基于表觀遺傳學(xué)探討中醫(yī)藥防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究

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表觀遺傳學(xué)(epigenetics)是研究非DNA序列變化所致、可遺傳、基因表達(dá)變化的一門新興學(xué)科。表觀遺傳修飾主要集中在DNA甲基化修飾、組蛋白修飾、染色體重塑及非編碼RNA調(diào)控等方面。它是一種遺傳可逆的基因表達(dá)調(diào)控方式，以此角度防治疾病是當(dāng)前的主要研究方向。表觀遺傳學(xué)的整體觀、動(dòng)態(tài)觀與中醫(yī)的整體觀念、辨證論治等理論不謀而合。神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生機(jī)制極其復(fù)雜，中醫(yī)藥以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在其防治上發(fā)揮著越來越重要的作用，因而基于表觀遺傳學(xué)研究中醫(yī)藥在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展及防治中的作用有可能揭示神經(jīng)系統(tǒng)疾病病理基礎(chǔ)，闡明中醫(yī)藥的作用機(jī)制及尋找新的防治靶標(biāo)。

1 表觀遺傳學(xué)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

1.1 腦小血管病(CSVD) CSVD即腦小的穿支動(dòng)脈和小動(dòng)脈、毛細(xì)血管、小靜脈的病變導(dǎo)致臨床、認(rèn)知、影像學(xué)及病理表現(xiàn)的綜合征，是導(dǎo)致腦卒中、癡呆的重要因素[1]。腦卒中動(dòng)物模型的缺血性腦組織中DNA甲基化水平的相關(guān)研究，對(duì)腦小血管損傷的機(jī)制和CSVD的防治研究都極為重要[2]?；诨蛐蛄凶儺愔庖蛩氐淖饔脕硌芯緾SVD發(fā)生機(jī)制，有助于深入全面認(rèn)識(shí)CSVD[3]。表觀遺傳學(xué)為探索CSVD的發(fā)病機(jī)制提供了更好的研究手段和方法，而且表觀遺傳學(xué)的生物標(biāo)志物對(duì)于CSVD的危險(xiǎn)分層及其分子診斷也極有臨床價(jià)值。揭示CSVD 的遺傳危險(xiǎn)因素，深入CSVD 表觀遺傳研究，對(duì)于闡明CSVD的分子機(jī)制、進(jìn)行早期診斷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估均非常重要。

1.2 阿爾茨海默病(AD) AD即一種以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶力損害為主的神經(jīng)退行性疾病，為最常見的癡呆類型。β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積和 tau蛋白過度磷酸化是AD發(fā)病的重要病因。而表觀遺傳修飾與AD的發(fā)病密切相關(guān)。例如，雙胞胎中正常者和患AD者盡管其遺傳基因完全一樣，然而其基因修飾卻出現(xiàn)了不同的變化[4]。AD病人的顳皮層中DNA的甲基化水平明顯低于正常對(duì)照的同卵同胞。Aβ沉積導(dǎo)致腦啡肽酶(NEP)啟動(dòng)子甲基化而抑制NEP表達(dá)，從而加劇了Aβ 沉積[5]。糖原合酶激酶3β(GSK3β)負(fù)責(zé)tau蛋白磷酸化，蛋白磷酸酶-2A(PP2A)則負(fù)責(zé)tau蛋白的去磷酸化。缺乏維生素B引起 GSK3β啟動(dòng)子去甲基化，導(dǎo)致GSK3β過表達(dá)。同時(shí)，PP2A啟動(dòng)子發(fā)生甲基化而抑制表達(dá)，兩者共同作用導(dǎo)致tau蛋白磷酸化加速，從而導(dǎo)致AD的發(fā)生和AD病情加重[6]。表觀遺傳學(xué)調(diào)控障礙是AD發(fā)病的主要原因，表觀遺傳學(xué)修飾在AD發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。表觀遺傳學(xué)改變能夠在表觀遺傳藥物作用下進(jìn)行逆轉(zhuǎn)，因而可以為AD的治療開創(chuàng)一片新天地。

1.3 帕金森病(PD) PD即以運(yùn)動(dòng)癥狀如靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)減少和姿勢(shì)步態(tài)異常等為主要臨床表現(xiàn)，并伴有非運(yùn)動(dòng)癥狀如嗅覺減退、睡眠障礙、自主神經(jīng)功能減退、認(rèn)知功能障礙等的一種常見神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。近年來，已經(jīng)證實(shí)PD的發(fā)病過程中有表觀遺傳學(xué)修飾的參與。例如，PD發(fā)病機(jī)制的一個(gè)重要因素為α-synuclein(SNCA)基因表達(dá)。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)降低人SNCA基因內(nèi)含子1 的甲基化水平可以促進(jìn)SNCA基因的表達(dá)，這種情況在PD病人的黑質(zhì)、核殼及皮層均有發(fā)現(xiàn)[7]，尸檢大腦發(fā)現(xiàn)在PD病人的黑質(zhì)中，CpG-2甲基化水平明顯下降，CpG-2區(qū)域可能是SNCA基因的內(nèi)含子調(diào)控元件，其甲基化水平調(diào)控著SNCA的表達(dá)[8]。因此表觀遺傳學(xué)機(jī)制調(diào)控著SNCA表達(dá)，影響PD的發(fā)病機(jī)制。表觀遺傳學(xué)機(jī)制不同程度地參與了PD的發(fā)病及發(fā)展過程，它為揭示PD的發(fā)病機(jī)制和更有效地防治PD提供新的思路和方法。

1.4 癲癇(epilepsy) 癲癇是以腦部神經(jīng)元過度放電所致的突然、反復(fù)及短暫的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常為主要病理改變的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。許多研究證實(shí)，DNA甲基化與癲癇發(fā)病密切相關(guān)。例如，Rett綜合征經(jīng)常伴發(fā)嬰兒痙攣或其他嚴(yán)重癲癇綜合征，其X染色體上MeCP2基因出現(xiàn)突變，使得甲基CpG結(jié)合域表達(dá)和功能異常[9]。通過直接和間接機(jī)制，MeCP2調(diào)控著癲癇發(fā)生有關(guān)的神經(jīng)生物學(xué)程序[10]。癲癇動(dòng)物模型中，與染色質(zhì)重塑有密切關(guān)系的神經(jīng)元限制性沉默因子REST及其亞型REST4 在驚厥時(shí)水平明顯增高，并調(diào)控神經(jīng)肽Y(NPY)及神經(jīng)激肽B(NKB)等因子，而NKB在癲癇發(fā)生中發(fā)揮著重要作用[11]?？拱d癇藥物丙戊酸為強(qiáng)效組蛋白去乙?；敢种苿?HDAC inhibitors)，它可以抑制HDACs的活性，這說明丙戊酸可以通過調(diào)節(jié)組蛋白乙?；蛉ヒ阴；鸬娇刂瓢d癇發(fā)作的作用[12]。癲癇病因及發(fā)病機(jī)制均非常復(fù)雜，通過對(duì)表觀遺傳修飾和癲癇關(guān)系及表觀遺傳修飾調(diào)控基因機(jī)制的研究可以更深入、更系統(tǒng)、更全面地揭示癲癇發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機(jī)制。

1.5 偏頭痛(migraine) 偏頭痛是臨床最常見的原發(fā)性頭痛類型，以發(fā)作性中重度、搏動(dòng)樣頭痛為主要表現(xiàn)。全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了部分偏頭痛相關(guān)基因，證實(shí)了與偏頭痛病理生理有關(guān)的一些單核苷酸多態(tài)性蛋白的調(diào)節(jié)與表觀遺傳學(xué)相關(guān)。例如異黏蛋白(MTDH)和PR結(jié)構(gòu)域蛋白 16(PRDM16)，MTDH的去乙酰化可以促進(jìn)核因子κB(NF-κB)靶基因的表達(dá)[13]；而PRDM16 參與了去除果蠅嗅覺神經(jīng)元分化進(jìn)程中Notch靶基因的染色質(zhì)修飾[14]。這說明一些偏頭痛靶基因位點(diǎn)的表觀遺傳學(xué)修飾對(duì)偏頭痛的發(fā)生發(fā)展起著重要作用。同步神經(jīng)元活動(dòng)例如擴(kuò)展性皮層抑制(CSD)時(shí)的發(fā)作，可以改變參與神經(jīng)元可塑性和保護(hù)性的標(biāo)記[15]。這說明表觀遺傳學(xué)機(jī)制具有調(diào)控基礎(chǔ)神經(jīng)突觸活動(dòng)的作用。偏頭痛病人神經(jīng)元活動(dòng)的增加可能改變了大腦的表觀遺傳學(xué)基因組，增加了癥狀的發(fā)作頻率，使得癥狀發(fā)作的潛在興奮途徑更為敏感。表觀遺傳學(xué)聯(lián)系環(huán)境因素和遺傳因素，為深入了解偏頭痛的發(fā)病機(jī)制找到新的切入點(diǎn)。

1.6 腦梗死(CI) CI即缺血性卒中。大量證據(jù)表明表觀遺傳調(diào)控在CI中具有重要作用[16]。DNA甲基化在CI中發(fā)揮著多方位的作用，影響包括全基因組和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷相關(guān)的特異性基因。大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)模型小鼠的缺血性腦組織中，DNA甲基化水平明顯升高，從而可能導(dǎo)致腦部細(xì)胞凋亡。而采用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。降低轉(zhuǎn)基因小鼠的神經(jīng)元甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)1水平可以顯著縮小MCAO后梗死區(qū)；反之，失去神經(jīng)元DNMT1的小鼠無法避免腦組織缺血性損傷。因而動(dòng)態(tài)調(diào)控DNMT表達(dá)和DNA甲基化狀態(tài)可以防止腦缺血細(xì)胞死亡[17]。Baccarelli 等[18]檢測(cè)CI病人的血DNA發(fā)現(xiàn)，和健康者比較，CI病人的基因組DNA甲基化(GDM)水平均明顯降低。Carolina等[19]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這種異常GDM在CI各亞型中卻無明顯差異。楊志甫等[20]發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，CI組病人ER-α 基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化率明顯升高，可能參與了CI的發(fā)生發(fā)展。由此可見表觀遺傳學(xué)在CI的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用，為CI的防治提供了新的途徑和靶標(biāo)。

2 中醫(yī)藥通過表觀遺傳學(xué)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治

在無DNA 序列變化下基因功能的可逆、可遺傳的改變是表觀遺傳學(xué)研究的主要內(nèi)容，表觀遺傳學(xué)通過相互作用，多途徑、多層次影響和調(diào)控遺傳基因的功能與特性，而這些與中醫(yī)藥的整體觀、天人相應(yīng)的發(fā)病觀、陰陽平衡理論、辨證論治的個(gè)體化治療觀等非常吻合。神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病的多種機(jī)制均受到表觀遺傳修飾和調(diào)控的影響，中醫(yī)藥可以通過多種途徑對(duì)表觀遺傳修飾進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病起到防治作用，這也從客觀證據(jù)上佐證了中醫(yī)藥防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病的科學(xué)性和有效性。

2.1 中藥復(fù)方 補(bǔ)陽還五湯可以通過間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的胞外體提高miR-126的表達(dá)水平，而降低miR-221的表達(dá)水平，從而促進(jìn)腦缺血后的血管新生[21]。活血解毒中藥復(fù)方——血府逐瘀膠囊、四季三黃膠囊及其聯(lián)合應(yīng)用可以明顯改善Apo E-/ -小鼠AS模型前列環(huán)素(PGI2)/ 血栓素A2(TXA2)比值、DNA甲基化與DNMT水平，從而對(duì)動(dòng)脈粥狀硬化起到一定的防治作用[22]。腦通栓可以減少缺血灶周邊的星形膠質(zhì)細(xì)胞、腦血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元的凋亡，從而保護(hù)腦缺血再灌注大鼠的神經(jīng)血管單元，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)[23]。溫膽湯可以降低脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)基因Adiponectin和LDLR甲基化率，從而改善脂質(zhì)代謝[24]。本課題組目前正在基于表觀遺傳學(xué)調(diào)控研究臨床效果顯著的中藥復(fù)方穩(wěn)消Ⅲ號(hào)方[25]和恒清湯在治療慢性缺血性腦血管病的作用機(jī)制，取得了令人滿意的發(fā)現(xiàn)和成果。

2.2 中藥有效成分 在防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面，中藥有效成分的作用越來越受到人們的關(guān)注[26]。如人參的主要活性成分人參皂苷Rg1，可以降低體外人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞miR-214的表達(dá)，升高內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶的表達(dá)，從而促進(jìn)血管形成[27]。淫羊藿的有效成分淫羊藿苷可以促進(jìn)SIRT1和PGC-1α的表達(dá)，保護(hù)實(shí)驗(yàn)性中風(fēng)的缺血性神經(jīng)損害[28]。N2a細(xì)胞系中，姜黃的有效成分姜黃素可以抑制CpG去甲基化誘導(dǎo)NEP的表達(dá)[29]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，杜仲的有效成分綠原酸可以激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)，提高肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(CPT)的表達(dá)，從而改善脂代謝[30]。

2.3 針灸 盧圣烽等[31]認(rèn)為，研究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，可以有助于深入闡述針灸的理、法、方、穴、術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。通督調(diào)神針灸預(yù)處理可能通過調(diào)控miR-290、miR-494及miR-664的表達(dá)降低水通道蛋白4、基質(zhì)金屬蛋白酶9相對(duì)表達(dá)量，從而誘導(dǎo)腦缺血耐受[32]。電針不僅可以激活miR-9調(diào)控NF-κB信號(hào)通路，而且可以降低信號(hào)通路相關(guān)促炎因子腫瘤壞死因子α的分泌，起到拮抗腦缺血再灌注損傷的作用[33]。針灸常聯(lián)合百會(huì)與風(fēng)府穴治療老年癡呆，百會(huì)穴可能影響DNA甲基轉(zhuǎn)移酶、組蛋白去乙酰化酶(HDAC)、乙?；?HAT)表達(dá)水平和DNA甲基化、組蛋白修飾以及影響神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化；配伍風(fēng)府穴可能提高DNMT、HDAC、HAT表達(dá)水平，提高組蛋白修飾和甲基化效果[31]。

3 總結(jié)與展望

表觀遺傳調(diào)控在神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，若以此為切入點(diǎn)進(jìn)行中醫(yī)藥防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，將是今后研究的新思路和新方向。表觀遺傳調(diào)控特性與中醫(yī)藥作用整體性、綜合性、雙向性、功能性的特點(diǎn)具有異曲同工之處。因此，將表觀遺傳學(xué)的理念和技術(shù)引入中醫(yī)藥防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中，具有很好的可行性、可操作性和實(shí)用性。今后應(yīng)當(dāng)以中醫(yī)藥理論為指導(dǎo)，結(jié)合長期臨床實(shí)踐積累[34-35]，借助于代謝組學(xué)[36]等系統(tǒng)生物學(xué)方法，將表觀遺傳調(diào)控在神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程的作用特點(diǎn)巧妙地融合其中，對(duì)探究中醫(yī)藥防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有深遠(yuǎn)的意義和良好的研究應(yīng)用前景。