《Epigenetics》：Immune pathways and prenatal/perinatal environmental exposures contribute to epigenetic gestational age prediction and acceleration
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本文综述了基于新型哮喘与过敏芯片（Asthma&Allergy array）的表观基因组关联研究（EWAS），揭示了脐带血DNA甲基化（DNAm）与孕周（GA）的关联。研究发现2435个CpG位点与孕周显著相关，其中HLA II类基因位点（如HLA-DRB1、HLA-DQB1）最为突出。研究构建的多CpG位点孕周预测模型精度高（R2=0.88），并发现Th1/Th2活化、B细胞发育、IL-10信号通路等免疫通路显著富集。研究进一步通过多暴露模型发现，初生状态、产次等围产期因素与表观遗传孕周加速（EGAA）相关，为早期环境暴露通过表观遗传调控影响胎儿发育及长期健康提供了新证据。
研究背景
妊娠年龄（Gestational age, GA）是评估胎儿发育成熟度的关键指标，早产或过期产均与儿童期及成年期健康风险密切相关。临床测量的孕周（如末次月经或超声估算）仅是评估方式之一，而表观遗传修饰（如DNA甲基化，DNAm）可反映受遗传和环境共同影响的生物学孕周（Biological GA）。表观遗传孕周（Epigenetic gestational age, EGA）与临床孕周之间的差异被称为表观遗传孕周加速（Epigenetic gestational age acceleration, EGAA），其与发育迟缓、代谢性疾病等儿童期疾病风险相关。现有基于甲基化芯片（如Illumina 450K/850K）的EGA时钟虽具一定准确性，但对免疫相关基因位点的覆盖有限。本研究采用新型Asthma&Allergy芯片（覆盖哮喘和过敏相关基因增强子区域），在底特律WHEALS出生队列的391例新生儿脐带血中，系统分析DNAm与孕周的关联，并探索围产期环境因素对EGA及EGAA的影响。
材料与方法
研究纳入WHEALS队列中391名新生儿的脐带血样本，通过Asthma&Allergy芯片检测DNAm。经质控后，保留45,296个CpG位点进行分析。采用线性回归进行表观基因组关联分析（EWAS），识别与孕周相关的CpG位点，并利用comb-p进行差异甲基化区域（Differentially methylated regions, DMRs）分析。通过弹性网络惩罚回归构建多CpG位点孕周预测模型，并在训练集（n=312）和测试集（n=78）中验证模型性能（R2、Pearson相关系数等）。同时，通过单暴露和多暴露模型评估22种围产期环境因素（如分娩方式、出生体重、母亲吸烟等）与孕周、EGA及EGAA的关联。
结果
1. 单CpG位点及区域分析
EWAS识别出2,435个与孕周显著相关的CpG位点（FDR<0.05），其中55%位点甲基化水平随孕周增加而升高，45%降低。功能注释显示，这些位点在第一内含子（p=3.83×10?18）、3‘UTR（p=0.016）等区域显著富集，而在启动子区1kb内显著缺失（p=2.04×10?48）。区域分析识别出395个DMRs，涉及336个基因，其中HLA II类基因（如HLA-DRB1、HLA-DQB1）和NFKB1在Th1/Th2活化、IL-10信号通路等免疫通路中显著富集（p<1×10?5）。
2. EGA时钟构建与验证
基于训练集筛选的2,049个显著CpG位点，最终模型包含233个位点。在测试集中，EGA与临床孕周高度一致（R2=0.88，Pearson r=0.94）。Bland-Altman图显示差异均值为-0.058天，95%置信区间为-4.04–3.94天，表明模型在早产、足月及过期产范围内均具有良好预测一致性。
3. 不同EGA时钟的通路比较
将本研究时钟与Bohlin、Knight、Haftorn时钟进行通路富集比较，发现Th1/Th2活化、NR1H2/NR1H3信号通路在多个时钟中共同富集。其中Knight时钟与其他时钟重叠通路最多，进一步验证了免疫通路在孕周表观遗传调控中的核心作用。
4. 环境因素与孕周关联
单暴露模型中，分娩方式（计划剖宫产与较低孕周相关）和出生体重Z评分（与较高孕周相关）与孕周及EGA显著关联。多暴露模型显示，初生状态、产次、婚姻状况等因素共同解释孕周变异（调整R2=0.112–0.132）。EGAA多暴露模型中，初生状态（p=0.035）和产次（p=0.017）与EGAA显著相关，提示出生顺序可能通过免疫通路（如T细胞调控）影响表观遗传衰老。
讨论与结论
本研究首次基于Asthma&Allergy芯片揭示脐带血DNAm与孕周的关联，凸显HLA II类基因和NFKB1在免疫通路（如抗原呈递、T细胞活化）中的关键作用。所构建的EGA时钟精度优于部分现有模型，且通过多时钟比较验证了免疫通路在表观遗传衰老中的保守性。环境因素分析表明，围产期暴露（如初生状态、产次）可能通过表观遗传机制影响胎儿发育轨迹，为早期干预提供靶点。未来需结合细胞组分校正、独立队列验证及更广泛环境暴露数据，进一步阐明EGAA与远期健康的关联机制。
