DNA甲基化不足影響水腫性嚴(yán)重急性營(yíng)養(yǎng)不良

   嚴(yán)重急性營(yíng)養(yǎng)不良（SAM）每年直接或間接導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)的5歲以下兒童死亡。SAM有兩種表型-水腫SAM（ESAM），其包括kwashiorkor and marasmic-kwashiorkor的癥狀，和非水腫SAM（NESAM）或消瘦的癥狀。NESAM通常以體重減輕和消瘦為特征，而ESAM則以雙側(cè)點(diǎn)性浮腫的存在為特征，并且通常具有更明顯，更嚴(yán)重的多器官功能障礙，包括肝，造血和胃腸道功能障礙，以及皮膚和頭發(fā)異常。
   兒童急性ESAM沒(méi)有明確的分子或遺傳相關(guān)性；然而，ESAM和NESAM在1-碳循環(huán)的組成代謝物的通量具有生化差異。在穩(wěn)態(tài)補(bǔ)料期間，盡管仍然病重，但ESAM患者在將甲硫氨酸轉(zhuǎn)化為S-腺苷甲硫氨酸（SAM）時(shí)，其必需氨基酸甲硫氨酸的濃度明顯降低，且甲基基團(tuán)和總甲硫氨酸通量顯著降低。SAM-e是細(xì)胞組分甲基化所需的甲基的主要來(lái)源，包括DNA的甲基化在有絲分裂期間。從SAM恢復(fù)后，未觀察到ESAM和NESAM在1碳代謝上的這些差異，這意味著營(yíng)養(yǎng)和飲食的恢復(fù)涉及急性病期間生化變化的逆轉(zhuǎn)。雖然以前的研究表明，在個(gè)人改變DNA甲基化與嚴(yán)重急性營(yíng)養(yǎng)不良的歷史更普遍的，沒(méi)有人比較過(guò)水腫和非水腫形式的SAM之間的DNA甲基化，特別是在急性疾病期間。由于僅在急性營(yíng)養(yǎng)不良時(shí)才表現(xiàn)出兩種形式的SAM的表型差異，因此在急性疾病期間發(fā)生的伴隨分子變化可能潛在地突出了不同病理生理的重要驅(qū)動(dòng)因素。我們假設(shè)在有絲分裂率高的細(xì)胞中，與NESAM對(duì)應(yīng)者相比，患有ESAM的重癥兒童的DNA甲基化程度較低，而恢復(fù)的SAM個(gè)體之間的甲基化差異則不會(huì)那么明顯?？紤]到DNA甲基化，基因調(diào)控和序列變異之間的相互關(guān)系，
   2019年12月，Katharina V Schulze等人在nature communications發(fā)表一篇 “Edematous severe acute malnutrition is characterized by hypomethylation of DNA.”的SCI文章。在這篇文章里，作者使用450 K微陣列評(píng)估309名SAM兒童的口頰細(xì)胞的全基因組DNA甲基化。相對(duì)于NESAM，ESAM的特征是多個(gè)明顯的甲基化程度較低的基因座，這在SAM恢復(fù)的成年人中未觀察到?；虮磉_(dá)和甲基化顯示正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，表明對(duì)SAM的復(fù)雜轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。次甲基化基因座與營(yíng)養(yǎng)和代謝異常有關(guān)，包括脂肪肝和糖尿病，并且似乎受到遺傳變異的影響。作者的表觀遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)為ESAM中報(bào)道的異常1-碳代謝提供了潛在的分子聯(lián)系，并支持在ESAM疾病中考慮補(bǔ)充甲基治療。
整個(gè)隊(duì)列位置和時(shí)間點(diǎn)的采樣時(shí)間表概述：

   該樣本來(lái)自Malawi and Jamaica-309名預(yù)期招募的急性病兒童（DC）；65名來(lái)自牙Jamaica的成年SAM幸存者，他們是在在急性營(yíng)養(yǎng)不良事件發(fā)生后16年或更長(zhǎng)時(shí)間后招募的（DL）。

一、DNA的甲基化不足是急性ESAM的特征

   ESAM中的DNA低甲基化。a將每個(gè)基因座的基因組位置相對(duì)于其-log 10（P值）作圖。從內(nèi)環(huán)到最外環(huán)，分別是恢復(fù)（DL）單點(diǎn)，急性（DC）單點(diǎn)和基于DC簇的差異甲基化結(jié)果。紅線表示每次分析的Bonferroni重要閾值。黑色（N ?= 157）和紅色點(diǎn)（N ?= 166）在各自的分析中均通過(guò)了顯著性閾值。繪圖周圍的基因符號(hào)表示甲基化顯著差異的簇（外環(huán)）的10 kb之內(nèi)的基因。藍(lán)色的基因符號(hào)在ESAM中被低甲基化，橙色的基因符號(hào)被高甲基化。b所有DC單個(gè)站點(diǎn)之間的影響大小的火山圖。C Malawi and JamaicaDC樣本在N ?= 157個(gè)Bonferroni顯著單CpG位點(diǎn)的效應(yīng)大小和調(diào)整后的統(tǒng)計(jì)顯著性的一致性；在每個(gè)國(guó)家/地區(qū)的分析中，有十個(gè)站點(diǎn)對(duì)年齡敏感，因此被忽略（方法）。所有P值均基于回歸分析的t檢驗(yàn)結(jié)果。
結(jié)果：與NESAM相比，在166個(gè)重要DMC中，除兩組中共有的差異甲基化簇DMC外，其他所有分子均被甲基化。

二、低甲基化對(duì)基因表達(dá)有不同的影響

   基因特征富集和表達(dá)分析。A 通過(guò)對(duì)急性營(yíng)養(yǎng)不良兒童的分析，對(duì)顯著差異甲基化簇（DMC）中的CpG探針進(jìn)行了基因注釋富集分析。通過(guò)耗竭或富集的超幾何測(cè)試比較P值，比較?所有被測(cè)試的背景CpG探針的N = 420,500和?DMC 中N = 630 CpG探針的子集。B在另外20名患有SAM的Malawi兒童中，在重要DMC內(nèi)的各個(gè)CpG探針處，平均甲基化與10 kb內(nèi)高表達(dá)基因的平均表達(dá)之間的個(gè)體內(nèi)相關(guān)（Spearman）。水平黑條表示中位數(shù)相關(guān)系數(shù)，虛線表示零相關(guān)性，虛線表示閾值，超過(guò)該閾值相關(guān)性達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性（算法AS 89 t檢驗(yàn)，P ?<0.05）。5'UTR：5-prime非翻譯區(qū)，TSS1500：距轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)1500 bp以內(nèi)，TSS200：距轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)200 bp以內(nèi)，3'UTR：3-prime非翻譯區(qū)，IGR：基因間區(qū)。C .DMC重疊MED24中 SAM類型的beta值甲基化水平（左圖，N ESAM ?= 164個(gè)樣本，N NESAM ?= 145個(gè)樣本）旁邊的散點(diǎn)圖顯示了含DMC 的MED24中探針的甲基化水平與MED24的表達(dá)值之間的關(guān)系（中圖和右圖）。灰色虛線表示線性模型擬合，而rho值表示Spearman相關(guān)系數(shù)。
   結(jié)果：DMC內(nèi)的CpGs在基因體上顯著富集（即編碼外顯子和內(nèi)含子；超幾何檢驗(yàn)，P ?<1.4×10 -6），并且在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）上游和第一個(gè)外顯子的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)減少。在其他基因區(qū)域，特別是在基因體上，CpG甲基化與基因表達(dá)顯示出顯著的正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，表明對(duì)急性損傷的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)比原先預(yù)期的更為復(fù)雜。

三、差異甲基化基因座與營(yíng)養(yǎng)和代謝有關(guān)

   ESAM中的疾病基因富集。A垂直軸上顯示了GWAS目錄（方法）中的實(shí)驗(yàn)因子本體論（EFO），其中ESAM差異甲基化簇（DMC）中代表兩個(gè)或多個(gè)基因，并根據(jù)它們共享的父EFO進(jìn)行了分組。疾病和基因之間的重疊由陰影框指示。與每個(gè)框相關(guān)的顏色鍵代表列出的EFO的每個(gè)基因的全基因組有效SNP數(shù)。B通過(guò)研究DMC（SGO；垂直軸）和人類表型本體（HPO）中與kwashiorkor相關(guān)的表型（KGO；水平軸）豐富的基因本體的加權(quán)富集值。默認(rèn)情況下，在KGO列表中找不到的SGO的值為0，在KGO列表中和兩個(gè)列表的前四分位數(shù)中找到的SGO的值均為1。 SGO任期前的數(shù)字，并基于其總加權(quán)濃縮得分。作者對(duì)DMC所涵蓋的單個(gè)基因的更仔細(xì)的檢查揭示了一些對(duì)總體營(yíng)養(yǎng)尤其是ESAM表型具有潛在重要性的候選基因。