表觀遺傳修飾在剝脫綜合征發(fā)病及治療中的作用研究進展

李金霖，王群，黨光福

1 山東中醫(yī)藥大學眼科與視光醫(yī)學院，濟南250011；2 濟南市第四人民醫(yī)院眼科；3 山東第一醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院眼科

剝脫綜合征（XFS）是一種以眼部表現(xiàn)為臨床特征的全身性細胞外基質疾病，主要表現(xiàn)為纖維性物質在多個器官沉積。除眼睛外，皮膚、血管、膽囊、肺、腎臟、心臟和腦膜亦發(fā)現(xiàn)剝脫物質（XFM）的存在［1］。XFS 會引起多種眼內并發(fā)癥，如剝脫性青光眼（XFG）、白內障、色素播散性青光眼、晶狀體半脫位、虹膜后粘連，血—房水屏障功能障礙和角膜內皮失代償?shù)龋?］。XFS 患者初期常無明顯癥狀，多因XFG 發(fā)作或白內障就診而被發(fā)現(xiàn)［3］，從而造成不可逆的視功能損失，因此XFS 的早期診斷及篩查有重要意義。由于XFS 的發(fā)病機制不明確，其診斷和治療也面臨極大挑戰(zhàn)。目前大量研究表明，XFS 受遺傳因素影響，多個基因（LOXLI、CNTNAP2、CLU、ApoE等）與其發(fā)病有關，但上述基因在不同國家、人種人群中存在較高的差異性［4］。有研究證明，表觀遺傳修飾變異與白內障、青光眼和眼表疾病有關［5］，同樣參與了XFS 的發(fā)?。?］。現(xiàn)就表觀遺傳修飾在XFS 發(fā)病及治療中的作用相關研究綜述如下，為疾病早期干預及早期治療提供更全面的理論依據(jù)。

1 DNA甲基化

DNA 甲基化是重要的表觀遺傳修飾方式，通過DNA 甲基轉移酶（DNMTS）的催化將甲基從S-腺苷甲硫氨酸轉移到DNA 分子上，從而抑制轉錄；同時甲基化的DNA 通過吸引DNA 甲基化結合蛋白，抑制基因表達［7］。

1.1 DNA 甲基化在XFS 發(fā)病中的作用 哺乳動物染色體內胞嘧啶（C）和鳥嘧啶（G）相連的CpG 二核苷酸是最常見的甲基化位點，呈簇排列的CpG 二核苷酸形成CpG 島，常位于基因啟動子的核心序列及轉錄起始位點，人類基因組中約60%的啟動子區(qū)含有 CpG 島［8］。正常情況下人體內 CpG 島始終處于未甲基化狀態(tài)，維持轉錄活性結構及基因正常表達。CpG 島異常高甲基化將會使基因沉默，導致疾病的發(fā)生［9］。多種族全基因組關聯(lián)性分析證實，CpG 島甲基化水平與青光眼發(fā)病相關［10］。DNA 甲基化研究結果顯示，LOXL1 是與XFS 發(fā)病關系最密切的基因之一。LOXL1 內含子內鑒定出SNPrs11638944，并觀察到攜帶該風險基因位點序列的細胞中LOXL1 mRNA 表達呈總體下降趨勢，提示轉錄活性降低，這種改變可能與轉錄因子結合力的下調、LOXL1 pre-mRNA 的差異剪接的增多及無義介導的mRNA 衰變有關。學者們進一步研究證實，變異的無義介導的mRNA 的衰變參與LOXL1 的表達調控［11］，并可能與XFS 的發(fā)病相關。我國學者收集了維吾爾族XFS患者及單純年齡相關白內障患者白內障手術中獲取的新鮮晶狀體前囊膜樣本，發(fā)現(xiàn)XFS患者晶狀體前囊上皮細胞中的LOXL1 基因啟動子區(qū)域內 CpG 島呈高度甲基化狀態(tài)［6］，由此推測LOXL1 mRNA 和蛋白低表達表明DNA 甲基化可能在沉默LOXL1 基因中發(fā)揮作用，并可能參與XFS 的發(fā)病。已有多個研究證實，DNA 甲基化水平改變參與調節(jié)腎、肝、肺組織異常纖維化的病理過程［12-13］。而XFM 作為眼部的異常纖維化沉積物，DNA 甲基化也可能參與其形成，從而在XFS 發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

1.2 DNA 甲基化在XFS 治療中的應用 DNA 甲基化水平改變導致眼組織異常纖維化主要與轉化生長因子 β（TGF-β）信號通路異常相關。TGF-β1參與XFS 中發(fā)現(xiàn)的剝脫物質中蛋白質的形成，其表達升高可能會擾亂基質金屬蛋白酶及其組織抑制劑之間的平衡，導致細胞外基質原纖維堆積，參與XFM 形成，并影響房水外流，同時也可導致篩板區(qū)域僵硬，使得視神經(jīng)更容易在高眼壓的作用下受到損傷［14-15］。有學者將低氧環(huán)境處理體外培養(yǎng)的小梁網(wǎng)與青光眼患者小梁網(wǎng)、健康人群的小梁網(wǎng)對比，發(fā)現(xiàn)前兩者全基因組DNA 甲基化、TGF-β1表達水平增高，抗纖維化相關因子表達下降，青光眼患者小梁網(wǎng)樣本中的TGF-β及血小板反應蛋白也存在異常甲基化修飾，經(jīng)DNMTS抑制劑處理后TGF-β信號通路的活性呈現(xiàn)激活狀態(tài)［16］。以上均提示DNA 甲基化可能通過多種方式參與XFS 的病理過程。而DNA 甲基化是可逆的過程，已有研究正式，利用DNA 甲基化修飾的可逆性，可治療腎臟及肺的異常纖維化疾病［17］，并有望為XFS的治療方案提供新的思路。

2 非編碼RNA

2.1 長鏈非編碼RNA（lncRNA） 表觀遺傳中l(wèi)ncRNA 是人類基因組的重要表觀遺傳調控因子，其轉錄物具有極少的蛋白質編碼能力或沒有蛋白質編碼能力［18］。

2.1.1 lncRNA 在 XFS 發(fā)病中的作用 lncRNA 的失調已證實與阿爾茨海默病、帕金森病、惡性腫瘤和青光眼相關，因此，針對同屬于年齡相關疾病的XFS，lncRNA 檢測可能有助于了解其病理機制［19-20］。為了明確參與調控LOXL1 表達lncRNA 的失調在XFS 發(fā)病中的作用，WU 等［21］對不同國家人群（南非、美國、德國及日本）XFS 患者的整個LOXL1 基因座進行深度測序，發(fā)現(xiàn)與XFS 關聯(lián)的峰值基因組區(qū)域與 LOXL1 反義 RNA 1（LOXL1-AS1）的上游緊鄰，與剝脫物質形成相關的風險等位基因參與調控該區(qū)域的啟動子；在XFS患者的離體晶狀體上皮細胞中，此lncRNA的表達對氧化應激的反應降低，但在離體Schlemm 管細胞中，其對循環(huán)機械力的反應升高，支持LOXL1-AS1 lncRNA 可能參與細胞應激反應和XFS發(fā)病的結論。

2.1.2 lncRNA 在XFS 治療中的應用 國外有研究對惡性腫瘤患者細胞lncRNA 表達進行分析，發(fā)現(xiàn)lnRNA 可能具有細胞類型或組織類型的特異性表達［22］，并在惡性腫瘤治療研究中成為新興熱點。因惡性腫瘤與XFS均屬于細胞外基質異常的年齡相關性疾病，特異性lnRNA 可能也將為XFS 治療提供新靶點，并可能作為早期篩查XFS的有效有段，但目前針對XFS的lncRNA檢測研究尚處于空白。

2.2 微小RNA（miRNA） miRNA 是另一組表觀遺傳調控因子，是一類長度為22個核苷酸的小型非編碼RNA，翻譯后的miRNA 可參與調節(jié)與生長發(fā)育、細胞分化及疾病發(fā)生、發(fā)展有關基因的表達。

2.2.1 miRNA 在XFS 發(fā)病中的作用 單個miRNA可同時參與多個基因的調控，多個miRNA 亦可以調控一個基因。GONZALEZ 等［23］研究顯示，小梁網(wǎng)中的miRNA 參與細胞收縮和細胞外基質的代謝及累積，推斷 miRNA 與 XFM 的形成相關，并參與 XFS 的發(fā)病。有學者在前房水中觀察到異常表達的miRNA，推斷其表達水平可能與房水循環(huán)異常疾病相關，進一步分析POAG 和XFG 患者房水中的miRNA，發(fā)現(xiàn)其存在普遍的表達差異現(xiàn)象，XFG、POAG 與正常對照組之間分別存在5 個及3 個差異表達 miRNA，POAG 與 XFG 之間僅存在 1 個差異表達miRNA，推測這些miRNA 可能參與XFG 等青光眼發(fā)病過程［24］。LUNA 等［25］研究顯示，XFS 房水中TGF-β 與miR-29 之間相互作用，參與小梁網(wǎng)狀細胞中細胞外基質合成，miR-29 家族中的miR-29b 可負調控小梁網(wǎng)狀細胞中細胞外基質蛋白表達，尤其在慢性氧化應激環(huán)境下，miR-29b 表達下調可能會導致這些基因的過度表達，提示其可能與XFS 的發(fā)病相關。進一步體外培養(yǎng)并觀察人眼小梁網(wǎng)狀細胞，發(fā)現(xiàn)其TGF-β1與miR-29的表達沒有明顯相關性，但TGF-β2可使 miR-29a、miR-29b 和 miR-29c 的表達下調，這種變化可能也有助于誘導細胞外基質蛋白的形成與沉積，進一步證實miRNA 與XFS 的發(fā)病有關；同時研究發(fā)現(xiàn)，miR-29b 可顯著下調 TGF-β1表達［26］，說明 miR-29 家族在控制受 TGF-β 表達調節(jié)的房水循環(huán)代謝中起到一定作用。

2.2.2 miRNA 在XFS 治療中的應用 一項針對XFS、XFG、POAG的研究發(fā)現(xiàn)，rs1057035 SNP與XFS風險降低有關，rs55671916 SNP 與XFG 風險增加有關，對miRNA 靶基因的進一步研究可能會闡明有關XFS 和 XFG 遺傳方面的更多信息［27］。HINDLE 等［28］對黃種人和白種人青光眼、XFS 患者的血漿和房水miRNA 水平進行測定，發(fā)現(xiàn)與正常對照組相比，XFS 及 POAG 病例中存在高達 20 種的 iRNA 的高表達，其中miR-637、miR-1306-5p、miR-3159 表達差異明顯，可能有望作為早期診斷XFS 和XFG 的標志物，并可能通過干預其表達治療XFS及XFG。

3 組蛋白修飾

組蛋白存在于所有真核細胞核內的染色質中，是一種基本結構蛋白。組蛋白修飾主要包括乙?；?、甲基化、磷酸化和泛素化等，參與基因表達調控。其中，乙酰化參與調控DNA 結構，是組蛋白最重要的修飾方式。組蛋白乙?；D移酶參與組蛋白的?；せ钊旧|轉錄，組蛋白去乙酰基化酶（HDAC）則參與組蛋白的去?；种迫旧|轉錄，兩者共同維持組蛋白乙?；膭討B(tài)平衡。

3.1 組蛋白修飾在XFS 發(fā)病中的作用 與正常眼的小梁網(wǎng)對比，青光眼患者的組蛋白乙?；匠试龈郀顟B(tài)，體外培養(yǎng)的正常小梁網(wǎng)在使用HDAC 抑制劑處理后，亦觀察到TGF-β2啟動子乙?；皆龈?，蛋白呈高表達；動物實驗研究對牛眼進行體外培養(yǎng)，同樣使用HDAC 抑制劑處理，出現(xiàn)了類似改變，并觀察到細胞外基質異常積累及眼壓升高［29］。

3.2 組蛋白修飾在XFS 治療中的應用 組蛋白乙?；皆龈邔⑸险{TGF-β2的表達，可能與XFM 的形成及XFS的發(fā)病相關。改變組蛋白乙?；娇赡軐⑵鸬揭种芚FS 發(fā)病及治療XFG 的作用。研究表明，下調組蛋白乙?；娇梢种埔暽窠?jīng)節(jié)細胞凋亡，用于治療如青光眼等神經(jīng)節(jié)細胞相關疾?。?0］，同樣有望治療XFG。

4 表觀遺傳代謝組

4.1 表觀遺傳代謝組在XFS 發(fā)病中的作用 表觀遺傳相關代謝物水平改變參與疾病的發(fā)生進展，因此，表觀遺傳代謝組與疾病的發(fā)生密切相關。目前在眼科領域，代謝組學已經(jīng)應用到葡萄膜炎的特異性生物標志物篩選［31］，以及視網(wǎng)膜脫離、糖尿病性視網(wǎng)膜病變等相關研究［32-34］，并可能將在未來用于XFS及XFG的早期診斷。

4.2 表觀遺傳代謝組在XFS 治療中的應用 LE?RUEZ 等［35］對 16 例 XFS 與 18 例單純白內障患者的血漿樣本進行了針對性的代謝譜分析，以篩選XFS的特定代謝組學生物標志物，發(fā)現(xiàn)XFS 患者血漿中神經(jīng)保護性精胺和亞精胺多胺水平均低于對照組，這可能是XFS 的代謝組學特征；神經(jīng)保護性精胺和亞精胺多胺檢查能否作為XFS 篩查的手段，及提高患者血漿中該物質水平能否治療XFS，仍需要進一步的研究。

表觀遺傳學有別于傳統(tǒng)基因學，其將環(huán)境因素與基因作用相聯(lián)系，可以更好地幫助研究者全面了解疾病發(fā)生發(fā)展的過程與機制。近年來，表觀遺傳修飾在惡性腫瘤、糖尿病等多種年齡相關疾病的病理機制及治療中取得突破性的研究進展，生物標志物及代謝組學在眼科疾病研究中亦逐漸受到重視。上述研究表明，表觀遺傳修飾參與XFS 及XFG 復雜的發(fā)病機制，DNA甲基化在XFM 的形成中發(fā)揮重要作用，DNA 去甲基化將有望治療XFS。新型生物學標志物檢測及表觀遺傳代謝組學分析具有無創(chuàng)性、特異性優(yōu)點，為XFS、XFG 的早期診斷與篩查提供可能，也為藥物研發(fā)開拓了新思路，但相關研究類型單一、研究廣度與深度不足，對表觀遺傳修飾與XFS發(fā)病的相關認識大多停留在理論水平，仍需更精確的動物實驗及臨床試驗研究來驗證。