dna甲基化与二型糖尿病.doc

博士□ 兽医硕士专业学位□ 硕士√ 农业推广硕士专业学位□ 同等学力在职申请学位□ 中职教师攻读硕士学位□ 工程硕士专业学位□ 高校教师攻读硕士学位□ 风景园林硕士专业学位□西 北 农 林 科 技 大 学研 究 生 课 程 考 试 试 卷 封 面（课程名称： （研） ）学位课□ 选修课√ 补修课□研 究 生 年 级、姓 名 2015级 王香明（2015050492） 所 在 学 院 动物科技学院 所 在 专 业 遗传育种与繁殖 任 课 教 师 姓 名 考 试 日 期 考 试 成 绩 评 卷 教 师 签 字 处 DNA甲基化与Ⅱ型糖尿病摘要：Ⅱ型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)是由于遗传与环境因素共同作用而引起葡萄糖代谢紊乱的疾病。

越来越多的研究表明，表观遗传学亦在Ⅱ型糖尿病的发病机理中起着重要的作用本文的目的在于对国外近期的Ⅱ型糖尿病与DNA甲基化的研究进行总结，以期为Ⅱ型糖尿病的诊断和治疗提供参考 关键词：DNA甲基化，Ⅱ型糖尿病，胰岛素 Ⅱ型糖尿病是一个复杂的代谢疾病，因胰岛胰岛B细胞胰岛素分泌不足或肝脏、骨骼肌、脂肪组织等靶组织的胰岛素敏感性下降，令患者表现为长时间的高血糖水平[1]遗传和环境因素在Ⅱ型糖尿病的发生中均发挥着作用，肥胖是世界范围内受Ⅱ型糖尿影响人群迅速增加的主要因素之一[2]有趣的是，在Ⅱ型糖尿病的发生中，遗传和基因因素间的相互作用大都包含表观遗传修饰[3] 早在1992年，Hales 和Barker就提出表观遗传学在代谢疾病（包括Ⅱ型糖尿病在内）的发生中起着关键的作用，在当时，他们就描述了一个人幼年的生活如何影响成年之后的健康状况[4]这个假说被数个研究改变的胚胎环境、早产和幼年成长环境对Ⅱ型糖尿病和胰岛素抵抗影响的流行病学所证实 DNA甲基化是目前研究的比较多的一种表观遗传修饰[5]DNA甲基化即DNA核苷酸胞嘧啶部位甲基的增加一个严格调控的DNA甲基化模式对于动物的正常发育必不可少。

DNA甲基化在组织特异性基因的调控和转录中起着关键的作用与稳定的DNA序列相比，表观遗传修饰是动态的，并且具有可逆性1.胰岛B细胞与DNA甲基化对于葡萄糖的应答，胰岛胰岛B细胞产生和分泌胰岛素的能力，对于维持正常血糖水平至关重要在Ⅱ型糖尿病的发生过程中，升高的胰岛素抵抗，导致机体对于胰岛素需求往往升高因此，探索影响胰岛胰岛B细胞功能的机制（例如：细胞活力、胰岛素产生和分泌的潜能），对于寻找治疗糖尿病的新途径来说，至关重要在最近的研究中，Dayeh[6]调查了从已故捐赠者身上获取的人胰岛细胞的全基因组DNA甲基化模式在来自Ⅱ型糖尿病和来自非糖尿病捐献者的胰岛细胞中，Dayeh发现853个基因中有1649 个CpG位点的DNA甲基化水平存在差异这些基因中包括已知的Ⅱ型糖尿病基因，例如：TCF7L2, KCNQ1, THADA, FTO, IRS1和PPARG同时，这些基因在癌症、轴突导向和MAPK信号通路中均呈现富集状态此外，表现出甲基化差异的102个基因，在Ⅱ型糖尿病和非糖尿病捐献者中亦呈现出不同的mRNA表达水平与非糖尿病捐献者相比，Ⅱ型糖尿病捐献者中的这些基因中的大部分，表现为DNA甲基化水平升高并且基因表达降低。

对这些基因进行功能分析发现：Cdkn1a和Pde7B在胰岛B细胞中过表达会造成胰岛素分泌功能受损；Cdkn1a (p21)过表达会造成胰岛B细胞的增殖减少Exoc3l编码胞外复合体中的一个蛋白元件，若在胰岛B细胞中对其进行沉默，会造成其胞外分泌的减少在糖尿病组和非糖尿病组中，胰岛B细胞的内容物没有显著差异，这表明：其发现的表观遗传差异并不是由于细胞类型组成的改变造成的Dayeh的研究提供了人胰岛细胞DNA甲基化的详细信息，着重突出了表观遗传调控在Ⅱ型糖尿病发病机理中的重要作用Volkmar[7]等人也对人胰岛细胞的DNA甲基化进行了研究与Dayeh等人的研究相比，此研究研究了很少的人胰岛细胞，报道了较少的CpG位点，但在Ⅱ型糖尿病和非糖尿病捐献者胰岛细胞表现为DNA甲基化差异的254个基因启动子中，仍然能够检测到276 个CpG位点这些基因涉及Ⅱ细胞的功能发挥和存活，进一步支持了DNA甲基化在Ⅱ型糖尿病发病机理中的关键作用2.糖尿病相关基因及转录因子近年来的研究发现，过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子（Peroxisome proliferative activated receptorγcoactivator 1A，PPARGC1A）、钾离子通道亚单位1(Potassium voltage-gatedchannel, KQT-like subfamily, member 1, KCNQ1)、胰 岛 素编码基因 (Insulin,INS)、胰腺十二指肠同源盒基因(Pancreatic and duodenal homeobox 1, PDX1)、胰高血糖素样多肽1（Glucagon-like peptide 1 receptor，GLP1R）等的DNA甲基化修饰也与Ⅱ型糖尿病密切相关。

2.1 PPARGC1A 在早期的一项以PPARGC1A（Peroxisome proliferative activated receptorγcoactivator 1A，过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子）作为候选基因，研究DNA甲基化的研究中，Ling [8]发现和非糖尿病组相比,Ⅱ型糖尿病患者胰岛细胞的PPARGC1A 基因上游区域的甲基化发生了改变Ⅱ型糖尿病患者胰岛细胞DNA甲基化的升高，伴随着PPARGC1A mRNA表达水平的降低和来自葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少PPARGC1A是一个氧化磷酸化相关基因的主要转录调控因子，因此，其降低会造成线粒体ATP的产生减少，损坏因葡萄糖刺激产生的胰岛素分泌2.2 KCNQ1KCNQ1的印记位点是Ⅱ型糖尿病的另外一个候选基因区域，其被认为是在胰岛素功能受损中发挥作用通过对成人胰腺和胎儿胰腺进行分析，Travers[9]等人发现，一个在KCNQ1位点中变化的遗传危险，与儿童调控序列的DNA甲基化有关；与成年人包含PLAGL1位点的一个区域有关然而，两者对基因表达水平并没有显著影响这些结果都强调了DNA甲基化的动态特征，其在不同的发育阶段发挥不同的调控作用。

2.3 INS研究Ⅱ型糖尿病的一个比较明确的靶基因是胰岛素基因(INS)及其调控事实上，两项研究已经表明INS启动子的DNA甲基化涉及人胰岛素细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因表达Kuroda[10]等人研究表明，INS启动子在胰岛B细胞内是特异性脱甲基化的，在体外，此区域的甲基化会抑制INS的基因表达与非糖尿病者相比，糖尿病者胰岛细胞的INS启动子的4个CpG位点的DNA甲基化水平较高这些CpG位点的DNA甲基化水平以及此区域的另外9个位点，同INS的基因表达呈负相关，说明胰岛素基因受表观遗传的调控Yang[11]的发现进一步验证这个说法：高血糖症直接改变了体外培养的胰岛B细胞系的胰岛素基因甲基化水平而且经流式细胞术（FACS）挑选的α细胞INS的DNA甲基化水平要比胰岛B细胞高，说明INS的甲基化调控细胞基因的表达此外，来自糖尿病患者的胰岛细胞显示出胰岛素水平及葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少2.4 PDX1PDX1(pancreaticandduodenalhomeobox1)，胰腺十二指肠同源异型盒）是一个对于胰岛细胞发展和胰岛B细胞的成熟及功能很重要的转录因子Yang[12]发现，与非糖尿病组相比，糖尿病组的位于近端启动子的3个CpG位点和一组位于PDX1增强子的7个CpG位点，表现为DNA甲基化水平升高。

有趣的是，所有位于增强子区域的9个CpG位点，都显示出与PDX1 的mRNA水平呈负相关而在近端启动子区域和远端启动子区域都只有1个CpG位点，与PDX1 的mRNA水平呈负相关这说明，对 PDX1 的表观遗传调控主要是通过增强子区域发挥的通过运用荧光素酶，Yang在功能上证明，PDX1 增强子的甲基化降低了其转录活性而且，PDX1 的mRNA水平与INS的 mRNA水平以及葡萄糖刺激的胰岛素分泌显著相关2.5 GLP1R肠促胰岛素对于饮食及用于糖尿病模拟物刺激的胰岛素释放来说，至关重要GLP1R编码肠促胰岛素的一个受体（Glucagon-like peptide 1 receptor，胰高血糖素样多肽1），并在胰腺Ⅱ细胞内表达当调查GLP1R基因的表观遗传调控元件，Hall[13]发现，与来自非糖尿病组的胰岛细胞相比，糖尿病患者的胰岛细胞表现出较高的DNA甲基化水平（很小但是不显著）GLP1R的另一个CpG位点（包含SP1和SP3 转录因子结合区域的位点），与GLP1R 的表达呈负相关，与HBA1c 和BMI成正相关已有证据表明，Ⅱ型糖尿病患者胰岛细胞的非编码RNA的水平发生了改变 Kameswaran[14]等人鉴别出了胰岛B细胞特异表达的一组miRNAs的印迹位点，其在Ⅱ型糖尿病患者中的表达表现为下调。

有趣的是，这和启动子区域的过甲基化有很强的关联DLK1-MEG3的基因座，已被证实和各种各样的癌症相关此研究亦证实了涉及糖尿病和胰岛B细胞功能的miRNAs（例如miR-7）的差异表达3体外模拟：3.1高葡萄糖处理胰岛细胞 Volkmar[15]等人将来自非糖尿病者的胰岛细胞置于高葡萄糖水平，发现异常的DNA甲基化可能是疾病发生的原因或者结果他们检测的16个CpG位点均没有表现出显著的DNA甲基化差异，说明来自Ⅱ型糖尿病患者胰岛细胞的甲基化模式改变不是高血糖症产生的原因长期的高血糖（也就是大于通常时间72小时）是否可能造成和已知的糖尿病及其并发症不一样的结果，这还是未知的3.2棕榈酸处理的人胰岛细胞Hall [16]用棕榈酸处理人胰岛细胞，并对其全基因组DNA甲基化模式进行了研究棕榈酸处理是用来模仿Ⅱ型糖尿病病人体内升高的自由脂肪酸含量棕榈酸处理的人胰岛细胞全基因组DNA甲基化水平（即分析的483,844 个CpG位点平均水平）显著高于对照组此外，棕榈酸处理改变了46,977 个CpG位点的DNA甲基化水平（p < 0.05），这几乎是期望值的两倍，并且显著性亦高于预期然而，经过多重试验之后，研究者发现，没有单个。