基因DNA甲基化在子癇前期中的研究進(jìn)展

李涵，顧蔚蓉

·綜述·

基因DNA甲基化在子癇前期中的研究進(jìn)展

李涵，顧蔚蓉△

子癇前期是一種妊娠期特有的疾病，以高血壓和蛋白尿?yàn)橹饕R床特征，同時可伴有全身多臟器損傷。由于其病因不明，除終止妊娠之外缺乏有效的臨床治療方法，因此，子癇前期是導(dǎo)致孕產(chǎn)婦死亡的主要原因之一。子癇前期的發(fā)病機(jī)制還未得到具體的闡述，近年來隨著表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是基因甲基化的研究，為子癇前期的診斷和治療提供了一個新的視角。研究發(fā)現(xiàn)，異常的全基因組甲基化以及CpG島甲基化與子癇前期中許多重要功能基因表達(dá)異常有關(guān)，推測其間接參與了子癇前期的發(fā)生。綜述基因DNA甲基化在該疾病發(fā)生中的研究現(xiàn)狀和研究進(jìn)展綜述。

先兆子癇；遺傳現(xiàn)象；遺傳學(xué)；DNA甲基化；滋養(yǎng)層；胎盤

【Abstract】Pre-eclampsia is a pregnancy-specific disease，which is chararized by hypertension and proteinuria，and may be accompanied by multiple organ damages.Because its etiology is unknown，and except for termination of pregnancy，there are no effective treatments，pre-eclampsia is the main cause of maternal mortality.The pathogenesis of pre-eclampsia has not been expounded.In recent years，the development of epigenetic，especially the study of DNA methylation，provides a new perspective for the diagnosis and treatment of preeclampsia.The study found that many important functional abnormalities of whole genome methylation and aberrant CpG island methylation related to gene expression in pre-eclampsia abnormalities，presumably occurs indirectly involved in pre-eclampsia.This paper summanizes of the research status and advances of gene DNA methylation in pre-eclampsia.

【Keywords】Pre-eclampsia；Genetic phenomena；Genetics；DNA methylation；Trophoblasts；Placenta

（J Int Obstet Gynecol，2015，42：69-72）

子癇前期是指妊娠20周后新出現(xiàn)的以高血壓和蛋白尿?yàn)橹饕R床特征的產(chǎn)科并發(fā)癥，同時也是最為常見的產(chǎn)科并發(fā)癥之一。子癇前期可以導(dǎo)致嚴(yán)重的母體多系統(tǒng)損害和胎兒生長受限（FGR），同時也增加了圍生兒不良結(jié)局的發(fā)生［1］。子癇前期的病因未明，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，多數(shù)研究認(rèn)為滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)育不良、胎盤血液灌注減少是子癇前期發(fā)病的根本原因。子癇前期是一組機(jī)體多因素與環(huán)境相互作用的疾病，單一的因素并不能完全解釋其發(fā)生。

表觀遺傳學(xué)是在基因組DNA序列不發(fā)生變化的條件下，基因表達(dá)發(fā)生改變并導(dǎo)致可遺傳的表現(xiàn)型變化。目前發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)主要包括DNA甲基化作用、組蛋白修飾作用、染色質(zhì)重塑、基因印跡、小分子RNA調(diào)控等。在哺乳動物中，DNA甲基化由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化，S腺苷甲硫氨酸（SAM）作為甲基供體，主要發(fā)生在CpG二核苷酸的胞嘧啶部位，將其甲基化為5-甲基胞嘧啶，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制及表型改變。人類基因組約包含29000 個CpG島，長度為500 bp左右，CG含量約為55％。DNA甲基化調(diào)控機(jī)制與細(xì)胞分化發(fā)育密切相關(guān)，調(diào)控細(xì)胞分化的關(guān)鍵基因發(fā)生異常甲基化可以導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。

子癇前期的發(fā)生與滋養(yǎng)細(xì)胞的異常增殖有關(guān)，異常增殖的滋養(yǎng)細(xì)胞侵入子宮的螺旋小動脈導(dǎo)致子宮肌層螺旋小動脈發(fā)生重鑄不良，異常狹窄的螺旋動脈使得胎盤灌注減少和缺氧，最終導(dǎo)致子癇前期的發(fā)生。Ohgane等［2］報道滋養(yǎng)細(xì)胞分化與DNA甲基化及非甲基化狀態(tài)有關(guān)。許多研究證實(shí)人類基因組中CpG島的異常甲基化與相關(guān)基因沉默相關(guān)，滋養(yǎng)細(xì)胞分化過程中，一些基因啟動子區(qū)CpG島甲基化及非甲基化狀態(tài)可以改變基因表達(dá)狀態(tài)，繼而影響滋養(yǎng)細(xì)胞生理功能來參與子癇前期的發(fā)病。同樣，Wang等［3］研究發(fā)現(xiàn)輔助生殖技術(shù)的使用增加婦女罹患子癇前期的風(fēng)險，這一研究也提示生殖細(xì)胞表觀遺傳學(xué)改變可以導(dǎo)致胎盤缺陷，參與子癇前期的發(fā)生。

1　子癇前期全基因組的甲基化

基因的DNA甲基化修飾改變主要表現(xiàn)為總體甲基化水平異常和個別基因啟動子區(qū)甲基化水平的升高。研究證實(shí)在子癇前期患者的血清和胎盤中存在不同程度的全基因組甲基化改變。對子癇前期患者全血白細(xì)胞進(jìn)行全基因組甲基化位點(diǎn)分析顯示，全基因組甲基化水平高于正常妊娠婦女，其中甲基化異常的基因（GRIN2b、GABRA1、PCDHB7和BEX1）多數(shù)與癲癇的發(fā)生有關(guān)，他們與皮質(zhì)的興奮性和神經(jīng)連接相關(guān)聯(lián)［4］。類似的研究也在胎盤中展開，Blair等［5］同樣利用全基因組甲基化位點(diǎn)分析結(jié)合焦磷酸鹽測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)：早發(fā)型子癇前期（EOPET）基因組甲基化譜與正常妊娠者不同，其中有差異的位點(diǎn)集中于基因組增強(qiáng)子區(qū)域，并且70％以上的位點(diǎn)呈低甲基化改變；進(jìn)一步全基因表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，基因表達(dá)異常［如血管生成因子內(nèi)皮性PAS蛋白1 （EPAS1）、Fms相關(guān)的酪氨酸激酶1（FLT1）］與其甲基化水平改變呈負(fù)相關(guān)。Kulkarni等［6］對87例妊娠婦女（30例子癇前期足月產(chǎn)，27例子癇前期早產(chǎn)，30例血壓正常妊娠婦女足月產(chǎn)）的胎盤進(jìn)行全基因組甲基化水平檢測證實(shí)，子癇前期兩組妊娠婦女胎盤甲基化水平較正常組顯著升高，且升高的甲基化水平與子癇前期組妊娠婦女的血壓（收縮壓/舒張壓）呈正相關(guān)。由于胎盤組織基因組甲基化譜受胎盤組織中不同細(xì)胞分布的影響，因此全面可靠的研究需要在大樣本量的群體中進(jìn)行，但是這并不影響全基因組甲基化譜的研究對以后相關(guān)基因甲基化研究的指導(dǎo)意義，全基因組的檢測為子癇前期早期診斷提供了一個嶄新的思路。

2　子癇前期相關(guān)基因的甲基化

2.1基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）抑制因子3（TIMP-3）與MMP-9TIMP-3是TIMPs家族成員，抑制MMPs降解細(xì)胞外基質(zhì)的功能，在妊娠過程中調(diào)控滋養(yǎng)細(xì)胞浸潤和子宮螺旋動脈重鑄。Yuen等［7］對歐洲妊娠婦女EOPET、晚發(fā)型子癇前期（LOPET）、FGR以及正常妊娠婦女4組胎盤的1 505個CpG位點(diǎn)進(jìn)行甲基化分析，EOPET組34個位點(diǎn)顯著低甲基化，焦磷酸測序技術(shù)對其中4個低甲基化位點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，TIMP-3啟動子區(qū)呈現(xiàn)顯著低甲基化，并且TIMP-3表達(dá)與基因甲基化水平呈負(fù)相關(guān)。Xiang等［8］在對中國漢族子癇前期患者胎盤的甲基化檢測中也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果。

MMP-9與TIMP-3的表觀遺傳學(xué)調(diào)控類似，在子癇前期表達(dá)升高也與其基因啟動子區(qū)甲基化有關(guān)，其啟動子區(qū)-712位點(diǎn)DNA甲基化水平在子癇前期中顯著降低［9］。MMPs與TIMPs作用密切相關(guān)，TIMPs是MMPs的天然抑制劑，兩者的平衡在調(diào)控細(xì)胞侵襲功能中發(fā)揮重要作用，因此，不難推測TIMP-3、MMP-9表達(dá)異常導(dǎo)致的TIMP/MMP失衡可能是子癇前期發(fā)病的重要原因。

2.2絲氨酸蛋白酶抑制劑家族（SERPINs） SERPINs是體內(nèi)重要的蛋白酶抑制劑，通過調(diào)控中和過度表達(dá)的絲氨酸蛋白酶活性參與炎癥反應(yīng)以及組織重建等過程。子癇前期胎盤絲氨酸蛋白酶抑制劑A3 （SERPINA3）和SERPINB5啟動子區(qū)部分CpG位點(diǎn)甲基化水平降低，進(jìn)一步生物信息分析發(fā)現(xiàn)，SERPINA3低甲基化的位點(diǎn)多為炎性相關(guān)因子MAZF、維甲酸X受體-α/過氧化物酶體增殖因子活化受體-γ（RXR-α/PPAR-γ）和缺氧誘導(dǎo)因子1α （HIF-1α）結(jié)合位點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)錄因子RXR-α/PPAR-γ 及HIF-1α在妊娠早期與滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲功能密切相關(guān)。啟動子區(qū)甲基化水平的降低導(dǎo)致活性轉(zhuǎn)錄因子與染色質(zhì)結(jié)合增多，并最終促進(jìn)SERPINs的表達(dá)［10-11］。SERPINs表達(dá)升高能抑制彈性蛋白酶降解彈性蛋白、骨膠原、纖維連接蛋白、層黏連蛋白等，進(jìn)而減少基質(zhì)沉積，最終導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲降低，發(fā)生不良妊娠。

2.3Syncytin-1Syncytin-1是人內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（HERV）家族HERVW編碼的包膜蛋白，在胎盤組織高度表達(dá)。其是一種功能性融合蛋白，可以介導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞融合成合體滋養(yǎng)細(xì)胞。合體滋養(yǎng)細(xì)胞是母胎界面的主要分子，通過分泌人絨毛膜促性腺激素（hCG）和人胎盤泌乳素（HPL）維持正常的胎盤功能。

子癇前期胎盤病理特點(diǎn)之一為合體滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)育不良，Syncytin-1在子癇前期胎盤中表達(dá)降低。在子癇前期胎盤組織中 Syncytin-1的編碼基因HERVW啟動組區(qū)域平均甲基化水平高于正常妊娠組，同樣的甲基化水平升高還發(fā)生于FGR、子癇前期合并FGR、HELLP綜合征合并FGR［12］。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-aza處理不同來源的滋養(yǎng)細(xì)胞株，可以誘導(dǎo)Syncytin-1普遍升高并促進(jìn)滋養(yǎng)細(xì)胞融合為合體滋養(yǎng)細(xì)胞的功能，進(jìn)一步證實(shí)了Syncytin-1在子癇前期中表達(dá)異常受到表觀遺傳學(xué)機(jī)制——DNA甲基化的調(diào)控［13］。

2.4Ras相關(guān)區(qū)域家族1A（RASSF1A） RASSF1A 是2000年發(fā)現(xiàn)的新型候選抑癌基因。RASSF1A蛋白分子可以通過其非同源結(jié)構(gòu)域與Ras效應(yīng)蛋白Norel結(jié)合形成異源二聚體，再通過Norel與Ras相似的GTP酶相互作用，介導(dǎo)細(xì)胞生長的負(fù)調(diào)控效應(yīng)。腫瘤細(xì)胞中，RASSF1A啟動子區(qū)域呈現(xiàn)出高甲基化與RASSF1A的失活密切相關(guān)。

研究證實(shí)，RASSF1A在子癇前期胎盤中的甲基化升高并且在母血清中胎兒游離DNA中發(fā)生低甲基化改變［14］。但是，RASSF1A在子癇前期的具體機(jī)制未明。隨著基因甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，來自不同實(shí)驗(yàn)組的研究先后證實(shí)了RASSF1A在子癇前期的胎兒游離DNA中甲基化水平升高［15-16］。這提示血清胎兒游離DNA的甲基化檢測可以為未來的無創(chuàng)產(chǎn)前診斷提供新的思路。

2.525-羥維生素-24-羥化酶（CYP24A1）

CYP24A1在子癇前期中高表達(dá)，可以增加滅活維生素D活性形式的1，25-（OH）2D，負(fù)向調(diào)控維生素D的代謝。維生素D缺乏與子癇前期發(fā)病有關(guān)，子癇前期患者胎盤組織CYP24A1甲基化水平明顯降低，其表達(dá)產(chǎn)物24-羥化酶的表達(dá)量增加，從而減少維生素D的活性形式［17］。與此相反，有研究者利用維生素D缺乏誘導(dǎo)的大鼠模型研究CYP24A1的表觀遺傳學(xué)變化，并未發(fā)現(xiàn)CYP24A1在子癇前期的表達(dá)改變與基因甲基化相關(guān)［18］。盡管結(jié)論不盡相同，維生素D代謝在子癇前期中的異常代謝以及CYP24A1的甲基化調(diào)控機(jī)制是不可否認(rèn)的。闡明這個問題還需要更為科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)研究。

2.6血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、血管內(nèi)皮生長因子受體（FLT-1）和含激酶插入?yún)^(qū)受體（KDR） VEGF在胎盤形成中發(fā)揮核心作用，調(diào)控胎盤中的血管生成以及血管再生的過程。VEGF主要通過兩種高親和性酪氨酸激酶受體——FLT-1和KDR發(fā)揮其生物學(xué)作用。VEGF及其受體調(diào)控異常被證實(shí)與子癇前期胎盤缺陷及內(nèi)皮功能異常有關(guān)。FLT-1與VEGF相互作用，介導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲和假性血管生成過程；而KDR則主要負(fù)責(zé)調(diào)控血管細(xì)胞有絲分裂和血管形成的過程。最近，Sundrani等［19］同時分析了VEGF、FLT-1和KDR在子癇前期胎盤中的表達(dá)改變，并分別對不同組間的啟動子CpG甲基化水平進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)VEGF/FLT-1/KDR基因啟動子區(qū)域甲基化狀態(tài)及其表達(dá)在子癇前期中呈現(xiàn)出獨(dú)特的改變：病例組中，VEGF啟動子區(qū)高甲基化水平與其表達(dá)降低相關(guān)；另外，F(xiàn)LT-1/KDR啟動子區(qū)呈現(xiàn)出中等水平的甲基化，雖然較正常血壓組沒有顯著改變，但是其FLT-1/KDR表達(dá)量明顯升高。

3　子癇前期與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因甲基化的關(guān)系

母體的應(yīng)激反應(yīng)以及宮內(nèi)高水平的糖皮質(zhì)激素暴露被證明與低出生體質(zhì)量兒有關(guān)，并增加其成年后發(fā)生心血管等疾病的風(fēng)險。子癇前期中異常的病理生理改變極有可能觸發(fā)機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)，并與不良妊娠結(jié)局有關(guān)。在免疫等疾病研究中證實(shí)多數(shù)應(yīng)激相關(guān)基因受DNA甲基化調(diào)控，妊娠婦女甲基供體葉酸攝入過多可以導(dǎo)致胎盤促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）基因高甲基化而抑制其表達(dá)，這提示子癇前期中應(yīng)激相關(guān)基因可能與DNA甲基化有關(guān)。Hogg等［20］對子癇前期胎盤應(yīng)激相關(guān)基因進(jìn)行全面的分析，研究結(jié)果證實(shí)：糖皮質(zhì)激素受體（NR31C1）、促腎上腺皮質(zhì)素釋放激素結(jié)合蛋白（CRHBP）相關(guān)CpG位點(diǎn)高甲基化改變伴隨CRH相關(guān)位點(diǎn)低甲基化改變，而且糖皮質(zhì)激素代謝中的關(guān)鍵分子3β羥基類固醇脫氫酶1（HSD3β1）等也發(fā)生了低甲基化，這些改變特異性地存在于子癇前期中，提示應(yīng)激反應(yīng)在子癇前期中的重要作用受DNA甲基化調(diào)控。

4　子癇前期與印跡基因甲基化的關(guān)系

在配子或合子發(fā)生期間，來自親本的等位基因或染色體在發(fā)育過程中產(chǎn)生專一性的加工修飾，導(dǎo)致后代體細(xì)胞中兩個親本來源的等位基因有不同的表達(dá)方式，稱為遺傳印跡。其是一種伴有基因組改變的非孟德爾遺傳形式，發(fā)生此種改變的基因稱為印跡基因。絕大多數(shù)印跡基因通過影響胚胎形成、滋養(yǎng)細(xì)胞生長以及胚胎發(fā)育等過程來調(diào)節(jié)機(jī)體生長發(fā)育。印跡基因僅當(dāng)其表達(dá)的一方等位基因突變時，才會對子代基因型產(chǎn)生影響，導(dǎo)致了遺傳性疾病的家族內(nèi)部不一致遺傳模式。因此，印跡基因在關(guān)于子癇前期的研究中備受重視。越來越多的證據(jù)顯示子癇前期與胎兒基因突變和母系基因表達(dá)有關(guān)，推測子癇前期是一種父系印跡基因突變引起的疾病。

在人類胚胎中父系印跡基因H19高表達(dá)，調(diào)節(jié)胚胎生長發(fā)育以及細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞的分化，但其在人類生殖和胚胎發(fā)育中的作用很少被了解。Yu等［21］通過定量聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）技術(shù)針對妊娠不同時期、血壓正常及子癇前期妊娠婦女的胎盤樣本進(jìn)行檢測，比較不同組別H19基因型別、基因印跡以及印跡基因H19的mRNA含量，發(fā)現(xiàn)妊娠10周左右H19基因由雙等位基因表達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蔚任换虮磉_(dá)，并對維持妊娠具有重要作用，子癇前期患者中H19基因印跡消失者更傾向發(fā)生嚴(yán)重高血壓。盡管如此，隨后也有研究認(rèn)為H19基因印跡控制區(qū)即胰島素樣生長因子2（IGF-2）基因印跡控制區(qū)（ICR1）低甲基化，僅與FGR而非子癇前期有關(guān)系，并提出ICR區(qū)低甲基化可能是胎盤形成異常所造成的FGR的結(jié)果而非原因［22］。2005年van Dijk等［23］指出荷蘭人中位于10q22的STOX1基因與子癇前期的遺傳性有關(guān)。van Dijk等［24］又于2010年的研究指出STOX1基因系父系印跡基因，STOX1基因印跡消失與滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲性改變有關(guān)。印跡基因在子癇前期發(fā)病中的作用仍需探索，但其與胚胎發(fā)育調(diào)節(jié)及滋養(yǎng)細(xì)胞分化過程中的聯(lián)系是毋庸置疑的。

5　展望

基因甲基化作為重要的分子遺傳學(xué)機(jī)制參與滋養(yǎng)細(xì)胞功能調(diào)控，與子癇前期的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。全基因組甲基化水平異常，子癇前期相關(guān)基因甲基化等都會促使子癇前期的發(fā)生及演進(jìn)。隨著DNA甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，未來研究可以通過篩選子癇前期特異性基因甲基化改變，尋找新的生物學(xué)診斷指標(biāo)；同時可以探索其甲基化異常相關(guān)功能基因上下游作用機(jī)制，進(jìn)一步豐富子癇前期發(fā)病理論，并為該疾病的臨床診斷及治療提供新的靶點(diǎn)。

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Research Progress of DNA Gene Methylation in Patients with Pre-eclampsia

LI Han，GU Wei-rong.
Obstetrics and Gynecology Hospital of Fudan University，Shanghai 200011，China

GU Wei-rong，E-mail：guweirong163@163.com

2014-08-09）

［本文編輯王昕］

200011上海，復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院通信作者：顧蔚蓉，E-mail：guweirong163@163.com

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