腸易激綜合征的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

徐慧慧 王凱歌 董陸佳 李會(huì)芳 羅育駿 劉德純,3*

河南科技大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院1(471003) 蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院2 河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院胃腸外科3

腸易激綜合征(IBS)是一種以腹痛伴排便習(xí)慣改變?yōu)樘卣鞫鵁o器質(zhì)性疾病的常見功能性腸病，其發(fā)病是多種因素相互作用的結(jié)果，導(dǎo)致臨床表現(xiàn)癥狀有所不同。隨著生活壓力的增大和生活水平的提高，IBS發(fā)病率不斷升高。IBS缺乏可檢測(cè)的生物學(xué)標(biāo)志物，其是一種單純基于癥狀的診斷。有鑒于此，了解IBS潛在的病理生理學(xué)、表觀遺傳學(xué)及其影響有助于IBS的診斷和治療。表觀遺傳學(xué)改變包括DNA甲基化改變、組蛋白修飾、微RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(LncRNA)的差異表達(dá)。從表觀遺傳學(xué)角度解釋IBS的變化可為了解其發(fā)病機(jī)制和疾病的治療帶來新的觀點(diǎn)。本文就IBS的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展作一綜述。

一、DNA甲基化

IBS與腸道慢性應(yīng)激有關(guān)，慢性應(yīng)激會(huì)改變下丘腦-垂體-腎上腺軸，促進(jìn)腸道運(yùn)動(dòng)，并增加感知的內(nèi)臟痛。Hong等[1]測(cè)量了糖皮質(zhì)激素受體(NR3C1)編碼基因的DNA甲基化和組蛋白乙酰化，證實(shí)慢性應(yīng)激增強(qiáng)了大鼠外周神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)臟痛覺調(diào)控基因的甲基化。慢性應(yīng)激導(dǎo)致L6-S2背根神經(jīng)節(jié)啟動(dòng)子區(qū)甲基化增強(qiáng)，NR3C1基因表達(dá)減少。但目前對(duì)IBS患者中NR3C1的DNA甲基化尚未達(dá)成明確的共識(shí)。Mahurkar等[2]的全基因組DNA甲基化掃描和靶向測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，IBS患者的全基因組DNA甲基化分子譜鑒定出133個(gè)差異甲基化位點(diǎn)(DMP)，平均差異≥10%(P<0.05)；這些基因與氧化應(yīng)激和神經(jīng)肽激素的活性有關(guān)，且SSPO、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶-5和微管蛋白聚合可促進(jìn)蛋白基因的差異甲基化。該研究還發(fā)現(xiàn)IBS患者SSPO基因表觀遺傳學(xué)變化與醫(yī)院焦慮抑郁評(píng)分呈正相關(guān)。說明表觀遺傳學(xué)變化在IBS中具有重要作用，這可能為探討IBS的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解，需行更大規(guī)模的獨(dú)立研究來確認(rèn)相關(guān)基因的功能作用。

有研究[3]發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，IBS大鼠結(jié)腸中309個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，626個(gè)基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化水平顯著升高，其中參與上皮細(xì)胞連接和腸黏膜屏障的基因受到顯著影響。通透性增加為IBS發(fā)病的主要機(jī)制。腸黏膜屏障完整性受損可能促進(jìn)了微生物和有毒代謝產(chǎn)物等抗原滲入腸黏膜并刺激免疫反應(yīng)，從而進(jìn)一步使細(xì)胞上皮的通透性增加，促進(jìn)低度黏膜炎癥的發(fā)展[4-5]。當(dāng)抗原滲入血液，表現(xiàn)出腸道外并發(fā)癥時(shí)則稱為腸漏綜合征[6]。

二、組蛋白修飾

組蛋白尾部可發(fā)生多種共價(jià)修飾，包括賴氨酸乙?；⒓谆?、泛素化和素甲基化等[7]。乙?；图谆悄壳把芯孔疃嗟慕M蛋白修飾。一般而言，核心組蛋白尾部的乙?；瘜?dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)開放，允許轉(zhuǎn)錄，而組蛋白去乙酰化酶(HDACs)可抑制轉(zhuǎn)錄。壓力生活事件特別是發(fā)生于童年時(shí)期，可能會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不利影響包括IBS。組蛋白乙?；且粋€(gè)關(guān)鍵的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物，與許多應(yīng)激相關(guān)的改變有關(guān)。HDAC3通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞中的組蛋白乙?；?，可減輕腸上皮黏膜下水腫并降低炎癥因子水平，維持腸上皮細(xì)胞正常的通透性[8]。Moloney等[9]通過母嬰分離模型發(fā)現(xiàn)HDAC抑制劑SAHA可逆轉(zhuǎn)早期應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)臟超敏以及應(yīng)激誘導(dǎo)的排便。說明組蛋白乙?；谠缙趹?yīng)激誘導(dǎo)的成熟IBS模型內(nèi)臟超敏的病理生理學(xué)中具有重要作用。有利于研發(fā)針對(duì)抗IBS表觀遺傳學(xué)機(jī)制的新型藥物。

三、MiRNA

MiRNA是一種內(nèi)源性非編碼RNA，通過與靶向mRNA的3’非翻譯區(qū)互補(bǔ)同源性結(jié)合，從而導(dǎo)致翻譯抑制或mRNA降解，是最重要的基因表達(dá)調(diào)控因子。MiRNA與神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的相互作用可能作為控制痛覺反應(yīng)的基因網(wǎng)絡(luò)的主開關(guān)，并用于靶向治療[10-11]。這種機(jī)制與胃腸道高度相關(guān)，神經(jīng)免疫相互作用是控制胃腸道功能的關(guān)鍵因素。CLDN1是關(guān)鍵的緊密連接蛋白，可與維持腸道通透性的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路相互作用；NKRF是轉(zhuǎn)錄沉默蛋白，可抑制NF-κB的活性，與炎癥和自身免疫病有關(guān)。Zhou等[12]發(fā)現(xiàn)在IBS大鼠模型中，miR-29過表達(dá)通過下調(diào)CLDN1和NKRF表達(dá)來增加腸道通透性，誘導(dǎo)微腸漏，產(chǎn)生慢性胃腸道癥狀；阻斷miR-29可恢復(fù)腸道通透性。這些發(fā)現(xiàn)可能為通過miR-29調(diào)控腸道通透性的疾病的治療提供新的治療策略和靶點(diǎn)。

Hou等[13]的研究發(fā)現(xiàn)多種miRNA參與調(diào)節(jié)IBS的腸道通透性，其中miR-144表達(dá)明顯上調(diào)，導(dǎo)致OCLN和ZO1表達(dá)下調(diào)，OCLN和ZO1可能是miR-144的直接靶點(diǎn)，可促進(jìn)腸道高滲透性，損害上皮屏障的保護(hù)作用，并可能成為IBS潛在的治療靶點(diǎn)。白細(xì)胞介素1α(IL1A)是IL-1的一種亞型，在細(xì)胞炎癥過程中發(fā)揮作用。IBS大鼠模型中IL1A、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-2、IL-6等炎性細(xì)胞因子表達(dá)升高，表現(xiàn)出低度炎癥的狀態(tài)，而miR-181c-5p表達(dá)降低。MiR-181c-5p過表達(dá)可下調(diào)IL1A、TNF-α、IL-2和IL-6表達(dá)，通過抑制炎癥反應(yīng)而在IBS發(fā)生中起抑制作用[14]。

四、LncRNA

LncRNA在不同細(xì)胞環(huán)境和生物學(xué)過程中發(fā)揮作用，在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)基因表達(dá)具有調(diào)節(jié)作用。對(duì)整個(gè)結(jié)腸黏膜轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行的研究[15]發(fā)現(xiàn)，IBS患者中參與調(diào)控平滑肌收縮的LncRNA表達(dá)與健康對(duì)照組相比出現(xiàn)了下調(diào)。胃腸道Cajal間質(zhì)細(xì)胞(ICC)數(shù)量和完整性的改變可誘導(dǎo)IBS的發(fā)生。Zhao等[16]的研究以TNF-α處理ICC后，可誘導(dǎo)ICC的凋亡和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，刺激炎癥的發(fā)生。NF-κB是炎癥過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，NF-κB通路和Notch通路在IBS中被激活，參與炎癥反應(yīng)。LncRNA TUG1過表達(dá)通過下調(diào)miR-127，使NF-κB通路和Notch通路失活來減輕IBS的炎癥損傷；沉默LncRNA TUG1可促進(jìn)凋亡和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。由此可見，LncRNA有望成為減輕IBS炎癥的潛在靶標(biāo)。

五、微生物組和飲食作為環(huán)境因素介導(dǎo)IBS表觀遺傳學(xué)

IBS是一種壓力敏感性疾病，推測(cè)環(huán)境因素可誘發(fā)表觀遺傳學(xué)變化。研究表明表觀遺傳學(xué)可調(diào)控腸道微生物群與宿主代謝之間的相互作用[17-18]。DNA甲基化和組蛋白修飾是部分受甲基化酶和乙?；傅日{(diào)控的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志，而這些酶的活性取決于在這些反應(yīng)中起底物和輔助因子作用的宿主和微生物代謝物。微生物群-營養(yǎng)代謝-表觀遺傳學(xué)軸在疾病發(fā)生中起有作用[19]。證據(jù)表明，表觀遺傳學(xué)事件是動(dòng)態(tài)的，可受營養(yǎng)有效性和微生物改變的影響[20-21]。微生物及其代謝物在IBS表觀遺傳學(xué)機(jī)制中的直接作用尚未被研究，但有間接證據(jù)表明微生物產(chǎn)物參與表觀遺傳學(xué)修飾作用[22]。腸道細(xì)菌相互作用形成一些代謝產(chǎn)物包括神經(jīng)遞質(zhì)或短鏈脂肪酸(SCFAs)，可能在IBS的腦-腸道菌群軸中發(fā)揮重要作用[23]。SCFAs已被證實(shí)通過抑制組蛋白去乙?；复龠M(jìn)活躍的染色質(zhì)狀態(tài)，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的組蛋白修飾[24]。營養(yǎng)基因組學(xué)研究飲食與基因組因素的相互作用，是研究IBS的新興話題，飲食和微生物代謝產(chǎn)物通過影響表觀遺傳學(xué)途徑中的化合物或酶庫來影響表觀基因組。食物中的多酚與負(fù)責(zé)DNA甲基化和組蛋白乙?；拿赶嗷プ饔茫绊懩c道組織中發(fā)生表觀遺傳學(xué)變化，通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞中模式識(shí)別受體和炎癥信號(hào)分子，抑制腸道炎癥[25]。此外，飲食成分、輔助因子和維生素，包括S-腺苷蛋氨酸、葉酸、維生素B12、維生素B6、乙酰輔酶A在調(diào)節(jié)組蛋白修飾或DNA甲基化水平中發(fā)揮作用[26-27]。因此，研究飲食、微生物群和表觀遺傳學(xué)因素之間的相互作用，對(duì)理解IBS的病因?qū)W和研發(fā)IBS的個(gè)性化治療方案可能具有重要意義。

六、結(jié)語

IBS是一種多因素相互作用的復(fù)雜性疾病，目前治療仍以經(jīng)驗(yàn)性治療和減輕癥狀為主。不斷探索其發(fā)病機(jī)制可對(duì)患者進(jìn)行精準(zhǔn)化治療。研究IBS的表觀遺傳學(xué)對(duì)理解該疾病的病理生理學(xué)至關(guān)重要。壓力、遺傳、微生物、飲食等環(huán)境因素與表觀遺傳學(xué)相互作用。未來應(yīng)不斷深入研究，以便發(fā)現(xiàn)診斷IBS的生物學(xué)標(biāo)志物和有效的治療靶點(diǎn)。