表觀遺傳學與糖尿病腎病

馬靜茹 牟新

·綜述·

表觀遺傳學與糖尿病腎病

馬靜茹 牟新

表觀遺傳調控主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA(miRNA)等。糖尿病腎病(DN)是糖尿病主要的慢性并發(fā)癥之一。一些特定基因的啟動子區(qū)甲基化水平異常，組蛋白乙?；c去乙?；癿iRNA等都參與了DN的發(fā)生、發(fā)展。對表觀遺傳學與DN關系的研究，可為進一步認識和治療DN提供一種新的途徑。

表觀遺傳學；糖尿病腎??；基因

與經典遺傳學以研究基因序列影響生物學功能為核心相比，表觀遺傳學主要研究這些“表觀遺傳現(xiàn)象”建立和維持的機制。盡管核苷酸序列沒有變化，表觀遺傳修飾仍然是可以遺傳的，并且可以通過替代染色質狀態(tài)的細胞復制和分裂傳遞給后代[1]。在組織和細胞的分化和發(fā)展過程中，表觀遺傳信息更多的決定它們的功能狀態(tài)[2]。研究表明，表觀遺傳機制在糖尿病腎病的發(fā)病中發(fā)揮潛在作用[3]?，F(xiàn)綜述如下。

1 DNA甲基化與糖尿病腎病

DNA甲基化是指生物體在DNA甲基轉移酶的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體,將甲基轉移到特定的堿基上的過程。DNA甲基化可以發(fā)生在腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥嘌呤的N-7位或胞嘧啶的C-5位等。但在哺乳動物,DNA甲基化主要發(fā)生在5′-CpG-3′的C上，生成5-甲基胞嘧啶。胰島素CpG啟動子甲基化在β細胞成熟和組織特異性的胰島素基因表達中起至關重要的作用[4]。

研究者比較了伴和不伴腎病的1型糖尿病患者，通過與類淋巴母細胞系來源的DNA樣品進行比較，確定了27(8%)個外周血白細胞基因顯示不同的DNA甲基化譜[5]。有報道稱，DNA甲基化與患者年齡、糖尿病腎病的患病時間和性別有關，使用多變量Cox回歸分析調整混雜因素，錯誤發(fā)現(xiàn)率為0.05，且觀察到19個CpG位點與糖尿病腎病發(fā)展的時間推移具有相關性。值得注意的是，這包括一個CpG部位位于18堿基UNC13B上游的轉錄起始點，其中第一內含子的單核苷酸多態(tài)性rs13293564與糖尿病腎病相關[6]。 有學者研究非洲裔和拉美洲裔伴終末期腎病和無腎病的糖尿病患者，通過對受試者唾液樣品采集和DNA提取，比較了超過14 000個基因位點特異性的DNA甲基化水平，確定了187個基因中至少2個CPG位點存在甲基化差異，其中39個基因已報道參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展，為慢性腎臟疾病的進展確定了潛在的表觀遺傳標志物，表明疾病進展可能通過遺傳基因和(或)表觀遺傳學差異受到影響[7]。

2 組蛋白修飾與糖尿病腎病

組蛋白是真核生物染色體的基本結構蛋白，是一類小分子堿性蛋白質，有6種類型:H1、H2A、H2B、H3、H4及古細菌組蛋白，組蛋白有兩個活性末端：即羧基端和氨基端。組蛋白修飾是表觀遺傳調控的重要組成部分，目前已知核小體組蛋白的共價翻譯后修飾在基因調控中發(fā)揮重要作用,常見的組蛋白修飾方式包括組蛋白甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化和SUMO化。這樣的修飾與銜接蛋白相互作用，招募其他蛋白復合體，以維持被修飾的狀態(tài)，以及指定細胞譜系。組蛋白修飾可引起核小體解離，從而改變其結構，導致染色質發(fā)生致密與疏松的轉換[8]。組蛋白修飾及組蛋白甲基化轉移酶和乙?；D移酶參與調節(jié)糖尿病腎病和血管細胞相關的炎性反性和促纖維化基因的表達[9]。

高糖在糖尿病腎病的發(fā)展中起關鍵作用，有研究認為，高糖會導致細胞損傷，誘導系膜細胞組蛋白H2A的泛素化，并減少系膜細胞組蛋白H2B泛素化[10]。在細胞核內，組蛋白乙酰化與去乙?；^程處于動態(tài)平衡，并由組蛋白乙?；D移酶和組蛋白去乙?；?HDAC)共同調控。組蛋白乙酰化轉移酶催化組蛋白乙?；?導致染色質結構松散,促進基因轉錄; 而HDACs使組蛋白去乙?；?導致染色質凝聚,抑制基因轉錄[11]。應用HDAC抑制劑伏立諾他治療糖尿病大鼠4周后發(fā)現(xiàn)，腎臟體積增大和腎小球肥大情況有所緩解[12]。Noh等[13]研究表明，糖尿病時轉化生長因子-β1激活腎臟的HDAC-2，而活性氧簇可直接增加HDAC-2的活性并且調節(jié)轉化生長因子-β1誘導的HDAC-2激活，這可能參與了細胞外基質積聚和上皮間充質轉分化的發(fā)生。

3 miRNA與糖尿病腎病

miRNA是一種廣泛存在的對基因表達進行微調的分子。其長約21～25 nt, 約50%定位于易發(fā)生結構改變的染色體區(qū)域[14]。miRNA介導靶基因沉默，通過結合相應靶基因mRNA的3′UTR，下調基因的表達[15]。

Smad信號通路在腎臟疾病中起重要作用，研究者使用miRNA微陣列來鑒定db/db小鼠中糖尿病腎病差異表達的miRNA，并應用反轉錄定量PCR和免疫印跡分析來檢測Smad3/4的表達，結果發(fā)現(xiàn)，miRNA-346為差異表達的miRNA，且為Smad3/4的負性調節(jié)物，可減弱腎組織中Smad3/4的表達，改善糖尿病腎病小鼠的腎功能[16]。腎臟炎性反應和纖維化是糖尿病腎病的兩個重要特征，miRNA-29b能夠抑制2型糖尿病db/db小鼠的腎臟炎性反應和腎纖維化[17]。miRNA-377抑制p21-絲裂原活化蛋白激酶和超氧化物歧化酶的表達，間接增加積聚在腎臟基質的纖連蛋白， 參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展[18]。使用miRNA微陣列分析糖尿病腎病和糖尿病患者的基因表達譜差異，發(fā)現(xiàn)Let-7a在糖尿病腎病患者中水平下調，且Let-7a-2的調節(jié)區(qū)域存在一個潛在突變體rs1143770，其與糖尿病腎病患病風險增加顯著相關[19]。

綜上，糖尿病腎病具有遺傳易感性，而基因表達的表觀遺傳調控是糖尿病腎病遺傳易感性的一個重要原因。目前認為，糖尿病腎病的起始和進展是遺傳和環(huán)境因素相互作用的結果，環(huán)境因素可通過影響表觀遺傳修飾的改變，誘發(fā)疾病，飲食、生活方式和環(huán)境暴露能夠通過表觀遺傳學改變，影響疾病的發(fā)生和發(fā)展。近年來，表觀遺傳方面的研究已日益受到中外學者的重視，表觀遺傳與人類健康密切相關,通過對表觀遺傳學的研究，不僅可以了解糖尿病腎病的發(fā)病機制，而且可以進一步探索和發(fā)現(xiàn)新的生物學標志物，通過有目的的調節(jié)關鍵酶的活性，有助于糖尿病腎病的診斷和防治，從而降低糖尿病腎病的發(fā)生率和死亡率。

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Epigeneticsanddiabeticnephropathy

MaJingru*,MouXin.*

ZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou310000,China

MouXin,Email:mouxin888@126.com

Epigenetic regulations include DNA methylation, histone modifications and microRNA (miRNA), etc. Diabetic nephropathy (DN) is one of the major chronic complications of diabetes.Abnormal levels of some specific gene promoter region methylation, and acetylation of histone acetylation and microRNAs are involved in the occurrence and development of DN. Further research of the relationship between epigenetics and DN could provide a new approach for the treatment of DN.

Epigenetics；Diabetic nephropathy；Genes

國家自然科學基金資助項目(30801467，81273623)；浙江省科技廳項目(2013C33212)；中國博士后科學基金(2014M551775)

FundprogramNational Natural Science Foundation of China (30801467,81273623);Science and Technology Department of Zhejiang Province(2013C33212);China Postdatoral Science Foundation(2014M551775)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.013

310000 杭州，浙江中醫(yī)藥大學(馬靜茹)；310000 杭州市紅十字會醫(yī)院(牟新)

牟新， Email: mouxin888@126.com

2015-04-10)