极低出生体重早产成年人的血液和脂肪组织DNA甲基化情况——一项兄弟姐妹比较研究

《Epigenomics》：Blood and adipose tissue DNA methylation in adults born preterm with a very low birth weight – a sibling comparison study

本研究通过比较早产低体重（VLBW）成人与其同卵双胞胎的血液和脂肪组织DNA甲基化水平，发现血液甲基化无显著差异，但脂肪组织中检测到458个差异甲基化位点（FDR<0.05），涉及脂代谢（FADS2）、神经发育（KIF26A）等基因，IPA分析揭示81条相关生物通路，提示表观遗传改变可能介导VLBW与长期代谢及神经健康风险。

　　### 一项关于早产和极低出生体重对成人DNA甲基化影响的研究

#### 引言

早产（出生时孕周少于37周）和极低出生体重（出生体重低于1500克）是影响个体长期健康的重要因素。这些早产和低出生体重状况与多种慢性疾病有关，包括心血管疾病、代谢综合征以及神经精神健康问题。近年来，科学界提出了“发育起源的健康与疾病”（DOHaD）假说，认为早期生活暴露可能对器官的结构和功能产生持久的影响，从而影响成年后的健康状况。尽管已有大量研究支持这一假说，但其背后的机制仍未完全阐明。

DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它可以在不改变DNA序列的情况下调控基因表达。DNA甲基化的变化可能受到早期生活经历的影响，如出生时的营养状况、感染风险以及母体健康状况等。这些变化在某些情况下可以维持终生，因此，它们可能是理解早产和低出生体重如何影响长期健康的重要线索。然而，大多数相关研究主要集中在血液样本上，而较少关注其他组织，如脂肪组织，因为这些组织的获取较为困难。

为了更全面地了解早产和极低出生体重对DNA甲基化的影响，本研究采用了同卵兄弟姐妹对照设计，比较了75名早产且极低出生体重的成年人与他们的73名同性兄弟姐妹在血液和脂肪组织中的DNA甲基化差异。我们利用Illumina EPIC 850K芯片，对超过85万个CpG位点进行了分析，并通过QIAGEN的Ingenuity Pathway Analysis（IPA）工具探索了相关的生物学通路。

#### 方法

本研究的数据来自“早产成人兄弟姐妹研究”（Sibling study），其中包括79名早产且极低出生体重的成年人和76名同性兄弟姐妹作为对照组。所有参与者均出生于1976年至1996年之间，其中大多数来自芬兰的某些医院区域，另有部分来自赫尔辛基的“极低出生体重成人研究”（HeSVA）和北芬兰的“早产、妊娠与成年后代健康研究”（ESTER）。

在研究过程中，我们排除了那些有内分泌疾病或与早产相关的感官神经障碍的参与者。为了确保研究的代表性，我们收集了参与者的详细临床数据，并通过问卷了解其个人健康状况。此外，我们还采集了血液和脂肪组织样本，并使用Allprep Universal DNA/RNA/miRNA试剂盒提取DNA。

DNA甲基化分析采用Illumina Infinium Methylation EPIC BeadChip芯片进行，该芯片能够检测超过85万个CpG位点。为了确保数据的准确性和一致性，我们对原始数据进行了质量控制和标准化处理，并使用meffil R包进行分析。同时，我们对细胞组成进行了估计，以排除不同细胞类型对甲基化模式的影响。

#### 结果

在血液样本中，我们没有发现早产且极低出生体重成年人与他们的同性兄弟姐妹之间存在显著的DNA甲基化差异。然而，在脂肪组织中，我们发现了458个显著差异的CpG位点（FDR校正后的p值小于0.05）。这些差异主要表现为甲基化水平的升高，即超甲基化。其中，部分CpG位点与脂质代谢、神经发育和细胞周期调控相关的基因有关，如FADS2和KIF26A。

为了进一步验证这些发现，我们进行了敏感性分析，排除了部分可能的混杂因素，如早产或小样本人群的对照组。结果依然表明，脂肪组织中的DNA甲基化存在显著差异，而血液中的差异则不显著。此外，我们还发现了一些之前在HeSVA和新西兰极低出生体重队列中发现的CpG位点在当前研究中得到了部分复制，这表明某些DNA甲基化变化可能是早产和极低出生体重的长期影响。

通过IPA分析，我们识别了81条与脂肪组织DNA甲基化差异相关的生物学通路。这些通路涵盖了脂质代谢、神经调节与发育、心脏功能以及细胞调控等多个方面。其中，最显著的通路是SREBP（SREBF）介导的基因表达调控，这可能与胆固醇、脂肪酸、甘油三酯和磷脂的合成减少有关。此外，我们还发现了与心血管疾病和代谢综合征相关的基因表达变化，这些变化可能与早产和极低出生体重的健康风险有关。

#### 讨论

本研究的结果表明，早产和极低出生体重可能通过DNA甲基化的方式对脂肪组织的功能产生长期影响。这种影响可能与脂质代谢异常、炎症反应以及神经发育问题相关。尽管血液样本中未发现显著的甲基化差异，但脂肪组织中的变化则更为明显，这提示我们应更多关注非血液组织的甲基化模式。

在脂肪组织中发现的458个差异甲基化位点，多数表现为超甲基化，这可能抑制相关基因的表达。这些基因包括FADS2、KIF26A、PLPP3、QPRT和SREBF1等，它们在脂质代谢、神经发育和细胞功能调控中起重要作用。此外，我们还发现了一些与心血管疾病和代谢综合征相关的通路，如NR1H2和NR1H3介导的信号通路，这些通路可能在胆固醇和胆汁酸代谢中发挥关键作用。

值得注意的是，我们发现了一些与神经发育和睡眠调节相关的通路，如Orexin信号通路和血清素受体信号通路。这些通路的异常可能与早产和极低出生体重相关的神经精神健康问题有关。此外，我们还发现了一些与脂肪组织功能相关的基因，如PPARG，该基因在脂肪细胞分化和代谢中起重要作用。

本研究的一个重要优势是采用了同卵兄弟姐妹对照设计，这有助于减少遗传和环境因素的混杂效应。然而，由于样本量相对较小，我们的研究可能存在一定的统计效力限制。此外，我们无法完全排除细胞组成对DNA甲基化模式的影响，因此在解释结果时需谨慎。

#### 结论

综上所述，本研究发现早产且极低出生体重的成年人在脂肪组织中存在显著的DNA甲基化差异。这些差异可能反映了早产和极低出生体重对脂肪组织功能的长期影响，并可能部分解释了这些人群在代谢特征和慢性疾病风险方面的差异。DNA甲基化的变化可能为开发针对早产和极低出生体重人群的干预措施提供新的思路。

#### 研究亮点

1. **DOHaD假说的支持**：本研究支持了DOHaD假说，即早期生活暴露可能对器官功能产生长期影响，进而影响成年后的健康。
2. **DNA甲基化差异的发现**：研究发现，早产且极低出生体重的成年人在脂肪组织中存在显著的DNA甲基化差异，而血液样本中则未发现类似变化。
3. **生物学通路的识别**：通过IPA分析，我们识别了多个与脂肪代谢、神经调节和心脏功能相关的生物学通路，这些通路可能解释早产和极低出生体重对长期健康的影响。
4. **潜在的干预目标**：研究结果提示，DNA甲基化可能成为开发针对早产和极低出生体重人群的干预措施的重要靶点。
5. **研究的局限性**：由于样本量有限，研究结果可能存在一定的统计效力问题，且无法完全排除细胞组成对甲基化模式的影响。

#### 作者贡献

本研究的成果得到了多位研究人员的共同努力。Helena Hauta-alus负责研究的概念设计、数据管理、分析和撰写。Justiina Ronkainen、Juho Kuula、Darina Czamara、Anni Heiskala、Samuel Sandboge、Johan Bj?rkqvist、Nina Kaseva、Katri R?ikk?nen、Kirsi H Pietil?inen和Eero Kajantie均对研究的设计、实施和撰写做出了重要贡献。所有作者都对研究结果进行了审核，并同意在相关期刊上发表文章，并对文章内容负责。

#### 审稿人声明

本研究的审稿人声明没有与研究内容相关的利益冲突。

#### 伦理声明

本研究获得了赫尔辛基和乌西马医院区协调伦理委员会的批准，并遵循《赫尔辛基宣言》的伦理原则。所有参与者均签署了知情同意书，以确保研究的合法性和伦理性。

#### 数据可用性声明

由于隐私保护的原因，个体层面的数据受到一定限制。如有合理请求，可向通讯作者申请部分数据。研究的元数据可以在Qvain仓库中找到，以确保数据的透明度和可重复性。

#### 附加材料

本研究的附加材料可通过提供的链接访问，其中包括详细的表格和图表，用于支持研究的主要发现。这些材料有助于进一步理解DNA甲基化在早产和极低出生体重人群中的作用。