5月18日，國際學(xué)術(shù)學(xué)期Nature在線發(fā)表了黃荷鳳教授與徐國良研究員領(lǐng)銜，浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心等多家單位合作完成的研究成果“Maternal inheritance of glucose intolerance via oocyte TET3 insufficiency”。該研究發(fā)現(xiàn)高血糖癥可致卵母細(xì)胞DNA雙加氧酶TET3 (TET methylcytosine dioxygenase 3) 表達(dá)水平降低，造成受精后早期胚胎基因組DNA去甲基化障礙，主要表現(xiàn)為胰島素分泌通路相關(guān)基因的啟動子DNA異常高甲基化，并將這種高甲基化狀態(tài)維持至成年期胰島，進(jìn)而抑制這些基因的表達(dá)而誘發(fā)子代呈現(xiàn)糖耐量異常的表型。該工作提示卵母細(xì)胞TET3表達(dá)和功能異?；蚩捎绊懽哟】?。

　　流行病學(xué)研究顯示，孕期不良環(huán)境暴露可影響子代健康，因此孕期的健康管理至關(guān)重要。然而，育齡婦女孕前期不良內(nèi)環(huán)境是否也能影響卵母細(xì)胞發(fā)育進(jìn)而損害子代健康尚不明確。糖尿病的發(fā)生率日趨增高且日益低齡化。全世界范圍內(nèi)有2/5的糖尿病婦女處于育齡期，許多病人未得到及時的診斷和治療。一個亟待回答的科學(xué)問題是：這些育齡期婦女孕前期經(jīng)歷的高血糖等不良內(nèi)環(huán)境是否以及如何通過損害卵母細(xì)胞進(jìn)而影響子代健康？

　　為了解決上述問題，研究者首先以鏈脲佐菌素（Streptozocin, STZ）誘導(dǎo)的糖尿病雌鼠為模型，使卵母細(xì)胞暴露于高血糖環(huán)境；再取其卵細(xì)胞與正常雄鼠精子進(jìn)行體外受精；將獲得的二細(xì)胞胚胎移植至健康的假孕母鼠體內(nèi)以孕育子代。這種體外受精-胚胎移植（in vitro fertilization-embryo transfer, IVF-ET）實驗系統(tǒng)能夠排除孕期和產(chǎn)后環(huán)境變量對子代的干擾，保證子代表型完全來自暴露于母體不良內(nèi)環(huán)境的卵母細(xì)胞。研究者發(fā)現(xiàn)，由糖尿病雌鼠卵母細(xì)胞受精發(fā)育而來的子代小鼠也主要表現(xiàn)為糖耐量受損（impaired glucose tolerance）和胰島素分泌不足。

　　為了深入研究高血糖暴露的卵母細(xì)胞導(dǎo)致子代糖耐量受損的分子機制，研究者分析了糖尿病雌鼠的MII卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)其母源因子Tet3表達(dá)水平顯著下降。徐國良研究組曾于2011年在Nature雜志上報道卵細(xì)胞來源的TET3主要負(fù)責(zé)受精卵中父本基因組甲基胞嘧啶的氧化修飾，介導(dǎo)DNA去甲基化。因此，研究者進(jìn)一步分析了早期胚胎的TET3表達(dá)水平和功能，發(fā)現(xiàn)暴露于高血糖環(huán)境的卵細(xì)胞，受精后產(chǎn)生的合子雄原核中的TET3蛋白質(zhì)水平降低，相應(yīng)的氧化產(chǎn)物5hmC減少。

　　隨后，研究人員對糖尿病雌鼠的子代胰島進(jìn)行了全基因組甲基化測序。結(jié)果顯示，胰島素分泌通路（insulin secretion pathway）相關(guān)基因的啟動子區(qū)域DNA高甲基化，包括胰島素分泌的限速酶：葡萄糖激酶基因Gck (Glucokinase)。以Gck為例，研究者發(fā)現(xiàn)胰島素分泌通路相關(guān)基因啟動子DNA的異常高甲基化最早出現(xiàn)于受精卵的雄原核，并延續(xù)到子代成年小鼠的胰島，始終維持著父本特異性高甲基化特征。這些結(jié)果揭示，在母體高血糖暴露下的卵母細(xì)胞，其受精后子代胚胎胰島素分泌通路相關(guān)基因啟動子的DNA高甲基化源于受精卵的雄原核，且能持續(xù)至成年子代胰島。

　　為了明確子代糖耐量異常表型和胰島素分泌通路相關(guān)基因的DNA甲基化譜式改變?yōu)槁涯讣?xì)胞TET3表達(dá)下降所致，研究者進(jìn)一步分析了卵母細(xì)胞特異性純合或雜合敲除Tet3的小鼠子代，發(fā)現(xiàn)這些子代小鼠也呈現(xiàn)Gck啟動子DNA高甲基化與糖耐量受損的表型。此外，在糖尿病小鼠的MII卵母細(xì)胞中回補Tet3 mRNA可以在很大程度上恢復(fù)Gck啟動子DNA甲基化水平和子代表型。

　　值得注意的是，糖尿病患者的GV期卵母細(xì)胞和體外培養(yǎng)的囊胚也分別表現(xiàn)為TET3 表達(dá)水平的降低和GCK啟動子區(qū)域的DNA高甲基化，提示暴露于高血糖環(huán)境的人卵母細(xì)胞在受精后產(chǎn)生的子代也可能發(fā)生代謝綜合征。這表明研究者在小鼠模型上的發(fā)現(xiàn)也具有重要的臨床意義。

　　綜上所述，該研究以小鼠卵細(xì)胞暴露于母體高血糖環(huán)境模擬人類孕前高血糖環(huán)境暴露，深入探討了卵母細(xì)胞TET3介導(dǎo)的子代糖耐量異常的分子機制，提示卵母細(xì)胞發(fā)育期是一個對環(huán)境因素敏感的窗口期；母源TET3及其在受精卵中的表達(dá)水平高低和功能正常與否將影響子代健康。該項工作表明：為降低子代出現(xiàn)慢性疾病的風(fēng)險，將女性基礎(chǔ)疾病的預(yù)防和篩查提前到孕前期，可能是預(yù)防和減少人群中代謝綜合征傳遞的重要策略。該研究也為育齡期健康管理和成人慢性疾病提前防控和生育管理提供了新的理論基礎(chǔ)。

　　復(fù)旦大學(xué)生殖與發(fā)育研究院黃荷鳳教授和分子細(xì)胞卓越中心徐國良研究員為該論文的共同通訊作者。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院陳賓博士、分子細(xì)胞卓越中心杜雅蕊副研究員、孫美玲博士以及王超博士與復(fù)旦大學(xué)朱虹博士為該文的共同第一作者。該工作還得到了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院盛建中教授、英國阿爾斯特大學(xué)Peter R Flatt教授等的大力支持。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金以及中科院等的經(jīng)費支持。該工作得到了分子細(xì)胞卓越中心動物平臺和細(xì)胞平臺的幫助與支持。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04756-4

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　　高血糖暴露導(dǎo)致卵細(xì)胞DNA雙加氧酶TET3表達(dá)水平下降，其不足減弱了受精卵的雄原核中胰島素分泌通路相關(guān)基因的DNA去甲基化，從而增加子代發(fā)生代謝功能失調(diào)的風(fēng)險。