1995 年，英国南安普顿大学流行病学家 Barker 提出了健康与疾病的发育起源学说（Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD）。该学说与目前流行病学调查结果均表示，孕期不良环境会影响子代出生结局和远期的健康。
在早期研究的基础上进一步扩展，「表观遗传也可作为决定人类疾病起源的重要因素」这一观点也被提出，并由多个模型验证——遗传效应和表观修饰改变确实会导致疾病的起源。
2012 年，黄荷凤研究组在 Diabetes 杂志中报道，小鼠妊娠糖尿病可能通过表观遗传机制引起子代成年糖尿病。但相较于母体孕期的直接暴露，孕前（配子发育期）的不良环境因素如何影响卵母细胞发育而损害子代健康，其机制仍然存在诸多未解之谜。
由此引申出一个重要问题：这些孕前期经历高血糖等不良内环境的育龄期妇女，是否会通过卵母细胞进而损害其子代健康？其机制是什么？
2022 年 5 月 18 日，Nature 在线发表了主要由黄荷凤院士与徐国良院士领衔、由浙江大学、复旦大学、中科院分子细胞科学卓越创新中心、上海交通大学与和英国阿尔斯特大学等多家单位合作完成的研究工作最新成果：《Maternal inheritance of glucose intolerance via oocyte TET3 insufficiency》。
图源：官网
研究解释了此前提出的问题，即女性卵子可介导糖尿病的传代效应。
并阐释了 Tet3 介导的代际遗传的调控途径和具体方式----高糖环境可诱导卵母细胞中母源效应因子 DNA 双加氧酶 TET3 表达水平降低，造成受精后早期胚胎基因组 DNA 去甲基化障碍，引起胰岛素分泌通路相关基因的启动子 DNA 异常高甲基化。这种高甲基化状态维持至成年期胰岛，进而抑制这些基因的表达，使子代胰岛素分泌不足，从而导致糖尿病易感性的代际遗传。
该试验的具体实验过程如下：
【第一阶段】
已知链脲霉素药物的处理能够损害胰腺 β 细胞，进而诱发高血糖。
因此研究人员建立了链脲佐菌素诱导的高血糖小鼠模型，模拟人类孕前高血糖环境暴露。
为了排除孕期和产后环境变量的干扰，保证子代的表型完全来自于暴露在母体不良内环境的卵母细胞。该团队设计了一个精巧的实验----将受到高糖影响的雌鼠的卵子取出后进行体外受精，并将体外培养的胚胎移植到健康代孕母鼠体内孕育子代。（对照组在此不作赘述）
图 1. 高血糖雌鼠及其子代小鼠模型的建立
研究者对子代小鼠进行葡萄糖耐量测试，结果显示：
卵母细胞有高糖暴露史的子一代小鼠出现糖代谢受损，葡萄糖耐受能力不足，主要表现为胰岛素分泌不足。
有趣的是，高糖环境只能影响子一代小鼠，而在子二代小鼠中并未发现健康问题。
中科院生物物理所研究员朱冰这样解释此类现象:
DNA 甲基化是最稳定的表观遗传修饰，但也是在配子发生过程中被抹除得最干净的表观遗传修饰，因此在下一代配子发生的过程中又会回归到野生型的状态，这样才能保证配子的质量，帮助我们每一代都能做到「重新做人」。这就是为什么这一事件只在子一代发生，而不能传递到子二代以后的原因。
【第二阶段】
为了寻找高糖暴露的卵母细胞介导子代葡萄糖耐量受损的关键分子机制，研究人员对孕前高糖小鼠的 MII 期卵母细胞进行了转录组测序，发现 DNA 双加氧酶 Tet3 在高糖小鼠的卵母细胞中下调。
卵细胞来源的 Tet3，负责在受精卵中进行主动去甲基化，而这正是由徐国良团队早年发现的。
因此，研究人员对高血糖小鼠的子代胰岛进行了全基因组甲基化测序，结果显示 糖尿病相关基因 Gck（胰岛素分泌相关的重要限速酶葡萄糖激酶）的启动子出现了 DNA 甲基化异常上调，并且这种异常高甲基化状态可以从胚胎期一直延续到子代成年小鼠的胰岛中，从而导致 Gck 基因的下调和糖尿病的发生。
有意思的是，虽然 Tet3 下调发生于卵母细胞中，受精后反而是父源基因组 Gck 启动子维持了较高程度的甲基化。原因是 Tet3 的受精后主动去甲基化过程有着一定的父源基因组偏好性。
以上这些结果均提示了在高糖小鼠的子代中，胰岛素分泌基因的高甲基化来源于受精卵的雄原核，且持续到子代。
最后，研究团队利用 Tet3 敲除小鼠验证发现：
敲除卵母细胞时期 Tet3 基因后，小鼠出现 Gck 启动子区域高甲基化、表达量下降和糖耐量异常。回补 Tet3 后，小鼠基化水平和子代糖耐量受损表型有显著恢复。这证明了 Tet3 在高血糖卵源性糖尿病传代效应中起到了关键的表观遗传调控作用。
值得注意的是，在生殖中心收取的糖尿病患者的未成熟 GV 期卵母细胞和体外培养的弃用囊胚也分别显示出 TET3 表达降低趋势和 GCK 启动子区域高甲基化的状态。
这表明小鼠模型中的发现也有重要的临床意义，在临床指导和应用上具备可能。
图 2. TET3 缺乏介导卵母细胞起源性成年疾病的工作模型
朱冰这样评价该试验，无论是这一研究中利用代孕小鼠撇除宫内环境影响的精巧设计，对子代表型的精准分析，还是文末两个实验提供的遗传学证据，都深深体现了「小心求证」这四个字。
结论与展望
综上所述，该研究以孕前高血糖环境暴露为例，深入探讨了卵母细胞 TET3 介导的子代远期糖代谢受损的表观遗传机制，其可独立作为体内代谢的「感受器」，在感知糖尿病状态后，卵细胞中 Tet3 水平降低，与精子受精后，在生命伊始便通过干扰父本基因组的去甲基化影响了后代致病基因表观修饰，将糖尿病易感性传递给后代。
提示了卵母细胞发育时期是一个对环境敏感的窗口期，母源 TET3 的正常功能作用于父源基因组，进而决定子代健康。
「目前高血压、糖尿病等慢性疾病流行趋势日益增加，成人期慢病预防效果不理想，迫使我们另开蹊径，要从新角度寻求突破。」黄荷凤院士指出，包括这次研究成果在内的一系列发育源性疾病研究成果，都在启示我们，要充分认识生命早期干预的可能性和重要性，要从根本上转变疾病防控的思路。
为降低子代出现慢性疾病的风险，将妇女基础疾病的预防和筛查提前到孕前期，可能是预防人群中糖尿病等慢性病的重要策略。
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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04756-4
信息来源：BioArt 公众号，浙江大学附属妇产科医院公众号
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