宫内生长受限大鼠模型中Igf2/H19印记控制区表观遗传修饰调控PGC-1α/PI3K/AKT2通路的作用机制研究

《Chinese Medical Journal》：Epigenetic modification of Igf2/H19 imprinting control region regulates PGC-1α/PI3K/AKT2 pathway in a rat model of intrauterine growth restriction

本刊推荐：本研究深入探讨了宫内生长受限（IUGR）大鼠模型中，Igf2/H19印记控制区（ICR）的表观遗传修饰（包括DNA甲基化和组蛋白修饰）如何通过调控PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α）/PI3K（磷酸肌醇3-激酶）/AKT2（AKT丝氨酸/苏氨酸激酶2）信号通路，影响个体的生长和脂质代谢。研究揭示了IUGR远期代谢综合征风险的潜在表观遗传学机制，为理解健康与疾病的发育起源提供了重要实验依据。

　　

背景

宫内生长受限（IUGR）与成年期不良代谢结局相关。组蛋白修饰和DNA甲基化影响的基因变化对胎儿发育至关重要。本研究旨在探讨IUGR中的表观遗传机制。

方法

研究采用母体营养限制法在Sprague-Dawley大鼠中建立IUGR模型。通过实时聚合酶链反应（RT-PCR）和蛋白质印迹（Western blotting）分析检测胰岛素样生长因子2（IGF2）、磷酸肌醇3-激酶（PI3K）、AKT丝氨酸/苏氨酸激酶2（AKT2）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）的表达水平。采用染色质免疫沉淀RT-PCR（ChIP-PCR）分析Igf2/H19印记控制区（ICR）中CCCTC结合因子（CTCF）1-4结合位点的组蛋白修饰。通过焦磷酸测序研究CTCF1-4结合位点的甲基化状态。

动物模型

研究成功构建了IUGR伴追赶生长大鼠模型。与对照组相比，IUGR组新生大鼠出生体重显著降低，但在4周龄和8周龄时体重出现追赶性增长。8周龄IUGR大鼠的血浆甘油三酯浓度显著高于对照组。

IGF2、PI3K、AKT2和PGC-1α的表达分析

IUGR组胎盘、胎肝和新生肝中Igf2的mRNA表达量显著降低。在新生肝和8周龄肝中，IUGR组的Pi3k、Akt2和Pgc-1α的mRNA表达水平以及PI3K、AKT2、AKT2磷酸化（AKT2-P）和PGC-1α的蛋白表达水平均低于对照组。

降低IGF2对AKT2-P和PGC-1α蛋白表达的影响

在原代肝细胞中敲低Igf2后，Akt2 mRNA水平显著下调，而Pi3k和Pgc-1α mRNA水平显著上调。在蛋白水平上，干扰Igf2后，AKT2和PI3K的表达未见显著变化，但AKT2-P和PGC-1α的蛋白表达水平显著下调。转录组学分析进一步表明，IGF2参与调控发育、分化及胰岛素受体信号通路等相关过程。

Igf2/H19 ICR的组蛋白修饰

在IUGR大鼠的Igf2/H19 ICR的CTCF结合位点（CTCF1-4）观察到显著的组蛋白修饰改变。与对照组相比，0周龄和8周龄IUGR大鼠的CTCF1-3位点的乙酰化组蛋白H3（AcH3）富集度显著降低。组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化（H3K4me3）在新生和8周龄IUGR组的CTCF1-4位点的富集度均显著降低。相反，抑制性标记组蛋白H3第9位赖氨酸二甲基化（H3K9me2）的富集度在IUGR组显著升高。

IGF2/H19 ICR的DNA甲基化

焦磷酸测序分析显示，与对照组相比，IUGR大鼠胎肝、4周龄和8周龄肝中Igf2/H19 ICR的CTCF1和CTCF3结合位点的CpG二核苷酸甲基化水平显著降低。然而，CTCF2和CTCF4结合位点的甲基化水平在两组间无统计学显著差异。

讨论

本研究结果表明，IUGR伴追赶生长可导致脂代谢异常、Igf2 mRNA表达下调、以及Igf2/H19 ICR关键位点的组蛋白修饰（AcH3、H3K4me3、H3K9me2）和DNA甲基化状态（CTCF1、CTCF3）发生改变。这些表观遗传修饰通过调控PGC-1α/PI3K/AKT2通路，影响了IUGR个体的生长和代谢。特别是ICR的低甲基化可能增加了CTCF的结合，从而抑制了Igf2的表达。这为理解IUGR远期发生代谢综合征的风险提供了重要的表观遗传学机制解释。

结论

Igf2/H19 ICR的甲基化状态和组蛋白修饰通过PGC-1α/PI3K/AKT2通路与IUGR大鼠的生长和脂质代谢相关。该研究不仅丰富了健康与疾病发育起源的理论，也为后续干预研究奠定了理论和实验基础。