母体1型糖尿病通过表观遗传调控子代胰岛自身免疫的保护机制研究

《Nature Metabolism》：Blood methylome signatures in children exposed to maternal type 1 diabetes are linked to protection against islet autoimmunity

本研究针对母体1型糖尿病(T1D)为何能降低子代T1D风险这一科学问题，通过开展表观基因组关联分析(EWAS)，发现母体T1D暴露导致子代血液DNA甲基化改变，特别是HOXA基因簇和15个T1D易感基因的差异甲基化。研究证实这些表观遗传修饰与胰岛自身免疫风险降低相关，揭示了环境因素通过表观遗传机制调控T1D易感基因的新途径。

　　

在生命早期发育过程中，环境因素的影响往往会产生深远持久的健康效应。表观遗传机制，特别是DNA甲基化，在介导环境因素对表型特征的影响中起着关键作用。1型糖尿病(T1D)作为儿童和青少年期最常见的慢性疾病之一，其发生发展与自身免疫过程密切相关。一个引人深思的现象是，与父亲患有T1D的子代相比，母亲患有T1D的子代发展T1D的风险显著降低，这种保护效应尤其在生命早期最为明显。

为了揭开这一保护机制的神秘面纱，Raffael Ott等研究人员在《Nature Metabolism》上发表了一项突破性研究。他们提出假说：母体T1D可能通过改变子代DNA甲基化模式，特别是影响T1D易感基因的表观遗传调控，从而赋予子代对胰岛自身免疫的保护作用。

研究团队整合了BABYDIAB/BABYDIET和POInT两个前瞻性队列的1,752名儿童数据，其中包括790名母亲患有T1D的儿童。使用Illumina EPIC芯片进行表观基因组关联分析，发现在母体T1D暴露的子代中，存在566个差异甲基化CpG位点和238个差异甲基化区域(DMR)，这些位点显著富集在转录调控相关区域。

特别值得关注的是，7号染色体上的HOXA基因簇和6号染色体的MHC区域显示出显著的甲基化差异。HOXA基因编码的转录因子在早期发育和器官形成中发挥重要作用，而MHC区域已知包含T1D的主要遗传易感基因。

研究人员通过bisulfite pyrosequencing技术验证了HOXA5启动子区域和多个T1D易感基因相关CpG位点的甲基化差异，证实了芯片结果的可靠性。功能分析显示，这些差异甲基化位点富集在启动子、5'非翻译区等基因调控区域，且与免疫细胞功能相关的转录因子结合 motif 显著相关，其中甲基化结合域蛋白2(MBD2)的结合 motif 富集最为显著。

研究进一步发现，这些差异甲基化位点与15个T1D易感基因的表达相关，包括MHC区域的HLA-A、HLA-C等基因，以及非MHC基因如SKAP2、FARP2等。通过表达数量性状甲基化分析(eQTM)，研究人员预测了甲基化变化对基因表达的潜在影响。

最为关键的是，研究团队构建了甲基化倾向评分(MPS)来量化母体T1D对子代甲基化模式的影响。令人惊讶的是，基于T1D易感基因相关CpG位点的MPS能够预测非暴露子代中胰岛自身免疫的发生风险：MPS每增加1个单位，胰岛自身免疫的发病风险降低43%。这一发现在独立队列Fr1da研究中得到验证。

主要技术方法

研究基于BABYDIAB/BABYDIET和POInT两个前瞻性队列的1,752名儿童样本，使用Illumina EPIC芯片进行全基因组DNA甲基化分析。通过meta分析整合两个队列数据，采用dmrff软件包识别差异甲基化区域，利用HELIX项目的cis-eQTM数据评估甲基化与基因表达的关联，并通过bisulfite pyrosequencing验证关键位点。采用机器学习方法构建甲基化倾向评分，并在独立队列中验证其预测价值。

母体T1D与子代DNA甲基化组

研究发现母体T1D暴露与子代血液DNA甲基化改变显著相关，共识别出566个差异甲基化CpG位点，其中478个表现为高甲基化。这些位点显著富集在HOXA基因簇和免疫相关基因区域。差异甲基化区域分析进一步确认了MHC区域和HOXA基因簇的甲基化改变，表明母体T1D对子代表观基因组的广泛影响。

甲基化组差异与T1D风险基因和生物标志物

研究人员发现差异甲基化CpG位点与142个基因的表达相关，这些基因显著富集于免疫系统功能相关的基因本体术语。特别值得注意的是，15个已知的T1D易感基因显示出甲基化改变，包括MHC区域的多个基因。此外，这些甲基化位点还与14种T1D相关蛋白生物标志物水平相关，提示其可能影响蛋白质表达。

母体T1D子代甲基化评分与胰岛自身免疫

通过构建T1D易感基因相关和非相关CpG位点的甲基化倾向评分，研究发现只有基于T1D易感基因的评分能够预测胰岛自身免疫风险。在母亲无T1D的子代中，该评分越高，胰岛自身免疫风险越低，且在多个亚组和独立队列中一致。

研究结论与意义

这项研究首次系统揭示了母体T1D通过表观遗传机制调控子代T1D易感基因，进而赋予保护效应的分子通路。研究发现不仅解释了长期观察到的流行病学现象，更重要的是提出了环境因素通过表观遗传修饰影响自身免疫疾病风险的新机制。这些发现为开发基于表观遗传的T1D预防策略提供了理论依据，同时也为理解基因-环境互作在自身免疫疾病中的作用提供了新视角。

研究的创新性在于将母体环境暴露、表观遗传改变和疾病风险有机连接，提出了"表观遗传重编程可能成为T1D预防新靶点"的重要概念。未来研究可进一步探索这些表观遗传标志在疾病预测和干预中的应用价值，为T1D的一级预防开辟新的研究方向。