医师报 重磅!浙大邵逸夫医院生殖中心年轻医生陈宾在《Nature》发表研究成果!

2022-05-23 1310

文章来源:医师报   2022523

北京时间51823点,中国教育部生殖遗传重点实验室(浙江大学)黄荷凤院士团队和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心徐国良院士团队在国际顶级期刊《Nature》杂志在线发表了题为Maternal inheritance of glucose intolerance through oocyte Tet3 insufficiency的原创性研究成果。

 

浙江大学医学院附属邵逸夫医院生殖医学中心青年医师陈宾博士在黄荷凤院士及徐国良院士的悉心指导下,在浙大邵逸夫医院副院长、生殖中心学科带头人张松英教授的支持下,以及生殖中心常务副主任童晓嵋等医师的帮助下,经过多年潜心研究,以第一作者的身份在国际顶级科学期刊《Nature》杂志上发表最新研究成果。中科院分子细胞科学卓越创新中心杜雅蕊副研究员,复旦大学附属妇产科医院朱虹博士,中科院分子细胞卓越创新中心孙美玲博士和王超博士为该文章共同第一作者。共同通讯作者为黄荷凤院士和徐国良院士。参加这项研究的单位有浙江大学、复旦大学、中国科学院、上海交通大学、中国科学院大学和英国阿尔斯特大学,浙江大学为论文第一单位。

 

黄荷凤院士(右四),徐国良院士(左三),陈宾博士(左四)

 

该成果作为发育源性成人疾病研究的重大突破,找到了糖尿病的代际传播新机制,首次揭示了糖尿病的卵母细胞起源,即母体不良环境可以通过卵母细胞影响子代远期糖代谢功能,并阐明了其表观遗传调控机理,为人类认识和防控糖尿病等成年慢性疾病提供了最新的科学视角。

 

糖尿病的代际传播

 

DOHaD学说(健康和疾病的发育起源,Developmental Origins of Health and Disease)最早于上世纪八十年代由英国Barker教授提出。基于该理论,糖尿病、心血管疾病等许多成人疾病是由宫内(胚胎-胎儿期)的不良环境暴露所造成的,因此,孕期的健康管理被认为是至关重要的。黄荷凤院士领衔的研究团队在近20年多项ART子代队列研究中,发现子代存在成年性疾病的卵子/精子/胚胎起源性,提出“配子/胚胎源性疾病”的理论假说,将成年性疾病关注点前移至配子和胚胎发生期。

糖尿病是影响人类健康的主要慢病之一,发生率高且发病隐匿,全世界范围内约有2/5的糖尿病妇女处于育龄期,以孕前糖尿病为例,女性在孕前是否已经将异常环境记忆印入卵母细胞?通过卵母细胞影响子代远期健康?

该原创性研究成果对上述问题进行了解答。首次揭示了卵子源性成人糖尿病的表观遗传机制,为胚胎源性疾病机制的探索提供了新的思路和视角,更将成人慢性疾病防控关口前移至配子发育期,为相关疾病干预提供了新策略。

同期Nature配发了瑞士弗里德希-米斯科舍生物医学研究所Antoine H. F. M. Peters教授对该项研究成果的点评:“本研究发现了一种通过雌性生殖系传递子代表型的新机制,证实了高血糖导致卵母细胞中TET3的表达异常降低,阻碍合子中精子来源DNA的氧化去甲基化过程,进而导致子代成年后的代谢受损表型。”

 

卵子:介导糖尿病跨代遗传

 

为了研究雌性配子在发育源性疾病中的作用,研究团队建立了链脲佐菌素诱导的高血糖小鼠模型,取出高血糖小鼠卵母细胞与正常雄鼠精子进行体外受精和形成早期胚胎,将胚胎植入正常代孕母鼠宫内发育,排除孕期和产后高糖环境干扰。子代表型监测发现,子一代(F1)小鼠糖耐量受损,主要表现为胰岛素分泌不足,而子二代(F2)小鼠监测未出现明显的糖耐量异常。

实验设计和子代主要表型结果:高血糖小鼠子代出现糖耐量受损的表型

 

Tet3:导致卵子源性糖尿病的关键分子

 

为了找寻卵母细胞介导跨代效应的关键分子,研究人员以表观遗传机制为突破口,进一步研究发现高血糖小鼠卵母细胞中母源效应因子DNA去甲基化酶Tet3TET methylcytosine dioxygenase 3)表达下降。合作团队徐国良院士课题组既往研究已明确Tet3在卵细胞重编程中的作用。基于徐国良院士研究成果,本研究发现高血糖小鼠来源的卵母细胞体外受精后,受精卵的雄原核中Tet3表达下降,基因组甲基化水平改变。子代胎鼠胰岛全基因组甲基化测序显示,与胰岛素分泌相关的重要限速酶葡萄糖激酶(GckGlucokinase)等基因启动子区DNA甲基化水平升高,进而导致表达下降。卵母细胞中特异性敲除Tet3基因后,其子代小鼠也出现Gck启动子区域高甲基化和表达量下降及糖耐量异常的表型。而在高血糖小鼠卵母细胞中补充Tet3可以很大程度恢复囊胚甲基化水平和子代糖耐量受损表型。说明Tet3是高血糖卵子介导的跨代糖尿病发病中的关键表观遗传调控因子。

 

 

高血糖小鼠中卵母细胞中Tet3降低,去甲基化功能受损(a-c),子代胰岛Gck基因启动子区域高甲基化(d)及低表达(e

 

父本DNA甲基化修饰谱:母亲代谢印记传递子代的媒介

 

为验证子代的甲基化谱式改变的来源和可继承性,课题组以目标基因Gck为例,发现Gck启动子的高甲基化最早来源于受精卵的雄原核,并随着发育能持续到子代成年小鼠胰岛中。进一步区分Gck基因高甲基化的父母本来源发现,在囊胚和子代小鼠胰岛中,胰岛素分泌基因都呈现父本特异性高甲基化。这一结果揭示了高血糖暴露后,胰岛素分泌基因的高甲基化来源于受精卵时期雄原核,也就是父本基因组,并且传递到子代。

 

应用前景:糖尿病患者卵子中出现同样表型

 

更值得关注的是,糖尿病患者的未成熟GV期卵母细胞和弃用囊胚也分别显示出TET3表达降低的趋势和GCK启动子区高甲基化的状态,这提示研究团队在小鼠模型中的发现有类推至糖尿病患者的可能性,具有广阔的临床应用前景。

 

糖尿病导致人未成熟卵母细胞TET3表达降低且囊胚GCK甲基化升高

 

综上,该研究实现了发育源性成人疾病研究的重大突破,首次创新性运用体外受精-胚胎移植技术在排除孕期暴露干预效应后,发现卵子亦可作为传递载体,将生命早期的环境印记在Tet3的介导下以表观遗传的方式传递给子代,引发子代远期健康风险。

研究结论为成人慢性病发病和干预提供了崭新科学思路,也为孕前优生指导、出生缺陷防控和提高出生人口质量提供了新的诊治模式。

 

邵逸夫医院生殖医学中心简介

浙江大学医学院附属邵逸夫医院生殖医学中心创建于1998年,是全国范围内最早开展人类辅助生殖技术的综合性医院之一,建有浙江省生殖障碍诊治研究重点实验室、浙江省妇产疾病(生殖障碍)临床医学研究中心,是浙江省医学重点学科、浙江省生殖微创技术指导中心、国家首批干细胞临床研究机构、国家重点研发计划项目牵头单位、浙江省医学会生殖医学分会主委单位。

近五年辅助生殖治疗周期数和成功率居浙江省首位、全国领先行列,辅助生殖与生殖微创外科无缝衔接是生殖中心一大亮点,国际首例宫内合并宫角间质部妊娠采用切开取胚后宫内继续妊娠至足月分娩、无子宫破裂发生;独创经阴道子宫峡部环扎术,病例数全球第一,被国际同行誉为本领域的先锋工作;首创宫腔粘连冷刀分离综合治疗技术及宫腔镜下子宫肌瘤冷刀切除术等系列生殖微创新技术,革新传统手术理念和方法。在行业内率先提出生育力保护保存理念,生育力保护保存与生殖器官功能重塑技术居全国前列。开展卵子成熟障碍、受精障碍、胚胎发育阻滞、反复种植失败等疑难生殖障碍疾病的基础研究,结合临床治疗,提升辅助生殖技术治疗效率。创建浙江省首个男性生殖与性医学中心,全面提升男性生殖系统疾病的科研及系统诊疗能力,稀少精子/单精子冷冻复苏成功率居全国前列。建立包括生殖医学、妇科肿瘤、内分泌科、男科、儿科、肿瘤内外科、风湿免疫科、营养科等共同参与的多学科诊疗(MDT)体系以及神经内科、儿科、心内科、血液科、皮肤科、肾内科、眼科等专科参与的遗传病阻断与出生缺陷防控MDT。《提高辅助生殖治疗效率、改善出生结局的系列技术研究和应用》获2020年浙江省科学技术进步奖一等奖。

 

 

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