謝銀平，肖玲，鄭雅格，王高華,3

抑郁癥（depression）是一種以情緒低落、興趣減退為主要特征的情感障礙性精神疾病。隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，生活節(jié)奏加快、工作壓力加劇，抑郁癥發(fā)病率逐年升高。世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，抑郁癥已成為世界第四大疾病，全球抑郁癥患者已達(dá)3億[1]。抑郁癥因其高致殘率、致死率及反復(fù)階段性發(fā)作等特點已成為威脅人類身體健康、增加社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的嚴(yán)重精神衛(wèi)生問題，尋找有效的預(yù)防、診斷和治療方案迫在眉睫[2-4]。

抑郁癥是一種多因素疾病，病因非常復(fù)雜，目前已有單胺遞質(zhì)假說、神經(jīng)營養(yǎng)因子假說、氧化應(yīng)激假說和免疫炎癥假說等，但依據(jù)各種假說所采取的對應(yīng)臨床治療措施效果差強(qiáng)人意。主流觀點認(rèn)為抑郁癥是遺傳因素與環(huán)境因素交互作用的結(jié)果。基因因素在抑郁癥中大約占比35%～40%，生活環(huán)境與體驗也是不可忽略的因素[5]。表觀遺傳學(xué)由英國發(fā)育生物學(xué)家Waddington于1939年提出，它完美地將基因和環(huán)境因素聯(lián)系在一起[6]。近年來，表觀遺傳作為基因和環(huán)境之間可能的橋梁，在抑郁癥的病理生理學(xué)中受到廣泛的關(guān)注，表觀遺傳機(jī)制靈活編碼和翻譯環(huán)境因素的特征是研究抑郁癥這類高度復(fù)雜精神疾病的理想候選對象，很好地解釋了醫(yī)學(xué)觀察與傳統(tǒng)遺傳學(xué)不相符的情況，為闡明抑郁癥的發(fā)病機(jī)制提供了新思路[7]。DNA甲基化是表觀遺傳修飾的主要形式之一，也是抑郁癥中研究最多的表觀遺傳機(jī)制。本文對DNA甲基化在抑郁癥的發(fā)病和治療研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并討論DNA甲基化在抑郁癥研究中的挑戰(zhàn)與前景。

1 DNA甲基化

DNA甲基化是研究最多的表觀遺傳修飾之一，是指在不改變DNA序列的前提下，在基因組CpG（5'-3'方向）二核苷酸的胞嘧啶5位碳原子上共價結(jié)合一個甲基基團(tuán)，形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC），改變遺傳表現(xiàn)的過程?；騿幼訁^(qū)域或周圍區(qū)域成簇CpG二核苷酸稱為CpG島，在正常體細(xì)胞里面呈低甲基化狀態(tài)。啟動子CpG島甲基化主要通過兩種方式抑制基因的表達(dá)：阻止轉(zhuǎn)錄激活因子及RNA聚合酶Ⅱ與轉(zhuǎn)錄起始位點的結(jié)合；與甲基化CpG結(jié)合蛋白結(jié)合招募轉(zhuǎn)錄抑制因子對附近的染色體進(jìn)行修飾使其處于沉默狀態(tài)[8]。DNA甲基化由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTS）以葉酸、甲硫氨酸或膽堿為甲基供體催化完成。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶分為兩類，一類負(fù)責(zé)細(xì)胞分裂和DNA修復(fù)過程中甲基化狀態(tài)維持（DNMT1），另一類負(fù)責(zé)DNA甲基化的從頭合成（DNMT3）。DNA甲基化過程是可逆的，DNA去甲基化酶TET家族蛋白可將5mC氧化成5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），并進(jìn)一步被該家族的雙加氧酶氧化成5-羧基胞嘧啶（5caC）[9]，最后通過脫氨基、糖基化或堿基切除修復(fù)回復(fù)到非甲基化修飾狀態(tài)。

2 DNA甲基化與抑郁癥

2.1 DNA甲基化/去甲基化酶與抑郁癥

DNA甲基化動態(tài)過程需要甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶的參與，這兩類酶的表達(dá)量與活性在DNA甲基化過程中起著至關(guān)重要的作用，同時也與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。多項動物研究表明DNA甲基化/去甲基化酶表達(dá)水平調(diào)節(jié)應(yīng)激對大腦的影響。DNA重頭甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT3a在抑郁癥患者伏隔核中表達(dá)升高，抗抑郁治療能降低DNMT3a的表達(dá)水平[10]，在慢性社會挫敗應(yīng)激（chronic social defeat stress）的小鼠模型中也得到相同的結(jié)果。在小鼠的伏隔核過表達(dá)Dnmt3會促進(jìn)小鼠（雌性和雄性）的抑郁樣行為，敲除則會緩解雌性小鼠慢性變量應(yīng)激的抑郁樣行為。慢性社會挫敗應(yīng)激易感的小鼠伏隔核DNA去甲基化酶TET1的表達(dá)量降低，與此矛盾的是伏隔核Tet1基因敲除的小鼠抑郁樣行為卻有所緩解[11]。這表明靶基因的甲基化與行為之間存在極其復(fù)雜的關(guān)系。TET家族成員眾多，雖都能發(fā)揮DNA去甲基化的功能，但對環(huán)境應(yīng)激的反應(yīng)仍有差別。Cheng等[12]發(fā)現(xiàn)，Tet1敲除小鼠表現(xiàn)出應(yīng)激抵抗性，而Tet2敲除小鼠表現(xiàn)出應(yīng)激敏感性。

2.2 候選基因DNA甲基化與抑郁癥

迄今為止大多數(shù)DNA甲基化研究使用候選基因方法。眾所周知，神經(jīng)營養(yǎng)信號、單胺能系統(tǒng)的損傷和應(yīng)激反應(yīng)通路在抑郁癥發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。抑郁癥中涉及的候選基因主要研究發(fā)現(xiàn)如下。

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的一員，它調(diào)節(jié)多巴胺能、膽堿能和5-羥色胺能神經(jīng)元的發(fā)育、可塑性和存活。研究表明神經(jīng)元中BDNF的合成減少與BDNF啟動子區(qū)域的甲基化水平升高有關(guān)，小鼠抑郁癥模型和一般抑郁癥群體BDNF的啟動子甲基化水平都有升高趨勢[13]。Braithwaite等[14]發(fā)現(xiàn)，孕期母體的抑郁樣癥狀與后代BDNF啟動子甲基化的減少有關(guān)。BDNF的1號和6號啟動子包含CpG高度富集的區(qū)域，也是絕大部分研究靶向的區(qū)域。多項臨床研究同時表明這兩個啟動子區(qū)域甲基化在抑郁癥患者中明顯高于正常受試者[15-18]。BDNF啟動子甲基化與抑郁癥患者腦結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)前額皮質(zhì)和枕葉皮質(zhì)的厚度減少與這兩個區(qū)域的BDNF基因啟動子甲基化升高有關(guān)[19]。另一項研究顯示，BDNF啟動子高甲基化與抑郁癥患者白質(zhì)完整性降低之間存在相關(guān)性[20]。

大腦中5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）信號與抗抑郁機(jī)制有著緊密的聯(lián)系，并且在一定程度上受5-羥色胺轉(zhuǎn)運體（5-HT transporter，5-HTT）的調(diào)節(jié)。5-HTT由SLC6A4（solute carrier family 6 member 4）基因編碼，SLC6A4的多態(tài)性在抑郁癥中廣泛研究。已有研究發(fā)現(xiàn)SLC6A4甲基化與人類抑郁行為之間存在正相關(guān)關(guān)系。抗抑郁治療可以逆轉(zhuǎn)抑郁癥患者SLC6A4甲基化水平升高的趨勢[21]，SLC6A4甲基化也與額灰質(zhì)腦容量和大腦皮質(zhì)區(qū)域之間的靜息狀態(tài)連接呈正相關(guān)[22]。但是SLC6A4基因變異與抑郁癥之間的聯(lián)系研究存在不一致性。在SLC6A4基因的短等位基因攜帶者中，觀察到口腔細(xì)胞甲基化水平的增加與抑郁癥狀有關(guān)[23]；SLC6A4啟動子甲基化水平升高與童年逆境、抑郁家族史顯著相關(guān)，但與抗抑郁治療結(jié)果無關(guān)[24]。也有研究報道SLC6A4啟動子甲基化與大腦結(jié)構(gòu)和功能變化之間的關(guān)系：Wang等[25]證明，眶額皮質(zhì)中5-HT合成的降低與SLC6A4啟動子甲基化的增加有關(guān)；SLC6A4啟動子的甲基化升高與基于體素的形態(tài)測量法評估的海馬體積增加有關(guān)[26]。

在抑郁癥患者和動物抑郁癥模型中，HPA軸應(yīng)對應(yīng)激的幾個關(guān)鍵基因的甲基化修飾也發(fā)生了變化。對慢性社會挫敗應(yīng)激易感的小鼠下丘腦室旁核（paraventricular nucleus，PVN）促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子（corticotropin releasing factor，CRF）啟動子的甲基化水平降低，同時CRF表達(dá)水平升高，這兩種現(xiàn)象都可通過慢性咪丙嗪（imipramine）治療逆轉(zhuǎn)[27]。環(huán)境因素對海馬糖皮質(zhì)激素受體（glucocorticoid receptor，GR）Nr3c1基因在腦組織和外周組織中的重編程有著重大影響。DNA甲基化增加也與抑郁癥患者（1號啟動子）和抑郁動物模型中（7號啟動子）的抑郁樣行為有關(guān)，特別是與早期生活逆境有關(guān)[28,29]。FK506結(jié)合蛋白5（FK506 Binding Protein 5，F(xiàn)KBP5）是親免疫蛋白家族的成員，在功能上和GRs相互作用，與環(huán)境應(yīng)激暴露和抑郁癥發(fā)生有關(guān)。FKBP5蛋白降低糖皮質(zhì)激素結(jié)合親和力[30]，而皮質(zhì)醇及其與GR結(jié)合誘導(dǎo)FKBP5表達(dá)[31]。其他研究發(fā)現(xiàn)GR伴侶FK506結(jié)合蛋白(FKBP5)在抑郁癥患者中DNA甲基化修飾水平也發(fā)生變化[32]。這些結(jié)果進(jìn)一步表明GR系統(tǒng)中的DNA甲基化與抑郁癥有關(guān)。

2.3 DNA甲基化組學(xué)與抑郁癥

測序技術(shù)的發(fā)展讓大規(guī)模檢測DNA甲基化修飾成為可能，也為研究者們在基因組層面探討DNA甲基化與抑郁癥的關(guān)系提供了便利?；诓煌脚_和不同樣本類型的甲基化組學(xué)研究揭示了抑郁癥中不同的甲基化模式（表1）。文獻(xiàn)通過比較抑郁癥患者與正常對照組外周血樣本的DNA甲基化修飾差異為抑郁癥的炎癥信號通路研究提供了研究依據(jù)[33]。文獻(xiàn)通過比較抑郁癥患者和正常對照的前額皮質(zhì)尸檢樣本鑒定了224個差異甲基化區(qū)域，這些區(qū)域注釋到的基因在神經(jīng)元生長和發(fā)育信號通路高度富集[34]。一項納入環(huán)境風(fēng)險因素的DNA甲基化組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，唾液樣本中的ID3、GRIN1和TPPP的甲基化程度能夠預(yù)測抑郁癥狀。這三個基因與應(yīng)激相關(guān)的神經(jīng)內(nèi)分泌通路和神經(jīng)可塑性相關(guān)[35]。另一項比較抑郁癥自殺死亡者和突發(fā)死亡對照者的前額皮質(zhì)DNA甲基化變化的研究發(fā)現(xiàn)115個差異甲基化區(qū)域主要與星形膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)[36]。文獻(xiàn)通過無藥物治療的抑郁癥患者外周血白細(xì)胞的全基因組甲基化分析發(fā)現(xiàn)了363個低甲基化CpG位點[37]。研究發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞生長因子受體（MET）甲基化與青少年抑郁風(fēng)險相關(guān)[38]。背側(cè)前額葉皮質(zhì)全基因組甲基化研究發(fā)現(xiàn)YOD1、UGT8、FNDC3B、SLIT2位點的DNA甲基化修飾改變與老年期抑郁癥相關(guān)，并且男性的相關(guān)性高于女性[39]。有研究通過對581例抑郁癥患者的隨訪6年前后外周血DNA甲基化分析建立了甲基化風(fēng)險評分，來預(yù)測6年后患者的抑郁狀態(tài)[40]。

3 DNA甲基化與抗抑郁治療

越來越多的證據(jù)提示抗抑郁藥的有效性可能與某些基因的DNA甲基化狀態(tài)有關(guān)。研究表明阿米替林（amitriptyline）可誘導(dǎo)胞嘧啶去甲基化同時降低DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的活性[41]。Satoshi等[42]發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者在接受6周抗抑郁治療后，SLC6A4啟動子區(qū)域第三個CpG位點的甲基化水平升高，并且有更好的治療響應(yīng)。Okada等[43]也發(fā)現(xiàn)依他普侖（Escitalopram）治療6周后SLC6A4啟動子區(qū)域甲基化水平升高與更好的治療響應(yīng)相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)前額皮質(zhì)注射依他普侖可以降低S100a10基因啟動子區(qū)域的甲基化水平，提高mRNA表達(dá)量[44]。μ阿片受體（μ-opioid receptor，MOR）基因啟動子區(qū)域的甲基化與抑郁癥相關(guān)，其激動劑作為抗抑郁藥已用于臨床[45]。一項全基因組甲基化研究發(fā)現(xiàn)，暴露于SSRIs的新生兒CYP2E1、EVA1和SLMAP基因特定CpG位點的甲基化水平升高[46]。文獻(xiàn)表明，CHN2和JAK2轉(zhuǎn)錄起始位點區(qū)域上游CpG位點的不同甲基化可能是預(yù)測依他普侖抗抑郁治療反應(yīng)的外周因子[47]。

4 展望

DNA甲基化這種常見的表觀遺傳修飾在抑郁癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。它可以為疾病狀態(tài)預(yù)測疾病分層提供重要的生物標(biāo)記，從而推動抑郁癥防治向精準(zhǔn)醫(yī)療方向發(fā)展。此外，DNA甲基化修飾是功能性修飾而非基因組結(jié)構(gòu)改變，可能為未來的治療方法提供更容易、更有效的改變。

近年來DNA甲基化修飾成為抑郁癥研究的熱點，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)：①臨床無法直接獲得腦組織樣本進(jìn)行表觀遺傳學(xué)檢測，目前普遍使用的是血液樣本、口腔樣本或唾液樣本，這些外周樣本的表觀遺傳學(xué)修飾能夠多大程度上反映腦部的變化不得而知；②大腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同區(qū)域功能不一樣，各區(qū)域之間的區(qū)別及聯(lián)系亟待闡明；③很多基因存在可變剪切現(xiàn)象，轉(zhuǎn)錄本數(shù)目眾多，啟動子區(qū)域和基因編碼區(qū)都存在DNA甲基化，研究起來復(fù)雜；④不同的表觀遺傳修飾之間存在著復(fù)雜的交互作用，單純的改變或者研究某一方面，很難得到精確的結(jié)果。

DNA甲基化修飾在抑郁癥中的研究任重道遠(yuǎn)，未來的研究可從以下幾方面進(jìn)行：①繪制抑郁癥DNA甲基化圖譜，詮釋不同的DNA甲基化修飾與大腦特異的區(qū)域、特異的細(xì)胞類型、特異的基因的關(guān)聯(lián)；②將DNA甲基化修飾的研究成果轉(zhuǎn)換為實際藥物，建立安全治療策略；③利用基因編輯、單細(xì)胞測序等新技術(shù)對抑郁癥發(fā)生發(fā)展進(jìn)行更加精細(xì)的研究；④臨床研究與基礎(chǔ)研究高效溝通，驗證檢測到的表觀遺傳修飾是否與疾病的發(fā)生具有因果關(guān)系。