Translational Psychiatry：产前使用倍他米松暴露后新生豚鼠和人类新生儿全血中的DNA甲基化特征识别

本研究探讨了产前使用倍他米松（一种产前皮质类固醇）对新生豚鼠和人类新生儿全血DNA甲基化模式的影响。产前皮质类固醇用于促进胎儿肺部发育和提高围产期存活率，但其对后代神经行为发育可能存在长期风险。先前研究已发现产前皮质类固醇暴露会导致新生豚鼠前额叶皮层的DNA甲基化显著改变。本研究旨在探讨这种甲基化特征是否也出现在暴露于产前皮质类固醇的新生豚鼠和人类新生儿的外周血中，以评估血液甲基化模式是否可作为大脑变化的外周生物标志物。

产前皮质类固醇（ACS）常用于存在早产风险的孕妇，以促进胎儿肺部发育，提高新生儿的生存率。然而，越来越多的证据表明，ACS的暴露可能与后代多种发育问题有关，包括心脏代谢、免疫和神经发育方面的影响。尤其是在人类中，ACS暴露可能会增强儿童和青少年的应激反应，且在女性中更为明显。一些研究也指出，ACS可能增加儿童期注意力缺陷的风险，同时影响成年后的神经行为发育。尽管皮质类固醇在围产期的作用较为明确，但其对后代的长期影响机制仍不完全清楚，尤其是在人类中，相关研究主要依赖动物模型和外周组织的分子数据。为此，本研究希望通过豚鼠和人类新生儿的外周血样本，识别出一致的DNA甲基化特征，以作为潜在的神经发育生物标志物。

本研究采用了Dunkin-Hartley豚鼠模型，实验豚鼠在妊娠第50/51天接受两次倍他米松（1 mg/kg）皮下注射，间隔24小时，作为产前皮质类固醇暴露组，另有对照组仅接受等量的生理盐水。出生后1天（PND1）的豚鼠后代通过心脏穿刺采集全血样本，进行DNA甲基化分析。人类新生儿的全血数据则来源于一项观察性研究，通过RRBS（限制性代表性亚硫酸盐测序）技术检测豚鼠和人类新生儿的DNA甲基化模式。研究通过生物信息学分析，确定ACS暴露后不同ially甲基化的CpG位点，并对其进行基因和转录因子结合位点的功能注释，以了解这些位点可能参与的基因通路。

图1 倍他米松暴露后豚鼠新生儿血液中差异甲基化CpG位点概览

在ACS暴露的新生豚鼠全血样本中，共识别出1677个不同ially甲基化的CpG位点，其中57%位点表现出高甲基化，43%表现出低甲基化。功能注释显示，这些甲基化位点主要位于基因内部区域，同时也出现在启动子区域和基因间区域。进一步分析发现，这些位点注释的基因涉及多个细胞过程，包括DNA结合、转录调控、信号传导、细胞迁移等功能。具体来看，171个差异甲基化基因中，9个与免疫调节相关，7个与细胞迁移和细胞粘附相关。此外，在豚鼠前额叶皮层和外周血的甲基化特征中，虽然具体的CpG位点并未重叠，但在一些基因上存在一致的差异甲基化现象，表明这些位点可能在不同组织中对ACS暴露的响应具有相似的调控模式。

图2 倍他米松暴露后豚鼠新生儿血液中显著差异甲基化的转录因子结合位点

在豚鼠外周血样本中，特定转录因子结合位点（TFBS）如PLAGL1、TFAP2C、EGR1、ZNF263和SP1出现了显著差异甲基化，这与之前在豚鼠前额叶皮层中观察到的ACS特征相吻合。在人类新生儿的甲基化数据中，类似的转录因子结合位点特征也有所表现，这些特征涉及基因转录、细胞分化、细胞迁移等多个生物过程。尽管豚鼠和人类在特定基因位点的差异甲基化没有完全一致，但在这些关键转录因子的结合位点上均观察到甲基化的共同变化，表明这些转录因子可能在ACS暴露后的神经发育影响中扮演重要角色。

图3 倍他米松暴露后人类新生儿血液中显著差异甲基化的转录因子结合位点

研究表明，ACS暴露对豚鼠和人类新生儿的外周血DNA甲基化产生了显著影响，尤其是在关键转录因子结合位点上，展示出相似的甲基化模式。这一发现揭示了外周血中DNA甲基化可能反映中枢神经系统中的表观遗传变化，提供了潜在的早期生物标志物。此外，ACS暴露对豚鼠和人类在不同组织和发育阶段的影响具有一致的特征，进一步支持了这些转录因子结合位点在神经发育中的关键作用。未来的研究可进一步评估这些标志物在临床中的预测和诊断价值，为ACS暴露后代的早期干预提供重要依据。

原始出处：

Bona Kim, Alisa Kostaki, Sarah McClymont, Stephen G. Matthews. Identification of a DNA methylation signature in whole blood of newborn guinea pigs and human neonates following antenatal betamethasone exposure. Translational Psychiatry (2024) 14:465; https://doi.org/10.1038/s41398-024-03175-5.