估计,2110万活产受糖尿病影响,其中很大一部分,80.3%,是由于妊娠期糖尿病(GDM),一种轻微的葡萄糖耐受不良,怀孕期间发展,9.1%是由于1型糖尿病(T1DM)或2型糖尿病(T2DM)病人体内首先发现在怀孕,10.6%是由于孕前的T1DM和2型糖尿病(6)。孕期糖尿病与母亲有关(先兆子痫、剖腹产手术,出生损伤)和胎儿(高胆红素血和红血球增多症、巨大胎儿、大孕龄、呼吸窘迫综合征、先天性异常、黄疸和围产期死亡率)不良结果(7- - - - - -9),而在长期的母亲和她们的婴儿患代谢疾病的风险增加10- - - - - -12)。有研究报道,孕前的T1DM和2型糖尿病与GDM相比更频繁和严重的妊娠并发症。孕前的糖尿病对妊娠的影响越严重是由于长时间暴露于peri-conceptual期高血糖的环境中,接触到一个在子宫内高血糖的环境早在怀孕期间,胎盘结构和功能的变化,不同的病理生理机制,构成不同类型的糖尿病(13)。更好的理解不同类型的链接机制在孕期糖尿病与妊娠并发症可能会促进策略改善不良妊娠结局。

表观遗传学的定义是可遗传的基因表达的改变不变更引起的DNA序列(14)。这些过程包括DNA甲基化、组蛋白和染色质的修改,非编码rna分子,作为监管机构(15)。DNA甲基化是最好最广泛研究和表观遗传机制(特征16)。它包括共价连接一个甲基胞嘧啶核苷酸的第五个碳的位置形成5-methylcytosine (5-mC)。这个过程是由酶催化DNA甲基转移酶(DNMT),与S-adenosyl-methionine作为甲基供体(16)。DNA甲基化主要发生在胞嘧啶基地在鸟嘌呤核苷酸(CpG位点),倾向于聚集在一起形成CpG岛和主要发现在基因启动子,或重复的元素,如长(线)和短(sin)点缀元素(17,18)。然而,近年来,研究提供的证据的重要性non-CpG和non-promoter甲基化发展的疾病(19,20.)。DNA甲基化修饰调节基因组的转录可能通过抑制转录因子绑定,并会影响基因表达通路相关的一系列病理生理过程,如葡萄糖和脂质稳态、β细胞功能和胰岛素信号,当特异表达,有助于代谢疾病(21- - - - - -23)。

DNA甲基化可以发挥关键作用在调节基因参与代谢适应怀孕期间,和异常的DNA甲基化已经证明孕期并发症如先兆子痫,高血压,GDM,早期流产和早产(24- - - - - -27)。此外,改变DNA甲基化模式一直在观察胎盘与GDM和脐带血的女性,和被认为是潜在因素进行调解在子宫内“胎儿规划(26,28- - - - - -34)。因此,改变母体DNA甲基化模式提供了潜在的预测短期和长期的健康并发症在母亲和孩子接触不良子宫内的环境,如高血糖。本文旨在提供一个总结现有研究DNA甲基化在孕前的T1DM和2型糖尿病,和GDM。

入选标准为本文包括所有研究报告在女性T1DM的DNA甲基化分析,2型糖尿病和怀孕期间GDM。斯高帕斯,四个数据库,CINAHL PubMed和谷歌学术搜索搜索来确定发表的研究符合入选标准没有日期限制,直到2022年5月的文章也都包括在内。以下关键词,“pre-gestational糖尿病”,或“1型糖尿病”或“2型糖尿病”或“妊娠期糖尿病”或“母体糖尿病”或高血糖或“妊娠高血糖”或“产妇血糖”和“DNA甲基化或甲基化或表观遗传学和怀孕或产前或产前或产妇。原始文章分析DNA甲基化在患有糖尿病的妇女在怀孕和全文发表在英语被包括在内。包括研究的参考书目中搜索来确定合格的文章,可能已经错过了在搜索策略。

DNA甲基化分析在妊娠并发糖尿病

我们的文献检索发现共有1985篇研究论文,其中32满足入选标准,包括综述(图1)。调查研究DNA甲基化在患有糖尿病的孕妇进行了总结表1。32的研究中,大多数研究DNA甲基化与GDM (n = 28)女性,两项研究调查了DNA甲基化在孕妇糖耐量受损(IGT),和两个研究研究DNA甲基化与IGT和GDM孕妇组。GDM是一种公认的IGT,怀孕期间发展(59)。六项研究诊断IGT或GDM使用世界卫生组织(世卫组织)1999标准(75 g 2小时口服葡萄糖耐量试验(OGTT)≥7.8更易/ L),虽然GDM和IGT可能指同等条件下,文章综述总结了根据作者的报告。,GDM或糖耐量受损。研究包括在本文使用不同的诊断标准,包括国际协会在妊娠糖尿病研究小组(IADPSG) (n = 12),妇产科的德国社会准则(n = 2),美国糖尿病协会(ADA) 2004 (n = 1)和2010 (n = 1),木匠和Coustan (n = 1),国家糖尿病数据组(n = 1), 1999 (n = 4)和2013年(n = 1),世卫组织1999年和ADA 2009 (n = 1)和世卫组织1999年和IADPSG (n = 1),一个当地的标准推荐的伦敦皇家医院,英国(n = 1),和六项研究没有报告诊断标准被使用(n = 6)。其中,只有四个研究提供空腹血浆葡萄糖(台塑),1小时和两小时OGTT值。研究进行了在不同的国家,包括中国(n = 8)、加拿大(n = 8),德国(n = 3),南非(n = 3),美国(n = 3),台湾(n = 2),欧洲(n = 2)、南亚(n = 1),日本(n = 1)和混合种族的人口(n = 1)。样本大小之间的差异的研究,从6到1030名女性。DNA甲基化是在各种生物材料,包括母体外周血,网膜的内脏(增值税)和皮下脂肪组织(坐),胎盘(孕产妇和胎儿侧)和脐带血。包含在本文量化研究DNA甲基化使用各种方法,包括全球DNA甲基化(n = 4),全基因组甲基化(n = 12)和gene-specific甲基化(n = 22),这将在进一步讨论细节。包括研究病例对照,横向或纵向研究。

图1

图1流程图显示选择的研究列入审查[改编自35)]。

表1

表1DNA甲基化分析在妊娠并发糖尿病。

全球DNA甲基化研究

全球DNA甲基化是一个衡量整个基因组甲基化和最早的变化与疾病的发展60)。当前的方法量化全球DNA甲基化包括直接的方法,如酶联免疫吸附试验(elisa),液相色谱法结合质谱分析(质/ MS),高效毛细管电泳和methylation-sensitive限制性内切酶,代理方法,量化DNA甲基化在重复的元素作为全球DNA甲基化的标志(61年)。1号线的重复元素和SINE-1 (Alu)主要是高度代表整个基因组甲基化的这些元素用作代理全球基因组DNA甲基化的标志。这些重复的元素是量化使用亚硫酸氢焦磷酸测序(62年)。

四个研究量化全球女性DNA甲基化与GDM (表1)。迪亚斯等人量化全球外周血DNA甲基化的201南非女性有或没有使用印全球DNA甲基化ELISA (GDM43)。这些作者报道没有区别在全球外周血DNA甲基化的女性没有GDM GDM孕妇相比。有趣的是,这项研究显示高水平的全球DNA甲基化在孕妇肥胖而没有肥胖的孕妇。此外,这些作者表明,高水平的全球DNA甲基化与血清脂联素水平较低(43),一个重要adipokine以前是反向与胰岛素抵抗有关怀孕期间(63年,64年)。野村等人衡量全球DNA甲基化的脐带血和胎盘50有或没有GDM孕妇从美国使用Lumino-Metric甲基化分析(26)。作者报道没有区别在全球脐带血的DNA甲基化水平的女性没有GDM与GDM孕妇相比,在低水平的甲基化观察胎盘与GDM的女性相比,女性没有GDM (26)。Reichetzeder等人衡量全球1030名孕妇胎盘的DNA甲基化与混合种族的祖先来自德国使用质/ MS。这些作者报道更高水平的全球妇女的胎盘中DNA甲基化与GDM孕妇相比没有GDM (53)。El朝圣等人评估胎盘和脐带血中的重复元素的甲基化251年德国怀孕妇女使用亚硫酸氢焦磷酸测序。作者证明了低1号线和Alu脐带血中甲基化的女性没有GDM与GDM孕妇相比,在1号线甲基化的增加和减少Alu甲基化在妇女的胎盘与GDM孕妇相比没有GDM (30.)。综上所述,这些研究结果突出评估全球DNA甲基化水平的变化在不同生物来源外周血、脐带血和胎盘,使用不同的量化方法。

Gene-specific甲基化研究

全球DNA甲基化的测量是廉价和健壮,但没有解决检测DNA甲基化差异在特定基因(65年)。gene-specific甲基化的量化个人CpG站点可以阐明DNA甲基化的作用在调节基因的表达,协调发展的疾病。因此,gene-specific DNA甲基化被越来越多的被用于确定基因与妊娠期间糖尿病有关。亚硫酸氢方法量化gene-specific DNA甲基化包括焦磷酸测序,methylation-specific PCR,甲基化DNA免疫沉淀反应(MeDIP),直接甲基化测序和目标序列结合base-specific劈理(61年)。

二十的两项研究调查gene-specific DNA甲基化与GDM孕妇或IGT (表1),其中,五个研究gene-specific全基因组DNA甲基化量化验证研究,使用BeadChip数组(36,40,46,56,57)。的22个研究中,共有62个基因进行了研究。其中,8个基因的研究重叠在两个或两个以上的人群,下面讨论。这些基因包括脂联素(ADIPOQ)缺氧诱导因子3α亚基(HIF3α)白细胞介素- 10”,(il - 10),瘦素(地蜡),母亲般地表达了3(MEG3)、过氧物酶体Proliferator-activated受体γ共激活剂1α(PGC-1α)过氧物酶体扩散国激活受体α(PPARα)和小型核核糖核蛋白多肽N(SNRPN)。

量化的三个研究DNA甲基化的ADIPOQ在女性与GDM或糖耐量受损的报道相互矛盾的结果(29日,44,51)。迪亚斯等人量化DNA甲基化八CpG地点位于上游的ADIPOQ转录起始站点(TSS)在286年南非妇女外周血有或没有GDM使用亚硫酸氢焦磷酸测序(44)。这些作者报道减少甲基化在远端CpG位点上游启动子区域位于-3400个基点的TSS GDM的女性相比,女性没有GDM。有趣的是,作者表明,DNA甲基化水平与空腹血糖浓度呈正相关,与血清脂联素浓度负相关(44)。符合这些发现,布沙尔等人报道降低胎盘DNA甲基化在两个CpG岛,位于第一和第二之间的近端启动子和外显子的ADIPOQ100年法裔加拿大人IGT的女性相比,孕妇使用亚硫酸氢与normoglycemia焦磷酸测序(29日)。与这些研究相比,奥特等人证明了大多数调查CpG甲基化水平增加网站在增值税,坐,产妇血液和脐带血的德国妇女,GDM使用亚硫酸氢焦磷酸测序(51)。在坐,DNA甲基化在一个CpG站点位于上游的TSS的近端启动子内ADIPOQ与GDM更高的女性没有GDM的女人相比,DNA甲基化在增值税了高和低甲基化在一个CpG站点位于外显子1和2之间,另一个在近端启动子区域的ADIPOQ,分别。此外,在SAT和增值税,基因的表达ADIPOQ显著低于GDM的女性相比,女性没有GDM和呈正相关,母亲的循环脂联素的水平。CpG网站调查在SAT和增值税,也同样hypermethylated母体血液的GDM的女性没有GDM的女人相比,虽然CpG位点位于近端启动子区域内或外显子1和2之间ADIPOQ要么是次于和脐带血中的甲基化(51)。ADIPOQ编码一个脂肪tissue-derived激素全身能量体内平衡中扮演着重要角色,参与调节葡萄糖和脂类代谢和胰岛素敏感性(66年)。妊娠期间糖尿病特点是胰岛素抵抗,从而增加随着妊娠的进展。因此,低脂联素浓度与怀孕期间观察到(63年,64年),ADIPOQ水平下降与GDM孕妇相比,女性没有GDM (67年)。综上所述,这些研究结果表明ADIPOQ在特定CpG甲基化水平网站坐和增值税的相关较低ADIPOQ基因表达和循环脂联素水平,支持GDM的功能相关性。

这两项研究分析的DNA甲基化HIF3α报告增加了甲基化网膜的组织与GDM和脐带血的女性相比,女性没有GDM (23,46)。张等人的甲基化状态进行评估HIF3α网膜的组织的中国女性使用亚硫酸氢焦磷酸测序和确定甲基化两个CpG岛在增加HIF3α启动子与GDM相比,女性没有GDM的女人(23)。此外,作者证明了HIF3α启动子甲基化是负相关HIF3α基因的表达。同样,使用亚硫酸氢焦磷酸测序,Haertle等人报道,平均11 CpG甲基化水平的网站HIF3α启动子区域在脐带血的欧洲女性显著高于胰岛素治疗和饮食GDM相比没有GDM的女人(46)。HIF3α是一个转录因子家族成员缺氧诱导因子,来调节范围广泛的目标基因与葡萄糖和氨基酸代谢有关,脂肪细胞的分化、炎症和癌症(68年,69年)。最近的研究表明,HIF3α甲基化与脂肪组织功能紊乱和胰岛素敏感性有关,关键因素GDM发病机理(70年,71年)。考虑到增加HIF3α启动子甲基化在网膜的组织和脐带血及其相关性HIF3α基因调控,这些研究结果突出的潜力HIF3α甲基化作为GDM的候选生物新药治疗。

这两项研究量化DNA甲基化的il - 10脐带血,胎盘和外周血的女性与GDM报道相互矛盾的结果(30.,49)。使用亚硫酸氢焦磷酸测序,El朝圣等人量化DNA甲基化的il - 10251年德国妇女有或没有GDM。作者报道的增加il - 10启动子甲基化的脐带血GDM的女性没有GDM的女人相比,虽然没有显著差异观察胎盘(30.)。相反,使用甲基化特异性PCR,康等人报道减少il - 10甲基化的外周血32台湾发达GDM相比,女人没有GDM,没有观察到显著差异在脐带血和胎盘(49)。此外,作者表明,减少甲基化的il - 10增加血清吗il - 10浓度的怀孕。il - 10是一种抗炎细胞因子,起着重要的作用在调节先天免疫系统(72年),与inflammatory-associated有关疾病,如肥胖和糖尿病(73年)。最近,增加和减少il - 10血清水平与糖尿病有关已报告和GDM (74年- - - - - -76年)。因此,这些研究结果证明特定的组织和细胞类型il - 10甲基化差异,表明低甲基化的il - 10在特定论文认定可能在GDM的发展起着重要的作用,但需要探讨在大型前瞻性研究证实它的协会。

两项研究调查的DNA甲基化地蜡脐带血和胎盘的法裔加拿大和德国的女性与GDM或糖耐量受损的报道相互矛盾的结果(30.,37)。布沙尔等人对DNA甲基化在31日CpG网站内地蜡近端启动子,使用针对性的测序结合基地具体的乳沟。作者报告平均降低CpG甲基化法裔加拿大人脐带血的女性IGT和normoglycemia孕妇相比,观察胎盘(虽然没有显著差异37)。有趣的是,作者证明了平均胎盘的甲基化地蜡子CpG网站明显与两个小时OGTT葡萄糖浓度相比,IGT的女性与normoglycemia孕妇。另一项研究使用亚硫酸氢焦磷酸测序显示无显著差异在胎盘和脐带血的德国妇女,GDM (30.)。然而,这项研究只评估六31 CpG网站调查的布沙尔。地蜡编码一个adipocytokine参与能量代谢和胰岛素敏感性的控制,并表示在怀孕期间,胎盘分泌的(77年)。因此,一些研究已经表明地蜡表达和等离子体水平增加肥胖,糖尿病和GDM,以及怀孕期间(78年- - - - - -80年)。总的来说,这些发现提供证据证明地蜡DNA甲基化可能是受孕期血糖失调的影响,尽管纵向研究需要进一步确认地蜡DNA甲基化是GDM的原因或结果。

这两项研究调查的DNA甲基化MEG3在女性与GDM显示冲突的结果,一项研究报告增加了甲基化在中国妇女的胎盘,胎盘和其他报告无显著变化与GDM和脐带血的德国女性(30.,38)。陈等人评估位于35 CpG网站MEG346个中国女人有或没有GDM,采用甲基化特异性PCR (38)。作者证明了增加产妇胎盘七CpG甲基化在网站内MEG3在女性与GDM没有GDM的女人相比,与产妇高血糖症和新生儿出生体重相关。此外,作者表明,增加产妇胎盘的甲基化是与减少有关MEG3基因表达,而没有MEG3甲基化和基因表达变化观察胎盘的胎儿一侧(38)。使用亚硫酸氢焦磷酸测序、朝圣等人没有区别在胎盘和脐带血甲基化三个位于CpG网站MEG3位于启动子和五个CpG网站MEG3基因间区251年德国GDM的女性相比,女性没有GDM。然而,MEG3男性和女性之间的甲基化差异显著脐带血样本无论GDM。MEG3是一个母亲般地表达印迹基因,由长非编码RNA转录监管的两个差异甲基化区域(dmr) (81年,82年)。因此,这些研究的结果表明,印迹基因的DNA甲基化修改MEG3可以调节MEG3基因表达在GDM和可能在胎儿发育起着关键作用在回应一个宫内高血糖的环境。

三个研究调查的DNA甲基化PGC-1α报告增加胎盘甲基化在中国和法裔加拿大人GDM的女性(34,39,55),而其中的一个研究也报道减少PGC-1α甲基化在脐带血的中国中国女性与GDM (34)。谢等人量化的DNA甲基化PGC-1α启动子区域与GDM中国女性,使用亚硫酸氢焦磷酸测序(34)。作者报道增加胎盘甲基化和减少脐带血甲基化与GDM女性而没有GDM的女人。同样,象牙海岸等人显示增加胎盘的甲基化的趋势PGC-1α这是与更高的法裔加拿大人的女性怀孕中期葡萄糖水平GDM没有GDM的女人相比,使用亚硫酸氢焦磷酸测序(39)。此外,这些作者表明,增加一个CpG站点内的甲基化水平PGC-1α与脐血瘦素水平显著相关的后代。使用直接甲基化测序,王等人报道的DNA甲基化的增加PGC-1α胎盘的胎儿一侧与GDM没有GDM的女人相比,中国女性与下降显著相关PGC-1α基因表达水平(55)。PGC-1α是一个转录co-activator,在线粒体生物起源中扮演一个重要的监管作用,功能,氧化应激和胰岛素抵抗,暗示PGC-1α在葡萄糖耐受不良的发展(83年,84年)。因此,PGC-1α甲基化和mRNA表达已被证明是改变糖尿病与非糖尿病患者(85年)。总之,这些结果表明,增加PGC-1α甲基化与葡萄糖耐受不良妊娠期间,可能会影响基因调控通路参与发育编程和后代的健康结果。

两项研究调查的DNA甲基化PPARα报道减少胎盘与GDM甲基化在女性(30.,54),而在脐带血观察无显著差异(30.)。荣等人的甲基化状态进行评估PPARα在中国妇女的胎盘和报道2 CpG甲基化水平降低网站启动子区域内GDM的女性没有GDM的女人相比,使用亚硫酸氢焦磷酸测序(54)。此外,作者报道的表达PPARα是GDM组的调节与控制相比,尽管如此,这些结果并不重要。El朝圣等人报道,在德国人口减少胎盘平均8 CpG甲基化在网站内PPARα启动子(30.观察),而无显著差异的脐带血GDM的女性没有GDM的女人相比,使用亚硫酸氢焦磷酸测序。PPARα是ligand-activated转录因子,调节基因的表达参与脂肪酸氧化,并已被证明是与能量代谢有关怀孕(86年),特异表达,可能参与的分子机制假设是GDM的基础。因此,这些发现表明异常的DNA甲基化模式PPARα甲基化在GDM可能参与GDM的病理生理学和反映胎儿发育。然而,未来的研究需要评估这些发现的治疗潜力。

两项研究量化DNA甲基化的SNRPN与GDM的女性,报道相互矛盾的结果(30.,36)。粘结剂等人报道减少胎盘的甲基化SNRPN在美国妇女与GDM没有GDM的女性相比,在一个更大的样本量,验证分别使用BeadChip数组和亚硫酸氢焦磷酸测序(36)。然而,没有观察到显著的甲基化差异验证这些结果在一个独立的群体,用亚硫酸氢焦磷酸测序。同样,使用亚硫酸氢焦磷酸测序,El朝圣等人没有明显的报道SNRPN甲基化差异脐带血和胎盘的德国妇女,GDM相比没有GDM的女人(30.)。SNRPN是母本印记基因,它与各种神经发育障碍(87年)和缺乏SNRPN表达与食欲过盛,饱腹感,和肥胖(88年,89年)。此外,印迹基因等SNRPN至关重要的监管人类胎儿和胎盘生长(90年),异常甲基化SNRPN据报道在一些印记综合征(91年,92年)。而研究链接SNRPNGDM仍然缺乏,这些发现表明胎盘甲基化改变的潜在作用SNRPN在GDM,需要在将来的研究中探索。

其他文章综述报道差异甲基化的基因,但这些基因被确定在单只研究(32,41,52,58,93年)。

全基因组甲基化研究

由于技术进步迅速,全基因组DNA甲基化分析已成为最受欢迎的DNA甲基化分析的平台。全基因组甲基化策略允许全面、高通量定量方法评估CpG网站的整个基因组的甲基化状态(94年)。平台提供了一种公正的方法来识别已知的和新颖的甲基化网站。用于评估全基因组甲基化的技术包括各种Illumina公司BeadChip阵列如HumanMethylation27 HumanMethylation450 HumanMethylationEPIC数组,以及各种甲基化测序平台如桑格或毛细管测序,下一代测序,亚硫酸氢全基因组测序,甲基化DNA免疫沉淀反应、甲基化敏感的限制性内切酶和Methyl-CpG-binding域蛋白质捕获测序(95年)。

综述,12个研究量化使用不同的英飞纳姆全基因组DNA甲基化甲基化BeadChip数组。12的研究,三个研究使用HumanMethylationEPIC BeadChip,虽然八个研究使用老HumanMethylation450 BeadChip和一项研究使用HumanMethylation27 BeadChip数组。虽然这些数组使用相同的技术,他们不同的基因组覆盖率(27000年至850000年CpG网站整个基因组)和可能导致的识别不同的甲基化配置文件(94年,96年)。在最早的全基因组研究中,使用Illumina公司HumanMethylation27 BeadChip数组,质问大约27000 CpG网站整个基因组单核苷酸的决议,Enquobahrie等人报道外周血DNA甲基化变化的6名美国女性有两个连续怀孕,其中一个是复杂GDM在怀孕早期(45)。作者报道微分在27 CpG甲基化网站,其中17 CpG hypomethylated网站,和10 CpG网站hypermethylated GDM与正常怀孕在同一个女人。小说这些CpG网站相关基因被发现与细胞周期有关,细胞形态、细胞组装,细胞组织和细胞妥协(45)。这些发现表明,外周血DNA甲基化差异反映GDM重复怀孕的女性地位的变化。

八的12个研究调查综述使用Illumina公司HumanMethylation450 BeadChip数组,质问超过480000个甲基化网站,覆盖96%的CpG岛,以及额外的岛海岸(94年)。Ruchat等人表明CpG网站对应3271个基因在胎盘和脐带血的3758个基因差异甲基化在加拿大GDM的女性相比,女性没有GDM。1029年这些差异甲基化基因共同组织(33)。在网上分析显示,这些差异甲基化基因主要是参与代谢疾病的途径,包括葡萄糖代谢相关疾病中排名最靠前的途径在胎盘和脐带血。细等人脐带血和1373年1418个甲基化可变职位确定甲基化变量在南亚妇女的胎盘与GDM相比没有GDM的女人(31日)。其中,378个甲基化可变职位脐带血和胎盘是很常见的。功能分析甲基化的变量在胎盘、脐带血和重叠的两个组织,揭示了内吞作用基因通路富集,焦点粘附、趋化因子信号和配体受体的相互作用。此外,这些途径显示基因的甲基化差异的关键细胞外触发无数的胞内信号通路参与生长和新陈代谢(31日)。Haertle等人报道差异甲基化在1564 CpG网站脐带血的中部和东南部欧洲GDM的女性相比,女性没有GDM (46)。使用更健壮的统计分析,作者报道了微分65 CpG甲基化与52个基因有关的网站在胰岛素依赖GDM (I-GDM)没有GDM的女人相比,虽然没有区别观察在治疗饮食的GDM (D-GDM)而没有GDM的女人。在另一项研究中,邓小平等人量化全基因组DNA甲基化与GDM网膜的增值税的中国女性。5910年作者报道差异甲基化区域目标1298个基因hypomethylated,而6892年针对1568个基因差异甲基化区域hypermethylated GDM的女性比没有GDM的女人(40)。功能分析表明,不同甲基化基因与移植物抗宿主病,T1DM、抗原加工、表示和同种异体移植物排斥反应的生物通路。吴等人发现了100不同甲基化CpG网站对应66个基因相比,欧洲女性的外周血GDM没有GDM的女人(56)。使用一个更严格的标准来区分甲基化网站,5 CpG网站内本构photomorphogenic同族体亚基8(COPS8),磷酸肌醇3-kinase调节亚基5(PIK3R5),4-dioxygenase 3-hydroxyanthranilate 3日(HAAO),卷曲螺旋域包含124(CCDC124),5号染色体开放阅读框34(C5orf34使用亚硫酸氢焦磷酸测序),确认和验证。甲基化差异的CpG网站早期发现在怀孕期间和可能是有用的作为GDM的预测生物标志物。然而,这个研究包括了11个女性,没有GDM,因此,需要更大的样本量进一步验证(56)。燕等人发现了1251个不同甲基化基因相比,中国女性的脐带血与GDM没有GDM的女人(57)。作者证明了降低在两个CpG甲基化基因体的网站ρ鸟嘌呤核苷酸交换因子11(ARHGEF11),一个关键基因与代谢途径有关,与葡萄糖水平负相关,新生儿出生体重(57)。使用一个严格的标准,粘合剂等人报道了微分648年妇女的胎盘CpG位点的甲基化与GDM相比没有GDM的女人在美国人口。基因功能分析在靠近差异甲基化CpG位点透露,最重要的是丰富生物过程与细胞代谢有关,应对外界刺激和免疫反应(36)。最近,Awamleh等人表明,99 CpG网站对应49基因在脐带血,和662年CpG网站对应338个基因在胎盘差异甲基化在加拿大GDM的女性相比,女性没有GDM (28)。其中两个基因,芳基碳氢化合物受体抑制因子(AHRR)和蛋白质酪氨酸磷酸酶受体类型N2 (PTPRN2)不同甲基化在脐带血和胎盘样品。不同甲基化基因的功能分析显示顶部生物学途径丰富抗原处理和表示通过MHC类1,它起着至关重要的作用在调节免疫反应。在一起,这些研究结果表明,不同甲基化基因,发现胎盘,脐带血,脂肪组织和外周血GDM的女性参与一些代谢过程,可能在GDM的发展起着重要的作用。然而,未来的研究应该考虑确认或验证这些差异甲基化基因在不同人群来证实其可行性。

三12的研究包括在本文量化DNA甲基化使用最近的Illumina公司HumanMethylationEPIC BeadChip数组,质问超过850 000 CpG网站整个基因组单核苷酸分辨率(94年,96年)。迪亚斯等人研究了DNA甲基化的外周血南非女性没有GDM,并报告差1046 CpG网站针对939个基因的甲基化与GDM相比,女性没有GDM的女人(42)。其中,148 hypermethylated CpG网站(14.2%),而898年CpG网站(85.8%)相比,女性GDM hypomethylated没有GDM的女人。差异甲基化基因的功能富集分析揭示了一个重要的联系途径比如癌症、脑信号,细胞生长、增殖、生存能力,和炎症通路。康等人表明,200 CpG网站对应151个基因在外周血和167年脐带血有差异的基因甲基化与GDM台湾女性相比没有GDM的女人(48)。不同甲基化基因的功能分析表明通路与内分泌失调有一定的联系,代谢疾病,碳水化合物代谢、脂质代谢,以及新陈代谢相关的信号通路如Janus激酶2 /信号转导和转录激活3(JAK2 / STAT-3)和有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)在女性与GDM而没有GDM的女人。相反,在最近的一项研究中,Kasuga等人量化DNA甲基化在754 255 CpG网站230年脐带血的日本女性,女性之间没有显著差异与GDM相比没有GDM的女人(50)。不同甲基化基因的识别在外围和脐带血提供潜在的GDM对DNA甲基化生物标志物。尽管使用焦磷酸测序并进行纵向研究进一步验证在大样本大小和不同人群需要调查他们的候选人作为GDM的生物标志物。

讨论

DNA甲基化特异表达模式的识别可能有助于阐明诸多病理生理学机制中,链接孕产妇糖尿病与妊娠并发症和不良母婴健康结果。本文旨在总结和综合研究异形DNA甲基化在怀孕复杂化T1DM, 2型糖尿病和GDM。32的研究包括在本文调查GDM或IGT和确定共有62个基因与这些疾病有关。八个基因包括ADIPOQ HIF3α,il - 10、地蜡、MEG3 PGC-1αPPARα和SNRPN女性有差异甲基化与GDM或IGT normoglycemia的女性相比,在两个或两个以上的研究。其中三个基因,HIF3α,PGC1-α和PPARα在两个或两个以上的研究同样差异甲基化。HIF3α和PGC1-αhypermethylated,而PPARαhypomethylated在女性与normoglyceamia GDM孕妇相比。这些基因的一致的甲基化资料跨不同人群提供不同的怀孕时间,并使用不同的诊断标准,方法,生物材料,支持他们的候选人作为GDM的生物标志物。

尽管我们的搜索识别32篇文章在DNA甲基化分析孕产妇糖尿病,没有一个确定的研究异形DNA甲基化在孕妇T1DM和2型糖尿病。亚历山大等人的研究异形在胎盘组织中DNA甲基化的女性与GDM (n = 14)和预先存在的2型糖尿病(n = 3)。然而,本研究相关的DNA甲基化与后代的性,没有比较DNA甲基化在糖尿病组,因此不包括综述(97年)。

没有测量全球DNA甲基化的四个研究报道一致的全球DNA甲基化和GDM(之间的关联26,30.,43,53)。全球DNA甲基化分析提供了一种健壮的、相对容易和成本评估整体基因组DNA甲基化的有效措施(43)。然而,它可能不提供检测所需的分辨率CpG特定甲基化,这可能是更相关的调控基因的表达,协调发展的疾病。因此,研究使用亚硫酸氢焦磷酸测序等方法,methylation-specific PCR,甲基化DNA免疫沉淀反应(MeDIP),直接甲基化测序和目标序列结合base-specific乳沟评估gene-specific甲基化,对GDM的发病机制提供了更丰富的数据,下面讨论。

相关的62个基因与GDM和IGT,八个基因在两个或两个以上的调查研究中,甲基化的增加HIF3α和PGC1-α和减少的甲基化PPARα在GDM的女性相比,女性没有GDM一致研究在不同人群中,使用不同的测量平台和方法、生物材料和诊断标准,支持他们参与GDM。结果报道综述表明CpG岛的启动子区域HIF3α女性更有甲基化与GDM相比没有GDM的女人在欧洲和中国的人口(23,46),高甲基化与降低HIF3α基因表达(23)。低氧诱导因子(hif)是转录因子,调节缺氧在许多组织(98年)和HIF3α已被证明在葡萄糖代谢中发挥作用,脂肪细胞的分化和炎症,与GDM相关的重要途径(68年,99年)。先前的研究已经报道,增加HIF3α启动子甲基化与肥胖和高血浆葡萄糖水平和腰臀比值(71年,One hundred.)和脂肪组织功能障碍,2型糖尿病和胰岛素敏感性较低(70年,71年,101年)。此外,增加的甲基化HIF3α在脐带组织与更高的妊娠期体重增加,婴儿出生体重和肥胖(102年),这表明HIF3α甲基化可能是代谢综合征的潜在生物标志物。相比之下,最近的一项研究报告之间的联系减少HIF3α甲基化和先兆子痫(98年),妊娠并发症往往导致胎盘缺氧(103年)。鉴于GDM之间的关联,先兆子痫和不良孕产妇和后代的健康结果,未来的研究来确定增加的功能意义HIF3α甲基化在GDM,和随后的健康结果的相关性,是必要的。

三个研究报告增加PGC1-α甲基化在妇女的胎盘与GDM孕妇相比normoglycaemia在加拿大(39)和中国人口(34,55)。增加的这些结果与先前的研究结果是一致的PGC1-α启动子甲基化在骨骼肌活检和二型糖尿病患者的胰腺胰岛normoglycemia相比,与减少有关PGC1-α表达和胰岛素分泌(104年,105年)。PGC1-α转录监管机构的氧化代谢和脂肪酸氧化和线粒体生物起源是至关重要的106年)。线粒体功能的特异表达胎盘被认为扮演一个关键的角色在GDM及其并发症的发病机理(107年)。因此,增加PGC1-α启动子甲基化和随后的减少PGC1-α表达式可能导致线粒体功能异常、氧化应激、胰岛素抵抗和GDM。有趣的是,增加胎盘PGC1-α甲基化与低出生体重婴儿,支持之间的关系PGC1-α甲基化和“胎儿规划(108年)。

两项研究报道减少DNA的甲基化PPARα在胎盘的女性与GDM孕妇相比normoglycaemia在德国和中国的人口(30.,54)。这些研究结果相比,最近的一项研究报道积极的增长之间的联系PPARα甲基化和代谢综合征、高甘油三酸酯水平和内稳态模型评估胰岛素抵抗(HOMA-IR) (109年)。同样,在动物模型研究报道,增加PPARα启动子甲基化与降低有关PPARα表情,胰岛素抵抗和高脂血症(110年)和肥胖(111年妊娠期间)后代接触不健康饮食。这些发现暗示的重要作用PPARα甲基化在代谢性疾病。PPARα是一种转录因子,调节各种流程包括脂肪酸氧化、炎症和肝葡萄糖生产(86年,112年)。因此,减少胎盘的DNA甲基化PPARα可能是代偿机制,增加葡萄糖和脂质代谢在GDM。进一步的研究需要阐明的角色PPARα甲基化在GDM的病理生理学。

全基因组甲基化是在12日进行的包括32研究综述。的数量差异甲基化CpG网站介于27和6892年之间,针对多个基因。数据过滤标准用于BeadChip阵列分析在研究之间存在着显著的差异。例如,八12的研究使用了更严格的多个测试与调整校正方法p值< 0.05的分析(28,31日,36,40,45,46,48,50),而四个研究使用了未经调整的p -值< 0.01和< 0.05,因为多个测试校正方法并不总是确定显著差异甲基化位点当样本量很小(33,42,56,57)。小样本大小已被确定为一个全基因组研究的主要限制,可以改善通过使用额外的数据集和独立的DNA甲基化量化方法来验证和验证研究结果,虽然这是费时和昂贵的。事实上,只有三个12量化研究DNA甲基化使用BeadChip数组验证他们的发现在相同的研究,证实了他们的发现感兴趣的相关基因(36,40,57)。其他技术差异可能影响差异甲基化CpG网站的数量确定在研究包括样品制备、加载在杂交和批处理效应偏差(96年,113年)。这些差异,很难进行比较研究和DNA甲基化谱已被确定为一个健壮的DNA甲基化的主要瓶颈识别关联。

研究DNA甲基化谱的变化包括综述、突出关键挑战之前,必须解决DNA甲基化分析可以达到临床适用性。DNA甲基化的异质性是由于方法的差异,测量平台、标准化策略,生物源,诊断标准,和时间的甲基化分析(114年,115年),因此,强调需要实现常见的实践和实验方法的标准化促进再现性和数据协调研究。研究包括在本文利用各种生物材料,如胎盘组织,脂肪组织,脐带血和外周血,包括异构混合物不同细胞类型的每一个都拥有独特的DNA甲基化的签名,可能导致分裂的DNA甲基化在研究(观察信号114年)。32的研究中,只有三个研究(30.,42,46)调整细胞组成,而没有研究报道利用cell-sorting方法测量DNA甲基化。未来DNA甲基化的研究应该考虑净化血液细胞群独立的特定的细胞类型,或者使用生物信息学方法调整细胞类型比例(116年)。其他因素广泛报道影响DNA甲基化异质性包括人口差异,比如年龄,种族,社会经济地位,环境和生活方式因素,如饮食和身体活动,糖尿病药物政权和人类免疫缺陷病毒(HIV)感染(117年- - - - - -122年),这或许可以解释一些不一致的研究结果综述报道。此外,pre-analytical因素在样本收集和运输,在DNA分离和分析过程和分析因素也可能影响DNA甲基化的差异分析这些研究中观察到。此外,最近的证据显示DNA甲基化也可能受到远端基因序列变异(123年),在这方面,使用甲基化可能开放的激动人心的机会更好地了解数量性状基因之间的复杂关系,环境因素,对表观基因组的影响。

结论

虽然大量的研究调查了DNA甲基化改变怀孕复杂化GDM,我们强调缺乏研究分析DNA甲基化与孕前的怀孕T1DM和2型糖尿病。我们建议未来的研究应该优先考虑分析DNA甲基化不同类型的产妇在怀孕复杂的糖尿病,提供洞察其内在的分子机制,这可能与妊娠有关的卫生成果。此外,本文证实了越来越多的证据支持DNA甲基化的潜力作为GDM的生物标志物。两个基因,HIF3α和PGC1-α,显示增加了甲基化和一个基因,PPARα女性,显示减少甲基化与GDM孕妇相比normoglycemia是一贯甲基化跨不同人群提供不同的怀孕时间和使用不同的诊断标准、方法和生物材料。这三个代表候选人的差异甲基化基因生物标记对GDM和可能影响几个GDM-related代谢过程如脂肪细胞的分化、炎症、线粒体功能、氧化应激、葡萄糖和能量代谢(图2)。此外,这些基因可能提供洞察epigenetically影响的路径在糖尿病妊娠和应优先在纵向研究和复制,在较大的数量,以确保他们的临床适用性。分析DNA甲基化可能会提供一个机会来促进干预策略和风险评估模型来识别风险的女性GDM,从而延缓或阻止其发展和由此产生的不良结果。

图2

图2妊娠期糖尿病对孕产妇的影响DNA甲基化(图片创建Biorender.com)。

作者的贡献

SD和CP概念研究;SD准备初稿;SD、TW SA, CP审查和编辑了手稿。所有作者阅读和批准了最终稿。

资金

这项工作是由美国国家研究基金会(NRF), Thuthuka格兰特没有:129844 SD和格兰特没有:129897 - TW,和NRF竞争项目评价人员格兰特没有:120832 - CP。基线南非医学研究理事会的资助(SAMRC)也承认。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

作者免责声明

规定的内容是作者的唯一责任,不代表官方观点NRF或SAMRC。

引用

1。Burlina年代,Dalfra毫克,Lapolla答:短期和长期的后果后代受母亲糖尿病:一个回顾。j . Matern胎儿新生儿地中海。(2019)32 (4):687 - 94。doi: 10.1080 / 14767058.2017.1387893