随着社会发展和生活压力增加,孕期应激已成为围产期女性面临的重要身心挑战。研究表明,孕期应激可能通过表观遗传调控机制影响胎儿发育编程,干扰神经发育,增加子代出现情绪障碍、行为异常及认知功能缺陷的风险,其中DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传修饰可能介导孕期应激对子代认知功能的长期影响。本文综述了表观遗传调控在孕期应激致子代认知障碍中的作用机制,重点分析DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA与子代认知功能缺陷的关联,为相关临床干预策略制定提供参考依据。
表观遗传调控在孕期应激致子代认知障碍中的研究进展
发表时间:2025年12月29日阅读量:52次下载量:15次下载手机版
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孕期应激指女性在妊娠期至产后阶段,因消极事件、工作压力、疲劳等应激源,导致下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴功能紊乱,引发机体内分泌、神经及免疫系统紊乱[1]。流行病学研究表明,84%的孕产妇在围产期会受到显著的应激干扰[2]。孕期应激导致母体稳态失衡时,其产生的病理信号会通过胎盘传递至胎儿,进而干扰胎儿发育编程,对神经发育进程产生持久性影响,导致子代出现情绪障碍、行为异常及认知功能缺陷等问题[3-4]。表观遗传调控是指环境因素诱导基因组发生可遗传修饰的生物学过程,在孕期应激条件下,该机制可能驱动HPA轴相关激素基因的甲基化,并通过亲本生殖细胞的表观遗传修饰进行跨代传递,进而影响子代认知功能并造成长期神经发育障碍[5]。然而,目前探讨孕期应激表观遗传调控在子代认知障碍中具体机制的研究较少,基于此,本文对孕期应激相关的表观遗传修饰变化及其在子代认知障碍发生中的潜在调控机制进行综述,以期为临床制定干预策略提供理论依据。
1 孕期应激相关表观遗传调控
1.1 DNA甲基化
DNA甲基化(DNA methylation,DNAm)作为表观遗传修饰的核心机制,其在沉默逆转录病毒元件、调控组织特异性基因表达、基因组印记及介导X染色体失活等生物学过程发挥重要作用[6]。DNAm由DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)催化完成,并将甲基转移至胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤(CpG)和非CpG二核苷酸内的胞嘧啶环[7]。研究发现,编码糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)的核受体亚族3组C1成员(NR3C1)基因作为应激反应的关键调控因子,其甲基化主要富集于CpG位点[8]。孕期应激暴露可引起胎盘NR3C1基因DNAm水平升高,进而引发子代发育异常等不良结局[9]。临床研究也证实,在孕期焦虑患者脐带血DNA样本中,可观察到NR3C1基因启动子区CpG甲基化增加 [10- 11]。此外,部分候选基因也参与神经内分泌信号传导、神经元发育和信号传递,改变孕期应激相关DNAm,如脑源性神经营养因子(BDNF)、溶质载体家族6成员4(SLC6A4)、FK506结合蛋白51(FKBP51)等基因[12-13]。
1.2 组蛋白修饰
在表观遗传学中,组蛋白修饰通过调控染色质结构和可及性,控制特定基因的时序与空间表达[14]。组蛋白乙酰化和甲基化作为两种关键的表观遗传修饰类型,与孕期应激反应密切相关 [15- 16]。组蛋白乙酰化通过组蛋白乙酰转移酶和组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylases,HDACs)协同调控,修饰真核染色体中组蛋白的N-末端赖氨酸残基,从而调节基因表达水平[17]。组蛋白甲基化则由组蛋白甲基转移酶介导,通常发生在组蛋白H3的N-末端特定赖氨酸或精氨酸残基的第4、9及36位点[18]。研究表明,孕期应激可干扰前额叶皮质(prefrontal cortex,PFC)和海马体(hippocampus,HC)内组蛋白甲基化稳态,进而影响胎儿神经发育,此区域产生的组蛋白3赖氨酸4的三甲基化(H3K4me3)可以充当激活GR的启动子,进而调控应激反应通路 [19]。此外,H3K9和H3K36的甲基化修饰通常与基因表达抑制相关,可能通过调节记忆相关基因转录过程,参与认知功能调控,可作为干预认知障碍的潜在表观遗传靶点[17]。
1.3 非编码RNA
非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)占人类基因组的98%,是一类不具备蛋白质编码功能但具有调控作用的RNA分子,通过与DNA或蛋白质相互作用来调节细胞生理学功能。ncRNA包括微小RNA(miRNA)、长链ncRNA(lncRNA)以及环状RNA(circRNA)等不同类型,其表达或功能异常已被证实广泛参与多种疾病的发生发展[20]。miRNA可通过序列特异性识别并结合信使RNA(mRNA),其在基因表达调控中更精准、快速,尤其在应激反应通路中,可直接或间接调控HPA轴功能,成为关联应激与神经发育结局之间的关键分子桥梁[21-22]。在皮质醇(CORT)诱导的慢性应激大鼠模型和母婴分离模型中,大鼠PFC和HC组织miR-218表达水平特异性升高,说明miR-218是应激易感性增加的关键分子,其通过影响神经元发育和突触可塑性调控,导致神经环路功能异常[22]。
2 表观遗传调控在孕期应激致子代认知功能中的机制研究
孕期应激影响子代认知功能机制主要与HPA轴应激协调反应系统失调相关。应激状态下,母体HPA轴亢进,引发CORT水平剧烈波动和GR过度激活[23]。母体高水平CORT可经胎盘转运,直接干扰胎儿HPA轴正常发育,引起子代大脑发生适应性变化,造成HC、PFC及颞叶等高级认知功能相关脑区发育异常,体现为学习、注意力调控和执行功能等核心认知领域障碍[24-25]。据此本文聚焦表观遗传调控机制,系统探讨DNAm、组蛋白修饰和ncRNA在孕期应激致子代认知障碍中的作用,相关机制示意图见图1。
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图1 孕期应激致子代认知功能的相关机制Figure1.Mechanisms related to cognitive function in offspring induced by stress during pregnancy注:由Biorender软件绘制;HPA.下丘脑-垂体-肾上腺轴;ATCH.促肾上腺皮质激素;CORT.皮质醇;GR.糖皮质激素受体;BDNF.脑源性神经营养因子。
2.1 DNAm
孕期应激可诱导母体DNAm水平改变,并通过影响胎盘表观遗传变化,造成子代神经发育异常[1, 26]。DNAm作为一种可动态修饰的表观遗传标记,其可逆性特征为疾病治疗与预防开辟了新的干预靶点。NR3C1基因甲基化水平与孕期应激密切相关,孕期应激引发HPA轴功能亢进,削弱NR3C1基因编码的GR对负反馈回路的调节能力,并通过表观遗传调控影响NR3C1 mRNA和蛋白质表达,最终经由胎盘途径对胎儿发育产生深远影响[27]。母体HPA轴功能亢进时,子代也会出现HPA轴活性增强,并伴有NR3C1基因DNAm水平升高,导致HC区GR表达下调及负反馈功能减弱,最终影响子代的认知发展[28]。Castro- Quintas等[29]发现,母体CORT水平升高将导致胎盘NR3C1启动子区DNAm增加,诱导胎儿神经发育障碍,增加子代不良结局风险。此外,孕期压力、焦虑或抑郁等与新生儿脐带血中NR3C1位点的高甲基化状态密切相关,如母体焦虑诱发的脐带血NR3C1甲基化升高,可通过影响下游基因表达、神经内分泌功能及认知行为发育,造成胎儿神经发育不良结局[30-31]。
孕期应激暴露可显著降低NR3C1基因外显子1F区域甲基化水平[12]。Chalfun等[32]证实,孕期应激可引起胎儿CORT水平升高,导致外显子1F区域低甲基化发生,进而对子代认知功能产生负面影响。且外显子1F区域包含多个受DNAm动态调控的CpG位点,孕期应激暴露可通过降低CpG位点的甲基化水平直接参与基因表达调控 [27]。此外,产前暴露于大麻等物质也可能引起子代DNAm水平降低,并与儿童记忆、高阶执行功能等特定认知障碍密切相关[33]。
2.2 组蛋白修饰
孕期应激会使母体HPA轴相关激素水平升高,调节组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化等表观遗传过程,影响胎儿大脑发育[34]。在认知功能调控中,组蛋白乙酰化作为一种重要的表观遗传修饰,可通过调节基因转录活性和基因表达,参与认知发展过程[35]。HDACs则主要通过改变染色质结构或抑制转录因子结合能力调节基因表达,从而影响认知相关生物学功能[36]。组蛋白脱乙酰酶2(HDAC2)属I类HDACs家族,激活后可抑制与记忆相关的基因表达[37]。研究表明,HDAC2活性在调节产前和产后脑组织成熟中至关重要,可通过降低组蛋白乙酰化来阻断认知功能[38]。Feng等 [39]研究发现,孕中期母体麻醉暴露可导致子代大鼠学习和记忆能力下降,主要原因与HDAC2表达上调导致的BDNF/酪氨酸激酶B信号通路受损密切相关,从而进一步加剧认知功能障碍。
H3K4me3作为GR启动子的激活因子,常富集于基因启动子区,通过招募染色质重塑复合物和转录因子促进基因转录[19]。编码H3K4甲基化修饰酶的基因突变,与人类认知功能障碍密切相关[40]。研究发现,孕期环境暴露会引起H3K4me3甲基化失调,干扰子代神经系统,造成子代神经元发育异常和记忆缺陷等 [41]。此外,H3K36me3在孕期应激致子代认知功能影响中也占据重要地位,其通过参与基因表达沉默过程调控神经发育[17]。SET结构域蛋白2(SETD2)是催化H3K36me3形成的核心酶,特异性敲除小鼠大脑新皮层中SETD2可降低H3K36me3水平,导致小鼠运动学习和空间记忆等多种认知功能缺陷[42]。
2.3 ncRNA
大脑通过动态适应环境变化维持认知与行为功能,而长期适应过程涉及基因表达改变及神经回路重塑[43]。近年来,ncRNA作为神经精神疾病的关键生物标志物受到广泛关注,尤其是特定miRNA组合在预测认知衰退严重程度中的应用[44]。作为ncRNA家族中特征最显著的成员,miRNA在孕期应激暴露背景下可通过调节子代神经发生、突触发育及神经元可塑性发挥重要作用。Beversdorf等[45]研究发现,应激会影响母体血清素能途径中的miRNA水平,其浓度升高与子代孤独症核心症状及认知能力受损相关,并可能通过增强杏仁核恐惧记忆回路参与疾病发生。此外,孕期应激介导的miR-218水平上升可通过干扰胎儿表观遗传编程,影响子代神经元发育与突触可塑性,进而损害PFC中与记忆相关的认知功能和社交能力[22, 46]。研究表明,在慢性应激状态下,miR-218-5p是大鼠PFC中被显著诱导表达的miRNA之一,其表达水平升高可能与SLIT3基因启动子区GR激活有关[47]。
miRNA除直接调控神经发生外,还可通过调节神经干细胞的增殖和自我更新间接参与该过程,且常伴随其启动子区表观遗传模式的改变。Ke等[48]在产前应激小鼠模型中发现,HC中miRNA水平升高可导致miR-10b-5p表达异常,通过影响BDNF的表达水平,诱导HC神经发生障碍,造成子代成年后的认知缺陷。此外,高水平的孕期应激与miR-150-5p表达下调相关。研究发现,敲除大鼠体内miR-150-5p可显著增加其焦虑样行为,并且miR-150-5p的靶基因包括突触囊泡蛋白2和脑酸性可溶性蛋白1等多种与大脑功能密切相关的基因,这些基因异常表达均可能干扰胎儿正常神经发育[49]。
3 结语
本文通过探究表观遗传调控在孕期应激中的潜在作用,揭示了子代认知功能障碍与表观遗传修饰之间的复杂关联。表观遗传机制通过调控基因启动子区的激活与沉默,以维持不同细胞的分化。孕期应激暴露通过HPA轴,诱导母体DNAm、组蛋白修饰及ncRNA异常变化,干扰胎儿表观遗传编程,导致子代出现认知障碍。因此,子代认知功能障碍的临床干预需突破单一生物标志物的局限,可通过整合孕期应激的多元干预策略(包括药理学调控、营养干预及行为干预等),以改善HPA轴相关激素水平、纠正NR3C1基因甲基化异常、调节HDACs活性及miRNA表达失衡,实现母体表观遗传变化的精准调控,这一综合策略有望为预防和治疗子代认知缺陷提供新思路。但当前针对孕期应激、HPA轴反应性改变及表观遗传调控与子代认知功能关联的研究仍存不足,未来需开展更深入的机制探索,以推动临床靶向治疗的发展,提升社会对孕期应激危害的认知水平,减轻子代认知障碍的负面影响。
伦理声明:不适用
作者贡献:研究内容及框架:常庆、支金草;论文撰写:常庆;论文修改:王艳、支金草、贾雪艳;文献查阅:刘岩、徐河;图片处理:纪维维
数据获取:不适用
利益冲突声明:无
致谢:不适用
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