翼和生物合作伙伴浙江省人民醫(yī)院、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)等機構(gòu)的專家合作發(fā)表“Multi-omics integration analysis and association study reveal the potential of ADIPOQ function in gestational diabetes mellitus多組學(xué)整合分析與關(guān)聯(lián)研究揭示了ADIPOQ在妊娠期糖尿病中的潛在功能”的文章。
 
 
妊娠期糖尿病科普
妊娠期糖尿病（Gestational Diabetes Mellitus，簡稱GDM）是指在妊娠期間首次出現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)的糖代謝異常疾病。定義：妊娠期糖尿病是指孕婦在妊娠期間，由于體內(nèi)激素水平的變化、胰島素抵抗增加以及胰島素分泌相對不足等因素，導(dǎo)致血糖升高，出現(xiàn)糖代謝異常。
激素水平變化：妊娠期間，孕婦體內(nèi)的雌激素、孕激素等激素水平顯著升高，這些激素具有拮抗胰島素的作用，導(dǎo)致胰島素敏感性下降；胰島素抵抗增加：隨著胎兒的生長發(fā)育，母體對葡萄糖的需求量增加，但胰島素的分泌可能相對不足，無法滿足身體對葡萄糖的需求，進而引發(fā)血糖升高；其他因素：遺傳因素、年齡因素（高齡孕婦風(fēng)險較高）、不合理的飲食結(jié)構(gòu)（長期高糖、高脂飲食）、體重過重、內(nèi)分泌異常以及炎性因子等也可能在妊娠期糖尿病的發(fā)病中起到一定作用。
診斷方法：通常通過口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）進行診斷。在孕24-28周時，孕婦需要空腹飲用一定量的葡萄糖溶液，然后測量空腹及服糖后1小時、2小時的血糖水平。若血糖水平超過一定標(biāo)準，則可診斷為妊娠期糖尿病。
 
本文研究背景
脂聯(lián)素是由脂肪細胞分泌的一種激素，由ADIPOQ基因編碼。脂聯(lián)素在多種代謝過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如脂質(zhì)代謝以及葡萄糖和脂肪酸的氧化。在妊娠期間，ADIPOQ的表達會降低，尤其是在患有妊娠期糖尿病（GDM）的女性中，導(dǎo)致血漿濃度下降。ADIPOQ與降低胰島素抵抗、增強脂質(zhì)代謝以及具有抗炎特性相關(guān)。
因此，ADIPOQ被廣泛研究作為預(yù)測妊娠期糖尿病發(fā)展風(fēng)險的潛在生物標(biāo)志物。先前的研究已經(jīng)證明了ADIPOQ與妊娠期糖尿病之間的關(guān)聯(lián)；然而，其中大多數(shù)是單組學(xué)研究。多組學(xué)將為理解妊娠期糖尿病提供更重要且更全面的見解。
在本次研究中，作者探討了ADIPOQ上的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）rs266729、rs1501299與妊娠期糖尿病胎兒臍動脈收縮期/舒張期（S/D）比值之間的關(guān)聯(lián)。此外，還從多組學(xué)的角度研究了與妊娠期糖尿病相關(guān)的ADIPOQ介導(dǎo)的信號通路。
本研究采用HI-SNP技術(shù)（由上海翼和生物提供）對1157名中國北方漢族孕婦隊列中的ADIPOQ基因內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）rs266729和rs1501299進行了基因分型。該隊列包括560名被診斷為妊娠期糖尿病（GDM）的孕婦和597名在孕24~28周時口服葡萄糖耐量試驗正常的孕婦。所有參與者均來自哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院的婦產(chǎn)科。此外，作者采用了生物信息學(xué)分析方法，對ADIPOQ調(diào)控的妊娠期糖尿病進行了多組學(xué)分析（轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組和單細胞水平）。
 
（1）rs266729的CC基因型和rs1501299的GG基因型的GDM患者中，臍動脈的收縮期血流速度/舒張期血流速度（S/D）比值高于對照組。
本文作者分析了rs266729和rs1501299基因型頻率在妊娠期糖尿病（GDM）患者與對照組胎兒臍動脈超聲多普勒參數(shù)中的分布情況。具有rs266729 CC基因型的GDM患者的臍動脈S/D比值高于對照組（圖1A）。這一差異可能是由于GDM組中rs266729 CC基因型的臍動脈舒張期血流速度（Vd）較低所致（圖1C）。而rs266729的CG和GG基因型在GDM患者與對照組的S/D比值之間無顯著差異（圖1A）。此外，具有rs1501299 GG基因型的GDM患者的S/D比值也高于對照組，而rs1501299的TT和TG基因型在GDM患者與對照組的S/D比值之間無顯著差異（圖1B）。這可能是由于GDM組中rs1501299 GG基因型的Vd較低所致（圖1D）。
此外，作者還分析了rs266729和rs1501299基因型頻率分布與臍動脈血流阻力指數(shù)（RI）及胎兒體重之間的關(guān)系，但未發(fā)現(xiàn)顯著差異（圖S1）。總之，通過測試的病例對照單核苷酸多態(tài)性（SNP）數(shù)據(jù)，進一步驗證了ADIPOQ基因在GDM胎兒臍動脈血流中發(fā)揮作用。
 
 （2）單細胞分析表明，ADIPOQ在絨毛外滋養(yǎng)細胞（EVT）、T細胞、單核細胞、髓系細胞、NK細胞和合體滋養(yǎng)細胞（SCT）中均有表達。
從GEO數(shù)據(jù)庫下載了GDM的單細胞RNA測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)進行單細胞分析。利用已知文獻中的標(biāo)志基因注釋（圖S2A，圖S4），獲得了9種主要細胞類型，包括巨噬細胞、絨毛細胞滋養(yǎng)細胞（VCT）、粒細胞、絨毛外滋養(yǎng)細胞（EVT）、T細胞、單核細胞、髓系細胞、自然殺傷（NK）細胞和合體滋養(yǎng)細胞（SCT）[37]（圖2A）。發(fā)現(xiàn)ADIPOQ幾乎在所有細胞類型中均有表達，除了粒細胞（圖2B）。此外，作者展示了GDM細胞中ceRNA網(wǎng)絡(luò)中其他基因的表達情況，并發(fā)現(xiàn)這些基因在細胞水平上的表達與ADIPOQ相比并不顯著（圖S2B–F）。
接著，作者計算了與ADIPOQ表達相關(guān)的基因，并基于這些基因進行了cellchat分析。cellchat分析揭示了這些細胞之間存在強烈的相互作用，推測ADIPOQ在這些相互作用中發(fā)揮著重要作用（圖2C）。此外，使用String數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了ADIPOQ與ceRNA網(wǎng)絡(luò)中重要基因之間的相互作用關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)ADIPOQ與CASP3基因存在相互作用關(guān)系（圖2D）。通過單細胞轉(zhuǎn)錄因子（TF）分析獲得了與ADIPOQ基因相關(guān)的TF相互作用網(wǎng)絡(luò)，并進行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)這些相互作用的TF與miRNA轉(zhuǎn)錄、單核細胞分化和眼睛發(fā)育功能相關(guān)（圖2E，F(xiàn)）。
隨后，通過細胞軌跡分析發(fā)現(xiàn)VCT細胞位于細胞發(fā)育的頭部，而SCT細胞位于細胞發(fā)育的尾部，且ADIPOQ在SCT細胞中高度表達（圖2G）。最后，對ADIPOQ介導(dǎo)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因進行了細胞位點分析，并發(fā)現(xiàn)ADIPOQ和CPEB4與細胞發(fā)育簇相關(guān)（圖2H）。
總之，通過單細胞數(shù)據(jù)分析，作者發(fā)現(xiàn)ADIPOQ在GDM的多種細胞類型中均有表達，且這些細胞類型之間存在強烈的相互作用。此外，ADIPOQ參與的ceRNA網(wǎng)絡(luò)中的重要基因（如CPEB4）與細胞發(fā)育軌跡相關(guān)。因此，ADIPOQ在細胞水平上調(diào)節(jié)GDM中的細胞相互作用，并在細胞位點發(fā)育中發(fā)揮相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。
（3）功能富集分析顯示，ADIPOQ基因與營養(yǎng)水平反應(yīng)和脂肪細胞分化相關(guān)。作者從MSigDB數(shù)據(jù)庫中獲取了與GDM相關(guān)的通路，包括細胞對胰島素刺激的響應(yīng)、脂肪酸代謝、BioCarta nuclearrs通路和脂肪細胞因子信號通路。此外，從GEO數(shù)據(jù)庫獲取了GDM的基因表達數(shù)據(jù)，并使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)計算方法計算了通路相關(guān)基因與ADIPOQ之間的表達相關(guān)性。根據(jù)基因間的表達相關(guān)性，通過GSEA富集分析的思想，分析了ADIPOQ在通路中的相關(guān)性。結(jié)果顯示，ADIPOQ對細胞對胰島素刺激的響應(yīng)具有顯著的負調(diào)節(jié)作用（圖5A），在脂肪酸代謝中也觀察到了同樣的現(xiàn)象（圖3B）。而在BioCarta nuclearrs通路和脂肪細胞因子信號通路中，ADIPOQ具有正調(diào)節(jié)作用。為了進一步驗證，作者對ADIPOQ與功能中的關(guān)鍵基因進行了相關(guān)性分析。如GSEA結(jié)果所示，ADIPOQ與MAPK9、NFκB1和PRKAG1的表達呈負相關(guān)（圖3C，D）。隨后，根據(jù)基因表達相關(guān)性篩選出與ADIPOQ表達相關(guān)的通路基因，并構(gòu)建了ADIPOQ功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖5E）。細胞對胰島素刺激的響應(yīng)、脂肪酸代謝、BioCarta nuclearrs通路和脂肪細胞因子信號通路在GDM的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。分析發(fā)現(xiàn)，ADIPOQ在這些功能中具有強烈的調(diào)控關(guān)系。因此得出結(jié)論，ADIPOQ基因在GDM的發(fā)生和進展中也發(fā)揮著重要作用。
 
研究意義與價值
本研究的結(jié)果表明，脂聯(lián)素通過調(diào)節(jié)炎癥和脂肪代謝相關(guān)的通路、基因和細胞表達，在妊娠期糖尿病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本研究為妊娠期糖尿病的發(fā)病機制提供了全面的生物學(xué)見解，并為妊娠期糖尿病風(fēng)險的早期預(yù)測提供了參考。
以上提示，即使在臨床可檢測到的葡萄糖耐量受損發(fā)生之前，也可以對具有妊娠期糖尿病遺傳風(fēng)險的孕婦實施個人生活方式干預(yù)的早期管理，如飲食、體重控制和運動。