糖尿病腎病中的組蛋白修飾與靶向干預(yù)的研究進展

姜夢迪，張 文

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院腎臟內(nèi)科，上海200025

2019 年國際糖尿病聯(lián)盟［1］的數(shù)據(jù)顯示，我國有1.164 億成年糖尿病患者，位居世界第一。而糖尿病腎病作為嚴重影響糖尿病患者生活質(zhì)量及壽命的微血管并發(fā)癥，已成為我國終末期腎病的第一大原因。目前，已知的糖尿病腎病致病機制包括糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end product，AGE）、氧化應(yīng)激、上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、自噬與凋亡相關(guān)通路等10 余種因素?！按x記憶”［2］的發(fā)現(xiàn)，使表觀遺傳作為一種具有延長效應(yīng)的機制［3］，在糖尿病腎病發(fā)病機制的研究中受到重視。表觀遺傳是指基于非基因序列改變所引起的基因表達水平的變化，包括組蛋白修飾、DNA 甲基化、RNA 干擾等［4］。組蛋白修飾作為其中重要的組成部分，廣泛參與了糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展過程。本文就糖尿病腎病發(fā)病過程中被廣泛研究的組蛋白修飾與靶向干預(yù)進行綜述。

1 “代謝記憶”、組蛋白修飾與糖尿病腎病

1.1 “代謝記憶”與糖尿病腎病

2003 年，糖尿病控制與并發(fā)癥試驗（Diabetes Control and Complications Trial，DCCT）及糖尿病干預(yù)與并發(fā)癥流行病學(xué)（Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications，EDIC）研究組［2］為“代謝記憶”提供了強有力的證據(jù)。DCCT發(fā)現(xiàn)，早期強化血糖控制可減少糖尿病腎臟并發(fā)癥的發(fā)生及降低其嚴重程度；后續(xù)的EDIC 觀察性研究中，將DCCT 中強化治療組患者的治療保持不變，原常規(guī)血糖控制組患者改用強化治療方案，繼續(xù)隨訪10年的結(jié)果顯示：繼續(xù)接受相同的強化治療后，即使2組糖化血紅蛋白水平逐漸趨向于一致，原常規(guī)血糖控制組腎臟并發(fā)癥的發(fā)生率仍高于強化治療組。說明糖尿病患者若不盡早糾正高血糖狀態(tài)，即使后期血糖控制達標，仍不能阻止包括糖尿病腎病在內(nèi)的一系列并發(fā)癥的發(fā)生，這就是“代謝記憶”效應(yīng)。英國前瞻性糖尿病研究（United Kingdom Prospective Diabetes Study，UKPDS）［5］對2 型糖尿病患者的多中心臨床試驗也得到了同樣的結(jié)果。由于短暫的環(huán)境暴露對細胞功能產(chǎn)生持續(xù)的影響，可能作為代謝記憶的某種分子手段［6］，表觀遺傳進入研究者的視野，后續(xù)眾多的動物模型實驗都證明了表觀遺傳在糖尿病腎病的病理生理過程中起到關(guān)鍵作用。

1.2 糖尿病腎病與組蛋白修飾

糖尿病腎病突出的臨床表現(xiàn)為大量白蛋白尿和快速進展的腎功能損害。組蛋白修飾作為一種靈活的調(diào)控方式，參與多種已知的糖尿病腎病的致病過程。

組蛋白是存在于所有真核生物染色體內(nèi)，與DNA 結(jié)合的堿性蛋白質(zhì)。染色體由核小體組成。每個核小體是由各2 個單位的4 類核心組蛋白H2A、H2B、H3 和H4 組成的八聚體。組蛋白修飾主要發(fā)生在其暴露的氨基末端，修飾類型包括甲基化、乙?；⒎核鼗土姿峄?。這些修飾被各種酶嚴格調(diào)控，包括：①“書寫者”，如組蛋白乙?；福╤istone acetyltransferase，HAT）和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferase，HMT）。②“擦除劑”，如組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）和組蛋白去甲基化酶（histone demethylase，HDM）。這些酶使各種修飾狀態(tài)處于動態(tài)平衡，從而改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)象（疏松或致密），以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；瘜蜣D(zhuǎn)錄起到促進作用，而組蛋白甲基化則具有促進或抑制作用?；蚪M中不同調(diào)控區(qū)域的組蛋白的異常改變最終可能導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的失調(diào)和疾病的發(fā)生［7］。

2 組蛋白修飾與白蛋白尿形成

足細胞失連接、凋亡以及足突消失所引起的足細胞病變（表型改變、數(shù)量減少）是糖尿病腎病白蛋白尿形成的主要原因。

2.1 組蛋白甲基化與足細胞病變

組蛋白甲基化修飾可促進或抑制基因轉(zhuǎn)錄，所以發(fā)生在不同基因的組蛋白甲基化起到的作用愈加復(fù)雜。研究最為深入的是發(fā)生在組蛋白H3亞基第27位賴氨酸的甲基化（H3K27me）。該位點的特異性HMT 是zeste 基因增強子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）［8］，特異性HDM 則是含有JumonjiC結(jié)構(gòu)域的賴氨酸去甲基化酶6A （lysine-specific demethylase 6A， KDM6A） 和KDM6B［9］。

體外實驗［10］證實，高糖環(huán)境下，足細胞Notch 信號通路中的關(guān)鍵因子——Jagged-1 基因啟動子處的H3K27me 水平因EZH2 下調(diào)而下降，使轉(zhuǎn)錄水平升高，引起足細胞去分化；EZH2 下調(diào)還可增加氧化應(yīng)激的蛋白硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）的表達，加重足細胞損傷［11-12］。另一實驗［13］結(jié)果則發(fā)現(xiàn)，高糖刺激足細胞可抑制EZH2 的拮抗因子WT1（Wilms'tumor 1）的表達，從而活化EZH2，使Wnt信號通路的負調(diào)節(jié)因子——分泌型卷曲相關(guān)蛋白1（secreted frizzled-related protein 1，SFRP1）基因啟動子處因為H3K27me 水平的增加而沉默，激活Wnt 信號通路，引起足細胞一系列損傷，包括向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)完整性被破壞，凋亡和氧化應(yīng)激損傷。

H3K27me 的去甲基化同樣參與足細胞病變。Kruppel樣因子（Kruppel-like factor，KLF）作為一種轉(zhuǎn)錄因子，可通過正反饋作用擴大KDM6A導(dǎo)致的足細胞去分化（即足突消失）［14］。使用KDM6A 和KDM6B 的抑制劑可減少糖尿病小鼠的白蛋白尿，改善足細胞去分化的情況［10］。

2.2 組蛋白乙?；c足細胞病變

組蛋白乙酰化修飾也被證實參與足細胞病變。沉默信息調(diào)節(jié)因子6（silent information regulator 6，SIRT6）是組蛋白H3 亞基第9 位賴氨酸乙?；℉3K9ac）的特異性HDAC。在糖尿病腎病患者的腎組織和糖尿病小鼠的模型中，SIRT6 均下調(diào)，Notch 信號通路激活，引起下游的炎癥反應(yīng)、凋亡和自噬反應(yīng)，從而導(dǎo)致足細胞損傷、足突消失［15］。含SH2 結(jié)構(gòu)域的酪氨酸磷酸酶-1（SH2-domaincontaining protein-tyrosine phosphatase-1，SHP-1）是一種胞質(zhì)酪氨酸磷酸酶，已被證明能使參與酪氨酸激酶家族受體細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的多種磷酸化蛋白脫磷酸。在高糖環(huán)境下，小鼠和人類足細胞SHP-1啟動子區(qū)域富含H3K9/14ac，使SHP-1表達水平升高，促進足細胞凋亡［16］。

3 組蛋白修飾與腎功能損害

系膜細胞肥大、腎小管上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等，引起系膜基質(zhì)累積過多，使得腎小球濾過率下降，進而引起腎小球硬化和腎臟纖維化，最終導(dǎo)致快速進展的腎功能損害。

3.1 組蛋白乙酰化與腎功能損害

在糖尿病腎病系膜細胞及基質(zhì)的病變中，組蛋白乙?；芯枯^多的是p300/環(huán)磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP） 效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMPresponse element binding protein， CREB） 結(jié) 合 蛋 白（CREB-binding protein，CBP） 和p300/CBP 相 關(guān) 因 子（p300/CBP-associated factor，PCAF），這兩者可增加組蛋白乙?；?7］。一項對國內(nèi)2 型糖尿病患者的病例對照研究發(fā)現(xiàn)，p300 基因變異、大于65 歲和女性是糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展的危險因素［18］。

該類HAT可通過上調(diào)組蛋白H3亞基的乙?；絹砑訌姸鄠€炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄，從而參與糖尿病腎臟的炎癥反應(yīng)過程［19］。糖尿病小鼠腎小球系膜細胞中，葡萄糖流入使細胞產(chǎn)生cAMP，顯著地增加了蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的活性?；罨腜KA 增加轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor-β1，Tgf-β1）和結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，Ctgf）等主要促纖維化因子基因啟動子處的p65和CREB 的磷酸化，繼而募集CBP，發(fā)揮其乙?；傅淖饔?，上調(diào)以上促纖維化因子基因的轉(zhuǎn)錄，引起腎臟纖維化。同時高糖可導(dǎo)致生成過多的檸檬酸，提供了更多乙酰化所需的乙?；?0］。

高糖誘導(dǎo)增加的TGF-β1，可通過蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）募集Smad蛋白（Sma-and Madrelated protein）及p300，發(fā)揮HAT 的作用，增加E26 轉(zhuǎn)錄因子-1（E26 transformation specific-1，Ets-1）的乙酰化，使染色體結(jié)構(gòu)疏松，而引起微RNA（microRNA，miRNA）的聯(lián)級反應(yīng)，使Ⅰ型膠原蛋白α2 鏈（collagen type Ⅰα 2 chain，COL1A2）和纖溶酶原激活物抑制劑-1（plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1）產(chǎn)生增多，導(dǎo)致細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）累積增加和系膜細胞肥大［21–23］。

組蛋白的去乙?；鸬揭种苹蜣D(zhuǎn)錄的作用。糖尿病小鼠腎臟組織中HDAC3 水平增加，下調(diào)了miR-10a 的表達，從而使下游CREB1的核內(nèi)含量增加，引起ECM的累積［24］。在高糖環(huán)境下，SIRT1 抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）相關(guān)基因的保護作用被EZH2 下調(diào)［25］， 人 內(nèi) 皮 素-1、 TGF- β1 及 下 游 纖 連 蛋 白（fibronectin，F(xiàn)N）的表達增加［26］，從而產(chǎn)生腎臟損傷。

3.2 組蛋白甲基化與腎功能損害

組蛋白甲基化在系膜及間質(zhì)病變引起的腎功能損害中的作用多樣。在大鼠系膜細胞中，高糖環(huán)境使得TGF-β1 的水平上調(diào)，并通過miR-101b 上調(diào)KDM6A 和KDM6B，以及抑制EZH2 的水平，降低Ctgf、Pai-1 等基因啟動子處組蛋白的甲基化，從而激活炎癥反應(yīng)［27］；而敲除Kdm6b 基因則可緩解高糖狀態(tài)誘發(fā)的炎癥反應(yīng)［28］。

SUV39H1 是組蛋白H3 亞基第9 位賴氨酸的特異性HMT。在人近端腎小管上皮細胞中，高糖環(huán)境可使SUV39H1 的表達呈現(xiàn)動態(tài)變化，最終使白介素-6（interleukin-6，IL-6）、核因子κB（nuclear factor κB，NFκB）、 單 核 細 胞 趨 化 蛋 白-1 （monocyte chemotactic protein-1，MCP-1） 等促炎性細胞因子基因的表達增加［29］。而KUMP-1 是一種基于黃嘌呤的合成衍生物（可增加一氧化氮合成酶的水平），其通過上調(diào)SUV39H1 的水平，減輕糖尿病性腎小球硬化［30］。細胞周期相關(guān)蛋白p21則通過甲基轉(zhuǎn)移酶Set7/9的甲基化和p300的乙酰化修飾促系膜細胞肥大［31］。

糖尿病患者血液中的脂質(zhì)異常同樣可通過組蛋白甲基化導(dǎo)致腎臟損傷。脂質(zhì)產(chǎn)物的氧化可通過增加Set7 水平和促進核易位，使促纖維化因子基因處的H3K4me 富集［32-33］；高脂肪酸血癥可通過減少叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O1（forkhead box O1，F(xiàn)oxO1）啟動子的組蛋白甲基化水平，增加其轉(zhuǎn)錄活性，從而參與胰島素抵抗引起的腎臟損傷［34］。

3.3 組蛋白泛素化與腎功能損害

泛素化通常與蛋白質(zhì)的降解有關(guān)，但組蛋白的泛素化多位于其他組蛋白修飾如甲基化、乙?；纳嫌巍Ｈ绺哐菭顟B(tài)下，大鼠系膜細胞中AGE 的產(chǎn)生使H2A/H2B的泛素特異性蛋白酶22（ubiquitin-specific protease 22，USP22）減少，導(dǎo)致SIRT1 降解增加，使下游的FN 和TGF-β1 表達增加［35］。另有研究［36-37］報道，高糖狀態(tài)使得H2A 去 泛 素 化 酶MYSM1 （Myb-like，SWIRM and MPN domains 1） 的 表 達 增 加， 繼 而 增 加Set7 和SUV39H1 的表達，使ECM 的標志——COL1A1、PAI-1 和CTGF 等基因轉(zhuǎn)錄增加。阿司匹林則被發(fā)現(xiàn)可降低MYSM1，從而起到保護腎臟的作用［38］。

4 糖尿病腎病的組蛋白修飾干預(yù)

4.1 HDAC的抑制劑

曲古菌素A（trichostatin，TSA）作為一種廣譜的HDAC 抑制劑，于2003 年首次被發(fā)現(xiàn)可減少蛋白尿［39］。在高糖環(huán)境中，TSA 可通過干預(yù)TGF-β1 參與的氧化應(yīng)激過程，來下調(diào)HDAC2 介導(dǎo)的ECM 表達及上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而改善腎臟纖維化并減少尿蛋白［40］。另一種HDAC 抑制劑伏立諾他（vorinostat），被發(fā)現(xiàn)通過阻斷內(nèi)皮型一氧化氮合成酶相關(guān)的氧化應(yīng)激改善糖尿病腎臟損傷［41］，并可通過下調(diào)表皮生長因子減緩糖尿病導(dǎo)致的腎臟體積增大及腎小球肥大［42］。除藥物外，針對HDAC 的RNA 干擾也可減少因高糖環(huán)境導(dǎo)致的腎臟細胞損傷［43-44］。

4.2 具有HDAC抑制作用的藥物

2015年，丙戊酸首次被報告可通過增加H3、H4的乙酰化，下調(diào)NF-κB/誘導(dǎo)型一氧化氮合酶通路、增強自噬來抑制腎小球肥大與足細胞損傷［45］；還可通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白的乙酰化水平，減少腎細胞凋亡［46］。丁酸鈉則通過抑制HDAC 的活性，激活抗氧化應(yīng)激的核因子NF-E2 相關(guān)因子（nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2）以減少腎臟纖維化［47］。血管緊張素Ⅱ受體1（angiotensin Ⅱreceptor 1，AT1R）拮抗劑，可部分逆轉(zhuǎn)系膜細胞中AGE 受體和MCP-1 等促炎性細胞因子基因啟動子處的高糖導(dǎo)致的H3K9/14ac 水平升高，從而降低AGE 導(dǎo)致的腎臟損傷［48］。阿托伐他汀的腎臟保護作用，獨立于其降脂功能，可能通過改變細胞的代謝狀態(tài)，抑制HDAC活性［49］。

4.3 其他干預(yù)靶點

替米沙坦可恢復(fù)抑制性的H2 蛋白的泛素化標記，從而減少MCP-1 和TGF-β1 的基因轉(zhuǎn)錄［50］；AT2R 的激動劑復(fù)合物21（compound 21，C21），與替米沙坦聯(lián)用，可增強后者對PCAF的抑制作用，減輕腎臟細胞凋亡，改善腎臟的形態(tài)和功能［51-52］。阿曲生坦，作為選擇性內(nèi)皮素受體拮抗劑，通過改善miR-199b-5p 啟動子的H3 修飾，上調(diào)具有腎臟保護作用的靶蛋白Klotho［53］。

5 結(jié)語與展望

糖尿病腎病的發(fā)病機制復(fù)雜，防治方法少。以上研究提示，表觀遺傳，尤其是組蛋白修飾，廣泛參與了糖尿病腎病的發(fā)病過程。因此，組蛋白修飾有望成為糖尿病腎病治療的關(guān)鍵靶點。相關(guān)靶向干預(yù)，如HDAC 抑制劑，已在血液惡性腫瘤患者中進行了臨床應(yīng)用，并在糖尿病腎病動物模型中取得了明顯的治療效果。但因其影響復(fù)雜，目前尚無糖尿病腎病相關(guān)的組蛋白修飾靶向干預(yù)的臨床研究。因此，為達到更好的治療效果和保證治療的安全性、穩(wěn)定性，仍需要對糖尿病腎病的組蛋白修飾進行深入研究。