DLK1表观遗传重编程介导父体咖啡因暴露所致子代骨质疏松症易感

【作者】 肖浩； 顾瀚文； 陈廖斌； 汪晖；

【机构】 武汉大学中南医院； 发育源性疾病湖北省重点实验室； 武汉大学基础医学院；

【摘要】 目的近年来,疾病的胎儿发育起源研究逐渐被前移至配子发育阶段,成年疾病具有父系起源的现象得到证实并提出了"健康和疾病的父系起源"学说。父体孕前不良环境暴露是导致子代近期发育毒性和远期疾病易感的重要诱因,且与印记基因发生表观遗传重编程有关。然而,父体孕前咖啡因暴露(PPCE)是否会引起子代骨发育毒性及远期骨质疏松症易感?深入的表观遗传重编程机制是什么?这些科学问题至今尚未明确。方法本研究依据人类男性在日常生活环境中可达到的咖啡因暴露剂量和大鼠生殖特点,建立PPCE子代大鼠模型,并结合基因敲除模式动物及体外细胞模型,明确父体孕前咖啡因暴露所致子代骨发育不良的近、远期现象及其精子印记基因表观遗传重编程机制。结果 PPCE可致胎长骨发育不良和成年后骨量低下,且在成年期慢性应激后出现骨质疏松症表型。同时发现,PPCE可致子代骨组织局部成脂分化增强及成骨分化抑制,且起源于胎儿发育时期。在探究其机制时,对胎骨组织进行转录组测序及GO功能富集分析发现,PPCE可降低印记基因DLK1的表达。进一步通过全基因组DNA甲基化测序发现,PPCE导致了亲代精子中DLK1印记控制区IG-DMR的甲基化水平显著降低。通过构建DLK1印记控制区IGDMR的全身性基因敲除小鼠,发现会导致胎鼠发育不良及骨长度缩短。最后,结合体内、外干预实验证实,PPCE引起的父体高水平糖皮质激素可活化GR并上调TET2表达,导致精子中DLK1印记控制区IG-DMR甲基化水平降低,进而引起骨髓间充质干细胞出现成脂分化增强和成骨分化抑制。结论 PPCE可致子代长骨发育不良及成年后骨质疏松症易感,且其父系遗传机制与精子中DLK1印记控制区IG-DMR甲基化降低介导的成骨-成脂失衡有关。本研究可为早期防治父源性骨质疏松症提供新靶标和新思路,并在指导父体健康备孕和促进人口健康等方面具有重要的现实意义。更多还原