白藜蘆醇表觀遺傳學(xué)調(diào)控的研究進(jìn)展

劉遠(yuǎn)錦，林親錄，羅非君

（中南林業(yè)科技大學(xué)，食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410000）

白藜蘆醇（resveratol，Res）是一種廣泛存在于葡萄科、蓼科等植物中的多酚化合物，是植物抵抗外界不利刺激如真菌、病毒感染、紫外線、機(jī)械損傷等而產(chǎn)生的一種植物抗毒素。已有研究表明，白藜蘆醇具有抗心血管疾病、抗癌、抗動(dòng)脈粥樣硬化、延緩衰老、抗氧化、抗突變等多種作用[1]。白藜蘆醇通過(guò)干預(yù)細(xì)胞MAPK、m TOR、JAK/STAT、PKA、PKC和細(xì)胞凋亡等相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移等，參與抗癌、抗心血管疾病、調(diào)節(jié)免疫和炎癥等作用[2-5]。新近研究表明白藜蘆醇還能通過(guò)表觀遺傳學(xué)修飾調(diào)控基因的表達(dá)，在疾病的預(yù)防與治療中起重要作用[6-7]。本文總結(jié)了白藜蘆醇參與基因甲基化、蛋白乙?； iRNA異常表達(dá)等方面的研究新進(jìn)展，從表觀遺傳學(xué)修飾的角度，綜述了白藜蘆醇發(fā)揮作用的新途徑。

1 表觀遺傳學(xué)修飾方式

表觀遺傳學(xué)是研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)了可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳的現(xiàn)象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation）、基因組印記（genom ic imprinting）、母體效應(yīng)（maternal effects）、基因沉默（gene silencing）、RNA編輯（RNA editing）等。

DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共價(jià)鍵結(jié)合一個(gè)甲基基團(tuán)，特別是基因啟動(dòng)子CpG島甲基化將抑制基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，DNA甲基化受DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化，人類基因組包含四個(gè)轉(zhuǎn)移酶基因：DNMT1、DNMT2、DNMT3A和DNMT3B[8]。DNMT表達(dá)和活性異常與多種疾病如腫瘤、心血管疾病、肥胖、2型糖尿病等密切相關(guān)。

組蛋白的去乙?；突虻氖Щ钕嚓P(guān)，乙?；D(zhuǎn)移酶（HATs）主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙?；ヒ阴；福℉DACs）則相反，不同位置的修飾均需要特定的酶來(lái)完成。乙酰化酶家族可作為輔激活因子調(diào)控轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，參與DNA損傷修復(fù)，還可作為DNA結(jié)合蛋白。去乙酰化酶家族則和染色體易位、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因沉默、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化和增殖以及細(xì)胞凋亡相關(guān)[9-10]。

功能性非編碼RNA在基因表達(dá)中發(fā)揮重要的作用，按照它們的大小可分為長(zhǎng)鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。常見的短鏈RNA為小干涉RNA（short interfering RNA，siRNA）和微小RNA（m icroRNA，miRNA），前者是RNA干擾的主要執(zhí)行者，后者也參與RNA干擾但有自己獨(dú)立的作用機(jī)制[11]。

2 白藜蘆醇與乙?；{(diào)控

哺乳動(dòng)物Sirtuin蛋白家族包含7個(gè)成員（Sirtuin1～7），它們均含有一個(gè)由約275個(gè)氨基酸組成的保守的核心催化結(jié)構(gòu)域，依賴NAD+作為輔酶，發(fā)揮去乙?；富駻DP-核糖基轉(zhuǎn)移酶的活性，參與許多重要生命過(guò)程的調(diào)控。SIRT1可以與染色質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄共調(diào)控因子相互作用，通過(guò)去乙酰化作用調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、染色體穩(wěn)定性和靶蛋白活性，進(jìn)而參與代謝、衰老、腫瘤發(fā)生發(fā)展等一系列病理生理過(guò)程[12]。

白藜蘆醇及其衍生物能直接激活去乙酰化酶SIRT1，促使轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a與PGC-1α活化[13]，如下圖1。在小鼠動(dòng)物模型中，白藜蘆醇誘導(dǎo)SIRT1活化，激活PGC-1α與蛋白激酶AMPK，減少IGF-1表達(dá)與提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性，通過(guò)增強(qiáng)線粒體氧化磷酸化和有氧代謝能力，增加機(jī)體的能量消耗，延長(zhǎng)小鼠壽命，提示白藜蘆醇起著類似減少熱量飲食或節(jié)食的功效[14]。

圖1 SRTI1調(diào)控FOXO3a轉(zhuǎn)錄因子Fig.1 SRTI1 regulating transcription factor of FOXO3a

白藜蘆醇導(dǎo)致的SIRT1活化，介導(dǎo)組蛋白H 3K9的去乙?；?，抑制抗凋亡蛋白Survivin的表達(dá)[15]。在前列腺癌中轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白1（MTA1）過(guò)表達(dá)與腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移相關(guān)，MTA1是核小體重塑去乙?；∟uRD）復(fù)合物輔阻抑制子，白藜蘆醇能下調(diào)MTA1蛋白表達(dá)，影響MTA1/NuRD的穩(wěn)定性，乙?；痯53蛋白激活p53信號(hào)通路，上調(diào)表達(dá)促凋亡蛋白p21和Bax[16]。白藜蘆醇還能通過(guò)SIRT1活化，促使形成SIRT1/p300復(fù)合物，使乙?；竝300失活，在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，白藜蘆醇導(dǎo)致的p300失活介導(dǎo)HA/ CD44誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子NFкB、TCF/LEF活化及Caspase-3活化[17]。以上證據(jù)表明，白藜蘆醇主要通過(guò)Sirturins影響基因的表達(dá)，以表觀遺傳學(xué)修飾干預(yù)細(xì)胞信號(hào)通路，與腫瘤、衰老、肥胖等防治密切相關(guān)。

3 白藜蘆醇與甲基化調(diào)控

相對(duì)于其他營(yíng)養(yǎng)活性成分如兒茶素，白藜蘆醇顯示較低的DNMT抑制活性[18]。在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，白藜蘆醇能抑制芳香烴受體（AhR）活化，阻止AhR與抑瘤基因BRCA1啟動(dòng)子的結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)17β-雌二醇誘導(dǎo)的BRCA1基因轉(zhuǎn)錄與蛋白表達(dá)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)組蛋白H 3K9存在甲基化與組蛋白的乙?；邹继J醇處理MCF-7細(xì)胞，能部分恢復(fù)其組蛋白甲基化與組蛋白的乙?；痆19]。白藜蘆醇不能抑制食道癌細(xì)胞中維甲酸受體β2（RAR beta 2）和MGMT基因啟動(dòng)子的甲基化，并不影響RAR beta 2的表達(dá)[20-21]。白藜蘆醇能抑制轉(zhuǎn)錄因子STAT3的乙?；?，影響DNMT1-STAT3復(fù)合物，參與雌激素受體α啟動(dòng)子甲基化[22]。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能直接影響DNMTs活性，其甲基化作用主要是以間接方式進(jìn)行調(diào)控。

4 白藜蘆醇與m iRNA調(diào)控

m iRNA是一類非編碼RNA，負(fù)調(diào)控基因的表達(dá)。白藜蘆醇具有抗癌活性，基因芯片分析前列腺癌細(xì)胞白藜蘆醇處理后m iRNA表達(dá)譜的變化，發(fā)現(xiàn)51個(gè)miRNA表達(dá)異常，下調(diào)表達(dá)的miR-17-92、miR-106a、m iR-106b等均為致癌m iRNAs，且發(fā)現(xiàn)m iR-106簇靶向PTEN，促使抑癌基因PTEN高表達(dá)[23]?；蛐酒治龇切〖?xì)胞肺癌（NSCLC）A549細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇處理71個(gè)m iRNAs表達(dá)異常，其潛在靶基因分別參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖和分化的調(diào)控[24]。

Sheth S等[25]發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能下調(diào)前列腺癌細(xì)胞m iRNA-21表達(dá)，促使其抑瘤基因PDCD4表達(dá)，在裸鼠移植瘤模型中，能抑制前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在人支氣管上皮細(xì)胞16HBE-T中，白藜蘆醇處理導(dǎo)致miR-622表達(dá)上調(diào)，瞬時(shí)轉(zhuǎn)染miR-622能抑制支氣管上皮細(xì)胞和肺癌H 460細(xì)胞增殖，細(xì)胞周期阻滯于G（0）期及抑制裸鼠移植瘤的生長(zhǎng)等，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)miR-622靶向K-ras，抑制其蛋白表達(dá)，從而起抗癌作用[26]。Tili E等發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能增加m iR-663在結(jié)直腸癌SW 480細(xì)胞中的表達(dá)，通過(guò)靶向抑瘤基因PDCD4或PTEN，抑制TGFβ信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化，參與其抗癌作用[27]。白藜蘆醇也能上調(diào)免疫細(xì)胞如THP-1單核細(xì)胞miR-663的表達(dá)，直接靶向JunB、JunD基因的mRNA轉(zhuǎn)錄本，抑制其表達(dá)，而JunB、JunD為轉(zhuǎn)錄因子AP-1的重要組成成分，AP-1在LPS誘導(dǎo)的單核細(xì)胞炎癥中起關(guān)鍵作用，白藜蘆醇能過(guò)m iRNA起抗炎作用[28]。在乳腺癌細(xì)胞中，白藜蘆醇通過(guò)抑制pAKT和C/ EBP-β的磷酸化，下調(diào)抑瘤基因m iR-145的表達(dá)，從而促使m iR-145靶基因如c-Myc等表達(dá)增加[29]。白藜蘆醇可能調(diào)控多達(dá)百種以上m iRNAs，而每一種miRNA又可能存在多個(gè)靶基因，將形成白藜蘆醇調(diào)控基因表達(dá)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。

5 展望

表觀遺傳學(xué)的改變已被認(rèn)為是最有前途的疾病防治新戰(zhàn)略。營(yíng)養(yǎng)表觀遺傳學(xué)（nutriepigenetics）已成為一個(gè)令人興奮的新領(lǐng)域，膳食中的活性成分通過(guò)表觀遺傳學(xué)調(diào)控基因表達(dá)，參與細(xì)胞凋亡、增殖、分化、細(xì)胞周期調(diào)控、炎癥等病理生理過(guò)程。食品中活性成分的研究到目前為止，仍然主要集中于體外研究。在動(dòng)物模型或人類干預(yù)方面的研究結(jié)果是有限的，但展示的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制，將成為促進(jìn)健康或預(yù)防疾病功效的天然產(chǎn)品開發(fā)和臨床藥物開發(fā)提供理論依據(jù)。

令人感興趣的是，表觀遺傳學(xué)調(diào)控還能通過(guò)遺傳的方式，以表觀基因組（epigenom ics）影響下一代。研究人員分別給兩組雄性小鼠喂食不同的食物，而雌性的小鼠食物相同，之后讓他們交配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)吃入低蛋白類食物的雄性小鼠的后代，脂肪和膽固醇基因表達(dá)較多，這會(huì)增加心臟病的發(fā)病幾率，表觀遺傳學(xué)分析表明，子代約20%胞嘧啶的甲基化取決于父代的飲食，其甲基化可能與關(guān)鍵的脂代謝調(diào)節(jié)子Ppara有關(guān)[30]。這說(shuō)明飲食因素導(dǎo)致的表遺傳學(xué)改變?cè)谀承┣闆r下可能無(wú)法逆轉(zhuǎn)，為分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究提出了新挑戰(zhàn)。在膳食中增加食用水果、蔬菜和其他有益的營(yíng)養(yǎng)成分，激發(fā)“好”的表觀遺傳修飾，將有利于疾病的防治。

但是，表觀遺傳學(xué)的研究尚處于其初期和不完善階段。表觀遺傳學(xué)與干細(xì)胞分化、組織再生、DNA的損傷與修復(fù)、衰老、腫瘤發(fā)生的關(guān)系，表觀遺傳信號(hào)的建立、維持、傳遞，表觀遺傳信號(hào)與細(xì)胞信號(hào)的互相影響，表觀遺傳與生長(zhǎng)發(fā)育與生活環(huán)境的關(guān)系還未明確。如，DNA甲基化和癌變的聯(lián)系，表觀遺傳學(xué)是怎樣調(diào)控胚胎干細(xì)胞的定向分化，啟動(dòng)子是如何參與調(diào)控mRNA的延長(zhǎng)等。總之，對(duì)于表觀遺傳學(xué)的認(rèn)識(shí)和研究還存在很多空白，需要更多更深入的研究。

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