《Molecular and Cellular Endocrinology》：Fructose-induced prediabetes causes persistent DNA methylation changes in white adipose tissue despite metabolic normalization
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果糖摄入导致大鼠内脏白色脂肪组织DNA甲基化改变，形成预糖尿病表型，经饮食干预后部分代谢指标恢复，但甲基化异常持续存在，提示表观遗传机制在代谢紊乱早期及糖尿病发展中的潜在作用。
Bárbara Dumrauf|María Victoria Mencucci|Ezequiel Lacunza|Martín Carlos Abba|Luis Emilio Flores|Bárbara Maiztegui|Juan José Gagliardino|Flavio Francini|Carolina Lisi Román
CENEXA。实验与应用内分泌学中心（UNLP-CONICET-CeAs CICPBA），UNLP医学院。地址：60 y 120 (s/n)，1900 La Plata，阿根廷
摘要
背景
白色脂肪组织（WAT）是调节脂质和葡萄糖稳态的关键内分泌器官。早期的代谢紊乱可能通过表观遗传机制破坏其内分泌功能；然而，DNA甲基化如何导致糖尿病前期及其逆转仍大部分未被探索。
目的
研究糖尿病前期大鼠内脏WAT的基因组范围内DNA甲基化变化，以及饮食恢复正常后的变化。
方法
雄性大鼠被喂食标准饮食70天后分为3组：对照组（C）饮用自来水，果糖组（F）摄入10%的果糖溶液，而果糖-自来水组（FC）先摄入10%的果糖溶液21天，随后饮用自来水49天。测量血浆参数，并对内脏WAT进行全基因组亚硫酸盐测序以识别差异性CpG甲基化，随后进行通路富集和网络分析。使用RT-qPCR评估基因表达。
结果
果糖摄入引发了糖尿病前期表型，而饮食恢复正常后这种表型得到了逆转。在内脏WAT中，发现了1,151个差异性甲基化的CpG位点，其中330个基因与氧化磷酸化和产热相关，这些基因是脂肪细胞内分泌和线粒体功能的关键调节因子。严格分析显示，有一部分CpG位点与Kdm4c、Ces1f和Uxs1的表达改变有关，这表明它们在脂肪细胞代谢的内分泌调节中具有功能意义。值得注意的是，尽管代谢恢复，仍有一些甲基化改变持续存在，表明表观遗传逆转不完全。
结论
果糖引起的糖尿病前期会导致内脏白色脂肪组织的DNA甲基化变化。尽管FC组? ??参数恢复正常，但某些表观遗传改变仍然存在，这突显了它们在早期代谢紊乱导致2型糖尿病（T2D）中的潜在作用。
引言
2型糖尿病（T2D）在全球范围内持续增加。现代化和城市化的快速发展与久坐的生活方式以及不健康的饮食习惯（精制碳水化合物和超加工食品摄入量增加）导致了肥胖（GBD 2015 Obesity Collaborators等人，2017年；Blüher 2019年；Malik等人，2019年）。如果不加以治疗，肥胖最终可能引发T2D（Malik等人，2019年；Taskinen等人，2019年；Samuel 2011年；Ambrosini等人，2013年；Hannou等人，2018年）。预计这个问题在当前十年内将变得更加普遍，导致更多的健康寿命损失和过早死亡（Ruze等人，2023年）。
T2D之前是一个称为糖尿病前期的代谢功能障碍期，其特征是空腹血糖受损、葡萄糖耐量受损或两者兼有。有证据表明，通过采取健康的生活方式习惯，如改善饮食、定期锻炼和体重管理，可以在高达58%的病例中预防T2D的进展，甚至可以使其逆转（Malik等人，2019年；Taskinen等人，2019年；Samuel 2011年；Ambrosini等人，2013年；Hannou等人，2018年）。
白色脂肪组织（WAT）质量的异常增加是肥胖的一个特征，表明能量摄入和消耗的平衡被打破。WAT在人体生理中起着关键作用，作为以甘油三酯（TG）形式储存能量的主要库。此外，它还作为一个中心内分泌器官，分泌调节能量平衡和胰岛素敏感性所需的肽（Zamboni等人，2021年）。WAT的失调会促进代谢改变，如胰岛素抵抗（IR）和β细胞功能障碍，这是T2D的特征。由于WAT具有内分泌器官的功能，其表观遗传景观的改变可能会深刻影响脂肪因子分泌、线粒体信号传导和炎症途径，从而导致早期代谢恶化。
像许多其他疾病一样，T2D涉及多因素发病机制，包括遗传和表观遗传模式的变化、脂肪因子的不平衡以及环境影响（Zhang等人，2023年）。表观遗传学在理解各种表型和病理学中变得越来越重要。已知表观遗传学与饮食变化和基因活性改变之间的关系有关，因此研究这些表观遗传修饰如何影响WAT以及由此导致的T2D易感性非常重要（Ling和R?nn，2019年）。
最常研究的表观遗传修饰之一是DNA甲基化，这是一种在DNA分子上添加甲基基团的过程，会影响基因表达（Schübeler 2015年）。许多研究揭示了与T2D相关的血液和不同代谢组织（包括WAT）中的DNA甲基化模式改变（Ling和R?nn 2019年；Ma和Kang 2019年；Raciti等人，2021年）。然而，关于糖尿病前期（PD）相关改变的研究仍然有限。因此，探索PD期间WAT的DNA甲基化可以为T2D发展早期WAT中发生的分子变化提供有价值的见解。
在这种情况下，给正常大鼠喂食富含果糖的饮食（FRD）21天会诱导出类似于人类PD的代谢变化。我们发现这些动物在包括WAT在内的不同组织中表现出多种内分泌改变（Castro等人，2021年；Fari?a等人，2013年；Maiztegui等人，2018年）。另一方面，研究表明，这些由FRD引起的代谢变化在适应期后会恢复正常，但在长时间（70-90天）的果糖摄入后又会重新出现（Gutman等人，1987年）。
因此，在这项研究中，我们旨在表征糖尿病前期小鼠模型WAT样本的DNA甲基化谱型以及饮食变化可能导致的改变。这种方法有助于识别早期营养压力重塑脂肪细胞内分泌和代谢功能的分子机制。
动物
雄性Sprague Dawley大鼠（体重180-200克）在受控条件下饲养70天（温度23°C，湿度50%，光照和黑暗周期各12小时）。通过分层随机化程序将大鼠分为3个实验组（每组6只），以确保研究开始时各组的平均体重均匀。所有大鼠来自同一窝，以尽量减少遗传和环境变异。所有组均可自由获取商业
糖尿病前期模型的建立和逆转
果糖组（F）比对照组（C）饮用更多饮料，而对照组（C）则摄入更多固体食物。果糖-自来水组（FC）在前21天的消费模式与果糖组（F）相似，但在接下来的49天转变为与对照组（C）相似的消费模式（图1A）。尽管果糖组的固体食物摄入量有所减少，但其总能量摄入量仍然过高，主要是由于果糖摄入量增加（图1B）。
讨论
WAT整合了对葡萄糖和脂质稳态至关重要的内分泌、代谢和炎症信号。DNA甲基化在脂肪组织生物学中起着重要作用，通过调节脂肪细胞的发育过程和代谢功能。因此，即使是微小的甲基化变化也会直接影响脂肪细胞的内分泌输出及其与其他器官的代谢相互作用。
作者贡献声明
Juan José Gagliardino：方法学、概念化。Bárbara Maiztegui：写作——审稿与编辑。Carolina Lisi Roman：写作——初稿撰写、监督、研究、数据分析。Flavio Francini：写作——审稿与编辑、资金获取。María Victoria Mencucci：写作——审稿与编辑、可视化、数据分析。Bárbara Dumrauf：写作——初稿撰写、验证、研究。Martín Carlos Abba：数据管理。Ezequiel Lacunza：写作——审稿与编辑，
未引用参考文献
Bursa?等人，2014年；De等人，2011年；GBD 2015 Obesity Collaborators等人，2017年；M Hernández Ruiz de Eguilaz等人，2016年；Miranda等人，2023年；瑞士医学科学院。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。本文的内容和写作由作者本人负责。
数据可用性
手稿中描述的数据、代码手册和分析代码可应要求提供。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT来提高可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。
资助
这项工作得到了阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）（PUE-Dr. FF.）和阿根廷国家科学技术促进局（PICT-2021-A-00070）的资助。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
Flavio Francini报告称获得了阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）（PUE-Dr. FF.）的财务支持。Flavio Francini还报告获得了阿根廷国家科学技术促进局（PICT-2021-A-00070）的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有其他利益冲突。
致谢
作者感谢Mauricio Kraemer博士、Lara Medina博士、Cecilia Corne女士和Adrian Diaz先生的技术协助和动物处理工作。同时感谢Susan Rogers女士对手稿的仔细编辑和校对。这项工作得到了阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）和阿根廷国家科学技术促进局（ANPCyT）的财政支持。
