妊娠早期的母体脂肪含量与TfR2和HJV基因的DNA甲基化：炎症的中介作用及其对铁代谢状态的影响

《The Journal of Nutrition》：Maternal adiposity and DNA methylation of TfR2 and HJV genes in early pregnancy: mediating role of inflammation and consequences for iron status

肥胖孕妇在早期妊娠期TfR2和HJV基因的DNA甲基化水平及炎症中介作用研究。采用横断面设计分析正常体重（n=34）和肥胖（n=31）孕妇的脂肪指标、炎症因子及基因甲基化数据，发现肥胖组TfR2z1（p=0.004）和TfR2z2（p=0.035、0.031）甲基化水平显著降低，HJVz1（p=0.010）和HJVz2（p<0.001）甲基化水平升高，且炎症在HJVz1甲基化中起部分中介作用。

　　

萨布丽娜·P·德米尔吉安（Sabrina P. Demirdjian）|雷切尔·E·欧文（Rachelle E. Irwin）|保罗·D·汤普森（Paul D. Thompson）|玛丽亚·S·穆尔赫恩（Maria S. Mulhern）|梅芙·A·克尔（Maeve A. Kerr）|马克·莱德威奇（Mark Ledwidge）|卡齐·L·拉赫曼（Kazi L. Rahman）|卡罗琳·康威（Caroline Conway）|埃德娜·P·罗德里格斯（Edna P. Rodriguez）|玛丽·T·麦肯（Mary T. McCann）

北爱尔兰科莱兰市阿尔斯特大学（Ulster University）生物医学科学学院（School of Biomedical Sciences）食品与健康营养创新中心（Nutrition Innovation Centre for Food and Health，简称NICHE）

摘要

背景

越来越多的证据表明，肥胖会影响孕期的铁状态，但目前尚不清楚孕妇肥胖是否与TfR2和HJV基因的表观遗传变化有关。

目的

本研究旨在探讨孕早期体脂与TfR2和HJV基因DNA甲基化之间的关联，以及炎症在这一关联中的中介作用。

方法

这项横断面研究使用了来自一项双盲随机对照试验的数据，研究对象为体重正常（BMI 18.5-24.9 kg/m2）和肥胖（BMI ≥30.0 kg/m2）的孕妇。在妊娠12周时测量了母亲的BMI、脂肪量、内脏脂肪、铁指标和TfR2及HJV基因的DNA甲基化水平。设计了两组引物（TfR2区域1和2，TfR2z1、TfR2z2；HJV区域1和2，HJVz1、HJVz2）。通过促炎细胞因子计算了炎症评分。

结果

共有65名孕妇参与了研究，其中34人为正常体重，31人为肥胖。与正常体重的女性相比，肥胖女性在TfR2z1基因的CpG位点5、6、8-10处的DNA甲基化百分比较低（平均甲基化率为5.80% vs 6.92%，p=0.004）；TfR2z2基因的CpG位点5和6处的DNA甲基化百分比也较低（12.5% vs 14.7%，p=0.035；17.8% vs 20.1%，p=0.031）；而HJVz1基因的CpG位点3（45.3% vs 43.4%，p=0.010）和HJVz2基因的CpG位点2及平均甲基化率（43.2% vs 37.9%，p<0.001；平均65.9% vs 61.6%，p<0.001）的甲基化百分比较高。调整协变量后，TfR2z1基因与所有体脂指标呈负相关，HJVz2基因与体脂指标呈正相关（TfR2z1，BMI β=-0.288，p=0.030；HJVz2，β=0.459，p<0.001）。炎症在这一关联中起中介作用（p=0.019）。

结论

孕早期母亲的体脂与TfR2和HJV基因的表观遗传变化有关，其中部分变化是由炎症介导的。

引言

肥胖和铁缺乏（ID）是妊娠期间的主要风险因素，两者在全球范围内普遍存在，并伴有严重的健康并发症。肥胖率持续上升，尤其是在高收入地区；而在低收入国家，高达80%的孕妇患有铁缺乏症，在高收入国家这一比例为45%。越来越多的证据表明肥胖与铁代谢紊乱有关。尽管研究结果尚不一致，但研究表明，肥胖孕妇的铁状态往往较差，表现为妊娠早期和中期可溶性转铁蛋白受体（sTfR）水平升高，血清铁含量降低。铁缺乏性贫血在中心性肥胖女性中更为常见，这可能是由于慢性低度炎症导致肝素原上调，从而破坏了铁的稳态。尽管孕妇肥胖和铁缺乏的发病率很高，但其背后的机制仍不甚清楚。 DNA甲基化是基因表达的关键调控机制，在参与铁代谢的基因中已被发现。DNA甲基化由甲基转移酶催化，该酶将甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移到CpG位点的胞嘧啶第五位碳上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。含有较多CpG位点的DNA片段称为CpG岛，通常处于未甲基化状态，多位于基因启动子区域。CpG岛的甲基化通常会导致基因的稳定沉默。不同组织类型的DNA甲基化模式存在差异，但CpG岛通常不表现出组织特异性的甲基化模式。体外和动物研究表明，铁缺乏会导致铁调节基因（如HAMP、DMT1、FPN和Dcytb）的表观基因组变化。尽管这些发现尚未在人类研究中得到验证，但数据表明铁状态可能影响这些基因的表观遗传调控。 血红素珠蛋白（HJV）是一种膜蛋白，可感知门脉循环中的铁水平，它来源于肠道吸收的铁，并促进肝素原的合成以防止铁过载。在铁过载的情况下，HJV的表达会增加，可能是为了通过增加肝素原的产生来恢复铁平衡。然而，在炎症和肥胖的背景下，铁状态和HJV的甲基化如何调节其表达尚不清楚。 转铁蛋白受体2（TfR2）是肝脏中的一种膜受体，负责血液中的铁转运。结合铁的转铁蛋白主要通过转铁蛋白受体1（TfR1）内化，而TfR2在铁代谢中起更广泛的调节作用。缺乏TfR1的小鼠无法存活，而缺乏TfR2的小鼠虽然能存活但会出现严重的铁过载，这说明TfR2在调节铁稳态方面与TfR1相辅相成。在肝脏中，TfR2与HJV形成复合物以控制肝素原的合成；在骨髓中，TfR2与促红细胞生成素（EPO）受体结合，特别是在铁缺乏时促进红细胞的生成。 HJV和TfR2是铁代谢的关键调节因子，两者都可能受到炎症的影响。动物模型研究表明，肿瘤坏死因子α（TNF-α）会下调HJV的表达，使肝素原的调节机制从铁状态转向炎症。在正常情况下，高转铁蛋白饱和度会增加TfR2的表达，从而促进肝素原的产生以降低铁水平。Wallace等人（2011年）发现，TfR2缺陷小鼠的炎症诱导的肝素原反应较弱，表明炎症在此过程中起中介作用。TNF-α和白细胞介素-6（IL-6）都会增加TfR2的表达，不过IL-6还需要其他血清因子。总之，炎症可能通过抑制HJV和增强TfR2来超越基于铁的调节机制，使得肝素原的产生由炎症而非铁水平驱动，这可能破坏铁的稳态。 肥胖和孕早期的铁状态不佳可能对母婴健康造成严重影响。了解肥胖、炎症和铁代谢之间的关联路径对于识别高风险人群并制定针对性干预措施和政策至关重要。 本研究的主要目的是探讨孕早期母亲体脂与TfR2和HJV基因DNA甲基化水平之间的关联。次要目标还包括分析TfR2和HJV基因的DNA甲基化与铁指标和炎症指标之间的关联，并探讨炎症指标在体脂较高女性中作为DNA甲基化变化中介因素的潜在作用。

研究设计

本研究是一项横断面研究，使用了来自双盲随机对照干预试验（MO-VITD试验）的数据。该试验的详细信息和结果由Alhomaid等人（2021年）报告（参考编号15/NI/0068，WHSCT参考编号14/49）。

研究参与者

MO-VITD试验招募了妊娠前三期、无妊娠相关并发症、年龄≥18岁且体重指数（BMI）≥18.5 kg/m2的健康单胎孕妇。在获得知情同意后，采集了血液样本。

结果

在最初的MO-VITD研究中，共有240名参与者，其中105人同意将其样本用于基因研究。其中34人为正常体重，40人为超重，31人为肥胖。本次分析仅纳入了正常体重和肥胖的孕妇（n=65人，见图1）。表1显示，肥胖组的教育水平较低（p=0.040），妊娠12周时的收缩压和舒张压也较高。

讨论

本研究考察了孕早期母亲体脂与TfR2和HJV基因DNA甲基化之间的关联，以及它们与铁指标和炎症指标的关系。肥胖女性的TfR2z1基因甲基化水平较低，而HJVz2基因甲基化水平较高。此外，在体脂增加的情况下，炎症程度越高，HJVz1基因的甲基化水平越低。 高BMI和中心性肥胖与TfR2z1和HJVz2两个区域的DNA甲基化水平降低有关。

数据可用性

手稿、代码手册和分析代码可根据请求提供。

作者利益冲突声明

MTM、MSM和MAK与Solvotrin Therapeutics存在关联，包括资金资助。ML与Solvotrin Therapeutics存在关联，包括董事会成员身份、股权或股票以及资金资助。ML拥有专利#WO2017158030A1，该专利涉及提高哺乳动物铁摄入量的组合物和方法，由都柏林三一学院和Solvotrin Therapeutics共同持有。其他作者均无利益冲突。

资助

SPD是阿尔斯特大学经济系资助的博士研究员。本研究得到了Solvotrin Therapeutics的资助。

致谢

SPD、REI、PDT、MSM、MAK和ML设计了研究；SPD、KLR、CC和EPR进行了数据分析；SPD、REI和MTM撰写了论文。MTM对最终内容负主要责任。所有作者均阅读并批准了最终稿件。