子痫前期胎盘DNA广泛性低甲基化的发生机制研究及分子分型探索

DNA methylation alterations have been identified in placental samples with pre-eclampsia by a number of studies. However, the low reproducibility of different studies limited the recognition of DNA methylome of PE placenta. Recently, we performed data mining from 234 placental DNA methylation array, and identified numerous moderate changes of methylated positions (DMPs). Interestingly, all the DMPs reached genome-wide significance (GWS) were hypomethyated. The methylation level of these DMPs was associated with clinical features of the PE samples. As a retrospective study, however, the causal, time of onset, procedure and clinical relevance for the methylation alterations remains unclear. We speculated that the widespread hypomethylated DMPs reflected dysfunction of trophoblast turnover. In this project, we will detect the dynamic changes of DNA methylation in clinical samples, including placenta and maternal plasma, as well as cell and animal models, and try to illustrate the onset and procedure, the biological and clinical significance of the methylation changes. Moreover, we are going to perform molecular subtyping according to the methylation status of validated PE-associated DMPs, investigate the feasibility of non-invasive prognosis the progress of PE patients using circulating cell-free DNA.

大量研究证实子痫前期（PE）胎盘中存在DNA甲基化异常，但不同研究间结果的低重现性限制了对PE胎盘DNA甲基化异常的整体认识。近期我们对234例胎盘DNA甲基化芯片数据进行挖掘，发现达到全基因组显著性（GWS）的差异甲基化位点（DMPs）在PE样品中均呈温和低甲基化；DMPs甲基化状态与PE临床表型相关。作为回顾性研究，PE胎盘的DNA甲基化异常发生于何时、何种细胞、如何发生及其临床意义仍然不明。我们推测PE胎盘的广泛低甲基化DMPs反映异常的胎盘滋养细胞更新模式，本项目拟通过检测不同孕周和疾病状态的胎盘和母体血浆样本、细胞和动物模型中DNA甲基化的动态变化，阐明PE胎盘DNA甲基化异常发生的时间和方式，探索相关表观遗传调控机制，以及其生物学和临床意义。我们还拟使用经验证的PE相关DMPs对PE患者进行分子分型，探索使用孕妇血浆游离DNA对患者疾病发展进行无创早期预警的可能性。

子痫前期（PE）影响2%－8%的妊娠，是导致孕妇和胎儿疾病乃至死亡的重要原因。本项目针对子痫前期胎盘中广泛分布且下调的差异甲基化位点（DMCs）的分布、成因以及作用机制开展了系统研究。表观基因组关联分析发现2125个DMCs达到表观基因组显著性（EWS, p < 1×10-7）。DMCs的甲基化水平与临床严重程度关联，且中间甲基化水平样品表现出母胎临床症状的拮抗性。应用靶向重亚硫酸盐测序对690个DMCs进行检测，在独立样本中验证677个（98.1%）。子痫前期关联DMCs高度富集于胎盘特异活性增强子，具较高羟甲基化水平，表现出高度甲基化动态。DMCs与周边CpG位点有高度表观遗传异质性（r2 < 0.2），但在PE胎盘中下调，提示子痫前期中的DNA甲基化下调是甲基化/去甲基化平衡的偏移。应用缺氧/复氧滋养层模型，观察到类似PE胎盘中DMCs的DNA甲基化改变。RUPP大鼠模型相关DNA甲基化改变主要发生在低甲基化区（LMRs），验证PE胎盘中DNA甲基化改变主要是增强子对宫内不良环境的适应。子痫前期关联DMCs同时表现出显著的组织特异性。通过构建甲基化单倍型块，我们发现未甲基化单倍型（UMHs）频率随孕周动态变化，且在PE患者血浆中改变。后续针对UMHs在正常和妊娠并发症孕妇血浆中的甲基化动态检测具备开发PE无创产前检测的价值。基于对PE和其它复杂疾病的观察，我们提出了非恶性复杂疾病关联DMCs的增强子表观平衡偏移假说：DMCs高度富集于增强子，表现出高度表观遗传动态平衡。这种平衡在细胞对不良环境的适应中扮演关键角色；在非恶性复杂疾病的发生过程中平衡向动态范围的一端偏移，该假说解释了非恶性复杂疾病关联DMCs相对小的表观遗传改变，并强调增强子的表观遗传调控在非恶性复杂疾病发病机制中的重要作用。本项目发表论文4篇，培养研究生3人。