表觀遺傳學(xué)在中醫(yī)藥研究中的應(yīng)用

成細(xì)華，饒春梅，喻嶸，任婷

湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長沙 410208

表觀遺傳學(xué)在中醫(yī)藥研究中的應(yīng)用

成細(xì)華，饒春梅，喻嶸，任婷

湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長沙 410208

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。中醫(yī)藥通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控基因表達(dá)，可參與細(xì)胞凋亡、增殖、分化及細(xì)胞周期調(diào)控、免疫、炎癥、代謝等病理生理過程。本文對目前表觀遺傳學(xué)研究較為熱門的DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA調(diào)控在中醫(yī)藥研究中的應(yīng)用進(jìn)行了概述。

表觀遺傳學(xué)；中醫(yī)藥；DNA甲基化；組蛋白修飾；miRNA調(diào)控；綜述

表觀遺傳學(xué)由Waddington CH[1]于1942年作為后生論和遺傳學(xué)的合詞而提出。1975年，Holliday R對表觀遺傳學(xué)進(jìn)行了較為準(zhǔn)確地描述，認(rèn)為表觀遺傳學(xué)不僅在發(fā)育過程中，還在成體階段研究可遺傳的基因表達(dá)改變，這些信息可經(jīng)有絲分裂、減數(shù)分裂在細(xì)胞和個體間世代傳遞[2]。2008年的冷泉港會議達(dá)成了關(guān)于表觀遺傳學(xué)的共識，即“染色體的改變所引起的穩(wěn)定的可遺傳的表現(xiàn)型，而非DNA序列改變”[2]。表觀遺傳學(xué)研究內(nèi)容主要包括兩類：一類為基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控，有DNA甲基化、基因印記、組蛋白共價修飾和染色質(zhì)重塑；另一類為基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，包括基因組中非編碼RNA、miRNA、反義RNA、內(nèi)含子及核糖開關(guān)等。表觀遺傳學(xué)應(yīng)用于中醫(yī)藥研究，則集中于DNA甲基化、組蛋白共價修飾和miRNA領(lǐng)域。茲將近年來的相關(guān)研究總結(jié)如下。

1 表觀遺傳學(xué)與中醫(yī)證候

表觀遺傳學(xué)是中醫(yī)證候多樣性的部分物質(zhì)基礎(chǔ)。牟氏等[3]對糖尿病腎病人群不同體質(zhì)類型、不同證候及其與轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β1基因T869C多態(tài)性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)及其交互作用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病的部分體質(zhì)和TGF-β1基因T869C多態(tài)性有相關(guān)性。對糖尿病腎病患者的證候與TGF-β1基因T869C多態(tài)性進(jìn)行二分類logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)，無相關(guān)證候進(jìn)入回歸模型。說明與證候的動態(tài)性和受后天環(huán)境因素影響較大有關(guān)，因此認(rèn)為表觀遺傳學(xué)在探究中醫(yī)證候?qū)嵸|(zhì)中應(yīng)具有重要地位[4]。劉氏等[5]研究了急性髓系白血病各證型患者ID4基因啟動子區(qū)甲基化陽性率，由低到高依次為氣陰兩虛證、瘀血痰結(jié)證和毒熱熾盛證，表明證型與表觀遺傳學(xué)變化存在一定聯(lián)系。曾氏等[6]發(fā)現(xiàn)，腎陽虛組血漿中免疫相關(guān)基因FHIT、MAP2K6基因CpG島甲基化水平高于健康組，WNT5B、FRAT2、CSNK1D基因CpG島甲基化水平低于健康組，說明以上基因啟動子區(qū)甲基化狀態(tài)與腎陽虛證相關(guān)。顏氏等[7]報道，hsa-miR-18a上調(diào)和hsa-miR-99b下調(diào)可能與陰虛火旺型口腔扁平苔蘚發(fā)生相關(guān)。

2 DNA甲基化

DNA的甲基化是基因組DNA的一種主要表觀遺傳修飾形式。在脊椎動物中，DNA啟動子區(qū)CpG島成簇狀存在，是DNA發(fā)生甲基化的主要位點(diǎn)，所以，研究DNA甲基化常與CpG島相關(guān)聯(lián)，目前對DNA啟動子區(qū)CpG島異常甲基化的研究是表觀遺傳學(xué)的一個熱點(diǎn)。血府逐瘀膠囊、四季三黃膠囊及其聯(lián)合應(yīng)用均具有降低血清三酰甘油水平、穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊的作用，其機(jī)制可能與提高血清中DNA甲基化水平和DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）水平有關(guān)[8]。納米脂質(zhì)體槲皮素下調(diào)DNMTs1和組蛋白脫乙?；?表達(dá)，降低p16INK4α甲基化水平，通過表觀遺傳核因子κB（NF-κB）信號途徑而下調(diào)角質(zhì)形成細(xì)胞增殖的NF-κB和白細(xì)胞介素（IL）-6炎癥因子的表達(dá)[9]。黃氏等[10]用不同濃度白藜蘆醇孵育體外培養(yǎng)的人胃癌SGC-7901細(xì)胞，結(jié)果白藜蘆醇能以劑量依賴性方式抑制SGC-7901細(xì)胞增殖，隨著濃度的增加，RASSF1A甲基化的水平逐漸減弱，非甲基化水平逐漸增多；同時，RASSF1A的mRNA和蛋白表達(dá)水平明顯上調(diào)。提示白藜蘆醇對甲基化水平的調(diào)節(jié)可能是其抗癌的重要因素。郭氏[11]研究表明，消痰散結(jié)方能有效抑制胃癌細(xì)胞系及裸鼠原位移植瘤生長，其機(jī)制與逆轉(zhuǎn)抑癌基因p16甲基化水平、增加p16 mRNA表達(dá)水平有關(guān)。林氏等[12]采用8.4%的益腎方劑和15.2%的健脾方劑處理生理性腎虛小鼠，顯示益腎健脾方劑能明顯提高生理性腎虛小鼠肝細(xì)胞DNA甲基化酶的活力，具有延緩衰老的作用，為從分子生物的角度探討中醫(yī)益腎健脾延緩衰老的機(jī)理提供了客觀依據(jù)。多數(shù)研究表明，中藥調(diào)節(jié)DNA甲基化，治法多屬于補(bǔ)腎填精、益氣健脾活血、化痰散結(jié)等方面[12]。

3 組蛋白修飾

組蛋白的去乙酰化與基因的失活相關(guān)，乙?；D(zhuǎn)移酶主要是在組蛋白H3、H4的N端尾上的賴氨酸加上乙酰基，去乙?；竸t相反，不同位置的修飾均需要特定的酶來完成。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)胞分化和增殖及細(xì)胞凋亡相關(guān)[13]。白藜蘆醇及其衍生物能直接激活去乙?；窼IRT1，促使轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a與過氧化物酶體增殖活化受體γ共激活因子-1α（PGC-1α）活化[14]。在小鼠動物模型中，白藜蘆醇誘導(dǎo)SIRT1活化，激活PGC-1α與蛋白激酶AMPK，減少類胰島素1增長因子表達(dá)與提高機(jī)體對胰島素的敏感性，通過增強(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[15]。姜黃素處理新牛鼠心肌細(xì)胞后，姜黃素抑制GATA4、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C和Nkx2.5表達(dá)，可能機(jī)制是這些基因啟動子區(qū)域組蛋白乙?；揎棤顟B(tài)降低導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)型緊密，不利于轉(zhuǎn)錄因子及其他相關(guān)元件與啟動子的結(jié)合，從而抑制了基因的表達(dá)[16]。有研究者用文獻(xiàn)信息學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)在眾多方藥中，補(bǔ)藥主要針對組蛋白修飾發(fā)揮功效[17]。

4 miRNA調(diào)控

miRNAs（MicroRNAs）是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其大小長約20～25個核苷酸[18]。Ma YN等[19]對益髓生血顆粒一些純化的組分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大黃素能促進(jìn)K562細(xì)胞內(nèi)CD235a和CD71及α-、ε-和γ-珠蛋白的表達(dá)，并能通過下調(diào)miR-221和miR-222的表達(dá)水平調(diào)控紅細(xì)胞分化。說明地中海貧血相關(guān)miRNA的研究能從一個側(cè)面揭示中醫(yī)藥治療相關(guān)疾病的分子機(jī)制。白藜蘆醇具有抗癌活性，基因芯片分析非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇處理后71個miRNAs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[20]。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)，通過miRNA起著抗炎的作用[21]。迄今為止，中醫(yī)藥調(diào)控miRNA及其相關(guān)基因多局限于姜黃素、白藜蘆醇、大豆異黃酮、丹參酮ⅡA、人參皂苷、延胡索總生物堿等中藥活性成分，而復(fù)方研究尚少。鑒于miRNA在中醫(yī)藥研究中的重要地位，其為中醫(yī)藥理論的發(fā)展提供了新的切入點(diǎn)[22]。

5 其他

盧氏等[23]認(rèn)為，開展DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳學(xué)調(diào)控及其相應(yīng)調(diào)控蛋白酶研究，對于深入闡述針灸“理、法、方、穴、術(shù)”的物質(zhì)基礎(chǔ)具有積極意義。miRNA與靶基因之間的動態(tài)平衡關(guān)系與中醫(yī)的陰陽平衡思想不謀而合。以miRNA及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為切入點(diǎn)，結(jié)合病證結(jié)合、方證對應(yīng)的臨床研究模式，獲取相關(guān)證候及方劑起效前后的miRNA表達(dá)譜，進(jìn)而尋找相關(guān)靶基因及其細(xì)胞分子網(wǎng)絡(luò)，將為闡明中醫(yī)治病求本的機(jī)制提供新的視角，對中醫(yī)理論的發(fā)展具有重要意義[24]。

6 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。中醫(yī)藥通過表觀遺傳學(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、免疫、炎癥及代謝等病理生理過程。但中醫(yī)藥調(diào)控表觀遺傳學(xué)的研究尚處于初期和不完善階段。目前研究主要集中在腫瘤領(lǐng)域，且多為甲基/去甲基化酶、乙酰/去乙?；副磉_(dá)差異，基因的啟動子甲基化、乙?；{(diào)控，miRNA表達(dá)差異等方面，研究深度和系統(tǒng)性待提高。

表觀遺傳學(xué)DNA序列不變而功能可變與中醫(yī)“同病異治”“異病同治”有很強(qiáng)的結(jié)合點(diǎn)。同一疾病的發(fā)生可能與不同甲基化或乙?；{(diào)控相關(guān)，而不同疾病的發(fā)生可能受同一甲基化或乙?；{(diào)控。另外，中醫(yī)整體觀念強(qiáng)調(diào)自然環(huán)境對機(jī)體的不可分割性與表觀遺傳受環(huán)境影響、陰陽相互轉(zhuǎn)化與表觀遺傳抗逆性均有高度一致性。

表觀遺傳學(xué)具有可遺傳、可逆性的特點(diǎn)，可通過相互作用，多途徑、多層次影響和調(diào)控遺傳基因的功能和特性。該特點(diǎn)與中醫(yī)藥治療疾病的整體性、綜合性、多靶點(diǎn)性等具有很大相似性。表觀遺傳學(xué)方法的出現(xiàn)，將為中藥有效性的研究提供新方法，進(jìn)一步豐富中醫(yī)藥理論，促進(jìn)中西醫(yī)結(jié)合理論的發(fā)展。

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Application of Epigenetics in TCM Research

CHENG Xi-hua, RAO Chun-mei, YU Rong, REN Ting

(Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China)

Epigenetics change has been considered to be the most promising new strategy for disease control and prevention. TCM regulates gene expression through epigenetics, participating in pathological and physiological process including cell apoptosis, proliferation, differentiation, cell cycle regulation, immunity, inflammation, and metabolism. This article reviewed the application of DNA methylation, histone modification and the miRNA regulation in TCM research.

epigenetics; TCM; DNA methylation; histone modification; miRNA regulation; review

10.3969/j.issn.1005-5304.2016.01.035

R2-05

A

1005-5304(2016)01-0134-03

2014-10-08）

（

2015-05-28；編輯：梅智勝）

國家自然科學(xué)基金（81102593、81273753、81373576、81503565）；湖南省重點(diǎn)學(xué)科-中西醫(yī)結(jié)合基礎(chǔ)（2012年）

饒春梅，E-mail：1357655170@qq.com