DNA甲基化与羟甲基化联合转录组分析揭示高氧诱导支气管肺发育不良的关键调控机制

本研究针对高氧诱导的支气管肺发育不良(BPD)这一早产儿常见并发症，通过整合DNA甲基化(5mC)、羟甲基化(5hmC)和转录组测序技术，首次系统揭示了Apln和Calca基因的表观遗传调控机制。研究人员建立新生大鼠BPD模型，采用RRBS/oxRRBS和RNA-seq等多组学技术，发现2058个差异表达基因(DEGs)与62,123个差异甲基化区域(DMRs)、33,212个差异羟甲基化区域(DhMRs)显著相关，证实高氧通过降低启动子区DNA甲基化并增加羟甲基化水平上调Apln和Calca表达，为BPD的早期诊断和靶向治疗提供了新思路。

　　

在新生儿重症监护病房，支气管肺发育不良(BPD)如同一个无形的"氧气陷阱"——为挽救早产儿生命而使用的高浓度氧气，反而会损伤未成熟的肺部组织。这种看似矛盾的临床困境，困扰着全球30-50%的极早产儿。传统研究聚焦于遗传因素和生长因子异常，但为何相同氧疗条件下仅有部分患儿发展为BPD？这个未解之谜将科学家的目光引向了表观遗传学的深邃领域。

南方医科大学深圳医院和广州医科大学的研究团队在《Clinical Epigenetics》发表突破性成果。他们创新性地将DNA甲基化(5mC)与羟甲基化(5hmC)这对"表观遗传双生子"联合分析，结合转录组测序，揭示了高氧诱导BPD的全新分子机制。研究采用新生大鼠95%高氧暴露模型模拟人类BPD病理过程，通过H&E染色和平均线性截距(MLI)测量确认肺泡简化特征。运用RRBS和oxRRBS技术绘制全基因组DNA甲基化和羟甲基化图谱，结合RNA-seq筛选差异表达基因，最后通过TBS/oxTBS定量验证关键位点修饰水平，并采用qPCR、Western blot和免疫组化进行多维度验证。

高氧诱导大鼠BPD模型的建立
研究团队通过持续10天的95%高氧暴露，成功构建BPD动物模型。H&E染色显示高氧组肺泡间隔变薄、气腔扩大，MLI值显著增加，证实了典型的肺泡简化病理特征。

转录组与KEGG通路分析
RNA-seq鉴定出2058个DEGs，包括837个上调和1221个下调基因。KEGG分析揭示这些基因富集于p53、TNF、PI3K-Akt等20条信号通路，其中cGMP-PKG、甲状腺激素信号等10条新通路首次被报道与BPD相关。

全基因组DNA甲基化/羟甲基化动态变化
RRBS/oxRRBS检测显示高氧组存在62,123个DMRs和33,212个DhMRs。甲基化水平在启动子、内含子等区域呈轻微升高，而羟甲基化水平则显著降低，二者呈现显著负相关。

关键调控基因的鉴定
多组学整合分析锁定18个关键基因：CXCL6、GPR39等10个基因呈现"低甲基化-高羟甲基化-高表达"模式；KRT76、TGFBI等8个基因则显示相反模式。特别值得注意的是，Apln和Calca启动子区甲基化水平分别降低52%和58%，羟甲基化水平增加3.53倍和4.70倍，其mRNA和蛋白表达同步上调。

Apln和Calca的验证
TBS/oxTBS定量证实Apln启动子区甲基化降低26%，羟甲基化升高47%；Calca相应变化为8%和19%。Western blot显示二者蛋白表达分别增加1.57倍和2.99倍，免疫组化进一步验证其在肺组织的空间分布变化。

这项研究首次绘制了高氧诱导BPD的表观遗传全景图谱，揭示DNA甲基化与羟甲基化如同"阴阳调节器"般精确控制Apln和Calca的表达。Apln作为血管发育的关键调控因子，其异常表达可能破坏肺泡-毛细血管屏障；而神经肽Calca的过度激活可能导致病理性血管舒张。这些发现不仅解释了临床观察到的个体差异现象，更提供了潜在的治疗靶点——通过调控特定CpG位点的修饰状态，或可开发出精准干预BPD的新型表观遗传药物。

研究采用的"甲基化-羟甲基化-转录组"三维分析策略，为其他氧自由基相关疾病研究提供了范式。未来值得探索的方向包括：单细胞水平解析表观遗传异质性、开发靶向DNA修饰的纳米药物、以及建立早产儿脐血甲基化预测模型等。正如研究者所言："这项成果打开了表观遗传时钟调控肺泡发育的奥秘之门"。