陳 婕，王肖龍

·綜述與進展·

DNA甲基化對動脈粥樣硬化影響的研究進展

陳 婕，王肖龍

動脈粥樣硬化性心血管病已成為全球人口主要致死的病因，其發(fā)病原因復雜。DNA甲基化是表觀遺傳學的重要構成之一，在甲基化轉移酶的作用下調控基因的轉錄活性。近期研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化在動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要作用。本文就DNA甲基化影響動脈粥樣硬化形成的近年來研究作一綜述。

動脈粥樣硬化；DNA甲基化；環(huán)境因素；基因

動脈粥樣硬化性心血管疾病已經成為發(fā)達國家的主要發(fā)病和死亡原因，發(fā)展中國家的發(fā)病率也在逐年增加[1]。2006年衛(wèi)生部就關于我國居民主要死亡原因情況進行調查統(tǒng)計，數(shù)據(jù)顯示：我國有1/3的疾病死亡歸為心血管疾病，之所以會成為全世界流行的疾病主要歸因于環(huán)境因素和現(xiàn)代人的生活飲食習慣[2]。

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)主要的病理改變是動脈管壁內脂質積聚導致管壁增厚、彈性降低以及管腔狹窄。近年來國內外學者對AS發(fā)病機制與表觀遺傳學的關系成為研究熱點。自1865年孟德爾發(fā)現(xiàn)分離規(guī)律和自由組合規(guī)律兩個重要的遺傳學規(guī)律以來，研究者們逐漸了解到不能僅僅從DNA序列上尋找眾多復雜疾病的病因。表觀遺傳學證實了組織細胞內DNA序列并未改變但基因的表達水平可遺傳性變化。所以，基因組序列并不能完全解釋多因素疾病，基因-環(huán)境交互作用可能在動脈粥樣硬化的形成和發(fā)展中起到關鍵的影響[3，4]。DNA甲基化是可以調控基因選擇性轉錄表達的表觀遺傳修飾，現(xiàn)已成為一個研究熱點。隨著國內外學者大量的實驗研究，DNA甲基化在AS的發(fā)病機制中也逐步被認識?，F(xiàn)根據(jù)近年來關于DNA甲基化修飾作用于AS形成的研究結果進行綜述。

1 DNA甲基化修飾

DNA甲基化為最多見的堿基化學修飾，在正常的細胞組織中，大部分散在的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤(CpG)處于甲基化狀態(tài)，但CpG島則未被甲基化修飾，當維持甲基化模式的酶出現(xiàn)調節(jié)紊亂時，被保護的CpG島區(qū)域內的2-羰基-4-氨基嘧啶就會通過DNA甲基轉移酶(DNA methytransferase，DNMT)甲基化后形成5-甲基胞嘧啶，使DNA構象發(fā)生變化而不能啟動轉錄，阻礙基因表達。有實驗證明如果DNA甲基轉移酶1(DNA methytransferase 1，DNMT1) 和DNA甲基轉移酶3b(DNA methytransferase 3b，DNMT3b)共同作用會比三種甲基轉移酶單獨作用于甲基化位點更降低基因的表達水平。甲基化影響DNA轉錄的途徑可能有以下3條：①直接對易甲基化的轉錄因子產生作用，使其失去與DNA相結合的能力；②甲基CpG黏附分子與甲基化不敏感的轉錄因子結合而使它們活性喪失；③通過改變染色質結構阻礙轉錄因子與其調控序列結合。有研究者發(fā)現(xiàn)：DNMT、組蛋白修飾、RNA干擾均是DNA甲基化的影響因素。

2 DNA甲基化、同型半胱氨酸異常增高與動脈粥樣硬化形成

2.1 甲基化作用于動脈粥樣硬化形成 動脈粥樣硬化的形成受到基因組甲基化的影響，DNA甲基化可以調節(jié)某些被甲基化區(qū)域的基因表達和血管平滑肌細胞的分化[5]。Post等發(fā)現(xiàn)，與正常樣本相比，動脈粥樣硬化的斑塊中ER a啟動子CpG島甲基化水平增高，可能導致疾病基因轉錄水平發(fā)生變化而使血管平滑肌細胞數(shù)目異常增多[6]。同時，我國有學者指出，動脈粥樣硬化的形成與高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)使單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)DNA低甲基化有關[7]。所以，AS的形成是多個基因甲基化以及不同基因不同甲基化水平聯(lián)合作用的結果。

2.2 高同型半胱氨酸調節(jié)甲基化修飾促進動脈粥樣硬化形成 1969年McCully指出：血清中游離的同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)含量增高可能會促進AS的發(fā)生。隨著表觀遺傳學近幾年來深入的研究，高同型半胱氨酸血癥對動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳學調控也逐漸被國內外學者關注。Sharma等[4]將高同型半胱氨酸血癥的冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic disease，CAD)患者與正常同型半胱氨酸的CAD患者對比，發(fā)現(xiàn)只有高同型半胱氨酸血癥的CAD患者DNA甲基化。同時，大量研究表明，同型半胱氨酸促進血管平滑肌細胞數(shù)目過度增加，并且隨著Hcy濃度越高，作用時間越長，血管平滑肌細胞增殖程度越高[8，9]。血管平滑肌細胞數(shù)目異常增多后在脂肪條紋中泡沫化，促使脂肪條紋發(fā)生脂肪病變，形成纖維斑塊，最終發(fā)展成為動脈粥樣硬化[9]。但目前的發(fā)現(xiàn)尚不能解釋同型半胱氨酸水平如何調節(jié)AS的表觀遺傳調控機制。

3 關聯(lián)基因的甲基化和動脈粥樣硬化的關系

對AS相關基因甲基化的研究已成為當今熱門趨勢，迄今為止，主要是關于雌激素受體基因、成纖維細胞生長因子、腺苷三磷酸結合盒轉運體A1的研究。

3.1 雌激素受體基因 雌激素受體基因是目前學者探究最多的基因。雌激素影響心肌重塑，防止細胞凋亡，避免心肌細胞和血管內皮細胞損傷和壞死。在正常機體中，雌激素可以拮抗動脈粥樣硬化性疾病，其關鍵是與雌激素結合的雌激素受體(estrogen receptor，ER)。雌激素受體有ERа、ERβ兩種亞型，存在于細胞質和細胞核中。曾經對于心血管的研究大部分都集中于ERа，直到1996年才對ERβ有所認識。曾有報道顯示1/3 的ERа位于小窩蛋白-1中或者靠近腦動脈和冠狀動脈的血管內皮細胞質膜內，而ERβ主要位于細胞核中。然而也有研究人員發(fā)現(xiàn)ERа和ERβ均存在于質膜中，并且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)了解到幾乎所有的內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的活化均由ERβ介導[10，11]。

目前有研究表明，AS患者的外周血中ERа基因啟動序列CpG島甲基化呈陽性的比率高于對照組，并且實驗組ERа基因的mRNA表達水平低于對照組，由此表明在AS患者病變過程中ERа基因的高甲基化狀態(tài)所致其RNA低水平表達可促進AS的發(fā)生[12，13]。Kim等[14]通過對多部位動脈中粥樣斑塊區(qū)域和非粥樣斑塊區(qū)域對比得出：斑塊區(qū)域中的ERβ始終呈較高的甲基化水平，當抑制DNMT活性時ERβ會在血管細胞中活躍的表達。提示，ERβ基因的后生修飾異常會促進AS的發(fā)展和血管老化。所以ERа和ERβ的DNA甲基化對AS的形成和發(fā)展均至關重要。

3.2 成纖維細胞生長因子 Tang等發(fā)現(xiàn)成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2)在心血管系統(tǒng)中扮演著雙重角色。在正常的心臟血管壁中能維持血管的平衡穩(wěn)定，保護血管內皮細胞的存活。但在動脈粥樣硬化病變的心臟血管中，F(xiàn)GF2及其受體參與炎癥反應，使血管內膜增生，促進血管內斑塊的形成[15]。Chang等[16]研究表示Hcy破壞內皮細胞主要是通過轉錄抑制FGF2基因的啟動子，使其啟動子區(qū)甲基化，而特異性下調成纖維細胞生長因子在動脈內皮細胞內表達。這一研究結果與Li等的結果相吻合。同時，Chang等[16]還發(fā)現(xiàn)如果抑制FGF2啟動子區(qū)甲基化，則上述改變可以發(fā)生逆轉。但目前國內外關于FGF2甲基化促進動脈粥樣硬化生成發(fā)展的機制的研究并不多，這或許是未來研究的一個新方向。

3.3 腺苷三磷酸結合盒轉運體A1 近幾年對腺苷三磷酸結合盒轉運體A1(ATP-binding transporter A1，ABCA1) 研究成為國內外的熱點。ABCA1包含兩個三磷酸腺苷(ATP)結合結構域和兩個6-螺旋跨膜結構域，在某些組織中的外周血巨噬細胞中大量表達。ABCA1是膽固醇逆轉運體，最主要的功能就是將血管壁上累積的膽固醇轉移到肝組織進行排泄。同時，ABCA1也是高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)合成的關鍵基因，調節(jié)它的產生和遷移[17]。

我國學者實驗研究發(fā)現(xiàn)[18，19]，AS患者白細胞中的ABCA1基因啟動子序列較正常人呈高甲基化狀態(tài)，ABCA1 基因的轉錄活性較正常人低，且隨著血漿中高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平的增高而降低，表明白細胞中ABCA1 基因高甲基化和低HDL濃度與AS的形成有緊密的聯(lián)系。Yu等[17]做了關于同型半胱氨酸通過單核細胞源性泡沫細胞的ABCA1和?；o酶A膽固醇酰基轉移酶1(acylcoenzyme A：cholesterol acyltransferase-1，ACAT1) DNA甲基化調節(jié)膽固醇排泄的研究發(fā)現(xiàn)，ABCA1 DNA甲基化抑制了ABCA1的表達而造成機體內膽固醇大量累積。

3.4 與動脈粥樣硬化有關的其他基因 除了以上3種常見基因外，國內外研究較多與AS形成發(fā)展有關的基因包括P53基因、細胞外超氧化物歧化酶基因等，而組織因子途徑抑制物2 (tissue factor pathway inhibitor-2，TFPI -2)、低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein， LDL Receptor)基因和單羧酸轉運蛋白(monocarboxylate transporters，MCTs)等也尚有研究報道，而這些基因(見圖1)的甲基化或者多個基因表達水平改變的協(xié)同作用可能都會導致AS的形成。

注：EcSOD—細胞外超氧化物歧化酶；MCTs—單羧酸轉運蛋白；TFPI-2—組織因子途徑抑制物2。

圖1 與動脈粥樣硬化相關的基因甲基化

4 外界環(huán)境因素、生活飲食習慣對甲基化修飾的影響

研究顯示環(huán)境因素和生活飲食習慣很大程度地影響了動脈粥樣硬化的形成。葉酸作為最近研究最多的膳食纖維化合物，已經成為營養(yǎng)素預防疾病的熱門話題。研究發(fā)現(xiàn)葉酸可以調節(jié)同型半胱氨酸的代謝，拮抗因HHcy所致的主動脈組織B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)低甲基化，使B淋巴細胞瘤-2 mRNA表達水平降低，也許葉酸有拮抗粥樣斑塊進一步發(fā)展的作用[20]。但其能否預防動脈粥樣硬化的發(fā)生還存在爭議。

雌激素能夠預防AS的發(fā)生而大豆中含有大豆異黃酮，其與雌激素有相似結構，故又稱為植物雌激素。Fang等[21]實驗結果表明，大豆異黃酮能夠通過抑制DNA甲基化轉移酶激活被甲基化的沉默基因。因此，黃豆的飲食療法可能將會成為預防AS的又一個方向標。

5 中藥對基因甲基化修飾的調控

目前我國尚未研制出成熟的去甲基化藥物并且藥物細胞毒性較大，所以通過對甲基化修飾的調控來拮抗AS的進一步發(fā)展的中藥研究更加成為研究者關注的焦點。近期我國學者通過中藥作用DNA甲基化穩(wěn)定粥樣斑塊的基礎研究發(fā)現(xiàn)：血府逐瘀膠囊和四季三黃膠囊聯(lián)合作用可使整個基因組甲基化水平增加而降低機體內三酰甘油的含量，增加動脈內斑塊的穩(wěn)定性，但對AS發(fā)生的作用還待進一步確定[22]。而雌激素一直受各國心血管疾病研究人員的熱捧，在中藥治療AS的方面也不例外。有研究發(fā)現(xiàn)參茸補血丸可以調節(jié)甲基化水平，活化RNA聚合酶，增高雌激素水平[23]，所以參茸補血丸通過升高甲基化水平來拮抗AS值得深入探究。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)補腎寧心煎可以抑制細胞黏附分子，提高 ERβ的表達，增強eNOS活性，抑制單核細胞趨化蛋白-1的轉錄進而緩解AS的早期病理損傷，因此可以進一步研究補腎寧心煎是否可以通過調控甲基化作用干預AS的發(fā)生、發(fā)展。

6 結語和展望

DNA甲基化對AS影響的研究還處于初步階段，一些相關基因在什么條件下會發(fā)生甲基化，DNMT如何識別基因甲基化位點，甲基化影響基因轉錄的具體過程還需要更深入的探究。但是，目前研究報道提示基因甲基化是可以發(fā)生逆轉的，這將給AS的防治提供了明確的方向。DNMT3b可以使已經去甲基化的特異性位點再次甲基化，我們將以此當作突破口，阻斷DNMT識別DNA序列的甲基化位點，使其酶不能發(fā)揮甲基化作用。今后隨著特異性 DNA甲基化位點的發(fā)現(xiàn)，可以探索抑制此位點甲基化的策略，恢復基因功能。同時，利用中藥調節(jié)基因甲基化水平來抑制AS的進一步發(fā)展也將成為當今研究的新方向標。相信隨著學者更深入地研究，通過中西醫(yī)結合的方法能夠對環(huán)境和遺傳相互作用所致的動脈粥樣硬化起到更好的防治作用。

[1] Yu XH，Zhang J，Zheng XL，et al.Interferon-γ in foam cell formation and progression of atherosclerosis[J].Clin Chim Acta，2015，441：33-43.

[2] Jones GW，McLeod L，Kennedy CL，et al.Imbalanced gp130 signalling in ApoE-deficient mice protects against atherosclerosis[J].Atherosclerosis，2015，238(2)：321-328.

[3] Petronis A.Epigenetics as a unifying principle in the aetiology of complex traits and diseases [J].Nature，2010，465(7299)：721-727.

[4] Sharma P，Garg G，Kumar A，et al.Genome wide DNA methylation profiling for epigenetic alteration in coronary artery disease patients[J].Gene，2014，541(1)：31-40.

[5] Hiltunen MO，Yl?-Herttuala S.DNA methylation，smooth muscle cells，and atherogenesis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2003，23(10)：1750-1753.

[6] Bressler J，Shimmin LC，Boerwinkle E，et al.Global DNA methylation and risk of subclinical atherosclerosis in young adults：The Pathobiological Determinants of Atherosclerosis in Youth (PDAY) study[J].Atherosclerosis，2011，219(2)：958-962.

[7] 王菊.高同型半胱氨酸血癥經NF-κB/DNMT1誘導ApoE-/-鼠MCP-1DNA低甲基化致動脈粥樣硬化的研究 [D].銀川：寧夏醫(yī)科大學，2013.

[8] 祖權.高同型半胱氨酸血癥與動脈粥樣硬化的關系及其臨床意義[J].吉林醫(yī)學，2015，36(1)：110-112.

[9] Petramala L，Acca M，F(xiàn)rancucci CM，et al.Hyperhomocysteinemia：A biochemical link between disease[J].J Endocrinol Invest，2009，32(4Suppl)：10.

[10] Knowlton AA，Lee AR.Estrogen and the cardiovascular system[J].Pharmacol Therapeutics，2012，135：54-70.

[11] 徐啟華，曹濟民.內皮型一氧化氮合酶在動脈粥樣硬化中的作用[J].醫(yī)學研究雜志，2010，39(8)：95-97.

[12] Deschamps AM，Murphy E，Sun J.Estrogen receptor activation and cardioprotection in ischemia reperfusion injury[J].Trends Cardiovasc Med，2010，20(3)：73-78.

[13] 智艷芳，李肖甫，邱翠，等.動脈粥樣硬化患者ERа基因啟動序列的高甲基化改變[J].實用檢驗醫(yī)師雜志，2013，5(4)：210-214.

[14] Kim J，Kim JY，Song KS，et al.Epigenetic changes in estrogen receptor beta gene in atherosclerotic cardiovascular tissues and in-vitro vascular senescence[J].Biochim Biophys Acta，2007，1772(1)：72-80.

[15] Liu MH，Tang ZH， Li GH，et al.Janus-like role of fibroblast growth factor 2 in arteriosclerotic coronary artery disease：Atherogenesis and angiogenesis[J].Atherosclerosis，2013，229 (1)：10-17.

[16] Chang PY，Lu SC，Lee CM，et al.Homocysteine inhibits arterial endothelial cell growth through transcriptional downregulation of fibroblast growth factor-2 involving G protein and DNA methylation [J].Circ Res，2008，102(8)：933-941.

[17] Yu L，Xiaoling Y，Linna M，et al.Homocysteine-mediated cholesterol efflux via ABCA1 and ACAT1 DNA methylation in THP-1 monocyte-derived foam cells[J].Acta Biochim Biophys Sin，2013，45(3)：220-228.

[18] 韓學波，張慧萍，馬勝超，等.ABCA1 DNA甲基化水平與AS及血脂的關系[J].中國輸血雜志，2013，26(5)：426-428.

[19] 馬雅玲.ABCA1甲基化與基因型和動脈粥樣硬化性血栓性腦梗死的關系[D].長沙：中南大學，2013.

[20] Cong G，Jia S，Luo C，et al.Folic acid prevents Bcl-2 hypomethylation in rats with hyperhomocysteinemia[J].Journal of Hygiene Research，2012，41(2)：268-272.

[21] Fang MZ，Chen D，Sun Y，et al.Reversal of hypermethylation and reactivation of p16INK4a，RAR beta，and MGMT genes by genistein and other isoflavones from soy[J].Clin Cancer Res，2005，11(19 Pt 1)：7033-7041.

[22] 趙偉峰，周明學，王綠婭，等.活血解毒中藥對動脈粥樣硬化小鼠斑塊穩(wěn)定性、血脂及DNA甲基化水平的影響[J].北京中醫(yī)藥，2014，33(3)：215-218.

[23] 吳文婷，金明.DNA甲基化在眼科疾病中的應用以及中藥調節(jié)甲基化的研究進展[J].中國中醫(yī)眼科雜志，2014，24(2)：149-152.

[24] Wang L，Qiu XM，Hao Q，et al.Anti-inflammatory effects of a Chinese herbal medicine in atherosclerosis via estrogen receptor β mediating nitric oxide production and NF-κB suppression in endothelial cells[J].Cell Death Dis，2013，4：1-13.

(本文編輯 郭懷印)

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2015-04-03)