Hcy與DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用進(jìn)展*

楊志甫　綜述，王麗珍審校（.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，內(nèi)蒙古包頭0400；2.包頭醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室，內(nèi)蒙古包頭04060；3.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院病理科，內(nèi)蒙古包頭0400）

Hcy與DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用進(jìn)展*

楊志甫1綜述，王麗珍2，3審校（1.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，內(nèi)蒙古包頭014010；2.包頭醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室，內(nèi)蒙古包頭014060；3.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院病理科，內(nèi)蒙古包頭014010）

腦梗死；后成說，遺傳；DNA甲基化；高半胱氨酸/血液；綜述

腦梗死是腦血管病中最常見者，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康。2008年中國(guó)居民第3次死因調(diào)查結(jié)果顯示，腦血管病已成為國(guó)民第1位的死因，全國(guó)每年新發(fā)腦卒中患者約250萬例，幸存750萬例，其中2/3的患者致殘［1］。據(jù)估計(jì)，隨著人口增多、老齡化及越來越多的高血壓和吸煙人群，腦梗死的發(fā)病率還會(huì)急速上升。腦梗死具有多種獨(dú)立危險(xiǎn)因素，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，包括一系列不同疾病過程及環(huán)境、血管、遺傳和中樞神經(jīng)系統(tǒng)因子之間的相互作用。本文就DNA甲基化修飾、同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）與腦梗死發(fā)病關(guān)系作一綜述。

1　DNA甲基化修飾在腦梗死中的作用

雖然遺傳因素和多種重要基因的突變參與了腦梗死的發(fā)生、發(fā)展，目前人們對(duì)腦梗死的發(fā)病機(jī)制尚不完全了解。大量證據(jù)表明基因和環(huán)境相互作用（即表觀遺傳調(diào)控）在腦梗死中發(fā)揮著重要作用［2］。其中DNA甲基化修飾是最常見的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，DNA甲基化模式改變會(huì)直接或間接地抑制基因轉(zhuǎn)錄，影響基因表達(dá)。這一病理生理過程雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)十年，但大多數(shù)研究重點(diǎn)是DNA甲基化與腫瘤的關(guān)系，近年來才引起心腦血管病研究者的關(guān)注。DNA甲基化的狀態(tài)受到高血壓、環(huán)境、飲食、衰老、吸煙等多種因素的影響，并發(fā)現(xiàn)與腦梗死的發(fā)病密切相關(guān)［3］。

1.1DNA甲基化與基因調(diào)控DNA甲基化是一種關(guān)鍵的表觀遺傳信號(hào)工具，通過改變DNA分子的空間構(gòu)型，進(jìn)而影響DNA與蛋白的結(jié)合，在基因DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳變化，并最終導(dǎo)致了表型變化。DNA甲基化作為一種基因天然修飾方式廣泛存在于植物和哺乳動(dòng)物中，參與機(jī)體的許多生物學(xué)過程，如基因轉(zhuǎn)錄抑制、基因組印跡、X染色體失活、染色質(zhì)完整性的維持、細(xì)胞分化和發(fā)育的調(diào)控［4］。因此，正確建立和維護(hù)DNA甲基化模式對(duì)于正常的腦部發(fā)育，機(jī)體的正常運(yùn)作至關(guān)重要。

DNA甲基化調(diào)控基因表達(dá)的作用機(jī)制是抑制基因轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生這一作用的機(jī)制可能與阻礙AP2、NF-κB、c-Myc 和E2F等轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的結(jié)合、特異性結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制因子（如甲基化結(jié)合蛋白）和改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)［4-5］。DNA甲基化過程受到多種DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）的調(diào)控，主要包括DNMT1、DNMT3a和DNMT3b，其中DNMT1是維持甲基化的轉(zhuǎn)移酶，其保證了在細(xì)胞分裂過程中甲基化譜從親代到子代細(xì)胞中的延續(xù)性；DNMT3a/3b負(fù)責(zé)非甲基化雙鏈DNA從頭甲基化，是建立胚胎發(fā)育過程中的DNA甲基化模式。

一般認(rèn)為，DNA甲基化使基因靜默（silence），而去甲基化使基因活化。成年后基因組甲基化狀態(tài)的改變通常被認(rèn)為具有致病性［6］。有證據(jù)表明，包括腫瘤和心腦血管疾病在內(nèi)的人類多種疾病，大多與某些主要基因的異常甲基化有關(guān)。

1.2DNA甲基化在腦梗死動(dòng)物模型中的研究DNA甲基化在腦梗死中的作用是多方位的，影響包括全基因組和與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷相關(guān)的特異性基因。在大腦中動(dòng)脈阻塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠的缺血性腦組織中，DNA甲基化水平明顯增加，這種變化可能促進(jìn)細(xì)胞死亡。而且采用DNA甲基化抑制劑治療MCAO小鼠可以減少缺血性腦損傷的程度。此外，降低轉(zhuǎn)基因小鼠的神經(jīng)元DNMT1水平可顯著縮小MCAO后梗死區(qū)，與之相反的是，沒有神經(jīng)元DNMT1的小鼠也不能保護(hù)腦組織免受缺血性損傷。這些研究表明動(dòng)態(tài)調(diào)控DNMT表達(dá)和DNA甲基化狀態(tài)是預(yù)防腦缺血細(xì)胞死亡的重要機(jī)制［7］。

1.3整個(gè)基因組甲基化狀態(tài)與腦梗死Lund等［8］的研究表明，在apoE基因缺陷小鼠尚未出現(xiàn)任何組織學(xué)上可以檢測(cè)的血管病變前，在外周血單核細(xì)胞中已經(jīng)出現(xiàn)異常甲基化，這表明甲基化的異常改變很可能是動(dòng)脈粥樣硬化（AS）的早期標(biāo)志。也有研究發(fā)現(xiàn)基因組DNA甲基化與衰老及多種病理過程相關(guān)，提示隨著時(shí)間的推移，基因組甲基化狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變［9-11］。對(duì)AS及衰老等腦梗死危險(xiǎn)因素的相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，AS、衰老個(gè)體基因組呈低甲基化水平［11-12］。Baccarelli等［13］通過對(duì)腦梗死患者血DNA檢測(cè)證實(shí)，腦梗死患者與健康對(duì)照者相比，整個(gè)基因組DNA甲基化（global DNA methylation，GDM）水平明顯降低。Carolina等［14］的結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這種異常GDM在腦梗死各亞型中無明顯差異。由此可見，無論是在人或動(dòng)物體內(nèi)均已證實(shí)基因組低甲基化與腦梗死有關(guān)，基因組DNA的廣泛低甲基化可能通過影響某些基因表達(dá)來引起血管損傷、神經(jīng)細(xì)胞凋亡等，在腦梗死發(fā)生中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

1.4相關(guān)基因甲基化修飾與腦梗死目前，女性卒中危險(xiǎn)性低于男性，但在絕經(jīng)后幾年這種差異會(huì)消失。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，雌性動(dòng)物缺血后腦損傷較雄性動(dòng)物輕，這種現(xiàn)象隨雌性動(dòng)物衰老和內(nèi)源性卵巢激素的去除而消失。這些研究均提示雌激素有腦保護(hù)作用。而雌激素的腦血管保護(hù)作用是通過雌激素進(jìn)入細(xì)胞后與受體結(jié)合，形成激素-受體復(fù)合物，再進(jìn)入細(xì)胞核，誘導(dǎo)功能不同蛋白質(zhì)的合成來發(fā)揮的。雌激素的血管保護(hù)作用主要是通過與雌激素受體-α（ER-α）結(jié)合介導(dǎo)的，ER-α表達(dá)減少將降低雌激素的腦保護(hù)作用。楊志甫等［15］報(bào)道，腦梗死患者ER-α基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化率明顯高于對(duì)照組，可能參與腦梗死的發(fā)生、發(fā)展，而Lin等［16］研究表明，缺血性腦卒中的女性患者在ER-α基因啟動(dòng)子區(qū)域的14個(gè)CpG位點(diǎn)有較低的甲基化水平，這一差異僅發(fā)生于大動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中和心源性腦卒中女性患者，男性患者不存在。這項(xiàng)研究雖具有局限性，但仍提示女性腦卒中患者的ER-α去甲基化所致表達(dá)上調(diào)可作為天然的保護(hù)機(jī)制，預(yù)防神經(jīng)元的進(jìn)一步損傷。

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic pactor，BDNF）是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族中的重要成員，主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。BDNF可增加自由基清道夫的活性，減少氧自由基誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡；促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的分化和神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)，故BDNF能改善運(yùn)動(dòng)功能，有利于感覺器官的恢復(fù)。目前認(rèn)為，腦梗死后認(rèn)知功能障礙的發(fā)生是由于缺血損傷通過多種途徑引起神經(jīng)元壞死、凋亡而導(dǎo)致的。Miyake等［17］研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后大腦皮質(zhì)及海馬BDNF mRNA及蛋白表達(dá)水平升高，并認(rèn)為BDNF在腦缺血后起到了保護(hù)作用。BNDF表達(dá)也受DNA甲基化的調(diào)控，已發(fā)現(xiàn)基因啟動(dòng)子區(qū)域CpG甲基化水平升高與BDNF合成減少相關(guān)，并使患急躁抑郁癥的風(fēng)險(xiǎn)增加［18-19］。Kim等［20］通過檢測(cè)腦梗死后1年的患者BDNF基因啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，預(yù)后差者其BDNF基因啟動(dòng)子區(qū)呈現(xiàn)高甲基化狀態(tài)，至于如何影響分泌有待進(jìn)一步研究?；谶@些研究結(jié)果，可以推測(cè)BDNF啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)與腦梗死的發(fā)生、預(yù)后密切相關(guān)。

2　高Hcy血癥在腦梗死中的作用

同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）是一種含巰基的氨基酸，是人體必需氨基酸——甲硫氨酸的中間代謝產(chǎn)物。正?？崭?fàn)顟B(tài)下血漿總Hcy濃度為5～15 μmol/L，在人體中濃度升高具有細(xì)胞毒性。各種遺傳或獲得性因素導(dǎo)致的空腹血漿總Hcy水平升高稱為高同型半胱氨酸血癥（hyperhomocysteinemia，HHcy）。自1969年McCully發(fā)現(xiàn)Hcy水平升高與動(dòng)脈粥樣硬化性血管病相關(guān)以來，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞這一課題展開了大量研究，經(jīng)過幾十年的臨床研究和流行病學(xué)調(diào)查顯示HHcy已成為腦梗死發(fā)生的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素［21］。

2011年美國(guó)心臟協(xié)會(huì)和腦卒中協(xié)會(huì)共同發(fā)布的腦卒中一級(jí)預(yù)防指南指出，血漿Hcy水平升高，患缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)增加2～3倍［22］。Eikelboom等［23］對(duì)澳大利亞西部人群的病例對(duì)照研究顯示，血漿Hcy水平與大動(dòng)脈粥樣硬化型腦梗死之間存在較強(qiáng)的等級(jí)關(guān)系，與心源性腦栓塞和其他原因所致的腦梗死無明顯相關(guān)性。因此，根據(jù)目前的對(duì)照試驗(yàn)表明，逆轉(zhuǎn)高Hcy血癥治療可明顯降低心腦血管病發(fā)病率及死亡率。

2.1HHcy的影響因素血漿Hcy濃度受多種因素的影響，有些因素是不可控制的，如年齡、性別、遺傳等，有些是可控因素，如營(yíng)養(yǎng)、藥物等。其中研究最多的是代謝相關(guān)酶的基因突變及營(yíng)養(yǎng)問題。如Hcy代謝過程中的某些關(guān)鍵酶：甲硫氨酸合成酶、N5，N10-亞甲基四氫葉酸還原酶、胱硫醚合成酶基因缺陷或點(diǎn)突變導(dǎo)致酶活性降低，Hcy代謝障礙；或由于Hcy代謝過程中重要的輔助因子葉酸、維生素B12、維生素B6缺乏引起上述3種酶活性下降，從而產(chǎn)生HHcy。

2.2HHcy與DNA甲基化在腦梗死中的作用Hcy可通過氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖，改變血小板功能及抗凝狀態(tài)等多種途徑誘導(dǎo)腦梗死的發(fā)生。近年來，表觀遺傳學(xué)的飛速發(fā)展逐漸顯示DNA甲基化修飾在腦梗死發(fā)病中的重要性，而Hcy是甲硫氨酸循環(huán)的重要一環(huán)，其水平的異常升高則很可能影響DNA的甲基化過程，進(jìn)而影響某些基因的表達(dá)來促進(jìn)疾病的發(fā)生、發(fā)展。

甲硫氨酸經(jīng)S-腺苷甲硫氨酸（SAM）遞出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），SAH脫腺苷生成Hcy。過多的Hcy可逆向生成SAH，血漿總Hcy增加常與SAH平行增加，SAH增加而DNA甲基化供體SAM減少，導(dǎo)致整個(gè)基因組DNA甲基化水平降低。陳大鵬等［24］對(duì)HHcy大鼠主動(dòng)脈基因組總甲基化水平的研究顯示，HHcy組主動(dòng)脈組織DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活力和基因組總甲基化水平明顯低于對(duì)照組。SAH是所有以SAM作為甲基供體的甲基化反應(yīng)的產(chǎn)物，且是大多數(shù)DNMT的抑制劑，SAH含量增加可抑制其活性，使機(jī)體表觀遺傳特性發(fā)生改變，導(dǎo)致基因異常表達(dá)或沉默。Jiang等［25］利用不同濃度Hcy培養(yǎng)人臍靜脈平滑肌細(xì)胞，同時(shí)檢測(cè)SAM 和SAH的濃度、SAH水解酶表達(dá)、DNMT活性變化及DNA甲基化水平的變化，結(jié)果顯示，隨著Hcy水平的升高，SAH水解酶水平下降，SAH增加，SAM減少，SAM/ SAH比率下降。因此，人們推測(cè)Hcy對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞毒性的直接原因可能是SAH的增加［26］。以上研究結(jié)果提示Hcy可能通過改變基因甲基化狀態(tài)損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞增殖，形成斑塊并參與腦梗死的發(fā)生、發(fā)展。

3　展　望

近年來，DNA甲基化調(diào)控AS、血管重塑，神經(jīng)細(xì)胞分化及有關(guān)腦梗死后遺癥的報(bào)道較多，為闡明腦梗死這樣一種遺傳和環(huán)境因素相互作用所導(dǎo)致的復(fù)雜性疾病開拓了新的領(lǐng)域，并引起了極大關(guān)注。然而，表觀遺傳領(lǐng)域的最大難題是清理出致病路徑，如DNA甲基化修飾能引起疾病，而有些致病因素又能誘發(fā)DNA甲基化，這種變化到底是因還是果，仍未明確；DNA甲基化與基因突變、基因多態(tài)性之間是否相互影響，Hcy所致的DNA甲基化異常在腦梗死發(fā)病中是怎樣發(fā)揮作用的也有待于研究。

已知有些DNA甲基化修飾是遺傳的，有些是后天獲得的，也可能由于Hcy代謝異常所致，鑒于DNA甲基化在腦梗死發(fā)生中的作用、在某種程度上的可逆性，為腦梗死的防治提供了新的靶點(diǎn)，為個(gè)體化藥物治療提供依據(jù)。血漿總Hcy水平的測(cè)定將會(huì)與血脂、血糖一樣成為腦梗死患者臨床常規(guī)的檢測(cè)項(xiàng)目。

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內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2013MS1110）；包頭市醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目（Wsjj2013060）。

（2015-12-31）