包志偉 楊天竹 劉 洋 王志剛

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)（大慶）醫(yī)學(xué)檢驗與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)教研室，黑龍江大慶 163319

糖尿病是在遺傳因素與環(huán)境因素相互作用下，以胰島素的分泌和利用異常引發(fā)的高血糖為特征的代謝性疾病，目前尚無根治方法。糖尿病分為兩型，1 型糖尿病主要與免疫系統(tǒng)缺陷和遺傳因素有關(guān)，2 型糖尿病主要與胰島素抵抗和肥胖有關(guān)，在我國糖尿病患者中有90%是2 型糖尿病患者。胰島素的分泌和利用是糖尿病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素，胰島素分泌和發(fā)揮功能的過程又受到許多因素的調(diào)節(jié)，如胰島素受體和胰島素樣生長因子1 的分子含量變化影響胰島素親和能力[1]。許多組蛋白修飾酶在代謝疾病中起著至關(guān)重要的作用，包括糖尿病及其并發(fā)癥。組蛋白甲基化調(diào)節(jié)酶在代謝疾病中的作用也引起了人們的關(guān)注，多種組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶與糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，因此本文對組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶在糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進展作一簡要綜述。

1 影響組蛋白甲基化的相關(guān)因素

組蛋白甲基化是表觀遺傳學(xué)中組蛋白修飾的主要形式之一。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白脫甲基酶共同完成組蛋白甲基化修飾這一動態(tài)過程。組蛋白的甲基化主要發(fā)生在H3 和H4 的賴氨酸（lysine，K）和精氨酸（arginine，R）上，組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶主要由SET（Su var 3-9，E z，Trithorax）結(jié)構(gòu)域家族和非SET 結(jié)構(gòu)域家族的甲基轉(zhuǎn)移酶完成。目前，對SET 結(jié)構(gòu)域家族研究相對充分。H3K4、H3K36、H3K79 的甲基化主要參與基因激活，而H3K9、H3K20、H3K27 的甲基化主要參與基因沉默。

2 組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶在糖尿病中的作用

2.1 常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2（EHMT2，又稱G9a）在糖尿病中的作用

G9a 在體內(nèi)參與H3K9me3 三甲基化修飾，并也參與H3K27 的甲基化修飾。G9a 以及G9a 介導(dǎo)的H3K9me2 和H3K27 的甲基化主要與基因沉默相關(guān)。有研究[2]提示，G9a 通過調(diào)節(jié)胰島素受體基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子高遷移率族AT-hook1（high mobolity group at-hook 1，HMGA1）的表達水平來調(diào)節(jié)肝細胞中胰島素信號傳導(dǎo)，在db/db 小鼠中，恢復(fù)G9a 的表達水平不僅上調(diào)HMGA1 水平，并改善受損的肝胰島素信號傳導(dǎo)，還減輕了高血糖和高胰島素血癥狀，這些都與2 型糖尿病相關(guān)，G9a 有望成為肝胰島素抵抗的潛在治療靶標。高血糖可抑制G9a 的表達，G9a 參與糖尿病足潰瘍的發(fā)生發(fā)展，治療干預(yù)可提高患者G9a 表達，使輕重癥患者均有不同程度的足潰瘍面積減少，并使其治愈率增高[3-4]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neuro trophic factor，BDNF）介導(dǎo)G9a的抑制，從而抑制H3K9 甲基化，具有神經(jīng)保護作用，并對糖尿病的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥有保護作用[5]。

2.2 SET 區(qū)域酶分型1（SETDB1）和SET 區(qū)域含有賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶7/9（SET7/9）、SET8 在糖尿病中的作用

SETDB1 三甲基化組蛋白H3K9，而H3K9me3 與基因沉默有關(guān)。SETDB1 的積累會抑制過氧化物酶增殖物激活受體γ（peroxisome-proliferator activated receptor γ，PPARγ）和堿基序列CCAAT 增強子結(jié)合蛋白α（CCAAT-enhancer binding protein α，CEBPα）基因以及脂質(zhì)代謝相關(guān)靶基因的表達，降低脂肪細胞脂質(zhì)貯積的能力，后者參與胰島素抵抗過程與2 型糖尿病有關(guān)[6]。SET7/9 是H3K4 的甲基轉(zhuǎn)移酶。糖尿病腎病是糖尿病最嚴重的微血管并發(fā)癥之一，“代謝記憶”在糖尿病并發(fā)癥中起著重要作用。有報道[7]指出，瞬時高葡萄糖刺激可以誘導(dǎo)SET7/9 和H3K4me1 表達，并且這種上調(diào)在腎系膜細胞中持續(xù)超過48 h，同時炎性因子MCP-1 和VCAM-1 的表達也被上調(diào)，這些發(fā)現(xiàn)表明SET7/9 參與“代謝記憶”并在糖尿病腎病中誘導(dǎo)持續(xù)的炎癥效應(yīng)。缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是糖尿病并發(fā)癥中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子，被鑒定為SET7/9 的新底物。SET7/9 甲基化HIF-1α第32 位賴氨酸使HIF-1α 轉(zhuǎn)錄活性受到抑制，高血糖通過調(diào)節(jié)腎臟HIF-1α 水平和活性進而損害腎臟對缺氧狀態(tài)的適應(yīng)性，影響著糖尿病腎病的發(fā)展[8-9]。在1 型糖尿病大鼠和高糖誘導(dǎo)的大鼠系膜細胞中，p21 基因啟動子SET7/9 招募增加以及H3K4me1/2/3 水平增加導(dǎo)致p21 基因表達增加，SET7/9 可作為糖尿病腎病的潛在治療靶點[10]。糖尿病小鼠巨噬細胞中炎癥基因表達和SET7/9 募集增加，SET7/9 的染色質(zhì)修飾可促進單核細胞中的促炎癥事件，SET7/9 是包括糖尿病在內(nèi)的炎性疾病的新型治療靶標[11]。胰島限制性轉(zhuǎn)錄因子胰腺和十二指腸同源框1（pancreatic and duodenal homeobox 1，PDX1），胰島素基因增強子結(jié)合蛋白，胰島因子1（islet factor 1，ISL1）都和β 細胞E-box 轉(zhuǎn)錄因子2（beta cell E-box transcription factor 2，BETA2）相互作用激活胰島素基因的表達。ISL1 募集SET7/9 與BETA2 相互作用維持正常葡萄糖濃度下的基本胰島素基因轉(zhuǎn)錄活性。在高葡萄糖濃度下，PDX1 不僅與BETA2 形成復(fù)合物以增強胰島素基因表達，PDX1 還募集了SET7/9 以促進胰島素啟動子上組蛋白調(diào)節(jié)的激活。SET7/9 參與正常血糖濃度時與高葡萄糖時的胰島素表達[12]。SET8 是使H4K20 單甲基化的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，過表達SET8 可阻斷活性氧的積累，減輕血管炎癥和恢復(fù)一氧化氮產(chǎn)生，從而阻止發(fā)生在糖尿病心血管并發(fā)癥中的高糖記憶所引起的內(nèi)皮細胞損傷[13]。

2.3 多梳蛋白抑制復(fù)合體酶2（PRC2）在糖尿病中的作用

PRC2 是H3K27 的甲基轉(zhuǎn)移酶，多抑制基因的表達，EZH2 是PRC2 的一個亞基。EZH2 主要負責細胞中H3K27me2 和H3K27me3 的甲基化。高葡萄糖介導(dǎo)的JNK/Notch 途徑調(diào)節(jié)EZH2 的表達，使EZH2 表達增高，EZH2 通過對胰島素基因啟動子上游組蛋白H3K27 二甲基化和三甲基化，抑制胰島素的表達，使血糖升高[14-15]。V-Maf 禽類肌肉腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A（MafA）是胰島素的反式激活因子，在胰島素的分泌中起著關(guān)鍵作用[16]。EZH2 可以在胰島細胞中結(jié)合lncRNA Meg3，并通過lncRNA Meg3 使作用在MafA啟動子上的3 種抑制因子RAD21 cohesin 復(fù)合成分、染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白3、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子SIN3A（酵母）的表達受到抑制從而增加MafA 的表達，最終影響胰島素的生物合成[17]。Ezh2 抑制增強了神經(jīng)元素3 在培養(yǎng)細胞中的反式激活能力和從多能細胞定向分化到胰島素生成細胞的能力。這些結(jié)果可以改進胰島素生成細胞的培養(yǎng)方案，用于糖尿病中的β 細胞替代療法[18]。PRC2 可直接抑制PDX1 表達，通過去除PRC2抑制促進PDX1 的表達有助于功能性β 樣細胞的開發(fā)，體外功能性β 樣細胞移植到糖尿病小鼠體內(nèi)時，可持續(xù)逆轉(zhuǎn)高血糖癥[19-20]。葡萄糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）產(chǎn)生是糖尿病性視網(wǎng)膜病變中的關(guān)鍵事件。PRC2 介導(dǎo)LncRNA ANRIL 使VEGF 表達上調(diào)，在糖尿病視網(wǎng)膜病變中起重要作用[21]。PRC2 通過抑制miR-200b 的表達從而促進VEGF 的表達，從而介導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和功能變化[22]。

2.4 其他組蛋白甲基化酶在糖尿病中的作用

彩斑3～9 同源物抑制物1（suppressor of variegation 3-9 homolog 1，SUV39H1）是組蛋白H3K9 的甲基轉(zhuǎn)移酶，高糖誘導(dǎo)下SUV39H1 上調(diào)，H3K9me3 水平增高進而下調(diào)p53 的表達，促進大鼠胸主動脈平滑肌A7r5 細胞增殖，影響糖尿病大血管并發(fā)癥[23]。賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2D（lysine methyltransferase 2D，KMT2D），也稱MLL2，賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2C（lysine methyltransferase 2C，KMT2C），也稱MLL3，賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2B（lysine methyltransferase 2B，KMT2B，）也稱MLL4，屬于哺乳動物H3K4 甲基轉(zhuǎn)移酶家族成員，H3K4me2/3與基因的轉(zhuǎn)錄激活有關(guān)。2 個影響MLL2 的H3K4 甲基轉(zhuǎn)移酶活性的功能性點突變M2628K 和F2628I，產(chǎn)生一種新的胰島素抵抗小鼠模型，在胚胎發(fā)育過程中與糖尿病表型相關(guān)的基因表達發(fā)生變化[24]。MLL3/MLL4 復(fù)合體中含有獨特的亞基，Pax 激活區(qū)作用蛋白（Pax transactivation domain-interacting protein，PAXIP）也稱PTIP，其調(diào)節(jié)脂肪生成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子與以胰島素抵抗為主要特征的2 型糖尿病聯(lián)系緊密[25]。核受體結(jié)合SET 結(jié)構(gòu)域蛋白2（nuclear receptor binding SET domain protein 2，NSD2）主要催化H3K36 的甲基化，NSD2 通過其H3K36me2 甲基轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)PDX-1 表達，促進胰腺β 細胞系的增殖；NSD2 的異位表達顯著促進胰島素分泌，這表明NSD2 可能是2 型糖尿病的一種新型分子治療靶點[26]。

3 展望

糖尿病屬于復(fù)雜性疾病，其發(fā)病機制仍需進一步研究。在研究中和對文獻的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，多種賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶與脂代謝密切相關(guān)，而脂肪蓄積的能力改變與胰島素抵抗關(guān)系密切。所以，組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶是否通過改變脂肪蓄積能力而產(chǎn)生胰島素抵抗進而影響著糖尿病的發(fā)生發(fā)展，也是值得我們繼續(xù)研究的方向。隨著我們對組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶研究的不斷深入，一定會為糖尿病的發(fā)病機制研究做出新的貢獻。